סיווג חומרים חשמליים

חומר הוא חפץ בעל הרכב, מבנה ומאפיינים מסוימים, שנועד לבצע פונקציות מסוימות. לחומרים יכולים להיות מצבי צבירה שונים: מוצק, נוזלי, גז או פלזמה.

התפקידים המבוצעים על ידי חומרים מגוונים: הבטחת זרימת הזרם (בחומרים מוליכים), שמירה על צורה מסוימת בעומסים מכניים (בחומרים מבניים), מתן בידוד (בחומרים דיאלקטריים), המרת אנרגיה חשמלית לחום (בחמרים עמידים) . בדרך כלל, לחומר יש מספר פונקציות. לדוגמה, דיאלקטרי בהכרח חווה סוג של לחץ מכני, כלומר, זהו חומר מבני.

מדע החומרים - מדע העוסק בחקר הרכב, מבנה, תכונות של חומרים, התנהגות חומרים תחת השפעות שונות: תרמיות, חשמליות, מגנטיות וכו', וכן כאשר השפעות אלו משולבות.

חומרים חשמליים - זהו ענף של מדעי החומרים העוסק בחומרים להנדסת חשמל ואנרגיה, כלומר.חומרים בעלי תכונות ספציפיות הנחוצות לתכנון, ייצור ותפעול של ציוד חשמלי.

חומרים ממלאים תפקיד מכריע במגזר האנרגיה. למשל מבודדים לקווי מתח גבוה. היסטורית, הראשון שיצא עם מבודדי פורצלן. הטכנולוגיה של הייצור שלהם היא די מורכבת וקפריזית. מבודדים הם די מגושמים וכבדים. למדנו לעבוד עם זכוכית - הופיעו מבודדי זכוכית. הם קלים יותר, זולים יותר וקצת יותר קלים לאבחון. לבסוף, ההמצאות האחרונות הן מבודדי גומי סיליקון.

מבודדי הגומי הראשונים לא היו מוצלחים במיוחד. עם הזמן נוצרים על פני השטח שלהם סדקים, בהם מצטבר לכלוך, נוצרים עקבות מוליכים ולאחר מכן נשברים המבודדים. מחקר מפורט של התנהגותם של מבודדים בשדה החשמלי של מוליכים של קווי מתח גבוה (OHL) בתנאים של השפעות אטמוספריות חיצוניות אפשרו לבחור מספר תוספים המשפרים את העמידות בפני השפעות אטמוספריות, עמידות בפני זיהום ופעולה של פריקות חשמליות. כתוצאה מכך נוצרה כעת מחלקה שלמה של מבודדים קלים ועמידים עבור רמות מתח הפעלה שונות.

לשם השוואה, משקלם של מבודדים תלויים לקווי עילי 1150 קילו וולט דומה למשקל החוטים במרחק בין התומכים ומסתכם במספר טונות. זה מאלץ את ההתקנה של מחרוזות מקבילות נוספות של מבודדים, מה שמגביר את העומס על התמיכה. זה דורש שימוש בעמיד יותר, כלומר תומך מסיבי יותר. זה מגדיל את צריכת החומרים, המשקל הגדול של התומכים מגדיל באופן משמעותי את עלות ההתקנה.לעיון, עלות ההתקנה היא עד 70% מעלות בניית קו מתח. הדוגמה מראה כיצד אלמנט מבני אחד משפיע על המבנה בכללותו.

לכן, חומרים חשמליים (ETM) הם אחד הקובעים לביצועים הטכניים והכלכליים של כל אחד מהם מערכות חשמל.

את החומרים העיקריים המשמשים בתעשיית האנרגיה ניתן לחלק למספר מחלקות - הם חומרים מוליכים, חומרים מגנטיים וחומרים דיאלקטריים, המשותף ביניהם הוא שהם עובדים בתנאי מתח, ולכן בשדה חשמלי.

חומרים לחוטים

חומרים מוליכים נקראים חומרים אשר התכונה החשמלית העיקרית שלהם היא מוליכות חשמלית, אשר בולטת מאוד בהשוואה לחומרים חשמליים אחרים. השימוש בהם בטכנולוגיה נובע בעיקר מתכונה זו, הקובעת את המוליכות החשמלית הספציפית הגבוהה בטמפרטורה רגילה.

גם מוצקים וגם נוזלים, ובתנאים הנכונים, גזים יכולים לשמש כמוליכי זרם חשמלי. החומרים המוליכים המוצקים החשובים ביותר המשמשים בפועל בהנדסת חשמל הם מתכות וסגסוגות שלהן.

