Документ Microsoft Office Word (2)


№1 дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Негізгі түсініктемелер. Диэлектрикті материалдардағы физикалық процестер.
Кіріспе. Зат құрылымы жайлы жалпы мәліметтер. Байланыстар түрлері. Негізгі элементарлы бөліктерден тұратын бізге белгілі барлық заттар болып, протондар, нейтрондар, электрондар жатады. Протондар мен нейтрондардан атом ядросы тұрады, ядроның оң зарядын компенсациялай отырып электрондар атом қабықшасын толтырады. Атом ядросының құрылымын, қабықшалардың электрондармен толу периодтылығын Д.И.Менделеев кестесі көмегімен табуға болады. Газдар, сұйық және қатты денелер атомдардан, молекулалардан және иондардан тұрады. Атомдар өлшемдері – ангстрема ретінде, атомдардан алынған, электрондар бөлігінен айырылған, оң иондар өлшемі атомдар өлшемдеріне қарағанда кіші, ал қосымша электрондарды қосып алған теріс иондар өлшемдері сәйкес келетін атомдар өлшемдеріне қарағанда үлкен. Иондар болып электрондарын жоғалтқан немесе қосып алған атомдар тобы болуы да мүмкін. Газдар молекулалары атомдардың әртүрлі сандарынан тұрады. Мысалы, гелий, неон и аргон - біратомды газдар; сутегі, азот, оттегі екіатомды молекулалардан тұрады; көмірқышқыл газ, су буы – үшатомды молекуладан; аммиак молекуласы – төрт атомнан; метан – бес атомнан. Атомдардың сыртқы электронды қабықша құрылымына байланысты байланыстардың әрқалай түрлері құрылуы мүмкін. Көбінесе ковалентті және ионды химиялық байланыстары бар молекулалар кездеседі. Ковалентті байланыс екі көрші атомдардың электрондарының ортақтандырылуы кезінде туады. Осындай типтегі химиялық байланыс H2 ,O2, CO молекулаларында орындалады және тағы басқа. Шамасы бойынша бірдей оң және теріс зарядтардың орталары сәйкес келетін молекулалар полярлы емес болып табылады. Егер кейбір заряд белгілері бойынша қарамақарсы молекулалар ортасы сәйкес келмесе және бір бірінен қандай да бір қашықтықта болса, онда мұндай молекулалар полярлы немесе диполды деп аталады. Заряд және оң және теріс зардтардың орталары арасындағы қашықтыққа көбейтіндісімен анықталатын полярлы молекула диполды моментпен сипатталады.
Затты электрлі қасиеттері бойынша классификациялау. Электротехникалық материалдар деп электромагнитті өріске қатынасы бойынша арнайы қасиеттермен сипатталатын және техникада осы қасиеттерін ескере отырып қолданылатын материалдарды айтады. Әртүрлі материалдарға жеке электрлі немесе магнитті өрістер, сондай-ақ олардың жинақталған әсерлері беріледі. Магнитті өрістегі жүрістері бойынша материалдар күшті магнитті (магнетики) және әлсіз магнитті болып бөлінеді. Күшті магнитті материалдар техникада магшнитті қасиеттерінің арқасында кеңінен қолданыс тапты. Электр өрісндегі жүрісі бойынша материалдар өткізгіш, жартылай өткізгіш және диэлектриктер болып бөлінеді.

1. Сурет – Диэлектриктердің энергетикалық диаграммасы (а), жартылай өткізгіштердің (б) өткізгіштердің (в) қатты денелердің аумақтық теориясына байланысты абсалютті нөл кезінде.
1 – электрондармен толған аумақ, 2 – тиым салынған аумақ, 3 – еркін энергетикалық деңгейлер аумағы.
Атомдармен байланысы бар, энергетикалық деңгейден тұратын аумақ валентті аумақ деп аталады (электрондармен толған аумақ).
Энергетикалық деңгейден тұратын, электрондары жоқ және бола да алмайтын аумақ тиым салынған аумақ деп аталады.
Бос электрондары бар энергетикалық деңгейден тұратын, (атомдармен байланысы жоқ), аумақ еркін аумақ деп аталады (еркін энергетикалық деңгейлер аумағы).
Диэлектриктер болып, тиым салынған аумағы соншалықты үлкен, кәдімгі жағдайларда онда электронды электрөткізгіштік байқалмайтын материалдарды айтады.
Жартылайөткізгіштер болып, тиым салынған аумағы едәуір тар және ол аумақ сыртқы энергетикалық әсерлер арқасында жабылуы мүмкін болатын заттарды айтады.
Өткізгіштер болып, электрондармен жабылған аумағы еркін энергетикалық деңгей аумағына жанасатын немесе тіптім сол умақпен жабылатын материалдарды айтады.
Температураның көтерілуіне байланысты жартылайөткізгіштерде еркін электрондар саны өседі, ал абсалютті нөлге дейін төмендеуімен – нөлге дейін кемиді. Осындай түрде, заттардың электрөткізгіштігі әртүрлі температурада елеулі әртүрлі болуы мүмкін. Термогенерация процесі дегеніміз – бұл валентті аумақтан еркін аумаққа температураның көтерілуімен өтетін электрондар санының өсуі. Электрондардың еркін жағдайға өту процесі кері құбылыспен байланысқан, яғни электрондардың валентті аумаққа қайтуы. Нәтижесінде тұрақты температура кезінде затта тепеьеңдік басталады, яғни еркін аумаққа өтетін электрондар саны валентті аумаққа қайтатын электрондар санына тең. Электрондардың еркін жағдайға өтуі немесе тесік (валентті аумақтан кеткен электроннан қалған бос вакантты орын) құруы үшін қажетті энергияны - тек жылу қозғалысы ғана жеткізіп қоймайды, сондай-ақ энегрияның басқа көздері де, мысалы: жарық, электрондар мен ядролық бөліктер ағыны, электронды және магнитті өрістер, механикалық әсерлер және тағы басқа.
Электронды қасиеттер, зат атомының өзара әсерлесу шарттарымен анықталады және берілген атомның міндетті ерекшелігі болып табылмайды. Мысалы, алмаз түріндегі көмір сутегі диэлектрик болып табылады, ал графит түрінде үлкен өткізгіштікке ие.
Кристалды тордың қоспалары мен дефектілері қатты денелердің электр қасиеттеріне күшті әсер етеді.
Заттардың магнитті қасиеттері бойынша классификациясы. Материалдар магнитті қасиеттері бойынша әлсіз магнитті (диамагнетиктер және парамагнетиктер) және күшті магнитті (ферромагнетиктер және ферримагнетиктер) болып бөлінеді. Диамагнетиктер болып, мәні сыртқы магнитті өрістің кернеуінен тәуелсіз магнитті өтімділігі r<1 болатын заттарды айтады. Оларға: сутегі, инертті газдар, органикалық қоспалардың көбісі, тасты тұз және кейбір металдар (мыс, цинк, күміс, алтын, сынап), сондай-ақ висмут, галлий, сурьма. Парамагнетиктерге магниттік өтімділігі r>1 және де сыртқы магнитті өріс кернеуінен тәуелсіз болатын заттар жатады. Оларға: оттегі, азот оксиді, темір, кобальт, никель және жерде сирек кездесетін элементтер тұзы, щелочты металдар, алюминий және платина жатады. Диамагнетиктер мен парамагнетиктер 1 жуық магнит өтімділікке ие, және магнит қасиеттері бойынша техникада шектелген қолданыс тапты. Күшті магнитті материалдарда магнитті өтімділік r>>1 болады және магнитті өрістің кернеулігінен тәуелді. Оларға: темңр, никель, кобальт және олардың балқымалары, хром мен марганц балқымалары, әртүрлі құрамды гадолиний және ферриттер жатады.
Электр өрісіндегі диэлектрик. Электр кернеуі әсер еткен кезде пайда болатын кезкелген диэлектрикке тән процес болып, - байланысқан зарядтардың шектелген ығысуы немесе диполды молекулалардың ориентациясы болатын - поляризация саналады.
Диэлектриктердің поляризациясымен шартталатын құбылыстар жайлы, диэлектриктің өтімділігі мәні бойынша айтуға болады, сондай-ақ, егер диэлектриктің поляризациясы диэлектриктің қызуын болдыратын энергияның таралуымен ілесе жүретін болса, диэлектрикті шығын бұрышы мәні бойынша да айтуға болады. Электр кернеуінің әсері бойынша диэлектрик қабаты және оның беті арқылы өтетін кіші өту тоғын шарттайтын техникалық диэлектриктің қызуына оның құрамындағы аз ғана еркін зарядтар қатысу мүмкін. Тесу тоғының болуы, техникалық диэлектриктің электрөткізгіштік құбылысымен түсіндіріледі, ол сан бойынша сәйкес келетін меншікті көлемді және беттік электр кедергілер мәніне кері болатын меншікті көлемді және беттік электр өткізгіш мәндерімен сипатталады.
Кезкелген диэлектрик, арнайы жағдайларға тән шектік мәндерден аспайтын кернеулер кезінде қолданылуы мүмкін. Осы шектік мәндерден жоғары кернеулер кезінде диэлектриктің тесілуі басталады – оларда электрооқшаулама қасиеттері жоғалады.
Диэлектриктің тесілуі болатын кернеу мәні, тесу кернеуі деп аталады, ал сәйкес келетін сыртқы біртекті электр өрісінің кернеулік мәні – диэлектриктің электрлі беріктілігі деп аталады.
Диэлектриктердің поляризациясы және диэлектрикті өтімділік. Электр өрісі әсерімен диэлектриктің байланысқан электронды зарядтары оларға әсер ететін күш бағытына қарай жылжиды, және ол күш көп болған сайын, өріс кернеулігі жоғары болады. Электр өрісін алып тастаған кезде зарядтар бастапқы жағдайына қайтады. Полярды диэлектриктер құрамындағы диполды молкулалар электр өрісі әсерімен сондай-ақ өріс бағытына қарай диполдардың ориентациясын тудырады; өрістің болмағаны кезде диполдар жылу қозғалысы салдарыннан дезориентацияланады.
Диэлектриктердің көбісі диэлектрикте тудырылған электр өрісінің кернеулігінен электрлік орынауысу тәуелділігі сызықтық сипатпен болатыны ерекшеленеді. Бірақ сегнетаэлектриктер деп аталатын диэлектриктер тобында мұндай тәуелділік сызықты болмайды, яғни орынауысу сипаты өрістің кернеулігі бойында біркелкі болмайды. Әрбір диэлектрикті электрлік тізбекке қосылған электроды бар конденсатор ретінде қарастыруға болады, сонда конденсатордың заряды:

(1)
мұндағы С – конденсатор сыйымдылығы, U – берілген кернеу.
Электр энергиясының мөлшері екі құраушыдан тұрады. 0 - электродтардағы заряд, егер оларды вакуум бөліп тұрса және д – бұл заттың полярлануынан туылған заряд:
Берілген кернеудің берілген мәні кезінде Q заряды Qo зарядынан тұрады, ол заряд электродта оларды бір бірінен вакуум бөлген жағдайында ғана болады, және Qд зарядынан тұрады, ол заряд факт жүзінде электродтарды бөлетін диэлектриктің поляризациясымен шартталады:
(2)
Диэлектриктің маңызды сипаттамаларының бірі болып оның қатынасты диэлектрикті өтімділігі саналады.
а) б)

Сурет – Электр өрісіндегі (а) поляризацияның әртүрлі механизмдері бар күрделі құрамды
диэлектрик және оның эквивалентті схемасы.
Өзіменен бұл шама берілген диэлектриктен тұратын конденсаторда алынған Q зарядының Qo зарядына қатыгнасын көрсетеді, оны сол шамалы конденсаторда және дәл сондай кернеу кезінде электродтар арасында вакуум болған жағдайда алуға болады:
(3)
Осыдан алатынымыз, кезкелген заттың қатынасты диэлектрикті өтімділігі тек вакуум болған жағдайда ғана бірден үлкен немесе бірге тең. Кезкелген заттың қатынасты диэлектрикті өтімділігі бірліктер жүйесін таңдаудан тәуелсіз. Диэлектриктің сапасын сипаттау үшін дәл осы шама қолданылады. 1 қатынас келесі түрде келтірілуі мүмкін:
, (4)
мұндағы Со – Егер де вакуум бөліп тұратын болса, конденсатордағы сыйымдылық.
4 формуладан, заттың диэлектрикті өтімділігін берілген диэлектрикті конденсатор сиымдылығының, диэлектриктері вакуум болатын өлшемдері дәл сондай болатын конденсатор сиымдылығына қатынасымен анықтауға болатындығын көруге болады.
Диэлектриктердің поляризациялануының негізгі түрлері. Диэлектриктердің поляризациялануының негізгі екі түрі бар:
1) Электр өрісі әсерімен болатын поляризация лездік, жеткілікті серпімді, энергияның таралуынсыз, яғни жылу бөлінбейтін болады;
2) Диэлектрикте энегрияның таралуы бақыланатын және біртіндеп өсетін және кемитін, лезде орындалмайтын, яғни диэлектриктің қызуын тудыратын – поляризация. Поляризацияның мұндай түрін релаксациялық поляризация деп атайды.
Полярланудың бірінші түріне электронды және ионды полярлану жатады, басқа механизмдер релаксациялық полярлануға жатады. Диэлектриктегі бар конденсатордың сыйымдылығының шамасымен онда жинақталған электрлік заряд, әртүрлі полярлану механизмдеррінің қосындысынан тұрады. Әртүрлі поляризациялар әртқандай диэлектриктерде бақылануы мүмкін, сондай-ақ біркезде бір материалда әртүрлі поляризация болуы мүмкін.
Электрондық полярлану – (Qэ, Cэ) атомдар мен иондардың қабатындағы электрондардың серпімді түрде орынауысуы мен диформациялануы. Уақыты 10-15 сек тең.Бөліктердің полярлануы температурадан тәуелді болмайды, бірақ заттың полярлануы температура өсуімен азаяды. Электрондық полярлану диэлектриктердің барлық түрінде кездеседі және энергияның шығынымен байланысты болмайды.
Ионды полярлану – (Qи, Cи) ионды құрылымы бар қатты денелерге және серпімді түрде байланысқан иондардың орынауыстырумен пайда болады. Температураның өсуімен серпімді күштердің әлсіреуімен ол күшейеді. Уақыты 10-13 сек тең.
Дипольді релаксациялық полярлану – ( Сд-р, Qд-р, rд-р ) олар бөлшектеудің жылулық қозғалысымен байланысты. Бос жылулық жүрістегі дипольдің молекулалар, өрістің әсерінен ретеледі, осы полярланудың себебі болып табылады. Температураның өсуімен полярлану мөлшері алғашында өсіп ретсіз жылулық қозғалыстар екпінді күйге енген соң, полярлану мөлшері азая бастайды.
Ионды релаксациялық полярлану – (Си-р, Qи-р, rи-р) органикалық емес әйнектерде және кейбір ионды кристалды органикалық емес заттарда кездеседі. Бұл жағдайда заттың өзара әлсіз байланысқан иондары сыртқы электрлік өрісінің әсерінен әдеттен өте көп жылулық қозғалысты қабылдайды. Электрлік өрісі алынғаннан соң иондар қозғалысы экспоненциялдық заңдылық бойынша әлсірейді. Полярлану шамасы температураның өсуімен өседі.
Электронды релаксациялық полярлану – (Qэ-р, Сэ-р, rэ-р) артық “дефектілік” электродар немесе “кемтік” қозған жылу энергиясының әсерінен пайда болады.
Миграциялық полярлану – (Qм, См, rм) полярланудың қосымша механизімі, біркелкі емес құрылымдағы қатты денелерде көрінеді. Мұндай полярланудың себебі, техникалық диэлектриктердегі өткізгіштік және жартылай өткізгіштік қосылыстар, әртүрлі қабатты өткізгіштердің болуы және т.б.болып табылады.
Өздігінен полярланатын – (Qсп, Ссп, rсп) диэлектриктерге сегнетаэлектриктер жатады. Мұндай полярлану жүрілетін заттардың кейбір обылысында сырттан өріс жүрілмеседе электрлік моменті пайда болады. Полярланудың басқа түрлерінен айырмашылығы, сыртқы өріс кернеулігінің қандай бір мәнінде қанығу туылады, өрістің одан әрі күшейуі полярланудың өсуін туғызбайды. Кенеттен поляризациялану кезіндегі диэлектрикті өтімділік электр өрісінің кернеулігінен тәуелді, мұндай материалдар энергияның едәуір таралуымен сипатталады.
Негізгі әдебиеттер 1. [9-33].
Қосымша әдебиеттер 2. [10-60].
Бақылау сұрақтары:тес
1. Материалдар жайлы негізгі мәліметтер. Байланыс түрлері.
2. Заттардың электрлі қасиеттері бойынша классификациясы. Заттардың магнитті қасиеттері бойынша классификациясы.
3. Диэлектриктер дегеніміз не? Диэлектриктердің поляризациясы.
6. Диэлектриктер поляризациясының негізгі түрлері.
№2 Дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы:Диэлектриктің электрөткізгіштігі. Диэлектрикті шығындар.
Диэлектриктің электрөткізгіштігі. Негізгі түсініктемелер. Заттарда байланысқан заттардың ығысуының поляризациялық процесі тепетеңдік жағдайына тағайындалу моментіне дейін диэлектриктерде ығысу тоғын тудыра отырып уақыт бойынша ағады. Серпімді байланысқан зарядтардың ығысу тоқтары ионды және электронды поляризация кезінде соншалықты қысқамерзімді, оларды аспабпен тіркеу мүмкін емес. Техникалық диэлектриктердің көбінде бақыланатын баяуланған поляризацяның әртүрлеріндегі ығысу тоқтарын абсорбциялық тоқтар деп атайды. Тұрақты кернеу кезінде абсорбциялық тоқтар өзінің бағытын өзгерте отырып тек кернеуді қосу және сөндіру моменттерінде ағады; Айнымалы кернеу кезінде олар материалдың электр өрісінде болатын уақыт ішінде ағады. Техникалық диэлектриктерде еркін зарядтардың азғана шамасының болуы шамасы бойынша әлсіз болатын тесу тоқтарының немесе ағып кету тоқтарының пайда болуын тудырады. Техникалық диэлектриктерде ағып кету тоқтары өзіменен тесу тоғы мен абсорбциялы тоқ суммасын көрсетеді. Тоқ тығыздығы үшін келесі түрде жазуға болады:
Jут=Jск+Jаб (5)
Суретте көрсетілгендей поляризация процесі аяқталғаннан кейін диэлектрик арқылы тек тесу тоғы ағады. Ығысу тоғын тек диэлектриктердің өткізгіштігін өлшеген кезде ғана ескеру қажет, өйткені диэлектрик үлгісін кернеуде аз ғана ұстап тұру кезінде тек тесу тоғы ғана тіркеліп қоймайды сонымен қатар абсорбциялық тоқ та тіркеледі осыны ескере отырып диэлектриктің үлкен өткізгіштігі жайлы жалған пікір тууы мүмкін. Тұрақты кернеу кезінде диэлектриктің өткізгіштігі, электродтарда зарядтардың бөлінуімен және нейтрализациясымен жүретін тесу тоғы бойынша анықталады. Айнымалы кернеу кезінде активті өткізгіштік тек тесу тоғымен ғана емес, сондай-ақ абсорбциялық тоқтардың активті құрамасымен де анықталады.
мин
iаб
iут
iск
τ
0

3 Сурет – Ағып кету тоғының уақыттан тәуелділігі
Көптеген жағдайларда диэлектриктердің электрөткізгіштік ерекшеліктері болып оның электронды емес (ионды) сипаты жатады. Тесу тоғының шамасын аныұтайтын диэлектріктің ақиқат кедергісі Rақ келесі формула бойынша есептелуі мүмкін:
Rиз=U/(i- i аб), (6)
мұндағы i ут. – бақыланып отырған тоқ, U-кернеу, i аб – абсорбцияның суммалы тоғы.
Поляризацияның тіптім баяуланған түрінің абсорбциялық тоғын анықтау қандай да бір қиындықтар туғызатын болғандықтан, диэлектриктің кедергісін, кернеуді қосқанннан кейін бір минуттан кейін өлшенетін және тесу тоғы ретінде қабылданатын тоққа кернеуді бөлуден алынатын бөлінді ретінде есептейді:
Rиз=U/ i ск (7)
Электр өрісі кернеулігінің аз мәні кезіндегі газдар аз өткізгіштікке ие. Газдарда тоқ тек қана олардың құрамында иондар мен еркін электрондардың болуы кезінде ғана пайда болуы мүмкін. Сыртқы ионизаторлар әсерімен болатын (рентген сәулелері, ультрафиолет сәулелері, космос сәулелері, термо әсерлер (газды қатты қыздыру)) газдардың электрөткізгіштігі дербес емес деп аталады.
Соққылы ионизациямен шартталған газдың электрөткізгіштігі (электр өрісі әсерімен алынатын, зарядталған бөліктердің кинетикалық энергиясы үлкен мәндерге жеткенде туады) дербес деп аталады. Әлсіз өрістерде соққылы ионизация болмайды.
