Nyenzo za umeme, sifa na matumizi yake

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Uendeshaji mzuri na wa kudumu wa mashine na usakinishaji wa umeme hutegemea moja kwa moja hali ya insulation, ambayo nyenzo za umeme hutumiwa. Huainishwa kwa seti ya sifa fulani zikiwekwa kwenye sehemu ya sumakuumeme, na husakinishwa kwenye vifaa kwa kuzingatia viashirio hivi.

Uainishaji wa nyenzo za umeme huturuhusu kugawanya katika vikundi tofauti vya vifaa vya kuhami umeme, semicondukta, kondakta na sumaku, ambavyo vinakamilishwa na bidhaa za kimsingi: vidhibiti, waya, vihami na vipengee vya kumaliza vya semicondukta.

Nyenzo hufanya kazi katika sehemu tofauti za sumaku au umeme zenye sifa fulani, na huathiriwa na miale kadhaa kwa wakati mmoja. Nyenzo za sumaku zimegawanywa kwa masharti kuwa sumaku na vitu dhaifu vya sumaku. Katika uhandisi wa umeme, nyenzo zenye sumaku nyingi hutumika sana.

Sayansi yanyenzo

Nyenzo ni dutu inayojulikana kwa utungaji wa kemikali, sifa na muundo wa molekuli na atomi tofauti na vitu vingine. Jambo liko katika mojawapo ya majimbo manne: gesi, imara, plasma au kioevu. Nyenzo za umeme na miundo hufanya kazi mbalimbali katika usakinishaji.

Nyenzo za upitishaji hutekeleza upitishaji wa mtiririko wa elektroni, vijenzi vya dielectri hutoa insulation. Matumizi ya vipengele vya kupinga hubadilisha nishati ya umeme katika nishati ya joto, vifaa vya miundo huhifadhi sura ya bidhaa, kwa mfano, kesi. Nyenzo za umeme na za kimuundo lazima zitekeleze si moja, lakini kazi kadhaa zinazohusiana, kwa mfano, dielectri katika uendeshaji wa usakinishaji wa umeme hubeba mizigo, ambayo huileta karibu na vifaa vya kimuundo.

Sayansi ya nyenzo za kielektroniki ni sayansi inayoshughulika na kubainisha sifa, uchunguzi wa tabia ya kitu kinapokabiliwa na umeme, joto, barafu, uga wa sumaku, n.k. Sayansi huchunguza sifa mahususi zinazohitajika ili kuunda umeme. mashine, vifaa na usakinishaji.

Makondakta

Hizi ni pamoja na nyenzo za umeme, kiashirio kikuu ambacho ni upitishaji uliotamkwa wa mkondo wa umeme. Hii hutokea kwa sababu elektroni zipo mara kwa mara katika wingi wa maada, zimefungwa kwa unyonge kwenye kiini na kuwa wabebaji wa malipo ya bure. Wanasonga kutoka kwa obiti ya molekuli moja hadi nyingine na kuunda mkondo. Nyenzo kuu za kondakta ni shaba, alumini.

Kondakta ni pamoja na vipengee ambavyo vina uwezo wa kuhimili umeme ρ < 10^-5, huku kondakta bora ni nyenzo yenye kiashirio cha 10^{-8Ohmm. Vyuma vyote vinafanya kazi ya sasa vizuri, kati ya vipengele 105 vya jedwali ni 25 pekee sio metali, na kutoka kwa kundi hili la aina mbalimbali vifaa 12 vinaendesha mkondo wa umeme na huchukuliwa kama semiconductors.}

Fizikia ya nyenzo za umeme huruhusu matumizi yake kama kondakta katika hali ya gesi na kioevu. Kama chuma kioevu na joto la kawaida, zebaki tu hutumiwa, ambayo hii ni hali ya asili. Metali iliyobaki hutumiwa kama kondakta wa kioevu tu inapokanzwa. Kwa conductors, vinywaji vya conductive, kama vile electrolyte, hutumiwa pia. Sifa muhimu za kondakta, zinazowawezesha kutofautishwa na kiwango cha conductivity ya umeme, ni sifa za conductivity ya mafuta na uwezo wa kizazi cha joto.