מוליכים נוזליים כוללים מתכות מותכות ואלקטרוליטים שונים. עם זאת, עבור רוב המתכות, נקודת ההיתוך גבוהה, ורק כספית, בעלת נקודת התכה של כמינוס 39 מעלות צלזיוס, יכולה לשמש כמוליך מתכת נוזלית בטמפרטורות רגילות. מתכות אחרות הן מוליכות נוזל בטמפרטורות גבוהות.

גזים ואדים, כולל מתכתיים, אינם מוליכים בעלי חוזק שדה חשמלי נמוך.עם זאת, אם חוזק השדה עולה על ערך קריטי מסוים המבטיח את תחילת הלם ופוטוניזציה, אז הגז יכול להפוך למוליך עם מוליכות אלקטרונית ויונית. גז מיונן מאוד, עם מספר האלקטרונים שווה למספר היונים החיוביים ליחידת נפח, הוא תווך מוליך מיוחד הנקרא פלזמה.

המאפיינים החשובים ביותר של חומרים מוליכים להנדסת חשמל הם המוליכות החשמלית והתרמית שלהם, כמו גם היכולת ליצור EMF תרמית.

מוליכות חשמלית מאפיינת את יכולתו של חומר להוליך זרם חשמלי (ראה - מוליכות חשמלית של חומרים). מנגנון מעבר הזרם במתכות נובע מתנועת אלקטרונים חופשיים בהשפעת שדה חשמלי.

חומרים מוליכים למחצה

חומרים מוליכים למחצה הם אלה שהם ביניים במוליכות הספציפית שלהם בין חומרים מוליכים ודיאלקטריים ושתכונתם הייחודית היא התלות החזקה ביותר של המוליכות הספציפית בריכוז ובסוג של זיהומים או פגמים אחרים, כמו גם ברוב המקרים בהשפעות אנרגיה חיצוניות. (טמפרטורה, בהירות וכו'). נ.ס.).

מוליכים למחצה כוללים קבוצה גדולה של חומרים מוליכים אלקטרונית שהתנגדותם בטמפרטורה רגילה גבוהה מזו של מוליכים אך נמוכה מזו של דיאלקטריים ונעה בין 10-4 ל-1010 אוהם • ס"מ. באנרגיה, לא נעשה שימוש ישיר במוליכים למחצה, אך רכיבים אלקטרוניים המבוססים על מוליכים למחצה נמצאים בשימוש נרחב. זה כל אלקטרוניקה בתחנות, תחנות משנה, משרדי שיגור, שירותים וכו'. מיישרים, מגברים, גנרטורים, ממירים.כמו כן מיוצרים מוליכים למחצה המבוססים על סיליקון קרביד בולמי נחשול לא ליניאריים בקווי מתח (בולמי נחשול).

חומרים דיאלקטריים

חומרים דיאלקטריים נקראים חומרים אשר התכונה החשמלית העיקרית שלהם היא יכולת הקיטוב ובהם אפשרי קיומו של שדה אלקטרוסטטי. הדיאלקטרי האמיתי (הטכני) מתקרב לאידיאל, ככל שהמוליכות הספציפית שלו נמוכה יותר וככל שמנגנוני הקיטוב המושהים הקשורים לפיזור אנרגיה חשמלית ושחרור חום חלשים יותר.

קיטוב דיאלקטרי נקרא הופעה בו כאשר הוא מוכנס אל החיצוני שדה חשמלי שדה חשמלי פנימי מקרוסקופי עקב תזוזה של חלקיקים טעונים המרכיבים את המולקולות הדיאלקטריות. הדיאלקטרי שבו נוצר שדה כזה נקרא מקוטב.

חומרים מגנטיים

חומרים מגנטיים הם אלה שנועדו לעבוד בשדה מגנטי על ידי אינטראקציה ישירה עם השדה הזה. חומרים מגנטיים מחולקים למגנטי חלש ומגנטי חזק. דיאמגנטים ופראמגנטים מסווגים כמגנטים חלשים. מגנטי חזק - פרומגנטים, אשר בתורם יכולים להיות רכים מגנטית וקשים מגנטית.

חומרים מרוכבים

חומרים מרוכבים הם חומרים המורכבים ממספר רכיבים המבצעים פונקציות שונות ויש ממשקים בין הרכיבים.