Оң иондардың теріс бөліктермен қосылу процесі (нейтралды молекулалардың құрылуы) рекомбинация деп аталады..
Сұйық диэлектриктердің электрөткізгіштігі сұйықтың молекула құрылымымен тығыз байланысты. Полярлы емес сұйықтарда электрөткізгіштік диссоцияциялы қоспалардың болуынан тәуелді, соның ішінде ылғалдың; полярлы сұйықтарда электрөткізгіштік тек қоспалармен ғана анықталып қоймайды, сондай-ақ кейде сол сұйықтың молекула диссоцациясымен де анықталдады. Сұйық диэлектриктен қоспалар диссоцациясын толығымен жою мүмкін емес болғандықтан аз мәнді меншікті өткізгішті электроқшаулама сұйықтарын алу қиынға түседі.
Полярлы сұйықтар, полярлы емес сұйықтармен салыстырғанда жоғары өткізгіштікке ие, сондай-ақ диэлектрикті өтімділіктің өсуі өткізгіштіктің өсуіне алып келеді. Күшті полярлы сұйықтар жоғары өткізгіштігімен соншалықты ерекшеленеді, тіптім оларды ионды электрөткізгіштігі бар өткізгіш ретінде қарастыруға болады.
Нейтралды сұйық диэлектрик арқылы электр тоғын ұзақ жіберу кезінде электрлі тазалау арқасында кедергінің өсуі бақыланады. toС өсуіменен тұтқырлықтың кемуіне байланысты иондардың қозғалғыштығы өседі, соныменен электрөткізгіштік көтеріледі.
Қатты денелердің электрөткізгіштігі, диэлектриктің өзінің иондарының да, және де кездейсоқ қоспалар иондарының да қозғалысымен шартталады, ал кейбір материалдарда еркін электрондардың болуымен пайда болуы мүмкін.
Күшті электр өрістерінде – электронды электрөткізгіштік басым. Ионды электрөткізгіштік заттарды тасымалдаумен ілесе жүреді. Электронды электрөткізгіштіккезінде – бұл құбылыс болмайды. Қоспалар иондарының жекелеп электрлі тазалауы бақыланады. Ионды құрылымды қатты диэлектриктерде электрөткізгіштік, жылу қозғалысымен босаған иондардың жылжуы арқасында пайда болады.
Атомды немесе молекулярлы торлы диэлектриктерде электрөткізгіштік тек қоспалардың болуымен байланысқан, олардың меншікті өткізгіштігі аз.
Қатты электроқшауламалы материалдар үшін көлемді және бетті өткізгіштікті ажырату қажет. Беттік электрөткізгіштік, диэлектрик бетінде ылғалдың немесе ластанудың болуымен шартталады. Су, жоғарыда атап өткендей, едуір меншікті өткізгіштігімен ерекшеленеді. Байқалатын өткізгіштік табылуы үшін, диэлектрик бетіне ылғалдың жіңішке қабаты жеткілікті, ол өткізгіштік негізінде сол қабаттың қалыңдығымен анықталады. Бірақ, ылғалдың адсорбцияланған пленкасының кедергісі, оның бетінде жатқан материалдың табиғатына байланысты болғандықтан, беттік электрөткізгіштікті диэлектриктің өзінің қасиеті ретінде қарастырады.
Меншікті беттік өткізгіштік төмен болған сайын, заттың полярлығы аз, соғұрлым диэлектрик беті таза және ысқыланған.
Диэлектрикті шығындар. Диэлектрикті шығындар деп, диэлектриктің қызуын тудыратын жіне оған электр өрісінің әсері кезінде уақыт бірлігінде таралатын энергияны айтады.
Диэлектрикті шығындар айнымалы кернеу кезінде де, тұрақты кернеу кезінде де бақыланады, себебі материалда өткізгіштікпен шартталған тесу тоғы табылады. Тұрақты кернеу кезінде, периодты поляризация болмаған кезде, материал сапасы меншікті көлемді және беттік кедергілер мәндерімен сипатталады. Айнымалы кернеу кезінде, материал сапасының қандай да бір басқа сипаттамасын қолдану қажет, себебі бұл жағдайда тесу тоғынан басқа диэлектриктерде шығынды тудыратын қосымша себептер пайда болады.
Электроқшаулама материалдарында диэлектрикті шығындарды көлем бірлігіне жатқызылған таралу қуатымен немесе меншікті шығындармен сипаттауға болады; электр өрісінде диэлектриктің қуатты тарату қабілетін бағалау үшін көбнесе диэлектрикті шығындар бұрышын қолданады, сондай-ақ осы бұрыштың тангенсін қолданады.
Диэлектрикті шығындар бұрышы деп, сиымдылық тізбегіндегі тоқ пен кернеу арасындағы φ фазалық ығысу бұрышын 900 – қа толтыратын бұрышты айтады. Идеалды диэлектрик үшін осындай тізбектегі тоқ векторы кернеу векторын 900 – қа басып озатын болады, осы кезде диэлектрик шығының δ бұрышы нөлге тең болады. Диэлектрикте жылуға өтетін таралатын қуат көп болған сайын, φ фазалық ығысу бұрышы аз болады және δ бұрышы мен оның tg δ функциясы үлкен болады.
Электроқшаулама материалдарында рұқсат етілмейтін үлкен диэлектрикті шығындар одан жасалған заттардың күшті қызуын тудырады, және жылулық бұзылуға алып келуі мүмкін. Тіптім, диэлектрикті шығындар арқасында рұқсат етілмейтін артық қызу болатындай диэлектрикке берілген кернеу жеткілікті үлкен болмаса да, мұндай жағдайда да үлкен диэлектрикті шығындар, мысалы, онда берілген диэлектрик қолданылған тербелмелі контурдың активті кедергісін өсіре отырып, және соның салдарынан өшіру шамасын өсіре отырып елеулі зиянкестік алып келуі мүмкін.
Диэлектриктің поляризациясымен тікелей байланысқан диэлектрикті шығындарды оқыған кезде поляризацияның бұл құбылысын, берілген диэлектригі бар конденсатор электродтарында электр зарядының конденсаторға берілген кернеуден тәуелділігін көрсететін қисықтармен сипаттауға болады.

4 сурет – Сызықты диэлектрик үшін зарядтың кернеуден тәуелділігі (а) шығынсыз, (б) шығынмен.
Поляризация құбылысымен тудырылған, шығын болмаған жағдайда, заряд кернеуден сызықты тәуелді (4,а сурет) және мұндай диэлектрик сызықты деп аталады. Егер де сызықты диэлектрикте, энергия шығынымен байланысқан баяуланған поляризация бақыланса, онда зарядтың кернеуден тәуелділік қисығы эллипс түрін қабылдайды (4,6 сурет). Бұл эллипстің ауданы, кернеу өзгеруінің бір периодында диэлектрикпен сіңірілетін энергия шамасына пропорционалды.
Сызықты емес диэлектриктер үшін – сегнетоэлектрик – зарядтың кернеуден тәуелділік қисығы, магнитті материалдарға тән гистерезис түйіні түрін қабылдайды және бұл жағдайда түйін ауданы бір период ішіндегі энергия шығынына пропорционалды. Периодты поляризация болмаған, тұрақты кернеу кезінде, жоғарыда келтірілгендей материал сапасы көлемді және беттік кедергілер мәндерімен сипатталады. Айнымалы кернеу кезінде, материал сапасының қандай да бір басқа сипаттамасын қолдану қажет, себебі бұл жағдайда тесу тоғынан басқа диэлектриктерде шығынды тудыратын қосымша себептер пайда болады. .
Негізгі әдебиеттер 1. [33-66].
Қосымша әдебиеттер 2. [61-89].
Бақылау сұрақтары:
Диэлектриктердің электрөткізгіштігі.
Негізгі түсініктер.
Диэлектритік шығындар.
№3 Дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Диэлектриктердің тесілуі. Диэлектриктердің физико-химиялық және механикалық қасиеттері.
Диэлектриктердің тесілуі. Тесілу құбылысының жалпы сипаттамасы. Тесілу түрлері. Электр өрісіндегі диэлектрик, кернеудің қандай да бір аумалы мәнін асуы кезінде ол электроқшаулама қасиетін жоғалтады. Бұл құбылыс диэлектриктің тесілуі немесе электр беріктіліктің бұзылуы деп аталады. Кернеудің сәкес келетін мәні (аумалы) тесу кернеуі деп, ал өріс кернеулілігінің сәйкес келетін мәні – диэлектриктік электрлі беріктілігі деп аталады:
(8)
мұндағы h – диэлектрик қалыңдығы.
Газдардағы тесілу соққылық және фотондық ионизация құбылыстары нәтижесінде, ал сұйық диэлектриктердің тесілуі ионизациялық жылулық процесс нәтижесінде болады. Сұйықтардағы тесілудің басты факторларыныңбірі – оларда бөтен қоспалардың болуы. Қатты денелердің тесілуі өрістің әсерінен пайда болатын электрлік және жылулық процесстер нәтижесінде болады. Электрлік тесілу құбылысы диэлектриктегі электрондық процесстермен байланысты. Олар өте күшті электрлік өріс кезіндепайда болады және тесілу моментінде электрлік тоғының тығыздығы күрт өсуіне алып келеді.
Жылулық тесілу электр өрісіндегі қызу әсерінен диэлектриктің актив кедергісінің азаюы нәтижесінде болады. Жылулық тесілу нәтижесінде актив ток өсіп, диэлектриктің қызуы одан әрі көтеріледіде термикалық бұзылулар пайда болады. Кернеу ұзақ уақыт әсер еткен кезде электрлік өріс әсерінен диэлектриктерде болатын электрохимиялық процестерде тесілуді болдырады.
Жалпы алғанда газдардың тесілуі таза электрлік құбылыс. Сондықтан газдардың тесілуінің барлық сандық берілістері кернеудің максималдық (амплитудалық) мәндеріне жатады. Жылу процестері сұйық және қатты диэлектриктерді бұзады және Uпр сандық мәні нақты мәндерге жатады. Электротехникалық конструкцияның көптеген түрлерінде сыртқы оқшаулама болып ауа қызмет атқарады. Ауаның электр беріктілігі аз. Сұйық диэлектриктер, газдарға қарағанда нормалды жағдайларда едәуір жоғары электр төзімділікке ие.
Қатты диэлектриктердің тесілуін 4 түрге бөледі:
Біртекті макроскопиялық диэлектриктердің электрлі тесілуі (тесілудің түрі 10-7 – 10-8 сек. уақыт ішінде тез дамумен сипатталады, электрлі беріктілігі температурадан тәуелді болса да жылу энергиясымен шартталмаған).
Біртекті емес диэлектриктердің электрлі тесілуі (бұл да тез дамиды, газ қоспасы бар техникалық диэлектриктерге тән).
Жылу тесілуі (диэлектрикті шығындар арқасында бөлінетін жылу шамасы, берілген жағдайларда тарала алатын жылу шамасынан көп болған кезде, балқуға жіне күюге алып келеді, жылу тепетеңдігі бұзылады).
Электрохимиялық тесілу (электрохимиялық тозу кезінде болады: ауаның жоғары ылғалдылығы мен көтерілген температура кезінде ерекше елеулі мәнге ие болады, материалда диэлектриктің тозу процесі кезінде төменгі жиілікті тұрақты және айнымалы кернеу кезінде бақыланады). Бұл тесу кернеулігінен едәуір төмен кернеулілік кезінде тесілуге болады. Тесілудің бұл түрі даму үшін ұзақ уақытты талап етеді.
Диэлектриктердің физико-химиялық және механикалық қасиеттері. Нақты қолдану үшін электроқшаулама материалын таңдау кезінде тек оның қалыпты жағдайындағы электр қасиеттеріне ғана көңіл аударып қоймау керек, сондай-ақ қоршаған ауаның ылғалдылығы, жоғары температура, аяз және радиоактивті сәуле әсерлері кезінде тұрақтылығын қарастыру қажет.
Затты қалыпты қолдану үлкен дәрежеде материалдарының механикалық қасиеттеріне байланысты: олардың созылуға төзімділігі, сығылу, иілу, соққы, қаттылық және эластиктік. Бірқатар жағдайларда заттарға, содан кейін материалдарға тербелістің әртүрлі амплитудалары мен жиіліктері кезінде дірілгетөзімділікке талап қойылады. Әртүрлі материалдардың түйіндестігі бар детальдар үшін сызықты кеңеюдің температуралық коэффициенті үлкен мәні болады.
Электр машиналарын және аппараттарды орындаудың технологиялық процестерін орындау материалдардың физикалық, механикалық және химиялық (мысалы, қышқылдану, еру, жабысқақтық) қасиеттері.
Тропикалық жағдайларда заттың қызмет ету уақыты материалдардың бактериялардан, көгерудің пайда болуынан химиялық қорғаудың сенімділігіне байланысты.
Диэлектриктердің ылғалдылық қасиеттері. Электроқшауламалы материалдар үлкен немесе аз дәрежеде гигроскопиялық, яғни қоршаған ортадан өзіне ылғал сіңіруге қабілетті және ылғалөтімді, яғни өзі арқылы су буын өткізе алады.
Ауаның абсалютті ылғалдылығы ауа көлемінің (м3) бірлігінді тұратын су буының массасымен (m) бағаланады. Ауада судың үлкен көлемі бола алмайды, ол шық түрінде жауады. Ауаның қанығуы үшін қажет абсалютті ыоғалдылық, температураның өсуімен тез көтеріледі, яғни су буының қысымы да өседі.
Ауаның пайыздық қатынаста өрнектелген қатынасты ылғалдылығы:
(9)
Су 103 – 104 Ом · м реттегі төменгі меншікті кедергісі бар күшті диполды диэлектрик болып табылады, сондықтан да оның қатты диэлектрик тесіктерінне түсуі олардың электрлі қасиеттерінің төмендеуіне алып келеді. Ылғалдылықтың әсері жоғары температура кезінде (30 – 400 С) және 98-100% жуық, φ жоғары мәндері кезінде ерекше байқалады.
Диэлектрикте көлемді ашық тесіктердің немесе тығыз емес структурасы кезінде ылғал материалдың ішіне де түседі.
Арнайы ылғалды және қоршаған ортаның температурасы жағдайына қойылған электроқшауламалы материал үлгісі, шектелмеген уақыт өткеннен кейін ылғалдылықтың тепетеңдік жағдайына жетеді.
Электроқшауламалы материалдардың ылғалдылығын анықтау берілген материалдың электрлі қасиеттерін сынауды жүргізу шарттарын нақтылау үшін өте маңызды. Текстилді және сол сияқты материалдарға қалыпты жағдайлардағы ауада оның табуы кезінде материалдың тепетеңдік ылғалдылығына сәйкес келетін кондициялық ылғалдылық тағайындалады; сонымен, кабельді қағаз үшін кондициялық ылғалдылық 8 % тең болып қолданылады. Материал ішіндегі ылғал кіретін капилярлы арақашықтық өлшемдері үлкен роль атқарады. Күшті тесік материалдар, соның ішінде түкті материалдар тығыз құрылымды материалдарға қарағанда едәуір гигроскопиялық болады.
Гигроскопиялықтан басқа, электроқшаулама материалдарының ылғалөтімділігі үлкен тәжірибелік мәнге ие, яғни өзі арқылы су буын өткізі қабілеті. Бұл сипаттама қаптап қорғау үшін қолданылатын материалдар сапасын бағалау үшін маңызды (кабелдер шлангтері, конденсаторлардың престеу материалдары, компаундты құймалар, детальдардың лакты қабы).
Диэлектриктердің механикалық қасиеттері. Электроқшауламалы материалдарының детальдары механикалық жүктеме әсерінде болатындықтан, осы материалдардың механикалық беріктілігінің үлкен мәні бар және олардың механикалық кернеуден деформацияланбайтын қабілеттілігінің үлкен мәні бар.
Үзілугі, сығылуға және иілуге беріктілік. Статикалық механикалық жүктемелердің қарапайым түрлері – созатын, қысатын және иілетін – материалдар кедергісі курсынан белгілі элементті заңдылықтар негізінде оқылады.
Анизотропты құрылысты (қабатты, түкті және тағы басқа) электроқшаулама материалдары үшін механикалық беріктілік мәні жүктемені беру бағытынан өте тәуелді. Бірқатар диэлектриктер үшін (шыны, керамикалық материалдар, көптеген пластмассалар және тағы басқалар) беріктілік шектігі сығылған кезде, үзілу және иілу кезіне қарағанда едәуір үлкен.
Бұзылу кезінде беріктілік және қатынасты деформация шектігін анықтау материалдың механикалық беріктілігі және олардың жүктеме әсерімен (материалдардың пластикалық қасиеттері жайлы) деформациялану қабілеті жайлы қандай да бір ақпарат алуға болады. Сонымен, кейбір материалдар үшін (термопластика ерекшеліктерінде) салыстырмалы аз жүктеменің ұзақ әсері кезінде байқалатын деформация беру қабілеті тән. Бұлматериалдың пластикалық, немесе суық ағымы. Пластикалық ағым өте қажет емес, егер зат эксплуатациялау кезінде ұзақ уақыт бойы формасы мен өлшемін сақтау керек болса.
Бір қатар жағдайларда электроқшауламалы материалдарының морттығы, қаттылығы және басқа механикалық сипаттамаларының үлкен тәжиірбелік мәні бар.
Морттық. Көптеген материалдар морт, яғни статикалық жүктемеге қатынасы бойынша салыстырмалы жоғары беріктілікке ие бола отырып, сол уақытта динамикалық күштеумен жеңіл бұзылады.
Бір қатар жағдайларда электроқшауламалы материалдарды бұзылусыз ұзақ уақытты дірілге төзу қабілетін тексереді, яғни арнайы жиілікті және амплитудалы қайталанатын тербелістер. Мұндай тексерулер көбнесе дайын дайын заттарда орындалады, олар осы мақсатта сәйкес келетін жетек механизімімен берілген режим бойынша дірілге берілетін платформаға қатайтылады.
Қаттылық. Қаттылық, яғни материалдың беттік қабатының кіші өлшемді заттар көмегімен сығылу күштеуінің деформациясына қарсы тұру қабілеті, диэлектриктер үшін едәуір елеусіз мәні бар және әртүрлі әдістермен анықталады: бейорганикалық материалдар үшін – Моостың минералогиялық шкаласы бойынша, органикалық диэлектриктер бойынша – Бринелли тәсілі бойынша немесе Кузнецов маятнигі көмегімен.
Тұтқырлық. Сұйық және жартылай сұйық, электроқшаулама материалдары, майлар, лактар құю және сіңіру компаундтар үшін маңызды механикалық сипаттамасы болып тұтқырлық саналады.
Динамикалық тұтқырлық, немесе сұйықтың ішкі үйкеліс коэффициенті өзіменен, тұтқырлы ортаның бірқатар гидродинамика заңдарына кіретін шаманы көрсетеді, дәл айтқанда Пуазейль заңына – капиллярлы құбырша арқылы тұтқырлы сұйықтың ағуы, Стокс заңына – аз ғана тұрақты күш әсерімен тұтқырлы ортада шардың қозғалысы. СИ жүйесінде динамикалық η тұтқырлық секундқа көбейтілген паскальмен өлшенеді. СГС бірліктер жүйесінде динамикалық тұтқырлық көбнесе сантипуазбен (сП) өлшенеді:
1 Па · с = 10 П = 1000 сП. (10)
Кинематикалық тұтқырлық υ сұйықтың динамикалық тұтқырлығының оның тығыздығына қатынасына тең:
(11)
Ереже бойынша, температурамен тұтқырлықтың өзгеру заңы эспонента теңдеуіне сәйкес келеді
(12)
мұндағы А – берілген сұйықты сипаттайтын тұрақты; ω – молекуланың бір тағайындалған жағдайынан екінші жағдайына өту жұмысына тең, активация энергиясы.
Негізгі әдебиеттер 1. [66-92].
Қосымша әдебиеттер 2. [89-120].
Бақылау сұрақтары:
Диэлектриктердің тесілуі.
Тесілу құбылысының жалпы сипаттамалары. Тесілу түрлері.
Диэлектриктердің ылғалдылық қасиеттері. Ылғалөтімсіздік.
Диэлектриктердің механикалық қасиеттері. Үзілуге, сығылуға және иілуге беріктілік. Морттық. Қаттылық. Тұтқырлық.
№4 Дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Диэлектриктердің жылу қасиеттері. Диэлектриктердің химиялық қасиеттері және жоғары энергия сәулелерінің материалға әсері. Диэлектриктердің классификациясы.
Диэлектриктердің жылу қасиеттері.. Қызуғатөзімділік. Электроқшаулама материалдары мен заттардың өздеріне зиянсыз қысқамерзімде де, ұзақ уақыт ішінде де жоғары температура әсеріне төзу қызуға төзімділік деп аталады. Органикалық диэлектриктерпдің қызуға төзімділігі көбнесе басында созылудың немесе иілудің механикалық деформациясын анықтайды, материалға қызу кезінде қысым әсерімен иненің енуі («қызуғатөзімділікті» анықтау).