Nyenzo za umeme

Tofauti na kondakta, wingi wa dielectrics una idadi ndogo ya elektroni zilizoinuliwa bila malipo. Sifa kuu ya dutu ni uwezo wake wa kupata polarity chini ya ushawishi wa uwanja wa umeme. Jambo hili linafafanuliwa na ukweli kwamba chini ya hatua ya umeme, mashtaka yaliyofungwa yanaelekea kwenye nguvu za kaimu. Umbali wa kuhama ni mkubwa, ndivyo nguvu ya uwanja wa umeme inavyoongezeka.

Nyenzo za umeme za kuhami joto ndizo karibu zaidi na zinazofaa zaidikiashiria cha conductivity maalum, na kiwango cha chini cha kutamkwa kwa polarization, ambayo inafanya uwezekano wa kuhukumu uharibifu na kutolewa kwa nishati ya joto. Conductivity ya dielectric inategemea hatua ya idadi ndogo ya dipoles ya bure kuhama katika mwelekeo wa shamba. Baada ya ubaguzi, dielectri huunda dutu yenye polarity tofauti, yaani, ishara mbili tofauti za chaji zinaundwa juu ya uso.

Matumizi ya dielectri ni pana zaidi katika uhandisi wa umeme, kwani sifa amilifu na tuli za kipengele hutumika.

Nyenzo zinazotumika zenye sifa zinazoweza kudhibitiwa ni pamoja na:

• pyroelectrics;
• electrophosphors;
• piezoelectrics;
• ferroelectric;
• electrets;
• vifaa vya vitoa umeme vya leza.

Nyenzo kuu za umeme - dielectrics zenye sifa tulivu, hutumika kama nyenzo za kuhami joto na vipashio vya aina ya kawaida. Wana uwezo wa kutenganisha sehemu mbili za mzunguko wa umeme kutoka kwa kila mmoja na kuzuia mtiririko wa malipo ya umeme. Kwa msaada wao, sehemu zinazobeba sasa zimewekewa maboksi ili nishati ya umeme isiingie ardhini au kwenye kasha.

Separation ya dielectric

Dielectrics zimegawanywa katika nyenzo za kikaboni na isokaboni, kulingana na muundo wa kemikali. Dielectri za isokaboni hazina kaboni katika muundo wao, wakati fomu za kikaboni zina kaboni kama kipengele kikuu. vitu isokaboni kama kauri,mica, ina joto la juu.

Nyenzo za kielektroniki kulingana na mbinu ya kuzipata zimegawanywa katika dielectri za asili na bandia. Kuenea kwa matumizi ya vifaa vya sintetiki kunatokana na ukweli kwamba utengenezaji hukuruhusu kutoa nyenzo hiyo sifa zinazohitajika.

Kulingana na muundo wa molekuli na kimiani cha molekuli, dielectrics zimegawanywa katika polar na zisizo za polar. Mwisho pia huitwa neutral. Tofauti iko katika ukweli kwamba kabla ya mkondo wa umeme kuanza kutenda juu yao, atomi na molekuli zina au hazina malipo ya umeme. Kundi lisiloegemea upande wowote ni pamoja na fluoroplastic, polyethilini, mica, quartz, nk. Dielectri za polar zinajumuisha molekuli zenye chaji chanya au hasi, mfano ni polyvinyl chloride, bakelite.

Sifa za dielectrics

Kwa vile dielectrics zimegawanywa katika gesi, kioevu na imara. Vifaa vya kawaida vya kutumika vya umeme imara. Sifa na matumizi yao hutathminiwa kwa kutumia viashirio na sifa:

• ustahimilivu wa sauti;
• dielectric constant;
• ustahimilivu wa uso;
• mgawo wa upenyezaji wa joto;
• hasara za umeme zinazoonyeshwa kama tanjiti ya pembe;
• nguvu ya nyenzo chini ya utendakazi wa umeme.

Ustahimilivu wa sauti hutegemea uwezo wa nyenzo kustahimili mtiririko wa mkondo usiobadilika kupitia humo. Reciprocal ya resistivity inaitwa kiasi maalumconductivity.

Ustahimilivu wa uso ni uwezo wa nyenzo kustahimili mkondo wa moja kwa moja unaopita kwenye uso wake. Ubadilishaji wa uso ni ulinganifu wa thamani iliyotangulia.

Mgawo wa upenyezaji wa mafuta huakisi kiwango cha badiliko la ukinzani baada ya kuongeza halijoto ya dutu. Kwa kawaida, joto linapoongezeka, upinzani hupungua, kwa hiyo, thamani ya mgawo inakuwa hasi.

