Электрические свойства и характеристики материалов (общие)
Электрические и магнитные поля не существуют обособленно (независимо), т.К. Порождают друг друга. Электротехнические материалы
Электротехнические материалы – это материалы, обладающие определёнными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применяемые в технике с учётом этих свойств (различные материалы подвергаются воздействиям как отдельно электрических и магнитных полей, так и их совокупности).
Применение: электрические машины, аппараты, приборы и другие элементы электрооборудования и электроустановок.
Классификация электротехнических материалов.
1. В электрическом поле.
1. П роводниковые материалы (проводники) – это материалы, в которых под действием электрического поля возникает электрический ток (металлы и их сплавы, графит).
В проводниках есть свободные носители заряда и под действием электрического поля они приобретают направленное движение. Такое упорядоченное движение электрических зарядов и есть электрический ток.
Применение: токоведущие части электрических машин, аппаратов и сетей.
2. Полупроводниковые материалы (полупроводники) – это материалы, в которых под действием эклектического поля возникает электрический ток, но их проводимость зависит от внешних условий (температуры, примесей, света, электрического и магнитного полей, давления, ядерного излучения и т.д.) (германий Ge, кремний Si, карбид кремния SiC).
|
|
Применение: электронная техника (диоды, транзисторы, тиристоры).
3. Д иэлектрические материалы (диэлектрики) – это материалы, которые под действием электрического поля не создают электрический ток в обычных условиях, основным электрическим свойством которых является способность поляризоваться в электрическом поле (резина, пластмассы, стекло).
В диэлектриках электрические заряды прочно связаны с атомами, молекулами или ионами и в электрическом поле могут лишь смещаться, при этом происходит разделение центров положительного и отрицательного зарядов, т.е. поляризация.
Применение: изоляция токоведущих частей друг от друга, окружающих предметов и персонала.
2. В магнитном поле.
1. Слабомагнитные материалы – это материалы, у которых магнитная восприимчивость очень мала (медь Cu, алюминий Al, свинец Pb, органические соединения).
Применение: не нашли широкого применения в технике.
2. Сильномагнитные материалы (магнетики) – это материалы, которые под действием магнитного поля намагничиваются и тем самым усиливают его (железо Fe, никель Ni, кобальт Co и их сплавы).
Применение: сердечники и магнитопроводы электрических машин и аппаратов, постоянные магниты.
|
|
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ
Механические характеристики позволяют оценить способность материалов выдерживать внешние статические и динамические нагрузки, необходимы для выбора технологической обработки материалов (резание, штамповка, литьё), расчёта на прочность, контроля и диагностирования состояния деталей конструкций в процессе эксплуатации.
Испытание на растяжение проводят на цилиндрических образцах и брусках с прямоугольным сечением. Образец закрепляют концами в захватах испытательной машины. Нижний захват неподвижен, к другому прикладывают разрушающее растягивающее усилие, которое плавно увеличивают с определённой скоростью до момента разрыва образца.
1. Пластичность – это свойство материала необратимо изменять свою форму и размеры под воздействием внешних механических нагрузок.
Относительное удлинение
где ∆lост – приращение длины образца после разрыва, мм;
l0 – первоначальная длина образца, мм.
Чем больше значение относительного удлинения, тем пластичнее материал.
2. Прочность – это свойство материала сопротивляться деформации или разрушению под воздействием внешних механических нагрузок.
Разрушающее напряжение при растяжении (предел прочности при растяжении)
|
|
где Рр – разрушающая нагрузка при разрыве образца, Н;
S0 – площадь поперечного сечения образца до испытания, мм2.
Чем больше значение предела прочности, тем прочнее материал.
3. Твёрдость – это свойство материала сопротивляться проникновению в его поверхность более твёрдого тела (индентора).
Индентор – твёрдосплавный наконечник в виде шара, пирамиды или конуса, твёрдость которого существенно превосходит твёрдость испытуемого материала.
По методу Бринелля в поверхность материала вдавливается стальной шарик.
где Р – нагрузка на индентор, Н;
Sотп – площадь поверхности отпечатка, мм2.
По методу Виккерса в поверхность материала вдавливается алмазная четырёхгранная пирамида под действием нагрузки.
Чем больше значение твёрдости, тем более твёрдый материал.
4. Ударную вязкость – это свойство материала сопротивляться ударной нагрузке.
Испытание на ударный изгиб проводят на брусках с прямоугольным сечением (для металлов с надрезом U-образным и V-образны). Образец помещают в маятниковом копре. Удар, наносимый по центру образца маятником, плавно увеличивают. Указатель на шкале копра фиксирует значение работы, затрачиваемой маятником на разрушением образца.
|
|
где ∆А – работа, затраченная маятником на разрушение образца, МДж.
Чем больше значение ударной вязкости, тем менее хрупок материал.
Электрические свойства и характеристики материалов (общие)
Электрические характеристики позволяют оценить свойства материалов при воздействии на него электрического поля. Основное свойство электротехнических материалов по отношению к электрическому полю – электропроводность.
Электропроводность – это свойство материала проводить электрический ток под действием постоянного (не изменяющегося во времени) электрического напряжения.
1. Удельное электрическое сопротивление – это сопротивление материала длинной 1 м и поперечным сечением 1 м2.
где γ – удельная проводимость материала, это проводимость материала длинной 1м и поперечным сечением 1м2, 1/Ом∙м;
q – величина заряда носителя (заряд электрона 1,6·10-19), Кл;
n – количество носителей заряда в единице объёма;
µ – подвижность носителя заряда.
Чем больше значение ρ, тем меньше электропроводность материала.
Проводники ρ=10-8÷10-6.
Полупроводники ρ=10-6÷108.
Диэлектрики ρ=108÷1018.
Сопротивление проводника – это конструктивная характеристика проводника, т.к. зависит от размеров и проводниковых свойств материала.
где ρ – удельное сопротивление материала, Ом∙м;
l – длина проводника, м;
S – площадь поперечного сечения проводника, м2.
2. Температурный коэффициент удельного сопротивления – показывает, на сколько изменится сопротивление материала в 1 Ом при нагревании его на 1 0С.
П ри линейном изменении удельного сопротивления в узком интервале температур
где ρ – удельное сопротивление материала при температуре ;
ρ0 – удельное сопротивление материала при начальной
температуре t0, обычно принимается 200С.
Если заменить удельное сопротивление на сопротивление
Чем больше значение α, тем в большей степени изменяется сопротивление проводника при изменении температуры.
Проводники α>0 с увеличением температуры удельное сопротивление материала увеличивается.
Полупроводники и диэлектрики α<0 с увеличением температуры удельное сопротивление материала уменьшается.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 498; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!