Температуралық ұшқын деп сұйық буының ауамен аралсуы оған аз ғана ұшқынның жақындағанында ұшқындайтын қызу кезіндегі температураны айтады. Жану температурасы – одан да жоғары температура, бұл температура кезінде сыналып отырған сұйық жалын жақындатқан кезде жанады.
Жайлап аққан химиялық процестер садлдарынан жоғарғы температураның ұзақ әсері кезінде, егер оқшаулама сапасының нашарлағаны табылатын болса, бұл құбылыс оқшауламаның жылулық тозуы деп аталады. Тозу, мысалы, лакты қабаттарда және целлюлозды материалдарда қаттылық пен морттықтың артуы, сызаттардың пайда болуы түрінде болуы мүмкін.
Жылуөткізгіштік. Жылуөткізгіштіктің практикалық мәні электр оқшауламасымен қамтылған өткізгіштер мен магнитөткізгіштерде қуат шығыны салдарынан болатын және де оқшауламадағы диэлектрикті шығындар салдарынан бөлінентін жылу іртүрлі материалдар арқылы қоршаған ортаға беріледі. Жылуөткізгіштік, жылулық тесілі кезінде электртөзімділікке және материалдың жылу импульстарына төзімділігіне әсер етеді. Материалдардың жылуөткізгіштігі Фурье теңдеуіне кіретін γТжылуөткізгіштікпен сипатталады:
(13)
мұндағы ΔРт – ΔS ауданы арқылы өтетін жылу ағыны қуаты, dT/dl – температура градиеенті.
Химические свойства диэлектриков и воздействие на материалы излучений высокой энергии.Химиялық қасиеттер.Диэлектриктердің химиялық қасиеттерін білу эксплуатация кезінде оның сенімділігін бағалау үшін және технологияны дайындау үшін қажет. Детальдарды өндіруде материалдар әртүрлі химия-технологиялық тәсілдермен өңделуі мүмкін: жабыстырылуы, лактарды құрып ерткіштерде ерілуі мүмкін және тағы басқа. Қатты материалдардың ерігіштігі ерткішпен жанасатын материалдың бірлік бетінен уақыт бірлігінде ерітіндіге өтетін материал шамасымен анықталады. Бәрінен жеңіл химиялық табиғаты бойынша ерткішке жақын және молекулаларында атомдардың ұқсас топтамалары бар заттар ериді; дипольды заттар дипольды сұйықтарда жеңіл ериді, нейтральды – нейтральды сұйықтарда. Полимеризация дәрежесі өссе ерігіштік төмендейді, молекулаларының сызықты структурасы бар жоғарғымолекулярлы заттар салыстырмалы түрде жеңіл ериді, ал кеңістікті структуралы – едәуір қиын ериді.
Толқынды сәулелерге γ-сәулелер, қатты және жұмсақ рентген сәулелер жатады. Сәулелердің интенсивтігін Вт/м2 өлшейді, ал нейтрондар үшін жылдам немесе баяу нейтрондар үшін ағын тығыздығын 1 м2 арқылы көрсетеді.
Материал бетіне түсе отырып сәуле энергиясы, келесі заң бойынша тереңге сіңу шамасы бойынша кемиді:
(14)
Мұндағы Р0 – материал беті жанындағы доза қуаты, х – тереңдік, μ –материалдағы сәуленің әсерлі әлсіздену коэффициенті.
Қарапайым заттар үшін әсерлі әлсіздену коэффициенті:
(15)
мұндағы λ – сәуле толқынының ұзындығы, Z – Менделеев кестесіндегі элемент нөмірі, ρ – тығыздық, К – пропорционалдық коэффициент.
Диэлектриктер классификациясы. Диэлектрикті материалдардың электротехника үшін өте маңызды мәні бар. Оларға электроқшаулама материалдары жатады; олар электрлі оқшаулама дайындау үшін қолданылады, ол әртүрлі потенциалдары бар тоқ жүргізу бөліктерін қоршайды. Электрлі оқшаулама – құрылғының электр схемасында қарастырылған жолдардан басқа қандай да бір қажетсіз жолдармен электр тоғының өтуін жібермеуге арналған.
Бұдан басқа, электроқшаулама материалдары конденсатордың электрлі сиымдылығының арнайы мәнін құру үшін электрлі конденсаторларда диэлектрик ретінде қолданылады, ал кейбір жағдайларда осы сиымдылықтың температурадан неме басқа факторлардан тәуелділіктің арнайы түрін қамтамасыздандыру үшін қолданылады.
Электроқшаулама материалдары олардың агрегатты жағдайларына байланысты газтәрізді, сұйық және қатты болып бөлінеді. Ерекше топқа қататын материалдар бөлінуі мүмкін, олар бастапқы жағдайларында, дайындалатын оқшауламаға енгізу кезінде сұйық болады да, бірақ дайын эксплуатациядағы оқшауламада өзіменен қатты денені көрсетеді (мысалы, лактар және компаундтар).
Газтәрізді диэлектриктер. Газтәрізді диэлектриктер қатарына бірінші кезекте ауа кіруі қажет, ол электр құрылғы құрамына жиі кіреді және қатты немесе сұйық электрлі оқшаулама материалдарына қосымша электрлі оқшаулама ролін атқарады. Электр қондырғыларының жеке бөліктерінде, мысалы, ауа электр жеткізу желісі бөлігінде тіректер арасында ауа жалғыз оқшауламаны орындайды. Әр қалай бірдей жағдайларда (бірдей қысым мен температура, электродтар формасы, олардың арасындағы қашықтық кезінде және тағы басқа) әртүрлі газдар электр беріктіліктің әртүрлі мәндеріне ие болуы мүмкін. Азоттың электр беріктілігі ауаныңкімен бірдей; ол газ конденсаторын толтыру үшін немесе басқа мақсаттар үшін ауаның орнына жиі қолданылады, себебі электр қасиеттері бойынша ауаға жақын болғандықтан, оның құрамында оныменен жанасқан материалдарды тұтықтыратын оттегі жоқ. Бірақ кейбір молекулярлы массасы мен қосылу жоғары болатын галогендері (фтор, хлор және тағы басқа) бар газдар ауамен салыстырғанда едәуір жоғары электр беріктілігі бар, және олардың ионизациясы үшін үлкен энергия қажет. Сонымен кукірттің гексафториді (алтыфторлы күкірт) SF6 ауаға қарағанда 2,5 есе артық электр беріктілігі бар, осыған байланысты кукірттің гексафториді оны бірінші рет зерттеген Б. М. Гохбергпен элегаз деп атлған (сокращение от слов «электричество» и «газ»).
Асқынөткізгіштік құбылысын қолданатын құрылғы үшін төменгі температуралы хладогент ретінде сұйытылған гелийдің мәні зор. Гелийда басқа газдармен салыстырғанда (егер сол элементтің жеңіл изотопын ескермегенде) сұйықтату температурасы ең төмен (4,216 К атмосфералы қысым кезінде). Сұйық гелийда тығыздығы өте аз (қалыпты температура кезінде су тығыздығынан 8 есе аз; бірақ одан аз тығыздық сұйық сутегінде бар).
Мұнайдан электроқшаулама майлары. Күш трансформаторларына құятын май барлық сұйық электр өткізбейтін жабдығаттар ішінен электротехникада кең қолданыс табады. Ол екі мақсатта болады: 1-ден, май ток өткізбеудің электрлік беріктігін арттырады, 2-ден, жылу шығуды арттырады. Тек кейбір күш және өлшеу трансформаторлары май құюсыз орындалады. («құрғақ» трансформатор). Тағы бір қолданыстағы маңыздылығы ол – жоғары токтағы майлы қосылғыштар және де кейбір реактор типтерінде, реостаттарда, электрлік құралдарда.
Бұл майды мұнайдан алады. Күкірт қышқылы, шелочь, сумен жуу және құрғату арқылы оны химиялық қоспалардан тазартамыз. Бұдан басқа да тазартулар қолданылады.
Трансформаторлық май – бұл түссізден қою сарыға дейінгі түсі бар сұйық, химиялық құрамы жағынан әртүрлі көмірсутектерден құралады. Жер қойнауындағы мұнай өз параметрлері және температуралары бойынша ажыратылады.
Оның стандарты МЕСТ 982-68. Кинематикалық байланысы мынаны құрайды кезінде және кезінде, қышқылдық мәні , бу температурасы Қату температурасы
Трансформаторлық май – жанғыш сұйық; көп мөлшердегі майлар үлкен өрт қаупін тудырады. Майдың өрт қаупі оның температурасының жарылғыштығымен бағаланады.
Майдың қату температурасы - өте маңызды параметрлердің бірі. Арнайы «арктикалық» майдың қату температурасы (АТМ - 65) - .
Электрлік беріктігі – маңызды параметрлерге кіреді. Егер өте аз мөлшердегі су араласса да, майдың электрлік электрлік беріктігі төмендейді. Бұл былай түсіндіріледі, судың ε-ны (80 жуық) май ε-нан (2,2 жуық) әлдеқайда жоғары.
Электрлік алаң кезінде ескірген майдың кейбір сорттары газ шығарады; бұл өте қауіпті, себебі газ түйіршітері ионизациялану алағына айналуы мүмкін. Бұл қасиетке кері болатын майлар – газға тұрақтылар деп аталады. Әр майдың ескіруге тұрақтылығы әртүрлі болады, сондықтан оны алдын-ала тексерулерден өткізеді. Ескірту компоненттерін алу үшін біз майды регенерациялаймыз, яғни адсорбенттер арқылы. Адсорбенттер май құрамындағы ескіру заттарын өзіне сорып алады.
Регенерациялау процесін жұмыс істеуші трансформаторда үздіксіз жасауға болады. Ол үшін трансформаторды термосифондық фильтрмен қамтамасыз етеді. Трансформатор жұмыс істеген кезде май температурасы көтеріледі, ал тығыздығы азаяды, осы кезде ол бактың жоғары қабатына көтеріліп термосифонға түседі.Осыдан кейін жоғарыдан төмен қарай фильтр арқылы адсорбентпен бірге өтіп, трансформатор багінің төменгі қабатына келеді. Адсорбентті ауыстыру үшін фильтрді винтель көмегімен өшіруге болады.
Трансформацилық майға ингибиторды (анти қышқылдық қоспа) қосу қажет етеді. Олар ескіруді азайтады. Дұрыс пайдаланылған ингибиторлар майдың қзмет ету мерзімін арттырады және үлкен экономикалық эффект береді.
Шыны консерваторларға толтырылған май ескірмес үшін шынының жоғарғы қабатын қара бояуен бояу керек, себебі кун сәулесі түсуі мүмкін.Трансформациялық майдан басқа да электротехника өндірісінде мұнайлы электр өткізбеуші майлар кеңінен қолданылады.
Конденсаторлық май қағаз конденсаторға сіңірілу үшін, индуктивтілік фазаны орнықтыру қажет. Қағаз диэлектриктерге сіңірілген кезде диэлектриктік өтімділік пен электр беріктігі артады. Бұл екеуі габарит пен салмақтың азаюына көмектеседі.
Конденсаторлық май трансформаторлыққа ұқсас, бірақ адсорбенттермен тазалауды қажет етпейді. МЕСТ 5775-68 бойынша бұл майдың кезінде 0,002-1кГц және 0,005-50Гц, конденсаторлық май вакуумының астында құрғақталған электр беріктігі 20МВ/м –нен төмен болмауы керек. Конденсаторлы май трансформаторлы майға ұқсас, бірақ адсорбенттармен мұқият тазалауды қажет етпейді.
Кабельді май күштік электрлі кабельдерді өндіруде қолданылады; қағаз оқшауламасын сіңдіріп, олар оның электр төзімділігін көтереді және жылу шығынын болдырмайды. Кабельді майлар әртүрлі типті болады.
Жұмыс кернеу 35 кВ дейінгі қорғаын немесе алюминий қабықшадағы кәдімгі күштік кабельдердің оқшауламасын сіңдіру үшін (тұтқырлы сіңуі бар кабельдер) көбнесе қатынасты аз тұтқырлығы бар МН-4 маркалы май қолданылады ( +200 С кезінде кинематикалық тұтқырлығы 37 · 10-6 м2/с кем емес және +500 С кезінде 9,6 · 10-6 м2/с кем емес), онда тұтқырлықты көтеру үшін канифоль немесе синтетикалық қоюлатқыш қосады.
Негізгі әдебиеттер 1. [92-217].
Қосымша әдебиеттер 2. [120-230].
Бақылау сұрақтары:
1. Диэлектриктердің жылу қасиеттері. Қызуғатөзімділік. Суықөқатөзімділік. Жылуөткізгіштік.
2. Диэлектриктердің химиялық қасиеттері және жоғары энергия сәулелерінің материалға әсері..
3. Электроқшаулама материалдарының классификациясы.
№ 5 Дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Өткізгіш материалдар. Өткізгіш материалдардың классификациясы және негізгі қасиеттері. Металлдардың электрөткізгіштігі.
Өсімдік майы - тұтқырлы сұйықтар әр түрлі сұйықтар әр түрлі өсімдіктердің дәндерінен алынады. Осы майлардың ең бастысы кебетін майлар, оларды қыздыру, жарықтандыру, ауаның оттегісімен жанасу және басқа да факторларға байланысты қатты күйге өту қабілеті.
Сұйық май алтын сары түсті, олар лен-н дәнінен алынады. Оның тығыздығы 0,93-0,94 Мг/м3 суу температурасы - 200С жуық.
Тунговое (древесное) майы туговит ағашының дәнінен алынады, олар Қиыр Шығыста және Кавказда өсіріледі. Тұнба май асқа жарамды емес және де улы болуы мүмкін. Майдың тығыздығы 0,94 Мг/м3 , суу температурасы 0-ден 50С дейін.
Кастор майы клевещина дәнінен алынады: кейде қағаз конденсаторларын сіңдіру үшін қолданылады. Кастор майының тығыздығы 0,95-0,97 Мг/м3, суу температурасы -10-нан 180С-ге дейін. Оның t 200С –де 4,0-4,5 құрайды, ал 900С -де 3,5-4,0; 200С-да 0,01-0,03 тең, ал 1000С 0,2-0,8; Епр 200С 15-20 МВ/м тең. Кастор майы бензинде ерімейді, бірақ этил спиртінде ериді. Кастор майының мұнай майларынан айырмашылығы ол жай резеңкені ісіндірмейді.
Электроқшаулама лактар және компаундар. Электр оқшаулама техникада лактар мен компаундыңүлкен маңызы бар.Оқшаулама дайындау процесінде оларды сұйық күйде пайдаланады, ал дайын жұмыс істеп тұрған оқшауламаға олар қатты күйде болады. Осылайша лактар мен компаундтар қатаюымен материал болып табылады.
Лактар - Шайыр кепкен майлар бұл коллоидты ерітінділер, ұшқыш ерітінділерді аталмыш лак негізін құрайды. Лакты кептірген кезде ерітінділер ұшады, ал лак негізі, лак қайырғышын (жұқа қабат) құрайды.
Сіңетін лактар кәуекті сіңдіру үшін, жекелеп алғанда талшықты оқшауламаларда қызмет етеді. (ағаш, картон, мата, электр машиналар есеп аппараттардың орамдарын оқшауламалау). Сіңіргеннен кейін оқшаулама түтіктері ауамен емес, кепкен лакпен толтырылады, оның ауаға қарағанда электрлік беріктігі мен жылуөткізгіштігі көбірек болады. Сондықтан сіңдіру нәтижесінде тесіп өту кернеуі жылуөткізгіштігін үлкейтеді. Бұл жылудың шығынын азайту үшін маңызды, ылғалданғыштық азайып, оқшауламаның механикалық қасиеттері жақсарады.
Қаптамалық лактар қатты оқшауламаның бетіндегі қабатын механикалық беріктігі, тегістігі, жылтырату үшін қызмет етеді (жиі алдын-ала сіңдірілген түтікті оқшаулама беттері үшін). Мұндай қабыршық беттік разряд кернеуін және оқшауламаның бет кедергісін үлкейтеді, лакталған бұйымды ылғалдан, ерітінділерден және химиялық белсенді заттардан қорғайды, және де бұйымның сыртқы келбетін жақсартады және оған кірудің сіңуін қиындатады.
Желімдегіш лактар қатты электр оқшауламаланған метариалдарды өзара желімдеу үшін немесе оларды металға желімдеу үшін қолданылады.
Кептіру режимі бойынша ыстық кептіру лактары (пештік); олар кебу үшін үлкен температураны қажет етеді (әдетте 1000 С) және суық кептіру лактары (ауамен), олар бөлмелік температурада жақсы және жеткілікті тез кебеді.
Шайырлы лактар - шайырдың синтетикалық, жасанды немесе табиғи ерітінділер.
Балекитті лактар - спиртті балекит ерітінділері (А сатысында). Бұлар сіңдірілген және желімденген термоактивтік лактар, механикалық беріктік беретін, бірақ аз иімділі және қабыршақтың жылулық ескіруіне икемділігі байқалады. олар (итинаксисты және текстометті өндіруде қолданылады) жоғарғы кернеулі электрлі бұйымдарды оқшаулама жасау үшін, гетинакс пен текстометті өндіруде қолданылады.
Глифтальді лактар - бұл глифтальді шайыр ерітінділері спирттің сұйық көміртегілермен қоспада және осыған ұқсас ерітінділерде қолданылады. Үлкен жоғары желімдік қасиеті бар термоактивтер лак лисканиттер, микалиттер мен т.б. заттарда желімдеу үшін қолднылады; бакелит лагының қабыршағына қарағанда олардың иілгіштік қасиеті жоғары, бірақ ылғал тұрақтылығы төмен.
Кремний органикалық лактар жоғарғы температурада кептіргенді қажет етеді, бірақ қабыршақтың қыздыруы мен ылғал тұрақтылығын құрайды. Желдету циклі жабық коллектрлі машиналарда бұл лактар қолданылуы щетканың тез ескіруіне әкеледі.
Полихронофильді лактар бензин әрекетіне майларда, басқа да көптеген химимялық активті заттарға тұрақты және мысалға, қышқылдың бұдан тұратын атмосферада жұмыс істейтін оқшауламаларды қорғау үшін жамылғы лак ретінде қолданылады.
Сілтілі лактар - спирттегі сілтінің ерітіндісі; маникаттар сіңіру үшін және де құрастыру, жөндеу жұмыстарында желімді лак ретінде қолданылады.
Целлюлезді лактар - целлюлездің эфирлерінің ерітінділері олардың қабыршақтары термопластты болады. Целлюлезді лактардың үлкен бөліктері - сұйықтай кебу лактары б.т. осылардың ішінде ең маңызды мәні нитроцеллюлезді лактар (нитролактар) болады.
Компаундтар лактар құрамында еркіштің болмауымен ерекшеленеді. Олар әртүрлі смолалардан, битумдардан, майлардан және тағы басқалардан тұрады; егер компаунд бастапқы жағдайында қатты болатын болса, оны қолдану алдында жеткілікті төмен тұтқырлықты массаны алу үшін қажетті температураға дейін қыздырады.
Кабельді техникада кабельді компаундтар едәуір үлкен мәнге ие. Оларға келесілер жатады: а) сіңіретін компаундтар (сіңіретін кабельді масса), ол мұнай майынан жасалады жіне олардың тұтқырлығын көтеру үшін канифоль немесе синтетиекалық смола қосып күштік кабельдердің оқшаумаларын сіңдіру үшін қызмет атқарады; б) құйатын компаундтар (құйатын кабельді масса), біріктіру, тарамдау және ұштық муфталарды құю үшін қолданылады.
Талшықты материалдар. Электр техникасында талшықты метариалдар кеңінен қолданылады, яғни ұзартылған форматалшықтар бөлігінен толығымен құралатын метариалдар. Кейбір осы материалдарда, ал дәп айтқанда текстильдерде талшықтық құрылысы едәуір анық. Басқа ағаш, картон, қағаз сияқты материалдарда талшықты құрылысын үлкен емес үлкейту кезінде микроскоп арқылы зерттеуге болады.
Талшықты материалдардың көпшілігінің артықшылығы: арзандығы, өте жоғары механикалық беріктігі және иілгіштік, өндіру тиімділігі. Ал мөлшердегі электрлік беріктік және жылуөткізгіштік олардың кемшілігі болып табылады; химиялық құрамы бар, массивті материалдарға қарағанда, олардың ылғалданғыштығы жоғарырақ. Сіңдіру жолы арқылы талшықты материалдардың қасиеттерін жақсартуға болады, сондықтан бұл материалдар әдетте электр оқшауламаларында сіңдірілген күйде қолданылады.
Ағаш - өзінің кең таралғандығы, арзандығы мен механикалық өңдеудің жеңілдігі арқылы ағаш электр оқшаулама және құрылыс материалдары ретінде ең бірінші болып электр техникасында қолданыс тапты. Ағаш жақсы механикалық қасиеттерді иеленеді, әсіресе оның жеңілдігін ескерсек: ағаш беріктігі, геометриялық өлшемдеріне қатысты емес, ал массасына қатысты және болатқа қарағанда төмен емес жеңіл ағаштарға қарағанда, ауыр ағаштардың түрі берік болады. Ағаш беріктігі әртүрлі бағытта әртүрлі: көлденең талшықтардың тігінен орналасқан талшықтарға қарағанда аз; талшықтар бойымен жарған кезде ағаш жаман жұмыс істейді.