Dielectric constant huamua matumizi ya nyenzo za umeme kwa mujibu wa uwezo wa nyenzo kuunda uwezo wa umeme. Kiashiria cha upenyezaji wa jamaa wa dielectri imejumuishwa katika dhana ya upenyezaji kabisa. Mabadiliko ya uwezo wa insulation yanaonyeshwa na mgawo wa awali wa upenyezaji wa joto, ambayo wakati huo huo inaonyesha kuongezeka au kupungua kwa uwezo na mabadiliko ya joto.

Tangenti ya kupoteza dielectri huonyesha kiasi cha kupoteza nishati katika saketi inayohusiana na nyenzo ya dielectri inayopitia mkondo wa kupokezana wa umeme.

Nyenzo za umeme zina sifa ya kiashirio cha nguvu ya umeme, ambayo huamua uwezekano wa uharibifu wa dutu chini ya ushawishi wa dhiki. Wakati wa kutambua nguvu za kimakanika, kuna idadi ya majaribio ya kubainisha kiashirio cha uthabiti wa mwisho katika mgandamizo, mvutano, kupinda, msokoto, athari na mgawanyiko.

Sifa za kimwili na kemikali za dielectri

Mitambo ya umeme ina nambari fulaniasidi iliyotolewa. Kiasi cha potasiamu ya caustic katika milligrams inayohitajika ili kuondoa uchafu katika 1 g ya dutu inaitwa nambari ya asidi. Asidi huharibu nyenzo za kikaboni, kuwa na athari mbaya kwa sifa za kuhami joto.

Sifa ya nyenzo za umeme huongezewa na mgawo wa mnato au msuguano, kuonyesha kiwango cha umajimaji wa dutu. Mnato umegawanywa katika masharti na kinematic.

Kiwango cha ufyonzaji wa maji hubainishwa kulingana na wingi wa maji yanayofyonzwa na kipengele cha ukubwa wa majaribio baada ya siku kuwa ndani ya maji kwa joto fulani. Tabia hii inaonyesha uimara wa nyenzo, kuongeza thamani huharibu sifa za kuhami.

Nyenzo za sumaku

Viashiria vya kutathmini sifa za sumaku huitwa sifa za sumaku:

• upenyezaji wa sumaku;
• upenyezaji wa sumaku;
• upenyezaji wa sumaku ya joto;
• nishati ya upeo wa juu wa uga wa sumaku.

Nyenzo za sumaku zimegawanywa kuwa ngumu na laini. Vipengele vya laini vina sifa ya hasara ndogo wakati ukubwa wa magnetization ya mwili hupungua nyuma ya shamba la sumaku la kaimu. Zinaweza kupenyeza zaidi kwa mawimbi ya sumaku, zina nguvu ndogo ya kulazimisha na kuongezeka kwa kueneza kwa kufata. Zinatumika katika ujenzi wa transfoma, mashine na mifumo ya sumakuumeme, skrini za sumaku na vifaa vingine ambapo sumaku na nishati ndogo inahitajika.kuachwa. Hizi ni pamoja na chuma safi cha elektroliti, chuma - armco, permalloy, karatasi za chuma za umeme, aloi za chuma za nikeli.

Nyenzo madhubuti zina sifa ya hasara kubwa wakati kiwango cha usumaku kinapo nyuma ya uga wa sumaku wa nje. Baada ya kupokea msukumo wa sumaku mara moja, vifaa na bidhaa za umeme kama hizo hutiwa sumaku na huhifadhi nishati iliyokusanywa kwa muda mrefu. Wana nguvu kubwa ya kulazimisha na uwezo mkubwa wa induction ya mabaki. Vipengele vilivyo na sifa hizi hutumiwa kwa ajili ya utengenezaji wa sumaku za stationary. Vipengele vinawakilishwa na aloi za msingi wa chuma, alumini, nikeli, kob alti, vijenzi vya silicon.

Magnetodielectrics

Hizi ni nyenzo mchanganyiko, zenye 75-80% ya unga wa sumaku, wingi uliosalia hujazwa na dielectri ya kikaboni ya juu ya polima. Ferrites na magnetodielectrics zina maadili ya juu ya kupinga kiasi, hasara ndogo za sasa za eddy, ambayo inaruhusu kutumika katika teknolojia ya juu-frequency. Feri zina utendakazi thabiti katika nyanja mbalimbali za masafa.