Қағаз бен картон - бұл бетті және орамалы қысқаталшықты түрдегі материал, көбінесе целлюлездан құралған. Қағаз жасауға кейде ағаш целлюлезын қолданады. Ағаш құрамына су мен целлюлездан басқа да заттар кіреді; олар қоспа ретінде қарастырылады: ол //// (ағашқа нәзіктілік береді), шайыр (әсіресе ағаш түрлерінде), тұз және т.б. қоспаны жою үшін ұсақталған ағаш қазанда пісіріледі, қышқыл мен сілті құрамында енгізілген, олар мудың құрамына енген қоспаларды ерітінділерге ауыстырады, кейін целлюлеза қоспалары сумен тазартылады. Кәдімгі жазу және баспа қағаздары, сонымен бірге оның ішінде нағыз кітап бастырылған қағаз целлюлезді сульфитпен жасалады, күкірт қышқылынан тұратын нәтижесінде алынған ертінді құрамындағы ағаш, мұндай целлюлеза дайындау процесінде оңай ақ түсті қабылдайды.
Кабельді қағаз К, КМ, КВ, КВУ, КВМ, КВМУ әріптерімен белгіленетін, МЕСТ 645-67 сәйкес әртүрлі таңбалар шығарылады (мұндағы К – кабельная, М – многослойная, В - высоковольтная, У – уплотненная) және 0,15 – тен 240 дейін. (15-тен 240 МКМ қағаздың номиналды қалыңдығын көрсетеді). К және КМ маркасіндегі қағаздар қуаттың күшті кабельдері үшін қолданылады, 35 кВ дейін, кВ және КВУ - 35 кВ жоғары, КВМ және КВМУ - 110 кВ және жоғары.
Екі түрлі маркідегі тығыздалмаған кабельді қағаздың көлемдік массасы 0,76 немесе 0,87 құрайды, ал тығыздалған қағаздар 1,09-1,10 Мг/м3.
КТ және КТУ маркасіндегі телефонда қағаз МЕСТ 3553-73 сәйкес 50 мкм қалыңдығы болады. Телефонды қағаздардың көлемдік массасы кіші болуы керек (0,80 – 0,82 Мг/м3 көп емес), телефонды кабельдердің оқшаулама сыйымдылығын кішірейту үшін. Телефонды қағаз табиғи түсі сияқты, басқа да қызыл, жасыл боялған түстерде де шығарылады, әр түрлі түстер телефонды кабельдердің сымдарын ажырату үшін қолданылады.
Сіңдіру қағазы ЭИП-50, ЭИП-63 және ЭИП-75 маркілерінде (/// /// қағаз массасын 1м2 грамда білдіреді; бұл қағаздардың қалыңдығы сәйкесінше 0,09; 0,11 және 0,13 мм) МЕСТ 3441-63 беттік гетипаксті дайындау үшін қолданылады.
Орамалы қағаз ЭН-50 және ЭН-70 маркілерінде (сандар микрондағы номинал қалыңдығы) МЕСТ 1931-64-басқамен салыстырғанда өте жіңішке және тығыз.
Конденсаторлық қағаз (МЕСТ 1908-66) - өте қажетті және жауапты материал: сіңдірілген күйде ол қағаз конденсаторлардың диэлектригін қүрайды. Екі түрде шығарылады: КОН – кәдімгі конденсаторлық қағаз және «силкон» күштік конденсаторға арналған қағаз. 0,8 (силкон ғана), 1 және 2 көлемдік массасы бойынша маркілер ажыратылады. 0,8 маркасіндегі қағаз 0,8 Мг/м3 жуық көлемдік массасы бар, 1 маркасы 1,0 Мг/м3 және 2 маркі 1,17-ден 1,25 Мг/м3 дейін.
Микалентті қағаз (МЕСТ 6500 - 64), микалент-электр оқшаулама қағазының бір түрі, ол астар ретінде қолданылады, ұзынталшықты мақтадан өндіріледі. Оның қалыңдығы және массасы 1м2 – 17г тең, 450 немесе 900 мкм енінде орамалар шығарылады.
Картондардың қағаздардан негізгі айырмашылығы оның қалыңдығында. Электр оқшауламалы картондар екі түрде өндіріледі: ауалық (МЕСТ 2824-60) - қаттылау және серпімді, ауада жұмыс істеу үшін арналған және майлы (МЕСТ 4194-68) - нәзік құрамды және жұмсақ, трансформатор майларында жұмыс істеу үшін арналған.
Өткізгіш материалдардың классификациясы және негізгі қасиеттері. Электр тоғын өткізгіштер ретінде қатты да, сұйық та, ал сәйкес келетін жағдайлар кезінде газдар да қолданылуы мүмкін. Маңызды болып, электротехникада негізінен қолданылатын қатты өткізгіштер болып маталдар мен олардың қоспалары саналады. Металл өткізгіш материалдар ішінде, қалыпты температурасы кезінде меншікті кедергісі - 0,3 кем, 0,05 мкОм*м көп емес өткізгіштігі жоғары металдар және меншікті кедергісі - 0,3 мкОм*м кем емес металл қоспаларын ерекше бөлуге болады. Жоғарғы өткізгішті металдар кабельдердің тоқөткізгіш тармадары, электр машиналарының, трансформаторлардың орамдары және тағы басқалар үшін қолданылады. Жоғары кедергілі металдар мен қоспалар резисторларын, электрқыздыру аспабтарын, қыздырмалық шам жіптерін және тағы басқалар дайындау үшін қолданылады. Төмен температуралар кезінде өте аз меншікті кедергіге ие (криогенді) материалдар – асқынөткізгіштер мен криоөткізгіштер ерекше өткізгіштер қатарын көрсетеді. Сұйық өткізгіштерге балқытылған металдар жатады, көптеген металдар үшін балқу температурасы өте жоғары, балқу температурасы t0 –390С болатын тек сынап қалыпты температура кезінде сұйық металл өткізгіш ретінде қолданылуы мүмкін. Басқа металдар жоғары температура кезінде сұйық өткізгіштер болып табылады. Қатты да сұйық та жағдайларында – металдарда тоқтың өту механизмі – электр өрісі әсерімен бос электрондар қозғалысымен (дрейф) шартталады, сондықтан металдарды электронды электрөткізгіші бар өткізгіштер деп аталады. Электр өрісінің төменділген кернеулілігі кезінде барлық газдар және булар, соның ішінде металдардың булары өткізгіштер болып табылмайды. Бәрақ, егер өрістің кернеулілігі, соққылы фотоионизация басын қамтамасыздандыратын қандай да бір күдікті мәннен асатын болса, онда газ, электронды және ионды өткізгіштігі бар өткізгіш бола алады. Қатты ионизацияланған газ өзіменен көлем бірлігінде электрондар санының оң иондар санына тең кезінде – плазма деп аталатын, ерекше өткізгіш ортаны көрсетеді.
Металдардың электрөткізгіштігі. Металдардың классикалық электр теориясы, ішінде коллективизацияланған бос электрондардан тұратын электр газы бар, кристалды ионды тор түйінен тұратын жүйе түріндегі қатты өткізгішті көрсетеді. Кристалды тор түйіндерінің электрондармен соқтығысуы кезінде, электр өрісінде электрондардың үдеуі кезінде жиналған энергия, өткізгіштің метал негізіне беріледі де соның салдарынан қызады. Металдардың электр теориясы металдардың арасындағы электрөткізгіштігі мен жылуөткізгіштігі байланысын аналитикалық түрде түсіндіруді мүмкін етеді:
1. Металды өткізгішті тізбек арқылы электр тоғын ұзақ өткізу кезінде бір металдан екінші металға атомдардың өтуі болмайды;
2. Жоғарғы температураға дейін қыздыру кезінде бос электрондардың жылу қозғалысының жылдамдығы көбеюі мүмкін, және едәуір жылдамдары беттік плтенциалды тосқауыл күшін жоя отырып ұшып кетуі мүмкін;
3. Жылдам қозғалып жатқан өткізгішті күтпеген жерден кенеттен тоқтату кезінде, қозғалыс бағытында инерция заңы бойынша электронды газдың ығысуы болады, мұндай жағдай өткізгіш ұштарында потенциалдар айырымына алып келеді;
4. Магнит өрісінде метал өткізгіштердің жүрісін зерттей отырып, көлденең магнит өрісінде орналастырылған, метал плпстинкадағы электрондар траекториясының қисаюы салдарынан көлденең э.қ.к. пайда болады және өткізгіштің электр кедергісі өзгереді.
Металдардың негізгі қасиеттері: пластикалығы, жақсы жылуөткізгіштігі, жоғары электрөткізгіштігі. Қаттыдан сұйық жағдайға өту кезінде көптеген металдарда меншікті кедергінің көбеюі байқалады, (балқу кезінде көлемі үлкейетін металдарда тығыздығы кемимді) және керісінше, балқу кезінде өзінің көлемін кішірейтетін металдарда – галлия, висмута, сурьмы – меншікті кедергі кемиді.
Негізгі әдебиеттер 1. [146-230].
Қосымша әдебиеттер 2. [153-251].
Бақылау сұрақтары:
1. Электроқшауламалы материалдар классификациясы.
2. Өткізгіш материалдардың классификациясы және негізгі қасиеттері.
3. Металдардың электрөткізгіші.
№ 6 Дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Жоғары өтімділік материалдары. Асқынөткізгіштер және
криоөткізгіштер.
Жоғарғы өткізгішті материалдар. Кеңінен таралған жоғарғы өткізгішті материалдар ретінде мыс пен адюминийді жатқызуға болады.
Мыс. Өткізгіш материал ретінде кеінен қолдануды қамтамасыздандыратын мыстың артықшылығы келесілер: 1) аз меншікті кедергі (барлық металдардан тек күмісте мыстыңкіне қарағанда аз меншікті кедергі бар); жеткілікті жоғары механикалық беріктілік; 3) коррозияға қанағаттандыралық төзімділік (мыс ауада тіптім жоғары ылғалдылық кезінде де, мысалы темірге қарағанда едәуір баяау тұтқырланады; бірақ жоғары температура кезінде мыстың тұтылу жылдамдайды); 4) қалыңдығы миллиметрдің мың бөлігіне дейін болатын беттер, ленталарға, сымдарға өңделуі жақсы; 5) дәнекерлеу мен қайнату қатынасты түрде жеңіл.
М1 маркалы мыста 99,9% Cu, оттегі 0, 08% аспайтын 0, 1% қоспа бар. М0 маркалы мыста 0,05% қоспа бар, соның ішінде 0,02 % оттегі. Бұл марка ең жақсы механикалық қасиеттерге ие. М0 – ден жіңішке сым жасалуы мүмкін. Суық тарту кезінде қатты мысты алады, ол созылуы кезінде жоғарғы беріктілік шегіне, иілуі кезінде қаттылық пен серпімділікке ие.
Егер Cu қыздыратын болсақ, онда қаттылығы мен беріктілігі аз, бірақ ұзілу кезінде созылуы үлкен және меншікті өткізгіштігі едәуір үлкен (ММ) жұмсақ мысты аламыз. Бронзаның мысты балқымасы; таза мысқа қарағанда, арнайы құрамасы кезінде жоғарғы механикалық қасиеттерге ие болады.
Алюминий - тығыздығы аз (2.6 Мг/м3 жуық) жеңіл материал. Алюминий Cu –ға қарағанда 3,5 есе жеңіл. Алюминий мыспен салыстырғанда механикалық және электрлі қасиеттері төмен. Алюминийді балқытылған жағдайға өткізу үшін, мысқа қарағанда жылудың үлен шығынын қажет етеді. Көлденең қимасы мен ұзындығы бірдей кезде алюминий өткізгіштіктің электр кедергісі мыс өткізгішке қарағанда 1,6 есе көп. Сондықтан бірдей электр кедергісі кезінде алюминий өткізгіштің қимасы мыс өткізгішке қарағанда 1,6 есе көп болуы керек. Егер габариттері шектелген болса алмастыру қиынға түседі. Алюминий өткізгіш жуан болса да мысқа қарағанда екі есе жеңіл. Алюминий бірнеше маркаға бөлінеді: 1) А1 маркасы 0,5% аспайтын қоспа бар; 2) АВ00 маркасында 0,03% аспайтын; 3) ең жоғарғы алюминий АВ0000 маркалы құрамында 0,004% аспайтын қоспа бар. Алюминийді дәнекерлеу үшін, арнайы дәнекерлеу пастасы немесе ультра дыбысты дәнекерлеушілер қолданылады. Алюминий балқымалар жоғарғы механикалық беріктілікке ие.
Темір (болат) едәуір арзан металл, механикалық берікттілігі жоғары. Бірақ тіптім ең таза темірде меншікті кедергі жоғары болады (0,1 мкОм/м жуық). Болатты әуе желілері, электрлі темір жолдарының шиналары мен рельстері ретінде қолданылады.
Асқын өткізгіштер мен криоөткізгіштер. Температураны төмендету кезінде металл өткізгіштердің ρ меншікті кедергісі кемиді. Абсалютті нөлге жуықтайтын, өте төменгі (криогенді) температура кезіндегі металдардың электрөткізгіштігі үлкен қызығушылықты көрсетеді. Нидерланд физигі Х. Камерлинг – Оннес 1911 жылы гелийдің 4,2 К температурасына дейін салқындату кезінде мұздатылған сынаптан жасалған сақинаның кедергісі қте төмен мәнге дейін құлайды, ол мән тәжиірбе жүзінде өлшеуге мүмкін емес мән. Мұндай құбылыс, яғни затта тәжиірбе жүзінде шексіз меншікті кедергінің болуы, асқын өткізгіштік деп аталған, және Тс – асқын өткізгішті өтудің температурасы, ал заттар – асқын қткізгіштер. Бұл өту қайтатын құбылыс болып табылады; Температураны Тс дейін көтеру кезінде асқын өткізгіштік бұзылады және зат қалыпты жағдайға меншікті γ өткізгіштің соңғы мәнімен қалыпты жағдайға өтеді.Асқын өткізгіштік құбылысы, асқын өткізгіш контурына бір кезде бағытталған электр тоғы өзінің күшін жоғалтпай осы контур бойынша ұзақ (жылдар бойы) циркуляцияланады, және де сырттан ешқандай энергияны бермей ақ (әрине, егер берілген асқын өткізгіш материалы үшін тән асқын өткізгіш контуры температурасын Тс мәнінен төмен ұстап тұратын салқындататын құрылғы жұмысына кететін энергия шығынын есептемесек); мұндай асқын өткізгіш контур тұрақты магнит сияқты қоршаған кеңістікте магнит өрісін тудырады.
Көптеген асқын өткізгіштер, тіпті 2-ші текті асқын өткізгіштер де өте төмен өту температурасына Тс ие. Сондықтан, асқын өткізгіш құбылысы қолданылатын құрылғы сұйық гелиймен салқындату кезінде жұмыс істейді, ал ол қиын да қымбат. Тс температурасы сутегі төмендеу температурасынан (20,3 К) жоғары болатын асқын өткізгіштерді алу жақсы болар еді. Қалыпты немесе едәуір жоғары температура кезінде асқын өткізгіштік жағдайын сақтайтын материалдар шексіз мүмкіндіктерді беретін еді. Едәуір жоғары Тс барлық белгілі элементарлы асқын өткізгіштердің ішінде ниобийда бар, ал олардың ішінде кеңінен қолданылатыны – ниобий станиді Nb3Sn. «Жылы» асқын өткізгіштерді ізде кеңінен жалғастырулыда.
Криоөткізгіштер. Қазіргі электро техникада кеңінен криоқткізгіш құбылысы қолданылады (бірақ асқын өткізгіш қалпына өтпейді). Осы қасиеттері бар металды криоөткізгіштер деп атайды.Криоөткізгіштердің физикалық негізі асқын өткізгіштердің физикалық негізіне ұқсамайды. Криоөткізгіштің - криогенді температурада металдардың қалыпты электр өткізгіші өте кіші,бірақ криоөткізгіштік р-ның соңғы мәні олардың ток тығыздығының рұқсат мәнін шектейді.Температураны өзгерткенде кен диапазонында р секірусіз біркелкіөзгеретін криоөткізгіштер тригердік эффектінде асқын өткізгіштің бар болуы және бұзылуына негізделген құралдарда қолданылмайды (мысалы жадыға жазатын асқын өткізгіштік құралдар). Криоөткізгіштік кезінде асқын өткізгіштің басқа да құбылыстары байқалады. Криоөткізгіштердің өте аз, бірақ ρ соңғы мәні олардағы жеткілікті тоқ тығыздығын шектейді. Температурасы кең диапазонда өзгеру кезінде ρ секкіріссіз бір қалыпты өзгеру кезіндегі криоөткізгіштер, әсерлері пайда болуы триггерлі эффектте және асқын өткізгіштіктің бұзылуына негізделген құрылғыларда қолданылмайды (мысалы, асқын өткізгішті есте сақтау құрылдғыларда). Криоөткізгіштік кезінде, Майснер – Оксенфельд эффектісі сияқты асқын өткізгіштер үшін спецификалық құбылыстар табылмайды.
Жартылайөткізгіштік жайлы жалпы мәліметтер. Электродты электр өткізгіші бар қалыпты температурада меншікті кедергісі өткізгіштің және диэлектриктің меншікті кедергісінің арасында жатқан үлкен топ заттарды жартылай өткізгішке жатқызуға болады. Жартылай өткізгіштердің электрлік өткізгіші сыртқы энергетикалық әсерінен және де әртүрлі қоспалардан кейбір жағдайда жартылай өткізгіші өз құрамында болатын қоспалардың өз мөлшеріне қатты тәуелді, сондай-ақ әртүрлі қоспалардан, кейкезде жеке жартылайөткізгіштің денсеінде болаты өте аз шамалардан да тәуелді болады Жартылай өткізгіштіктің электр өткізгіші температурамен, жарықпен, электр өріспен, механикалық күшпен басқару терморезистордың фоторезистордың сызықты емес резистордың (варистор) жұмысының негізіне салынған. Жартылай өткізгіштігі 2 типті электр өткізгіштігінің болуы электронды «(n) типті және кемтікті (р) типті, p-n өтуімен жартылай өткізгіш заттар алуға болады. Жартылай өткізгіштікте p-n өтуі бар болғанда жоғарғы қабат пайда болады, 2 немесе оданда көп өз-өзімен байланысқан өтулер басқарылатын жүйелер – транзисторлар – алуға болады. Р-n өтулер мүмкіндіктерін пайдалануы негізінде электротехникада жартылай өткізгіштіктердің ең маңызды қолданылуы жүреді. Жартылай өткізгіш жүйелері энергияның әртүрлі түрлерінің түрлерінің электрлік токтың энергиясына түрлене алады, олардың түрлендіру коэфиценті жартылай өткізгіштің басқа түрінен салыстыруға келетіндей мүмкіндік береді. Ол кейде олардан асады (мысалы: жартылай өткізгіш түрлендіргіші «күндік батарея» КПД-сы 11% ретті). Жартылай өткізгіш көмегімен бірнеше ондық градусқа суытудан алуға болады. Практикада қолданылатын жартылай өткізгіш материалдар қарапайым жартылай өткізгіштің химиялық қосылыстар және жартылай өткізгіш комплекстер болуы мүмкін. Әйнек тәрізді және сұйық жартылай өткізгіш түрлеріне бөлінуі мүмкін. Қарапайым жартылайөткізгіштік он шақты түрі бар, олар кестеде көрсетілген. Жартылайөткізгіштер көмегімен оншақты градусқа салқындатуды алуға болады. Тәжірибеде қолданылатын жартылайөткізгішті материалдар қарапайым өткізгіштерге бөлінуі мүмкін (элементтер); жартылайөткізгіштіхимиялық қоспалар және жартылайөткізгішті комплекстер (мысалы, керамикалық жартылайөткізгіштер); шыны тәрізді және сұйық жартылайөткізгіштер. Қарапайым жартылайөткізгіштер шамамен оншақты, олар кестеде келтірілген. Қазіргі техникада маңызды орынды германий, кремний және селен алады.
1 Кесте
Қарапайым жартылайэлектрөткізгіштер
Элемент Менделеев кестесіндегі топ Тиым салынған аумақ ені, эВ Элемент Менделеев кестесіндегі топ Тиым салынған аумақ ені, эВ
Бор В III 1,1 Мышьяк As V 1,2
Кремний Si IV 1,12 Сера S VI 2,5
Германий Ge IV 0,72 Селен Se VI 1,7
Фосфор P V 1,5 Теллур Te VI 0,36
Йод I VII 1,25 Ескерту. Кейбір модификацияларда жартылайөткізгіш қасиеттері қалайыда (сұр), сурьмада және көміртегіде бар.
Жартылайөткізгішті материалдардан аспабтарды дайындау бір қатар жетістіктерге ие, оларға келесілер жатады:
ұзақ уақыт қызмет ету;
кішкентай габарит және салмақ;
конструкциясы қарапайым және сенімді, жоғары механикалық төзімділік (не боятся тряски и ударов);
электронды шамды ауыстыратын жартылайөткізгіш аспабтарда қызу тізбегі жоқ, тұтыну қуаты мен иннерттілігі аз;
5) массалық өндірісте экономикалық түрде тиімді.
Негізгі әдебиеттер 1. [230-268].
Қосымша әдебиеттер 2. [252-295].
Бақылау сұратары:
1. Өткізгіш материалдар.
2. Жоғары өткізгіштік материалдар. Өте жоғары өткізгіш және криоөткізгіш.
3. Жартылай өткізгіштер жайлы жалпы мәліметтер.
№ 7 дәріс конспектісі
Лекция тақырыбы: Жартылайөткізгішті материалдар. Жартылайөткізгіштердің электрөткізгіштігі. Жартылайөткізгіштердің электрөткізгіштігіне сыртқы факторлардың әсерлері. Жартылайөткізгіш қасиеттері бар элементтер.
Жартылайөткізгіштердің электрөткізгіштігі. Өзіндік жартылайөткізгіштер. Жартылайөткізгіштер үшін энергетикалық диаграммада кең емес тиым салынған аумақтың болуы тән. Элементтердің тиым салынған зонасының ені электрон-вольттарда кестеде келтірілген. Едәуір кеңінен өолданылатын жартылайөткізгіштер үшін ол 0,5 – 2,5 эВ құрайды.

5 сурет. Жартылайөткізгіштердің энергетикалық диаграммасына қоспалардың әсері: а - өзіндік жартылайөткізгіш; б – донорлы қоспасы бар жартылайөткізгіш, электронды электрөткізгіш (n-типті); в – акцептрлі қоспасы бар жартылайөткізгіш, тесікті электрөткізгіш (р-типті).
5,а суретте өзіндік жартылайөткізгіш үшін энергетикалық диаграмма келтірілген, яғни электрондар бос энергетикалық деңгейлер аумағына валентті аумақтардан ғана жеткізіле алады. Энергия деңгейлері бойынша электрондарды тарату а суретінде көрсетілген, ол валентті аумақта сәйкес келетін тесіктер санын құрып, өткізгіштік аумағына бірнеше электрондардың өткен кезінде қандай да бір температураға сәйкес келеді. әрбір қоздыру акті кезінде өзіндік өткізгіште бір уақытта қарамақарсы белгісі бар екі заряд тасымалдағыш құрылады, онда заряд тасымалдағыштардың жалпы саны өткізгіштер аумағында электрондар саны екі есе көп, яғни:
(16)
Электрондар және тесіктер концентрациясында i индексі дегеніміз зарядтардың өзіндік тасымалдағыштары екенін көрсетеді. Бізбен қарасытырылып отырған жағдайда меншікті өткізгіштік:
(17)
Дененің кезкелген температурасы кезінде қоздыру және рекомбенация процестерінің болуы нәтижесінде қоздырылған тасымалдағыштардың тепетеңдендірілген концентрациясы тағайындалады:
электрондардың:
(18)
тесіктердің:
(19)
мұндағы ∆ω – жартылайөткізгіштің тиым салынған аумақ ені; Nc – бос аумақтағы (өткізгіштік зонасында) жартылайөткізгіштің көлем бірлігіндегі энергетикалық деңгейлер саны; Nb – дәл сондай, бірақ валентті зонада. Коэффициент 2, әрбір деңгейде екі электронның болуы мүмкін екенін көрсетеді.
Электрондар мен тесіктердің қозғалғыштығы бірдей емес. Электрондар мен тесіктер жартылайөткізгіштердің кристалды тор өрісінде қозғалуы кезінде әртүрлі иннерттілікке ие болады, яғни олар эффекті массалармен ажыратылады mn*и mp*. Көптеген жағдайларда mn*< mp*. Осыдан жартылайөткізгіштердің өзіндік электрөткізгіштігі әлсіз артық электронды сипатқа ие.
Қоспалы жартылайөткізгіштер. Көптеген жартылайөткізгіш аспабтар үшін қоспалы жартылайөткізгіштер қолданылады. Сондықтан практикада, зардтың өзіндік тасымалдағышының елеулі концентрациясы мүмкін болатын едәуір үлкен температура кезінде пайда болатын жартылайөткізгіштер маңызды мәнге ие болады, яғни тиым салынған аумағы жеткілікті кең жартылайөткізгіштер. Температураның жұмыс интервалында зарядтың бос тасымалдағыштарын жеткізгіштер болып қоспалар жатады. Жаттекті жартылайөткізгіштер қоспалар болып жаттекті атомдар саналады. Бұдан басқа, қоспалар ролін кристалды тордың барлық мүмкін болатын дефектілері атқарады: бос түйіндер, торлардың түйін арасында қалған атомдар немесе иондар, торлардың пластикалық деформациясы кезінде пайда болатын дислокациялар немес ығысулар, микросызықтар және тағы басқалар. Егер қоспалы атомдар кристалды тор түйіндерінде болса , онда олар алмастыру қоспалары деп аталады, егер түйін арасында болса, онда – енгізу қоспалары деп аталады.
Донорлар. Сыртқы энергетикалық әсерлердің (жылу, жарық) болмаған кезіндегі, өткізгіштік аумақ жанында тиым салынған аумақта орналасқан толтырылған қоспалы деңгейлер. Бұл кезде қоспалы атомдардығ активация энергиясы негізгі жартылайөткізгіштің тиым салынған еніне қарағанда аз, сондықтан да денені қыздыру кезінде қоспа электрондарын қайта тасымалдау тор электрондарының қозуын озады. Бір бірінен жеке қоспа атомдарында туатын оң зарядтар локализацияланған түрде қалады, яғни кристал бойынша жүре алмайды және электрөткізгіштікке қатыса алмайды. Осындай қоспасы бар жартылайөткізгіш, валентті аумақтан өткізгіш аумаққа электрондардың өтуі арқасында пайда болған тесіктер концентрациясына қарағанда электрон концентациясына көп ие, және оны n-типті жартылайөткізгіш, ал электрондарды өткізгіш аумаққа жеткізетін қоспаларды – донорлар деп атайды.
Акцепторлар. Валентті зона аумағында негізгі жартылайөткізгіштің тиым салынған аумағында орналасқан басқа қоспалар толтырылмаған деңгейлерді енгізуі мүмкін. Жылулық қоздыру бірінші кезекте валентті аумақтан осы қоспалы деңгейлерге электрондарды лақтыратын болады. Атомдардың ортақтылығына байланыстфы қоспалы деңгейлерге лақтырылған қоспа электрондары электр тоғына қатыспайды. Мұндай жартылайөткізгіш, валентті аумақтан өткізгіш аумаққа өткен электрондар концентрациясына қарағанда тесіктер концентрациясына көп ие болады, және оны р-типке жатқызады. Жартылайөткізгіштің валентті аумағынан электронды басып алатын қоспаларды акцепторлар деп атайды.
Негізгі және негізгі емес заряд тасымалдаушылар. Берілген жартылайөткізгіште концентрациясы көп тасымалдаушылар негізгі, ал концентрациясы аз тасымалдаушылар негізгі емес болып аталады. Сондай ақ жартылайөткізгіште n-типті электрондар негізгі тасымалдаушылар, ал тесіктер – негізгі емес болады. Қоспалы электрөткізгіштік, қзіндікке қарағанда өзінің пайда болуына аз энергетикалық әсерді талап етеді (электрон-вольттың жүзден немесе оннан бір бөлігі), сондықтан жартылайөткізгіштің өзіндік электрөткізгіштігіне қарағанда едәуір төмен температура кезінде пайда болады.
Жартылайөткізгіштің электрөткізгіштігіне сыртқы факторлардың әсері. Заряд тасымалдауштар концентрациясының температуралық тәуелділігі. Температураның өсуі кезінде электрондардың тиым салынған аумақ арқылы өтуі салдарынан заряд тасымалдауыштар концентрациясының тез өсуі бақыланады. Атомды торы бар жартылайөткізгіштерде заряд тасымалдауыштардың қозғалғыштығы, ионды кристалдыларға қарағанда көп. Жартылайөткізгіштің меншікті кедергісін, келесідей табамыз:
, (20)
ω – қоспаның әртүрлі концентрациясы кезінде жартылайөткізгіштің қоспалы электрөткізгіштігінің активация энергиясы; ∆W – берілген жартылайөткізгіштің тиым салынған аумағының ені.
Температураны көтерумен байланысты жартылайөткізгіште бос электрондар саны өседі, ал температураны абсалютті нөлге дейін төмендетумен – тіптім нөлге дейін азаяды. Осындай түрде заттың электрөткізгіштігі әртүрлі температура кезінде елеулі түрде әрқалай болуы мүмкін. Термогенерация процесі – бұл валентті аумақтан болс аумаққа өтетін температураның көтерілуіне байланысты электрондар санының өсуі. Электрондардың бос жағдайға өту процесі кері құбылыспен ілеседі, яғни электрондардың валентті аумаққа қайтуы. Бұл процес рекомбенация деп аталады. Нәтижесінде тұрақты температура кезінде затта тепетеңдік пайда болады, яғни бос аумаққа өтетін электрондар саны валентті аумаққа қайтатын электрондар санына тең. Электрондарды бос жағдайға өткізу немесе тесіктерді (валентті аумақтан электрондар кеткеннен кейін босаған вакентті орын) құру үшін қажет энергияны тек жылу қозғалысы ғана емес басқа да энергия көздері де жеткізе алады: жарық, электрондар және ядролық бөліктердің ағыны, электронды және магнитті өрістер, механикалық әсерлер және басқалар.Жартылайөткізгіштердің электрөткізгіштігіне жарықтың әсері. Жартылайөткізгіштермен сіңірілетін жарық энегиясы, онда электрөткізгіштің өсуіне алып келетін зарядтар тасымалдаушылар шамасының көбеюіне алып келеді.
Фотоөткізгіштік – электромагнит сәулесі әсерімен электрөткізгіштіктің әсері. Электронның өткізгіш аумақтан валентті аумаққа бос деңгейге өту процесі тура рекомбинация деп аталады. Бұл кезде энергия айырмашылығы электромагнитті сәуле түрінде немесе кристалды тордың механикалық тербелісі түрінде көрсетіледі. Рекомбенациялық қақпан дегеніміз – бұл процестің бірінші сатысында тиым салынған аумақта тұрған электрон қақпанның бос деңгейімен алынады. Қақпан осындай жағдайда оған тесік жақындағанша болады – тесік жақындағанда рекомбенацияның екінші сатысы орындалады.
Жартылайөткізгіш қасиеттері бар элементтер. Германий. Жер қыртысында германийдің 7*10-4құрамы бар. Германий құралдардың жұмыс істеу диапазоны -60 до +700 С -ге дейін. Жоғары шекке температураны нөтергенде тура екі есе, ал кері тоқ үш есе өседі.
50-60°С-ға дейін суытқанда тікелей тоқ 70-75%-ке төмендейді. Германийден жасалған құралдар ылғалдылықтан қорғалуы керек . Ол түзеткіштер, транзистролар, фото құралдар, оптикалық линзалар мен фильтрлер жасау үшін қолданылады. Германийдің тиым салынған аумақ ені ∆W = 0,72 эВ.
Кремний. Жер қыртысында 26% бар. Диод, транзистор, фотоэлементтер және микроэлектрониканың қатты схемаларын жасауда негізгі элемент болып табылады . Температураның жоғарғы шегі тазалуа деңгейіне байланысты 120-200°С. Кремнийдің тиым салынған аумақ ені ∆W = 1,12 эВ.
Негізгі әдебиет 1. [268-310].
Қосымша әдебиет 2. [295-351].
Бақылау сұрақтары:
1. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі.
2. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігіне сыртқы факторлардың әсері.
3. Жартылай өткізгіш қасиеттері бар элементтер.
№ 8 Дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Магнитті материалдар. Материалдардың магнитті қасиеттері жайлы жалпы мәліметтер. Магнитті-жұмсақ материалдар. Магнитті-қатты материалдар.
Материалдардың магнитті қасиеттері жайлы жалпы мәліметтер. Өз бетінше поляризацияланатын заттарда жеке обылыстар болады - домендер; олар сыртқы өрістер болмай тұрып электрлі моментке ие болады. Бірақ электр моменттерінің ориентациясы әртүрлі домендерде әртүрлі. Сыртқы өрісті беру өріс бағыты ориентациясына әрекет етеді, ол өте үлкен поляризацияны береді. Магнитті материалдар ретінде техникалық мәнге феромагнитті заттар мен ферромагнитті химиялық қоспалар (ферриттер) ие. Ферромагнетик — кристалды зат, онда әрбір доменда нәтижеленетін магнитті моменттер нөлден бөлек болады. Антиферромагнетик — кристалды зат, онда әрбір доменда нәтижеленетін магнитті моменттер нөлге тең. Ферримагнетик — кристалды зат, оның магнитті структурасын екі немесе одан көп тор астындағылар түрінде көрсетуге болады, сондай-ақ әрбір доменда нәтижеленетін магнитті моменттер нөлден бөлек болады. Материалдардың магнитті қасиеттері өздерімен элементті дөңгелек тоқтарды көрсететін электр зарядтар қозғалысының ішкі жасырын формаларымен шартталған. Осындай дөңгелек тоқ болып электрондардың өз өсімен айналуы болып табылады – электронды спиндар мен атомдарда электрондардың орбиталық айналуы. Ферромагнетизм құбылысы, магнитті домендер деп аталатын электронды спиндар макроскопиялық обылыстар шектігінде бір біріне параллельді ориентацияланатындай және бірдей бағытталатындай кездерінде арнайы температурадан төмен (Кюри нүктесі) кейбір материалдардың ішінде кристалды структураны құрумен байланысты. Осындай түрде, ферромагнитті жағдай үшін тән зат болып онда сыртқы магнитті өрісті бермей-ақ өз бетінше магниттелудңғ болуы саналады. Бірақ-та ферромагнетиктерде өз бетінше магниттелу обылыстары құрылса да, жеке домендердің магнитті моменттерінің бағыты әртүрлі болып алынады. Мұндай дененің магнитті ағыны сыртқы кеңістікте нөлге тең болады.
Ферромагнитті заттардың монокристалдары әртүрлі өстер бойында магниттелудің әртүрлі жеңілдіктерінде өрнектелетін магнитті анизотропиямен сипатталады. Поликристалды магнетиктерде анизотропия жеткілікті көп өрнектелсе, ферромагнетикте магнитті текстура басым деп қабылданады. Берілген магнитті текстураны алу үлкен мәнге ие және техникада материалдың жоғары магнитті сипаттамаларын арнайы бағытта құру үшін қолданылады.
Сыртқы магнит өрісі әсерімен ферромагнетикті магниттеу процесі: 1) өріс бағытымен ең аз бұрышты құрайтын магнитті моменті бар домендердің өсуі, және басқа домендердің өлшемдерінің азаюы және (домен шекараларының ығысу процесі); 2) өрістің сыртқы моменті бағытында магнит моменттерінің бұрылуы (ориентация процесі).
Доменнің өсуі тоқтатылған кезде, магнитті қанығу басталады, ал магнитті домендер өріс бағытына ориентацияланған болып табылады. Қатынасты магнитті өтімділік негізгі магниттелу қисығы бойынша магниттелу қисығының берілген нүктесінде μо =4π*10-7 Гн/м магнит тұрақтылығын ескере отырып В индукциясының магнит өрісінің кернеулілігіне қатынасы ретінде анықталады:
(21)
H ≈ 0 кезінде μ магнитті өтімділікті, 0,1 А/м жуық өте әлсіз өрістер кезінде анықтай отырып бастапқы өтімділік деп атайды. Магнитті өтімділіктің ең үлкен мәні максимум өтімділік деп аталады және μмакс деп белгіленеді.Күшті өріс кезінде қанығу обылысында магнитті өтімділік μr нөлге ұмтылады. Ферромагнитті материалдардың магнитті өтімділігі Кюри (нүктесіне) температурасына жуық температура кезінде максимум арқылы өте отырып температурадан тәуелді болады. Таза темір үшін Кюри нууктесі 768° С құрайды, никель үшін 358° С, кобальт үшін 1131° С. Кюри нүктесінен жоғары температура кезінде кенеттен магниттелу обылысы жылу қозғалысымен бұзылады және материал магнитті болмай қалады. Егер сыртқы магнит өрісінде ферромагнетикті ақырын магниттейтін болсақ, содан соң негізгі магниттелу қисығының қандай да бір нүктесінен кернеулілікті азайтуды бастасақ, онда индукция да кеми бастайды, бірақ негізгі қисық бойынша емес, гистерезис құбылысы салдарынан негізгі қисықтан қалып кемиді. Қаныққанға дейін магниттелген үлгінің магниттелусіз процесінде Н=0 кезінде В мәні қалдық индукция деп аталады Вr. Индукцияны Вr мәнінен нөлге дейін азайту үшін ұстайтын (коэрцитивті) күш деп аталатын өрістің кері бағытталған Нс кернеулілігін беру қажет. Нс мәні аз және магнитті өтімділігі үлкен материалдарды магнитті-жұмсақ материалдар деп атайды. Коэрцитивті күші үлкен және салыстырмалы аз магнитті өтімділігі бар материалдар магнитті-қатты материалдар деп аталады.
Кейбір кристалды заттар үшін жүйенің потенциалды энергия минимумына бір бағытың екіншісіне қандай да бір үстемділігімен спиндардың антипараллельді орналасуы жауап береді. Бұл заттарды ферромагнетиктер деп атайды. Оларда доменді структура; Кюри нүктесі бар; оларға ферромагнетик заттар үшін енгізілген барлық сипаттамалар қолданылады. Ферримагнетиктер болып практикада фериттер деп аталатын күрделі оксидті материалдар саналады. Ферримагнетиктер ферромагнетиктерден аз қанығу индукциясымен айырылады, едәуір күрделі температуралық тәуелділігі бар және жоғарыланған, ал кейбір материалдар үшін меншікті кедергінің мәні өте жоғары.

Рисунок 6 - Доменные структуры в тонких образцах магнетиков.
Алғашқы екі айырмашылық структурада қарама қарсы компенсацияланбаған магнитті ағындарды құрайтын екі тор астындағы күрделі материалдың болуымен түсіндірілуі мүмкін, ал үшінші айырмашылық — ол материалдар металға жатпайтындығымен түсіндіріледі.
Қандай да бір фррит үшін әртүрлі температура кезінде B макс1 және B макс2 қисықтарының ординаталары арасында қатынастар үшін, Кюри нүктесінен төмен қандай да бір температураға компенсациия алынады, және үлгінің нәтижелік қанығу B макс индукциясы нөлге тең болады. Бұл нүктені компенсация нүктесі деп атайды tкомп. Компенсацция нүктесінен өткенде индукция ферримагнетик үлгісінде белгісін өзгертіп және содан соң Кюри нүктесінде сыртқы өрістің кернеулілігіне (ол аз және сызба масштабында нөлге жуық) тең болады. Әртүрлі ферримагнетиктерде компенсация нүктесі болуы да болмауы да мүмкін.
Жіңішке магнитті пленкалар және цилиндрлі домендер. Жіңішке магнитті пленкалардың ерекшелігі болып, аз қабат (сызықты өлшемдерден көп аз 6 а, б сурет) кезінде жеңіл магниттелу бағыты пленка жазықтығында орналасқан болады. 6 а, суретте көрсетілген жазық домендер құралады. Өте жіңішке пленкалар үшін бірдоменді структура тән, қалыңдығы 10-3—10-2 мм жоғары пленкалар үшін (әртүрлі заттарда) — қарама қарсы бағыттарда магниттелген, ұзын жұқа домендерден (енә бөлшек микрометрден бірнеше микрометрге дейін) тұратын көпдоменді. Сыртқы өрістер әсерімен барлық сызықтар жүйесі жылжуы және айналу мүмкін, және оны жарық және электромагнитті спектор өрісінің жақын диапазоны үшін басқарылатын дифракциялық тор ретінде қолданылады.
Жеңіл магниттелу өсіне перпендикулярлы қалыңдығы 50 мкм жуық бағытталып кесілген кейбір ферриттердің пластинкаларында 6, б суреттегі (ашық және қара жерлері) жазықтыққа қалыпты магниттелудің қарама қарсы бағыты бар домендердің лабиринтті структурасы (Н ≈ 0 кезінде) бақыланады. Егер пластинаны, сол пластинаның бетіне перпеникуляр болатын бағыты бойынша өзгермейтін сыртқы магнит өрісіне орналастырсақ, және өріс кернеулілігін көбейтсек, онда лабиринтті структура үзіледі де цилиндрлі домендер құрылады (6, в сурет), олардың диаметрлері өрістің ары қарай күшеюуі кезінде бардық пластина бойынша біртекті бірдоменді магниттелуге жеткеше кеми беереді. Магнитті өрістің арнайы мәндері кезінде болатын, өріспен басқарылатын цилиндрлі домендерге (екі координаталар бойынша ығысуы мүмкін), есептеу техника құрылғыларын құру кезінде үлкен көңіл бөлінеді. Оларды есте сақату және логикалық элементтер құрылғыларын құру кезінде қолдануға болады. Екілік жүйеде «1» құрылғының арнайы бір нүктесінде доменнің болуына сәйкес келеді, ал «0» — болмауына сәйкес келеді. Цилиндрлі домендері бар магнитті элементтер тасымалдау материалының біртектілігін бұзбай көпфункционалды операцияларды орындауды мүмкін етеді.