Sehemu ya matumizi ya ferromagnets

Zinatumika kwa ufanisi zaidi kuunda core za mizunguko ya transfoma. Matumizi ya nyenzo inakuwezesha kuongeza sana uwanja wa magnetic wa transformer, huku usibadili masomo ya sasa. Uingizaji huo uliofanywa na feri hukuwezesha kuokoa matumizi ya umeme wakati wa uendeshaji wa kifaa. Vifaa vya umeme na vifaa baada ya kuzima athari ya nje ya sumaku huhifadhiviashiria vya sumaku, na kudumisha uga katika nafasi iliyo karibu.

Mikondo ya awali haipiti baada ya sumaku kuzimwa, hivyo basi kuunda sumaku ya kawaida ya kudumu ambayo inafanya kazi kwa ufanisi katika vipokea sauti vinavyobanwa kichwani, simu, ala za kupimia, dira, vinasa sauti. Sumaku za kudumu ambazo hazifanyi umeme zinajulikana sana katika maombi. Wao hupatikana kwa kuchanganya oksidi za chuma na oksidi nyingine mbalimbali. Madini ya chuma cha sumaku ni feri.

Nyenzo za semiconductor

Hivi ni vipengee vilivyo na thamani ya upitishaji ambayo iko katika safu ya kiashiria hiki cha kondakta na dielectri. Uboreshaji wa nyenzo hizi moja kwa moja inategemea udhihirisho wa uchafu katika wingi, maelekezo ya nje ya athari na kasoro za ndani.

Sifa za nyenzo za umeme za kikundi cha semiconductor huonyesha tofauti kubwa kati ya vipengele kutoka kwa kila mmoja katika kimiani cha miundo, muundo, sifa. Kulingana na vigezo vilivyoainishwa, nyenzo zimegawanywa katika aina 4:

1. Vipengee vilivyo na atomi za aina moja: silicon, fosforasi, boroni, selenium, indium, germanium, gallium, n.k.
2. Nyenzo zenye oksidi za metali - shaba, oksidi ya cadmium, oksidi ya zinki, n.k.
3. Nyenzo zimejumuishwa katika kikundi cha antimonide.
4. Nyenzo-hai - naphthalene, anthracene, n.k.

Kulingana na kimiani kioo, halvledare hugawanywa katika nyenzo za polycrystalline na monocrystalline.vipengele. Tabia ya vifaa vya umeme huwawezesha kugawanywa katika yasiyo ya magnetic na dhaifu ya magnetic. Miongoni mwa vipengele vya magnetic, semiconductors, conductors na mambo yasiyo ya conductive yanajulikana. Usambazaji wazi ni ngumu kutengeneza, kwani nyenzo nyingi hufanya tofauti chini ya mabadiliko ya hali. Kwa mfano, uendeshaji wa baadhi ya semiconductors kwa joto la chini inaweza kulinganishwa na uendeshaji wa insulators. Dielectri zile zile hufanya kazi kama halvledare inapopashwa joto.

Nyenzo za mchanganyiko

Nyenzo ambazo hazijagawanywa na kazi, lakini kwa muundo, huitwa vifaa vya mchanganyiko, hivi pia ni vifaa vya umeme. Mali zao na matumizi ni kutokana na mchanganyiko wa vifaa vinavyotumiwa katika utengenezaji. Mifano ni vipengele vya nyuzi za glasi, glasi ya nyuzi, mchanganyiko wa metali zinazopitisha umeme na kinzani. Matumizi ya mchanganyiko sawa inakuwezesha kutambua nguvu za nyenzo na kuzitumia kwa madhumuni yao yaliyotarajiwa. Wakati mwingine mchanganyiko wa viunzi husababisha kipengele kipya kabisa chenye sifa tofauti.

Nyenzo za Filamu

Filamu na kanda kama nyenzo za umeme zimeshinda eneo kubwa la maombi katika uhandisi wa umeme. Mali zao hutofautiana na dielectri nyingine katika kubadilika, nguvu za kutosha za mitambo na sifa bora za kuhami. Unene wa bidhaa hutofautiana kulingana na nyenzo:

• filamu zimetengenezwa kwa unene wa mikroni 6-255, kanda hutengenezwa kwa mm 0.2-3.1;
• bidhaa za polystyrene katika mfumo wa kanda na filamu hutengenezwa kwa unene wa mikroni 20-110;
• tepi za polyethilini zimetengenezwa kwa unene wa mikroni 35-200, upana wa mm 250 hadi 1500;
• filamu za fluoroplastic zimetengenezwa kwa unene wa mikroni 5 hadi 40, upana wa mm 10-210.