Магнитті-жұмсақ материалдар. Магнитті-жұмсақ материалдар, жоғары магнитті өтімділікке, аз ғана коэрцитивті күшке және аз гистерезис шығынына ие бола отырып трансформаторлардың, электромагниттердің өзекшелері ретінде, өлшеу аспабтарында және энегрияныі аз ғана шығыны кезінде үлкен индукцияға жетуді қажет ететін жағдайларда қолданылады. Трансформаторларда ұйытқы тоқтарына шығынды азйту үшін жоғарылатылған меншікті кедергісі бар магнитті-жұмсақ материалдар қолданылады, біб бірінен жеке жеке оқшауланған жіңішке беттерден жиналған магнитөткізгіштер қолданылады.
Темір (төменгікөміртекті болат). Техникалық таза темір құрамында аз ғана көміртегінің, күкірттің, марганецтің, кремнийдің және басқа да оның магнит қасиеттерін нашарлататын элементтер бар. Салыстырмалы төмен меншікті кедергісі арқасында техникалық таза темір өте сирек қолданылады, негізінде тұрақты магнит ағынының магнитөткізгіші үшін. Техникалық таза темір мартен пештерде немесе конверторларда шойынды рафинациялау жолымен жасалынады және қоспалардың суммалық құрамы 0,08—0,1 % дейін жетеді. Шет елдерде мұндай материал «армко-темір» деген атпен таныс.
Төменкөміртекті электротехникалық беттік болат — техникалық таза темірдің бір түрі, 0,2—4 мм қалыңдықты беттер түрәнде шығарылады, құрамында 0,04 % артық емес көміртегі және 0,6 % артық басқа қоспалар бар. Әртүрлі маркілері үшін магнитті өтімділіктің максимум мәні — 350 4500 дан кем емес, коэрцитивті күш — соған сәйке 100—65 А/м көп емес. Өте таза темір құрамында 0,05% кем қоспалар бар: 1) электролитикалық темір; 2) карбонилды темір.
Беттік электротехникалық болат - массалық қолданыстағы негізгі магнитті-жұмсақ материал. Құрамындағы кремний меншікті кедергіні көтереді және ұйытқы тоқтар мен гистеризисқа шығынды төмендетеді. Құрамында 14% кремний болған кезде болаттың механикалық қасиеті жеткілікті болады, бірақ кремнии құрамы 5% жоғары болса болат мортты бола бастайды.
Магнитті-қатты материалдар. Жалпы мәліметтер. Магнитті-қатты материалдарды алуда құрамы, жағдайы және тәсілі бойынша олар келесіге бөлінеді: 1) мартенситке шынықтырылатын қоспаланған болат, 2) құйылған магнитті-қатты балқымалар, 3) ұнтақтардан тұратын магниттер, 4) магнитті-қатты ферриттер, 5) пластикалық деформацияланатын балқымалар және магнитті таспалар.
Тұрақты магниттер үшін коэрцитивті күш, қалдық индукция және магнитпен сыртқы кеңістікке берілетін максималды энергия қызмет атқарады. Тұрақты магниттер үшін материалдардың магнитті өтімділігі магнитті-жұмсақ материалдардіңкіне қарағанда төмен, коэрцитивті күш жоғары болған сайын магнитті өтімділік аз болады. Магнит тұйықталған жағдайда (тороид түрінде) сыртқы кеңістікке энергия бермейді. Ауа саңылауы болған кезде полюстар арсында энергияны кеңістікке беру туады, оның шамасы саңылау ұзындығына байланысты, сондай-ақ Вl индукциясы, магниттер полюстарының магнитсіздендіру салдарынан аралық ішінде қалдық индукциясынан Вr аз болады. Ауа саңылауының көлем бірлегінде тұйықталған энергия келесі теңдеумен өрнектелуі мүмкін:
(22)
мұндағы Hl — Вl индукцияға сәйкес келетін өрістің кернеулігі.
Магнит ұзындығы аз болған сайын және қатынасты түрде саңылау үлкен болса, полюстердің магнитсіздендіру өрісі көп болады және Вl аз болады. Тұйықталған магнит кезінде Bl = Br, сонда энергия нөлге тең, себебі Hl = 0. Егер полюстар арасында саңылау өте үлкен болса, онда энергия осындай жағдайларда нөлге ұмтылатын болады, себебі Bl = 0, Hl = Hc. BL және HL кейбір мәндері кезінде энергия максимумға жетеді, ол келесі өрнектен көрінеді:
(23)
ол магниттің ең жақсы қолданылуын анықтайды және соныменен тұрақты магниттер үшін материалдар сапасының ең маңызды сипаттамасы болып табылады. Көбнесе осындай материалдардың сипаттамасы үшін BLHL көбейтіндісін немесе материалдың магнитсіздену қисығының дөңестік коэффициентін келтіреді:
(24)
Тұрақты магниттер кеңінен қолданылады. Олар конструкциясы бойынша, габариті бойынша әртүрлі.
Негізгі әдебиет 1. [310-346].
Қосымша әдебиет 2. [352-396].
Бақылау сұрақтары:
1. Материалдардың магнитті қасиеттері жайлы жалпы мәліметтер.
2. Магнитті-жұмсақ материалдар.
3. Магнитті-қатты материалдар.
№ 9 Дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Жоғары өтімділік материалдары. Асқынөткізгіштер және
криоөткізгіштер.
Жоғарғы өткізгішті материалдар. Кеңінен таралған жоғарғы өткізгішті материалдар ретінде мыс пен адюминийді жатқызуға болады.
Мыс. Өткізгіш материал ретінде кеінен қолдануды қамтамасыздандыратын мыстың артықшылығы келесілер: 1) аз меншікті кедергі (барлық металдардан тек күмісте мыстыңкіне қарағанда аз меншікті кедергі бар); жеткілікті жоғары механикалық беріктілік; 3) коррозияға қанағаттандыралық төзімділік (мыс ауада тіптім жоғары ылғалдылық кезінде де, мысалы темірге қарағанда едәуір баяау тұтқырланады; бірақ жоғары температура кезінде мыстың тұтылу жылдамдайды); 4) қалыңдығы миллиметрдің мың бөлігіне дейін болатын беттер, ленталарға, сымдарға өңделуі жақсы; 5) дәнекерлеу мен қайнату қатынасты түрде жеңіл.
М1 маркалы мыста 99,9% Cu, оттегі 0, 08% аспайтын 0, 1% қоспа бар. М0 маркалы мыста 0,05% қоспа бар, соның ішінде 0,02 % оттегі. Бұл марка ең жақсы механикалық қасиеттерге ие. М0 – ден жіңішке сым жасалуы мүмкін. Суық тарту кезінде қатты мысты алады, ол созылуы кезінде жоғарғы беріктілік шегіне, иілуі кезінде қаттылық пен серпімділікке ие.
Егер Cu қыздыратын болсақ, онда қаттылығы мен беріктілігі аз, бірақ ұзілу кезінде созылуы үлкен және меншікті өткізгіштігі едәуір үлкен (ММ) жұмсақ мысты аламыз. Бронзаның мысты балқымасы; таза мысқа қарағанда, арнайы құрамасы кезінде жоғарғы механикалық қасиеттерге ие болады.
Алюминий - тығыздығы аз (2.6 Мг/м3 жуық) жеңіл материал. Алюминий Cu –ға қарағанда 3,5 есе жеңіл. Алюминий мыспен салыстырғанда механикалық және электрлі қасиеттері төмен. Алюминийді балқытылған жағдайға өткізу үшін, мысқа қарағанда жылудың үлен шығынын қажет етеді. Көлденең қимасы мен ұзындығы бірдей кезде алюминий өткізгіштіктің электр кедергісі мыс өткізгішке қарағанда 1,6 есе көп. Сондықтан бірдей электр кедергісі кезінде алюминий өткізгіштің қимасы мыс өткізгішке қарағанда 1,6 есе көп болуы керек. Егер габариттері шектелген болса алмастыру қиынға түседі. Алюминий өткізгіш жуан болса да мысқа қарағанда екі есе жеңіл. Алюминий бірнеше маркаға бөлінеді: 1) А1 маркасы 0,5% аспайтын қоспа бар; 2) АВ00 маркасында 0,03% аспайтын; 3) ең жоғарғы алюминий АВ0000 маркалы құрамында 0,004% аспайтын қоспа бар. Алюминийді дәнекерлеу үшін, арнайы дәнекерлеу пастасы немесе ультра дыбысты дәнекерлеушілер қолданылады. Алюминий балқымалар жоғарғы механикалық беріктілікке ие.
Темір (болат) едәуір арзан металл, механикалық берікттілігі жоғары. Бірақ тіпті ең таза темірде меншікті кедергі жоғары болады (0,1 мкОм/м жуық). Болатты әуе желілері, электрлі темір жолдарының шиналары мен рельстері ретінде қолданылады.
Асқын өткізгіштер мен криоөткізгіштер. Температураны төмендету кезінде металл өткізгіштердің ρ меншікті кедергісі кемиді. Абсалютті нөлге жуықтайтын, өте төменгі (криогенді) температура кезіндегі металдардың электрөткізгіштігі үлкен қызығушылықты көрсетеді. Нидерланд физигі Х. Камерлинг – Оннес 1911 жылы гелийдің 4,2 К температурасына дейін салқындату кезінде мұздатылған сынаптан жасалған сақинаның кедергісі қте төмен мәнге дейін құлайды, ол мән тәжиірбе жүзінде өлшеуге мүмкін емес мән. Мұндай құбылыс, яғни затта тәжиірбе жүзінде шексіз меншікті кедергінің болуы, асқын өткізгіштік деп аталған, және Тс – асқын өткізгішті өтудің температурасы, ал заттар – асқын қткізгіштер. Бұл өту қайтатын құбылыс болып табылады; Температураны Тс дейін көтеру кезінде асқын өткізгіштік бұзылады және зат қалыпты жағдайға меншікті γ өткізгіштің соңғы мәнімен қалыпты жағдайға өтеді.Асқын өткізгіштік құбылысы, асқын өткізгіш контурына бір кезде бағытталған электр тоғы өзінің күшін жоғалтпай осы контур бойынша ұзақ (жылдар бойы) циркуляцияланады, және де сырттан ешқандай энергияны бермей ақ (әрине, егер берілген асқын өткізгіш материалы үшін тән асқын өткізгіш контуры температурасын Тс мәнінен төмен ұстап тұратын салқындататын құрылғы жұмысына кететін энергия шығынын есептемесек); мұндай асқын өткізгіш контур тұрақты магнит сияқты қоршаған кеңістікте магнит өрісін тудырады.
Көптеген асқын өткізгіштер, тіпті 2-ші текті асқын өткізгіштер де өте төмен өту температурасына Тс ие. Сондықтан, асқын өткізгіш құбылысы қолданылатын құрылғы сұйық гелиймен салқындату кезінде жұмыс істейді, ал ол қиын да қымбат. Тс температурасы сутегі төмендеу температурасынан (20,3 К) жоғары болатын асқын өткізгіштерді алу жақсы болар еді. Қалыпты немесе едәуір жоғары температура кезінде асқын өткізгіштік жағдайын сақтайтын материалдар шексіз мүмкіндіктерді беретін еді. Едәуір жоғары Тс барлық белгілі элементарлы асқын өткізгіштердің ішінде ниобийда бар, ал олардың ішінде кеңінен қолданылатыны – ниобий станиді Nb3Sn. «Жылы» асқын өткізгіштерді ізде кеңінен жалғастырулыда.
Криоөткізгіштер. Қазіргі электро техникада кеңінен криоқткізгіш құбылысы қолданылады (бірақ асқын өткізгіш қалпына өтпейді). Осы қасиеттері бар металды криоөткізгіштер деп атайды.Криоөткізгіштердің физикалық негізі асқын өткізгіштердің физикалық негізіне ұқсамайды. Криоөткізгіштің - криогенді температурада металдардың қалыпты электр өткізгіші өте кіші,бірақ криоөткізгіштік р-ның соңғы мәні олардың ток тығыздығының рұқсат мәнін шектейді.Температураны өзгерткенде кен диапазонында р секірусіз біркелкіөзгеретін криоөткізгіштер тригердік эффектінде асқын өткізгіштің бар болуы және бұзылуына негізделген құралдарда қолданылмайды (мысалы жадыға жазатын асқын өткізгіштік құралдар). Криоөткізгіштік кезінде асқын өткізгіштің басқа да құбылыстары байқалады. Криоөткізгіштердің өте аз, бірақ ρ соңғы мәні олардағы жеткілікті тоқ тығыздығын шектейді. Температурасы кең диапазонда өзгеру кезінде ρ секкіріссіз бір қалыпты өзгеру кезіндегі криоөткізгіштер, әсерлері пайда болуы триггерлі эффектте және асқын өткізгіштіктің бұзылуына негізделген құрылғыларда қолданылмайды (мысалы, асқын өткізгішті есте сақтау құрылдғыларда). Криоөткізгіштік кезінде, Майснер – Оксенфельд эффектісі сияқты асқын өткізгіштер үшін спецификалық құбылыстар табылмайды.
Негізгі әдебиеттер: 1. [146-230].
Қосымша әдебиеттер: 2. [153-251].
Бақылау сұрақтары:
1. Жоғарғы өткізгішті материалдар.
2. Өткізгіш материалдардың классификациясы және негізгі қасиеттері.
3. Криоөткізгіштер.
4. Асқын өткізгіштер.
№ 10 Дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Жартылай өткізгіш материалдар жайлы жалпы мәліметтер.
Жартылайөткізгіштік жайлы жалпы мәліметтер. Электродты электр өткізгіші бар қалыпты температурада меншікті кедергісі өткізгіштің және диэлектриктің меншікті кедергісінің арасында жатқан үлкен топ заттарды жартылай өткізгішке жатқызуға болады. Жартылай өткізгіштердің электрлік өткізгіші сыртқы энергетикалық әсерінен және де әртүрлі қоспалардан кейбір жағдайда жартылай өткізгіші өз құрамында болатын қоспалардың өз мөлшеріне қатты тәуелді, сондай-ақ әртүрлі қоспалардан, кейкезде жеке жартылайөткізгіштің денсеінде болаты өте аз шамалардан да тәуелді болады Жартылай өткізгіштіктің электр өткізгіші температурамен, жарықпен, электр өріспен, механикалық күшпен басқару терморезистордың фоторезистордың сызықты емес резистордың (варистор) жұмысының негізіне салынған. Жартылай өткізгіштігі 2 типті электр өткізгіштігінің болуы электронды «(n) типті және кемтікті (р) типті, p-n өтуімен жартылай өткізгіш заттар алуға болады. Жартылай өткізгіштікте p-n өтуі бар болғанда жоғарғы қабат пайда болады, 2 немесе оданда көп өз-өзімен байланысқан өтулер басқарылатын жүйелер – транзисторлар – алуға болады. Р-n өтулер мүмкіндіктерін пайдалануы негізінде электротехникада жартылай өткізгіштіктердің ең маңызды қолданылуы жүреді. Жартылай өткізгіш жүйелері энергияның әртүрлі түрлерінің түрлерінің электрлік токтың энергиясына түрлене алады, олардың түрлендіру коэфиценті жартылай өткізгіштің басқа түрінен салыстыруға келетіндей мүмкіндік береді. Ол кейде олардан асады (мысалы: жартылай өткізгіш түрлендіргіші «күндік батарея» КПД-сы 11% ретті). Жартылай өткізгіш көмегімен бірнеше ондық градусқа суытудан алуға болады. Практикада қолданылатын жартылай өткізгіш материалдар қарапайым жартылай өткізгіштің химиялық қосылыстар және жартылай өткізгіш комплекстер болуы мүмкін. Әйнек тәрізді және сұйық жартылай өткізгіш түрлеріне бөлінуі мүмкін. Қарапайым жартылайөткізгіштік он шақты түрі бар, олар кестеде көрсетілген. Жартылайөткізгіштер көмегімен оншақты градусқа салқындатуды алуға болады. Тәжірибеде қолданылатын жартылайөткізгішті материалдар қарапайым өткізгіштерге бөлінуі мүмкін (элементтер); жартылайөткізгіштіхимиялық қоспалар және жартылайөткізгішті комплекстер (мысалы, керамикалық жартылайөткізгіштер); шыны тәрізді және сұйық жартылайөткізгіштер. Қарапайым жартылайөткізгіштер шамамен оншақты, олар кестеде келтірілген. Қазіргі техникада маңызды орынды германий, кремний және селен алады.
1 Кесте
Қарапайым жартылайэлектрөткізгіштер
Элемент Менделеев кестесіндегі топ Тиым салынған аумақ ені, эВ Элемент Менделеев кестесіндегі топ Тиым салынған аумақ ені, эВ
Бор В III 1,1 Мышьяк As V 1,2
Кремний Si IV 1,12 Сера S VI 2,5
Германий Ge IV 0,72 Селен Se VI 1,7
Фосфор P V 1,5 Теллур Te VI 0,36
Йод I VII 1,25 Ескерту. Кейбір модификацияларда жартылайөткізгіш қасиеттері қалайыда (сұр), сурьмада және көміртегіде бар.
Жартылайөткізгішті материалдардан аспабтарды дайындау бір қатар жетістіктерге ие, оларға келесілер жатады:
ұзақ уақыт қызмет ету;
кішкентай габарит және салмақ;
конструкциясы қарапайым және сенімді, жоғары механикалық төзімділік (не боятся тряски и ударов);
электронды шамды ауыстыратын жартылайөткізгіш аспабтарда қызу тізбегі жоқ, тұтыну қуаты мен иннерттілігі аз;
5) массалық өндірісте экономикалық түрде тиімді.
Негізгі әдебиеттер: 1. [230-268].
Қосымша әдебиеттер: 2. [252-295].
Бақылау сұратары:
1. Жартылайөткізгіш материалдар деп қандай материалдарды айтамыз?
2. Қарапайым жартылайэлектрөткізгіштер.
3. Жартылай өткізгіштер жайлы жалпы мәліметтер.
№ 11 дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Жартылайөткізгіштердің электрөткізгіштігі. Жартылайөткізгіштердің электрөткізгіштігіне сыртқы факторлардың әсерлері.
Жартылайөткізгіштердің электрөткізгіштігі. Өзіндік жартылайөткізгіштер. Жартылайөткізгіштер үшін энергетикалық диаграммада кең емес тиым салынған аумақтың болуы тән. Элементтердің тиым салынған зонасының ені электрон-вольттарда кестеде келтірілген. Едәуір кеңінен өолданылатын жартылайөткізгіштер үшін ол 0,5 – 2,5 эВ құрайды.

5 сурет. Жартылайөткізгіштердің энергетикалық диаграммасына қоспалардың әсері: а - өзіндік жартылайөткізгіш; б – донорлы қоспасы бар жартылайөткізгіш, электронды электрөткізгіш (n-типті); в – акцептрлі қоспасы бар жартылайөткізгіш, тесікті электрөткізгіш (р-типті).
5,а суретте өзіндік жартылайөткізгіш үшін энергетикалық диаграмма келтірілген, яғни электрондар бос энергетикалық деңгейлер аумағына валентті аумақтардан ғана жеткізіле алады. Энергия деңгейлері бойынша электрондарды тарату а суретінде көрсетілген, ол валентті аумақта сәйкес келетін тесіктер санын құрып, өткізгіштік аумағына бірнеше электрондардың өткен кезінде қандай да бір температураға сәйкес келеді. әрбір қоздыру акті кезінде өзіндік өткізгіште бір уақытта қарамақарсы белгісі бар екі заряд тасымалдағыш құрылады, онда заряд тасымалдағыштардың жалпы саны өткізгіштер аумағында электрондар саны екі есе көп, яғни:
(16)
Электрондар және тесіктер концентрациясында i индексі дегеніміз зарядтардың өзіндік тасымалдағыштары екенін көрсетеді. Бізбен қарасытырылып отырған жағдайда меншікті өткізгіштік:
(17)
Дененің кезкелген температурасы кезінде қоздыру және рекомбенация процестерінің болуы нәтижесінде қоздырылған тасымалдағыштардың тепетеңдендірілген концентрациясы тағайындалады:
электрондардың:
(18)
тесіктердің:
(19)
мұндағы ∆ω – жартылайөткізгіштің тиым салынған аумақ ені; Nc – бос аумақтағы (өткізгіштік зонасында) жартылайөткізгіштің көлем бірлігіндегі энергетикалық деңгейлер саны; Nb – дәл сондай, бірақ валентті зонада. Коэффициент 2, әрбір деңгейде екі электронның болуы мүмкін екенін көрсетеді.