Uainishaji wa nyenzo za umeme kutoka kwa filamu huturuhusu kutofautisha aina mbili: filamu zinazoelekezwa na zisizoelekezwa. Nyenzo ya kwanza hutumiwa mara nyingi zaidi.

Vanishi na enamel za insulation ya umeme

Suluhisho la dutu zinazounda filamu wakati wa ugandishaji ni nyenzo za kisasa za umeme. Kundi hili linajumuisha lami, mafuta ya kukausha, resini, ethers za selulosi au misombo na mchanganyiko wa vipengele hivi. Mabadiliko ya sehemu ya viscous katika insulator hutokea baada ya uvukizi kutoka kwa wingi wa kutengenezea kutumika, na kuundwa kwa filamu mnene. Kulingana na njia ya utumiaji, filamu zimegawanywa katika wambiso, kuweka mimba na mipako.

Vanishi za kupachika mimba hutumika kwa vilima vya mitambo ya umeme ili kuongeza mgawo wa upitishaji joto na ukinzani dhidi ya unyevu. Varnishes ya mipako huunda mipako ya juu ya kinga dhidi ya unyevu, baridi, mafuta kwa uso wa windings, plastiki, insulation. Vipengee vya wambiso vinaweza kuunganisha sahani za mica na nyenzo nyingine.

Viunga vya kuhami umeme

Nyenzo hizi huwasilishwa kama suluji ya kioevu wakati wa matumizi, ikifuatiwa na ugumu na ugumu. Dutu ni sifa ya ukweli kwamba hawana vimumunyisho. Misombo pia ni ya kikundi "vifaa vya electrotechnical". Aina zao ni kujaza na kuingiza. Aina ya kwanza hutumika kujaza matundu kwenye mikono ya kebo, na kundi la pili hutumika kuingiza vilima vya injini.

Michanganyiko hutengenezwa thermoplastic, hulainisha baada ya halijoto kuongezeka, na thermoset, hivyo kubakiza umbo la kuponya.

Nyezi za kuhami za umeme zisizo na mimba

Kwa utengenezaji wa nyenzo kama hizo, nyuzi za kikaboni na viambajengo vilivyoundwa kisanii hutumiwa. Nyuzi za mimea ya asili ya hariri ya asili, kitani, kuni hubadilishwa kuwa nyenzo za asili ya kikaboni (nyuzi, kitambaa, kadibodi). Unyevu wa vihami vile huanzia 6-10%.

Nyenzo za sanisi za kikaboni (kapron) zina unyevu kutoka 3 hadi 5% pekee, kueneza sawa na unyevu na nyuzi zisizo hai (nyuzi za glasi). Nyenzo za isokaboni zina sifa ya kutokuwa na uwezo wa kuwaka wakati wa joto kwa kiasi kikubwa. Ikiwa nyenzo zimewekwa na enamels au varnishes, basi mwako huongezeka. Usambazaji wa vifaa vya umeme hufanywa kwa biashara kwa ajili ya utengenezaji wa mashine na vifaa vya umeme.

Letheroid

Uzito mwembamba hutengenezwa kwa laha na kukunjwa kuwa safu kwa ajili ya kusafirishwa. Inatumika kama nyenzo kwa ajili ya utengenezaji wa gaskets za insulation, dielectrics za umbo, washers. Karatasi ya asbesto iliyoingizwa na kadibodi ya asbestosi hufanywa kutoka kwa asbestosi ya chrysolite, ikigawanyika katika nyuzi. Asbestosi hustahimili mazingira ya alkali, lakini huharibiwa katika mazingira yenye asidi.

Kwa kumalizia, ni lazima ieleweke kwamba kwa matumizi ya vifaa vya kisasa kwa ajili ya insulation ya vifaa vya umeme, maisha yao ya huduma yameongezeka kwa kiasi kikubwa. Nyenzo zilizo na sifa zilizochaguliwa hutumiwa kwa miili ya usakinishaji, ambayo inafanya uwezekano wa kutoa vifaa vipya vya kufanya kazi na utendakazi ulioboreshwa.