Электрондар мен тесіктердің қозғалғыштығы бірдей емес. Электрондар мен тесіктер жартылайөткізгіштердің кристалды тор өрісінде қозғалуы кезінде әртүрлі иннерттілікке ие болады, яғни олар эффекті массалармен ажыратылады mn*и mp*. Көптеген жағдайларда mn*< mp*. Осыдан жартылайөткізгіштердің өзіндік электрөткізгіштігі әлсіз артық электронды сипатқа ие.
Қоспалы жартылайөткізгіштер. Көптеген жартылайөткізгіш аспабтар үшін қоспалы жартылайөткізгіштер қолданылады. Сондықтан практикада, зардтың өзіндік тасымалдағышының елеулі концентрациясы мүмкін болатын едәуір үлкен температура кезінде пайда болатын жартылайөткізгіштер маңызды мәнге ие болады, яғни тиым салынған аумағы жеткілікті кең жартылайөткізгіштер. Температураның жұмыс интервалында зарядтың бос тасымалдағыштарын жеткізгіштер болып қоспалар жатады. Жаттекті жартылайөткізгіштер қоспалар болып жаттекті атомдар саналады. Бұдан басқа, қоспалар ролін кристалды тордың барлық мүмкін болатын дефектілері атқарады: бос түйіндер, торлардың түйін арасында қалған атомдар немесе иондар, торлардың пластикалық деформациясы кезінде пайда болатын дислокациялар немес ығысулар, микросызықтар және тағы басқалар. Егер қоспалы атомдар кристалды тор түйіндерінде болса , онда олар алмастыру қоспалары деп аталады, егер түйін арасында болса, онда – енгізу қоспалары деп аталады.
Донорлар. Сыртқы энергетикалық әсерлердің (жылу, жарық) болмаған кезіндегі, өткізгіштік аумақ жанында тиым салынған аумақта орналасқан толтырылған қоспалы деңгейлер. Бұл кезде қоспалы атомдардығ активация энергиясы негізгі жартылайөткізгіштің тиым салынған еніне қарағанда аз, сондықтан да денені қыздыру кезінде қоспа электрондарын қайта тасымалдау тор электрондарының қозуын озады. Бір бірінен жеке қоспа атомдарында туатын оң зарядтар локализацияланған түрде қалады, яғни кристал бойынша жүре алмайды және электрөткізгіштікке қатыса алмайды. Осындай қоспасы бар жартылайөткізгіш, валентті аумақтан өткізгіш аумаққа электрондардың өтуі арқасында пайда болған тесіктер концентрациясына қарағанда электрон концентациясына көп ие, және оны n-типті жартылайөткізгіш, ал электрондарды өткізгіш аумаққа жеткізетін қоспаларды – донорлар деп атайды.
Акцепторлар. Валентті зона аумағында негізгі жартылайөткізгіштің тиым салынған аумағында орналасқан басқа қоспалар толтырылмаған деңгейлерді енгізуі мүмкін. Жылулық қоздыру бірінші кезекте валентті аумақтан осы қоспалы деңгейлерге электрондарды лақтыратын болады. Атомдардың ортақтылығына байланыстфы қоспалы деңгейлерге лақтырылған қоспа электрондары электр тоғына қатыспайды. Мұндай жартылайөткізгіш, валентті аумақтан өткізгіш аумаққа өткен электрондар концентрациясына қарағанда тесіктер концентрациясына көп ие болады, және оны р-типке жатқызады. Жартылайөткізгіштің валентті аумағынан электронды басып алатын қоспаларды акцепторлар деп атайды.
Негізгі және негізгі емес заряд тасымалдаушылар. Берілген жартылайөткізгіште концентрациясы көп тасымалдаушылар негізгі, ал концентрациясы аз тасымалдаушылар негізгі емес болып аталады. Сондай ақ жартылайөткізгіште n-типті электрондар негізгі тасымалдаушылар, ал тесіктер – негізгі емес болады. Қоспалы электрөткізгіштік, қзіндікке қарағанда өзінің пайда болуына аз энергетикалық әсерді талап етеді (электрон-вольттың жүзден немесе оннан бір бөлігі), сондықтан жартылайөткізгіштің өзіндік электрөткізгіштігіне қарағанда едәуір төмен температура кезінде пайда болады.
Жартылайөткізгіштің электрөткізгіштігіне сыртқы факторлардың әсері. Заряд тасымалдауштар концентрациясының температуралық тәуелділігі. Температураның өсуі кезінде электрондардың тиым салынған аумақ арқылы өтуі салдарынан заряд тасымалдауыштар концентрациясының тез өсуі бақыланады. Атомды торы бар жартылайөткізгіштерде заряд тасымалдауыштардың қозғалғыштығы, ионды кристалдыларға қарағанда көп. Жартылайөткізгіштің меншікті кедергісін, келесідей табамыз:
, (20)
ω – қоспаның әртүрлі концентрациясы кезінде жартылайөткізгіштің қоспалы электрөткізгіштігінің активация энергиясы; ∆W – берілген жартылайөткізгіштің тиым салынған аумағының ені.
Температураны көтерумен байланысты жартылайөткізгіште бос электрондар саны өседі, ал температураны абсалютті нөлге дейін төмендетумен – тіптім нөлге дейін азаяды. Осындай түрде заттың электрөткізгіштігі әртүрлі температура кезінде елеулі түрде әрқалай болуы мүмкін. Термогенерация процесі – бұл валентті аумақтан болс аумаққа өтетін температураның көтерілуіне байланысты электрондар санының өсуі. Электрондардың бос жағдайға өту процесі кері құбылыспен ілеседі, яғни электрондардың валентті аумаққа қайтуы. Бұл процес рекомбенация деп аталады. Нәтижесінде тұрақты температура кезінде затта тепетеңдік пайда болады, яғни бос аумаққа өтетін электрондар саны валентті аумаққа қайтатын электрондар санына тең. Электрондарды бос жағдайға өткізу немесе тесіктерді (валентті аумақтан электрондар кеткеннен кейін босаған вакентті орын) құру үшін қажет энергияны тек жылу қозғалысы ғана емес басқа да энергия көздері де жеткізе алады: жарық, электрондар және ядролық бөліктердің ағыны, электронды және магнитті өрістер, механикалық әсерлер және басқалар.Жартылайөткізгіштердің электрөткізгіштігіне жарықтың әсері. Жартылайөткізгіштермен сіңірілетін жарық энегиясы, онда электрөткізгіштің өсуіне алып келетін зарядтар тасымалдаушылар шамасының көбеюіне алып келеді.
Фотоөткізгіштік – электромагнит сәулесі әсерімен электрөткізгіштіктің әсері. Электронның өткізгіш аумақтан валентті аумаққа бос деңгейге өту процесі тура рекомбинация деп аталады. Бұл кезде энергия айырмашылығы электромагнитті сәуле түрінде немесе кристалды тордың механикалық тербелісі түрінде көрсетіледі. Рекомбенациялық қақпан дегеніміз – бұл процестің бірінші сатысында тиым салынған аумақта тұрған электрон қақпанның бос деңгейімен алынады. Қақпан осындай жағдайда оған тесік жақындағанша болады – тесік жақындағанда рекомбенацияның екінші сатысы орындалады.
Негізгі әдебиеттер: 1. [230-268].
Қосымша әдебиеттер: 2. [252-295].
Бақылау сұратары:
1. Жартылайөткізгіш материалдар деп қандай материалдарды айтамыз?
2. Қарапайым жартылайэлектрөткізгіштер.
3. Жартылай өткізгіштер жайлы жалпы мәліметтер.
№ 12 дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Жартылайөткізгіш қасиеттері бар элементтер.
Жартылайөткізгіш қасиеттері бар элементтер. Германий. Жер қыртысында германийдің 7*10-4құрамы бар. Германий құралдардың жұмыс істеу диапазоны -60 до +700 С -ге дейін. Жоғары шекке температураны көтергенде тура екі есе, ал кері тоқ үш есе өседі.
50-60°С-ға дейін суытқанда тікелей тоқ 70-75%-ке төмендейді. Германийден жасалған құралдар ылғалдылықтан қорғалуы керек. Ол түзеткіштер, транзистролар, фото құралдар, оптикалық линзалар мен фильтрлер жасау үшін қолданылады. Германийдің тиым салынған аумақ ені ∆W = 0,72 эВ.
Кремний. Жер қыртысында 26% бар. Диод, транзистор, фотоэлементтер және микроэлектрониканың қатты схемаларын жасауда негізгі элемент болып табылады . Температураның жоғарғы шегі тазалуа деңгейіне байланысты 120-200°С. Кремнийдің тиым салынған аумақ ені ∆W = 1,12 эВ.
Қоспалы жартылай өткізгіштер. Көптеген жартылай өткізгіш аспабтар үшін сондай-ақ қоспалы жартылай өткізгіштер қолданылады. Сондықтан практикада едәуір жоғары температура кезінде зарядты өзіндік тасымалдаушылардың елеулі концентрациясы пайда болатын жартылай өткізгіштер, яғни жеткілікті кең тиым салынған жартылай өткізгіштер маңызды мәнге ие. Температураның жұмыс интервалында зарядтығ бос тасымалдаушыларын жеткізушілер болып қоспалар жатады. Қарапайым жартылай өткізгіштерде қоспалар болып жат текті атомдар жатады. Егер қоспалы атомдар кристалды тордың түйіндерінде орналасса, онда олар алмастыру қоспалары, ал егер түйін арасында орналасса – енгізу қоспалары деп аталады.
Донорлар мен акцепторлар. Атомдары, жартылай өткізгіштің тиым салынған шектігінде дискретті энергетикалық деңгейлерін құрайтын қоспаларды қарастырайық. Қоспалардың аз ғана концентрациясы кезінде олардың атомдары жартылай өткізгіш торында бір-бірінен үлкен қашықтықта орналасқандықтан, олар өз-ара әсерлеспейді, сондықтан-да олардың энергетикалық деңгейі жеке бос атомдардағыдай болады. Электрондардың бір қоспалы атомдардан екіншісіне тікелей өту ықтималдылығы өте аз. Бірақ-та қоспалар жартылай өткізгіштің өткізгіштік аймағына электрондарды немесе жеткізіп, немесе оның валентті аймақ деңгейінен алуы мүмкін.
Донорлар. Сыртқы энергетикалық әсерлер (жылу, жарық) болмаған кезде толықтырылған қоспалар деңгейі, өткізгіштік аумағындағы «тубіндегі» тиым салынған аумақта орналасқан. Осы кезде қоспа атомдарының активациалану энергиясы, негізгі жартылай өткізгіштің тиым салынған аумақ енінен кем, сондықтан дене қызған кезде қоспа электрондарвн лақтыру (переброс) тор электрондарының қозуын озатын болады. Бір-бірінен жеке орналасқан қоспалы атомдарда пайда болған оң зарядтар локалданған болып қалады, яғни кристалл бойынша жүре алмайды және электроөткізгіштік процессіне қатыса алмайды. Осындай қоспалары бар жартылай өткізгіштер, валентті аумақтан өткізгіштік аумаққа электрондардың өту салдарынан пайда болған кемтік концентрациясына қарағанда электрондардың үлкен концентрациясына ие, және де олар n-типті жартылай өткізгіштер деп аталады, ал өткізгіштік аумаққа электрондарды жеткізетін қоспалар – донорлар деп аталады.
Акцепторлар. Валентті аумақтың «төбесі» жанындағы негізгі жартылай өткізгіштің тиым салынған аумағында орналасқан толмаған деңгейдегі қоспалар. Жылулық қоздыру бірінші кезекте электрондарды валентті аумақтан сол бос қоспалы деңгейге лақтыратын болады. Қоспа атомдарының ортақтану түріне байланысты қоспалы деңгейге лақтырылған электрондар электр тоғының тууына қатыспайды. Мұндай жартылай өткізгіш, валентті аумақтан өткізгіштік аумаққа өткен электрондар концентрациясына қарағанда, үлкен кемтіктер концентрациясына ие болады, және оларды p-типтілерге жатқызады. Жартылай өткізгіштің валентті аумағынан электрондарды алатын қоспа – акцепторлы деп аталады.
Негізгі әдебиет: 1. [268-310].
Қосымша әдебиет: 2. [295-351].
Бақылау сұрақтары:
1. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі.
2. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігіне сыртқы факторлардың әсері.
3. Донорлар дегеніміз не?
4. Акцепторлар дегеніміз не?
5. Жартылай өткізгіш қасиеттері бар элементтер.
№13 Дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Магнитті материалдар. Материалдардың магнитті қасиеттері жайлы жалпы мәліметтер.
Материалдардың магнитті қасиеттері жайлы жалпы мәліметтер. Өз бетінше поляризацияланатын заттарда жеке обылыстар болады - домендер; олар сыртқы өрістер болмай тұрып электрлі моментке ие болады. Бірақ электр моменттерінің ориентациясы әртүрлі домендерде әртүрлі. Сыртқы өрісті беру өріс бағыты ориентациясына әрекет етеді, ол өте үлкен поляризацияны береді. Магнитті материалдар ретінде техникалық мәнге феромагнитті заттар мен ферромагнитті химиялық қоспалар (ферриттер) ие. Ферромагнетик — кристалды зат, онда әрбір доменда нәтижеленетін магнитті моменттер нөлден бөлек болады. Антиферромагнетик — кристалды зат, онда әрбір доменда нәтижеленетін магнитті моменттер нөлге тең. Ферримагнетик — кристалды зат, оның магнитті структурасын екі немесе одан көп тор астындағылар түрінде көрсетуге болады, сондай-ақ әрбір доменда нәтижеленетін магнитті моменттер нөлден бөлек болады. Материалдардың магнитті қасиеттері өздерімен элементті дөңгелек тоқтарды көрсететін электр зарядтар қозғалысының ішкі жасырын формаларымен шартталған. Осындай дөңгелек тоқ болып электрондардың өз өсімен айналуы болып табылады – электронды спиндар мен атомдарда электрондардың орбиталық айналуы. Ферромагнетизм құбылысы, магнитті домендер деп аталатын электронды спиндар макроскопиялық обылыстар шектігінде бір біріне параллельді ориентацияланатындай және бірдей бағытталатындай кездерінде арнайы температурадан төмен (Кюри нүктесі) кейбір материалдардың ішінде кристалды структураны құрумен байланысты. Осындай түрде, ферромагнитті жағдай үшін тән зат болып онда сыртқы магнитті өрісті бермей-ақ өз бетінше магниттелудңғ болуы саналады. Бірақ-та ферромагнетиктерде өз бетінше магниттелу обылыстары құрылса да, жеке домендердің магнитті моменттерінің бағыты әртүрлі болып алынады. Мұндай дененің магнитті ағыны сыртқы кеңістікте нөлге тең болады.
Ферромагнитті заттардың монокристалдары әртүрлі өстер бойында магниттелудің әртүрлі жеңілдіктерінде өрнектелетін магнитті анизотропиямен сипатталады. Поликристалды магнетиктерде анизотропия жеткілікті көп өрнектелсе, ферромагнетикте магнитті текстура басым деп қабылданады. Берілген магнитті текстураны алу үлкен мәнге ие және техникада материалдың жоғары магнитті сипаттамаларын арнайы бағытта құру үшін қолданылады.
Сыртқы магнит өрісі әсерімен ферромагнетикті магниттеу процесі: 1) өріс бағытымен ең аз бұрышты құрайтын магнитті моменті бар домендердің өсуі, және басқа домендердің өлшемдерінің азаюы және (домен шекараларының ығысу процесі); 2) өрістің сыртқы моменті бағытында магнит моменттерінің бұрылуы (ориентация процесі).
Доменнің өсуі тоқтатылған кезде, магнитті қанығу басталады, ал магнитті домендер өріс бағытына ориентацияланған болып табылады. Қатынасты магнитті өтімділік негізгі магниттелу қисығы бойынша магниттелу қисығының берілген нүктесінде μо =4π*10-7 Гн/м магнит тұрақтылығын ескере отырып В индукциясының магнит өрісінің кернеулілігіне қатынасы ретінде анықталады:
(21)
H ≈ 0 кезінде μ магнитті өтімділікті, 0,1 А/м жуық өте әлсіз өрістер кезінде анықтай отырып бастапқы өтімділік деп атайды. Магнитті өтімділіктің ең үлкен мәні максимум өтімділік деп аталады және μмакс деп белгіленеді.Күшті өріс кезінде қанығу обылысында магнитті өтімділік μr нөлге ұмтылады. Ферромагнитті материалдардың магнитті өтімділігі Кюри (нүктесіне) температурасына жуық температура кезінде максимум арқылы өте отырып температурадан тәуелді болады. Таза темір үшін Кюри нууктесі 768° С құрайды, никель үшін 358° С, кобальт үшін 1131° С. Кюри нүктесінен жоғары температура кезінде кенеттен магниттелу обылысы жылу қозғалысымен бұзылады және материал магнитті болмай қалады. Егер сыртқы магнит өрісінде ферромагнетикті ақырын магниттейтін болсақ, содан соң негізгі магниттелу қисығының қандай да бір нүктесінен кернеулілікті азайтуды бастасақ, онда индукция да кеми бастайды, бірақ негізгі қисық бойынша емес, гистерезис құбылысы салдарынан негізгі қисықтан қалып кемиді. Қаныққанға дейін магниттелген үлгінің магниттелусіз процесінде Н=0 кезінде В мәні қалдық индукция деп аталады Вr. Индукцияны Вr мәнінен нөлге дейін азайту үшін ұстайтын (коэрцитивті) күш деп аталатын өрістің кері бағытталған Нс кернеулілігін беру қажет. Нс мәні аз және магнитті өтімділігі үлкен материалдарды магнитті-жұмсақ материалдар деп атайды. Коэрцитивті күші үлкен және салыстырмалы аз магнитті өтімділігі бар материалдар магнитті-қатты материалдар деп аталады.
Кейбір кристалды заттар үшін жүйенің потенциалды энергия минимумына бір бағытың екіншісіне қандай да бір үстемділігімен спиндардың антипараллельді орналасуы жауап береді. Бұл заттарды ферромагнетиктер деп атайды. Оларда доменді структура; Кюри нүктесі бар; оларға ферромагнетик заттар үшін енгізілген барлық сипаттамалар қолданылады. Ферримагнетиктер болып практикада фериттер деп аталатын күрделі оксидті материалдар саналады. Ферримагнетиктер ферромагнетиктерден аз қанығу индукциясымен айырылады, едәуір күрделі температуралық тәуелділігі бар және жоғарыланған, ал кейбір материалдар үшін меншікті кедергінің мәні өте жоғары.

6 –сурет. Магнетиктердің жіңішке үлгілеріндегі доменді структуралары.
Алғашқы екі айырмашылық структурада қарама қарсы компенсацияланбаған магнитті ағындарды құрайтын екі тор астындағы күрделі материалдың болуымен түсіндірілуі мүмкін, ал үшінші айырмашылық — ол материалдар металға жатпайтындығымен түсіндіріледі.
Қандай да бір фррит үшін әртүрлі температура кезінде B макс1 және B макс2 қисықтарының ординаталары арасында қатынастар үшін, Кюри нүктесінен төмен қандай да бір температураға компенсациия алынады, және үлгінің нәтижелік қанығу B макс индукциясы нөлге тең болады. Бұл нүктені компенсация нүктесі деп атайды tкомп. Компенсацция нүктесінен өткенде индукция ферримагнетик үлгісінде белгісін өзгертіп және содан соң Кюри нүктесінде сыртқы өрістің кернеулілігіне (ол аз және сызба масштабында нөлге жуық) тең болады. Әртүрлі ферримагнетиктерде компенсация нүктесі болуы да болмауы да мүмкін.
Жіңішке магнитті пленкалар және цилиндрлі домендер. Жіңішке магнитті пленкалардың ерекшелігі болып, аз қабат (сызықты өлшемдерден көп аз 6 а, б сурет) кезінде жеңіл магниттелу бағыты пленка жазықтығында орналасқан болады. 6 а, суретте көрсетілген жазық домендер құралады. Өте жіңішке пленкалар үшін бірдоменді структура тән, қалыңдығы 10-3—10-2 мм жоғары пленкалар үшін (әртүрлі заттарда) — қарама қарсы бағыттарда магниттелген, ұзын жұқа домендерден (енә бөлшек микрометрден бірнеше микрометрге дейін) тұратын көпдоменді. Сыртқы өрістер әсерімен барлық сызықтар жүйесі жылжуы және айналу мүмкін, және оны жарық және электромагнитті спектор өрісінің жақын диапазоны үшін басқарылатын дифракциялық тор ретінде қолданылады.
Жеңіл магниттелу өсіне перпендикулярлы қалыңдығы 50 мкм жуық бағытталып кесілген кейбір ферриттердің пластинкаларында 6, б суреттегі (ашық және қара жерлері) жазықтыққа қалыпты магниттелудің қарама қарсы бағыты бар домендердің лабиринтті структурасы (Н ≈ 0 кезінде) бақыланады. Егер пластинаны, сол пластинаның бетіне перпеникуляр болатын бағыты бойынша өзгермейтін сыртқы магнит өрісіне орналастырсақ, және өріс кернеулілігін көбейтсек, онда лабиринтті структура үзіледі де цилиндрлі домендер құрылады (6, в сурет), олардың диаметрлері өрістің ары қарай күшеюуі кезінде бардық пластина бойынша біртекті бірдоменді магниттелуге жеткеше кеми беереді. Магнитті өрістің арнайы мәндері кезінде болатын, өріспен басқарылатын цилиндрлі домендерге (екі координаталар бойынша ығысуы мүмкін), есептеу техника құрылғыларын құру кезінде үлкен көңіл бөлінеді. Оларды есте сақату және логикалық элементтер құрылғыларын құру кезінде қолдануға болады. Екілік жүйеде «1» құрылғының арнайы бір нүктесінде доменнің болуына сәйкес келеді, ал «0» — болмауына сәйкес келеді. Цилиндрлі домендері бар магнитті элементтер тасымалдау материалының біртектілігін бұзбай көпфункционалды операцияларды орындауды мүмкін етеді.
Негізгі әдебиет: 1. [310-346].
Қосымша әдебиет: 2. [352-396].
Бақылау сұрақтары:
1. Материалдардың магнитті қасиеттері жайлы жалпы мәліметтер.
2. Магнитті-жұмсақ материалдар.
3. Магнитті-қатты материалдар.

№14 Дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Магнитті жұмсақ материалдар.
Магнитті-жұмсақ материалдар. Магнитті-жұмсақ материалдар, жоғары магнитті өтімділікке, аз ғана коэрцитивті күшке және аз гистерезис шығынына ие бола отырып трансформаторлардың, электромагниттердің өзекшелері ретінде, өлшеу аспабтарында және энегрияныі аз ғана шығыны кезінде үлкен индукцияға жетуді қажет ететін жағдайларда қолданылады. Трансформаторларда ұйытқы тоқтарына шығынды азйту үшін жоғарылатылған меншікті кедергісі бар магнитті-жұмсақ материалдар қолданылады, біб бірінен жеке жеке оқшауланған жіңішке беттерден жиналған магнитөткізгіштер қолданылады.
Темір (төменгікөміртекті болат). Техникалық таза темір құрамында аз ғана көміртегінің, күкірттің, марганецтің, кремнийдің және басқа да оның магнит қасиеттерін нашарлататын элементтер бар. Салыстырмалы төмен меншікті кедергісі арқасында техникалық таза темір өте сирек қолданылады, негізінде тұрақты магнит ағынының магнитөткізгіші үшін. Техникалық таза темір мартен пештерде немесе конверторларда шойынды рафинациялау жолымен жасалынады және қоспалардың суммалық құрамы 0,08—0,1 % дейін жетеді. Шет елдерде мұндай материал «армко-темір» деген атпен таныс.
Төменкөміртекті электротехникалық беттік болат — техникалық таза темірдің бір түрі, 0,2—4 мм қалыңдықты беттер түрәнде шығарылады, құрамында 0,04 % артық емес көміртегі және 0,6 % артық басқа қоспалар бар. Әртүрлі маркілері үшін магнитті өтімділіктің максимум мәні — 350 4500 дан кем емес, коэрцитивті күш — соған сәйке 100—65 А/м көп емес. Өте таза темір құрамында 0,05% кем қоспалар бар:
1) электролитикалық темір – күкіртқышқылды немесе хлорлы темір ерітінді электролизімен дайындайды, және де анод ретінде - таза темір, ал катод ретінде – жұмсақ болат пластинасы қызмет атқарады. Катодқа кигізілген темір (қабат қалыңдығы 4-6 мм) тиянақты жуғаннан кейін шешіп алып шарлы диірменде ұнтақтайды, содан кейін вакуумда күйдіреді немесе қайта балқытады.
2) карбонилды темір – келесі теңдеуге сәйкес темір пентакарбонилді термиялық жіктеу жолымен алады
Fe(CO)5=Fe+5CO.
Темірдің пентакарбонилі 2000C температура және 15 МПа-ға жуық қысым кезінде темірге көміртегі окисі әсерімен алынатын сұйықты көрсетеді. Карбонильді темір жіңішке ұнтақ түріне ие, ол престелген жоғарғыжиілікті магнитті өзекшелерді дайындау үшін өте ыңғайлы.
Беттік электротехникалық болат - массалық қолданыстағы негізгі магнитті-жұмсақ материал. Құрамындағы кремний меншікті кедергіні көтереді және ұйытқы тоқтар мен гистеризисқа шығынды төмендетеді. Бұдан- да басқа болаттағы кремни, графит түріндегі көміртегінің бөлінуіне мумкіндік етеді, және де болаттың толық қышлдануына да әрекет етеді. Бұл жағдай μН –дің өсуіне , НС-дің төмендеуіне және гистерезисқа шығынның азаюына алып келеді.Құрамында 4% кремний болған кезде болаттың механикалық қасиеті жеткілікті болады, бірақ кремнии құрамы 5% жоғары болса болат мортты бола бастайды.
Пермоллой. Бұл темірникельді құйма, әлсіз өрістер облысында жеткілікті үлкен магнитті өтімділікке ие, бұл жағдай оларда анизотпропия мен магнитострикциялардың болмауымен байланысқан. Пермоллойды жоғарғыникельді және төменгіникельді деп екіге бөледі. Жоғарғыникельді пермоллой құрамында 72-80% Ni, төменгіникельді пермоллой құрамында 40-50% Ni бар.
Пермоллойдың сипаттамалары. Негізгі магнитті қасиеттері мен темір-никель құймаларының меншікті кедергілерінің никель құрамасынан тәуелділігі 14.1 суретте көрсетілген. Магнитті өтімділіктің максималды мәніне құрамында 78,5% Ni бар пермоллой ие болады. Әлсіз өрістерде пермоллойдың өте жеңіл магниттелуін оларда анизотропияның болмауымен түсіндіруге болады. Пермоллойдың магнитті қасиеттері сыртқы механикалық кернеулерге өте сезімтал, ол құйманың химиялық құрамы мен бөтен қоспалардың болуынан тәуелді, сондай-ақ материалдың термоөңдеу режимдеріне байланысты өте курт өзгереді (темратурадан, қызу және салқындату жылдамдығынан, қоршаған ортаның құрамынан және т.б.). Жоғарғыникельді пермоллойды термиялық өңдеу томендіникельділерге қарағанда едәуір күрделірек. 14.1 суретте көрсетілгендей жоғарғыникельді пермоллойдың қанығу индукциясы электротехникалық болатқа қарағанда екі есе төмен, ал төменгіникельді пермоллойға қарағанда біржарым есе төмен.
Негізгі әдебиет 1. [310-346].
Қосымша әдебиет 2. [352-396].
Бақылау сұрақтары:
1. Материалдардың магнитті қасиеттері жайлы жалпы мәліметтер.
2. Магнитті-жұмсақ материалдар.
3. Магнитті-қатты материалдар.
№15 Дәріс конспектісі
Дәріс тақырыбы: Магнитті-қатты материалдар
Магнитті-қатты материалдар. Жалпы мәліметтер. Магнитті-қатты материалдарды алуда құрамы, жағдайы және тәсілі бойынша олар келесіге бөлінеді: 1) мартенситке шынықтырылатын қоспаланған болат, 2) құйылған магнитті-қатты балқымалар, 3) ұнтақтардан тұратын магниттер, 4) магнитті-қатты ферриттер, 5) пластикалық деформацияланатын балқымалар және магнитті таспалар.
Тұрақты магниттер үшін коэрцитивті күш, қалдық индукция және магнитпен сыртқы кеңістікке берілетін максималды энергия қызмет атқарады. Тұрақты магниттер үшін материалдардың магнитті өтімділігі магнитті-жұмсақ материалдардіңкіне қарағанда төмен, коэрцитивті күш жоғары болған сайын магнитті өтімділік аз болады. Магнит тұйықталған жағдайда (тороид түрінде) сыртқы кеңістікке энергия бермейді. Ауа саңылауы болған кезде полюстар арсында энергияны кеңістікке беру туады, оның шамасы саңылау ұзындығына байланысты, сондай-ақ Вl индукциясы, магниттер полюстарының магнитсіздендіру салдарынан аралық ішінде қалдық индукциясынан Вr аз болады. Ауа саңылауының көлем бірлегінде тұйықталған энергия келесі теңдеумен өрнектелуі мүмкін:
(22)
мұндағы Hl — Вl индукцияға сәйкес келетін өрістің кернеулігі.
Магнит ұзындығы аз болған сайын және қатынасты түрде саңылау үлкен болса, полюстердің магнитсіздендіру өрісі көп болады және Вl аз болады. Тұйықталған магнит кезінде Bl = Br, сонда энергия нөлге тең, себебі Hl = 0. Егер полюстар арасында саңылау өте үлкен болса, онда энергия осындай жағдайларда нөлге ұмтылатын болады, себебі Bl = 0, Hl = Hc. BL және HL кейбір мәндері кезінде энергия максимумға жетеді, ол келесі өрнектен көрінеді:
(23)
ол магниттің ең жақсы қолданылуын анықтайды және соныменен тұрақты магниттер үшін материалдар сапасының ең маңызды сипаттамасы болып табылады. Көбнесе осындай материалдардың сипаттамасы үшін BLHL көбейтіндісін немесе материалдың магнитсіздену қисығының дөңестік коэффициентін келтіреді:
(24)
Тұрақты магниттер кеңінен қолданылады. Олар конструкциясы бойынша, габариті бойынша әртүрлі.
Мартенситке шынықтырылған, қоспаланған болат. Тұрақты магниттер үшін берілген болат едәуір қарапайым және жеңіл қол жеткізуге болатын материал болып табылады. Олар вольфрам, хром, молибден, кобальт қосымшаларымен қоспаланады. Мұндай болаттардың құрамы мен қасиеттері 9-10 кестеде келтірілген. Мартенситті болаттар үшін шамасы 1-4 кДж/м3 құрайды. 9-10 кестеде келтірілген мартенситті болаттар үшін, термоөңдеуді өткеннен және қайнаған суда бессағатты структуралық стабилизациянудан кейінгі болаттың әрбір маркасы үшін магнитті қасиеттер кепілденеді. Тұрақты магниттерді өндіру үшін мартенситті болаттарды басқа материалдардан бұрын қолдана бастады. Қазіргі кезде олардың магнитті қасиеттерінің жоғары еместігіне байланысты мартенситті болаттың қолданылуы шектелен, бірақ олардан толық бас тартпайды, себебі олар арзан және металкесу станоктарында механикалық өңдеуді мүмкін етеді.
9-10 –Кесте
Тұрақты магниттер үшін мартенситті болаттардың құрамы мен қасиеттері
Болат маркасы Химиялық құрамы, % (қалғаны темір) Магнитті қасиеттері
(кем емес)
C Cr W Co Mo ,
Т ,
кА/м
EX
EX3
E7B6
EX5K5
EX9K15M 0,95-1,10
0,90-1,10
0,68-0,78
0,90-1,05
0,90-1,05 1,30-1,60
2,80-3,60
0,30-0,50
5,50-6,50
8,0-10,0 -
-
5,20-6,20
-
- -
-
-
5,50-6,50
13,5-16,5 -
-
-
-
1,20-1,70 0,9
0,95
1
0,85
0,8 4,6
4,8
5
8
13,6
Құйылған магнитті-қатты балқымалар. Үлкен магнитті энергияға үштік Al-Ni-Fe балқымалар ие, олар бұрын альни балқымалары деп аталған. Осы қоспаларға кобальтты немесе кремнийді қосатын болсақ олардың магнитті қасиеттері өседі. Магнитті-қатты материлдардың магнитті қасиеттері кристаллографикалық және магнитті текстураларынан тәуелді. Барлық магнитті-қатты материалдарда ең жақсы магнитті қасиеттерін материалдың структуралық торы едәуір қисайған кезде алуға болады.
Негізгі әдебиет 1. [310-346].
Қосымша әдебиет 2. [352-396].
Бақылау сұрақтары:
1. Магнитті-қатты материалдар.
2. Магнитті-қатты материалдар қанша және қандай түрлерге бөлінеді?
3. Мартенситтік шынықтырылған материалдар.
2.2Тәжірибелік жұмыстардың жоспары
№1 Тәжірибелік жұмыс
Тапсырма: Диэлектриктердің поляризациясы және қатынасты диэлектриктік өтімділік.
Жалпақ конденсатор пластиналары арасында қалыңдығы d = 2 мм диэлектрик-гетинакс орналасқан. Конденсаторға U = 100 В кернеу берілген. Конденсатор пластиналарында және диэлектрикте зарядтың беттік тығыздығын , сондай-ақ диэлектриктің Р поляризациялануын табу қажет. Гетинакстың қатынасты диэлектриктік өтімділгі .
Әдістемелік ұсыныстар
Диэлектриктің қатынасты өтімділігін келесі формуламен анықтау қажет
(1.1) (1.1) өрнек бойынша диэлектриктері бар конденсатор заряды келесіге тең
(1.2)
Диэлектриктің бетіндегі заряд
(1.3)
Диэлектриктің бетіндегі заряд тығыздығы
(1.4)Негізгі әдебиет:1[127-139]
Қосымша әдебиет:2[5-25]
Бақылау сұрақтары:
Диэлектриктік материалдар деп қандай матеиалдады айтамы?
Поляризация дегеніміз не?
Поляризация түрлері.
Диэлектриктік өтімділік.
№2 Тәжірибелік жұмыс
Тапсырма: Диэлектриктердің электрөткізгіштігі.
Тікбұрышты формалы, өлшемдері а, b және h биіктігі болатын диэлектрикке U = 1000 В тұрақты кернеу берілген. Кернеу, металл қабатымен қапталған, қарама-қарсы ab қырына беріледі. Диэлектриктердің келесі өлшемдері белгілі: а = 200 мм, b = 100 мм, h = 2 мм, меншікті көлемді кедергі , ал меншікті беттік кедергі .
Ағын тоғын, шығн қуатын және меншікті диэлектриктік шығындарды анықтау қажет.
Әдістемелік ұсыныстар.
Диэлектритегі толық тоқ:
(2.1)
мұндағы — ағын тоғы (тесу тоғы), — абсорбция тоғы.
Кернеуді бергенннен кейін оқшаулама кедергісі келесі формуламен анықталады
(2.2)
мұндағы U — берілген кернеу.
Тек тесу тоғымен анықталатын және оқшаулама кедергісі деп аталатын диэлектриктің нақты кедергісі , келесі формуламен анықталады:
(2.3)
Меншікті көлемдік кедергісікелесі формуламен анықталады:
(2.4)
мұндағы - үлгінің көлемдік кедергісі, Ом; S—электрод ауданы, м2; h-үлгі қалыңдығы, м.
Үлгінің меншікті кедергісі келесі формуламен анықтаймыз:
(2.5)

Меншікті беттік кедергі келесі формуламен анықтаймыз:
(2.6)
мұндағы - бір-бірінен l арақашықтықта қалып отыратын, ені d параллель қойылған электродтар арасындағы үлгі материалының беттік кедергісі.
Беттік кедергі к:лесіге тең болады
(2.7)

Негізгі әдебиет:1[127-146]
Қосымша әдебиет:2[33-55]
Бақылау сұрақтары:
Диэлектриктердің электрөткізгіштігі дегеніміз не?
Диэлектриктердің меншікті кедергілері.
Диэлектриктердің тесу тоғы.
№3 Тәжірибелік жұмыс
Тапсырма: Диэлектриктердің электрөткізгіштігі.Оқшаулағыштардың кедергі нормалары.
1. Қатынасты диэлектриктік өтімділігі болатын таспалы, пленкалы диэлектриктен жасалған конденсатор өз бетінше разрядталу кезінде 25 мин ішінде өзінің зарядының жартысын жоғалтады. Ағын тоғы тек диэлектрик пленкасы арқылы өтеді деп болжап, оның меншікті кедергісін анықтаймыз.
2. Тарту (тяговый) электрқозғалтқыштарының оқшаулағыш кедергісі 10°С температура кезінде 48Мом-ға тең. Дәл осы электр машинасының оқшаулама кедергісі 40°С температура кезінде қандай болады, егер ∆T=10°С болса?
Әдістемелік ұсыныс.
Электрқондырғылар құрылғыларының ережесі бақылау және типтік сынаулар кезінде оқшаулағыштың кедергісін нормалайды, мысалы, жұмыс температурасы кезінде электр машиналары үшін оқшаулағыш кедергісі келесі формуламен есептеледі: (3.1)
мұндағы —вольттағы номиналды кедергі; -электр машинасының номиналды қуаты кВт.
Температура өзгеру кезінде оқшаулағыш кедергісі де өзгереді, формулаға сәйкес әрбір ∆Т°С-ге темпеатураға көтерілген сайын ол 2 есеге кемиді. Мысалы, кейбір тарту электр қозғалтқыштарының типтері үшін ∆Т –ні 10°С тең деп қабылдауға болады, яғни температура әрбір 10°С өсу кезінде оқшаулағыш кедергісі 2 есе кемиді. Осындай түрде, температурасы кезінде оқшаулағыш кедергісінің шамасын біле отырып, Т температурасы кезінде оқшаулағыш кедергісінің шамасын келесі формуламен анықтаймыз :

мұнда температуралық интервалды Кельвинде де, сондай-ақ Цельсий градустарында да өрнектеуге болады.
Негізгі әдебиет:2[127-133]
Қосымша әдебиет:2[87-135];2[70-85].
Бақылау сұрақтары:
Диэлектриктердің электрөткізгіштігі.
Оқшаулағыш кедергілерінің нормалары.
Оқшаулағыштың өзбетінше разрядталу процесстері.
№4 Тәжірибелік жұмыс
Тапсырма:Диэлектриктік шығындар.
Өлшемдері a, b және биіктігі h тікбұрышты формалы диэлектрикке әсер ету мәні U=1000В және жиілігі f =100Гц айнымалы кернеу берілген. Кернеу, металл қабатымен қапталған, қарама-қарсы ab қырына беріледі. Диэлектриктің келесі өлшемдері берілген: a = 200 мм, b= 100 мм, h = 2 мм, қатынасты диэлектриктік өтімділік, 20°С кезінде диэлектриктік шығындардың тангенс бұрышы . Диэлектриктік шығындардың тангенс бұрышының температуралық тәуелділігін сипаттайтын коэффициенті
α = 18∙10-3К-1. 20 °С және 100 °С температура кезінде қуат шығынын және меншікті диэлектриктік шығынын анықтау қажет.
Әдістемелік ұсыныстар
Меншікті диэлектрикті шығындар үшін өрнек, яғни диэлектриктің көлем бірлігіндегі таралу қуаты, келесі түрде болады:
(4.1)
Электород ауданы S және қалыңдығы d болатын тікбұрышты формалы диэлектрик үшін U кернеу беріледі, және оның көлемі V = Sd, ал сиымдылығы
формуламен анықталады. Сонда меншікті шығындар үшін өрнекті келесі түрде жазуға болады:
(4.2)
Негізгі әдебиет:2[127-133]
Қосымша әдебиет:2[100-130]
Бақылау сұрақтары:
Диэлектриктік шығындар.
Диэлектриктік шығындардың тангенс бұрышы.
№5 Тәжірибелік жұмыс
Тапсырма: Диэлектриктердің тесілуі.
Бірқалыпты жағдайлар және шарлар арсындағы қашықтық 1 см кезінде диаметрлері 12,5 см болатын шардардың тесу кернеуі 31,7 кВ-қа тең. Атмосфералық қысым сынап бағансы бойынша 739 мм, ал температура 27°С кезінде тесу кернеуі қалай өзгереді?
Әдістемелік ұсыныстар
Тесу кернеуі деп белгіленеді және де көбнесе киловольтта өлшенеді. Біртекті өрісте диэлектриктің электр беріктілігі, тесу кернеуінің тесілу орнындағы қалыңдыққа қатынасымен анықталады: (5.1)мұндағы h —диэлектрик қалыңдығы.
Электрқондырғыларының көптеген түрлерінде оқшаулағыштар беттері мен ашық тоқжүргізу бөлшектері арасында оқшаулағыш орта ретінде ауа қызмет атқарады. Ауа және басқа да газ тәріздес диэлектриктер, электр станцияларының конденсаторларында, кабельдерінде және тарату құрылғыларындағы оқшаулағыштарда кеңінен қолданылады. Бұл электротехникалық заттардың конструкциясы, олар жұмыс істейтін атмосферадағы газдардың электр беріктілігін есекере отырып жобалайды.
Ауа жоғары оқшаулағыш қасиеттерге ие, бірақ оының электр беріктілігі бірқалыпты жағдайда , басқа сұйық және қатты диэлектриктердің беріктілігімен салыстырғанда үлкен емес және де құрайды.
Газдардың тесілуіне бір мезетте ρ қысым мен электродтар арасындағы қашықтық h –тың бір мезетте әсер етуі мәселесін қарастыру, газдың тесу кернеуінің олардың әр қайсысынан жеке-жеке тәуелділігін емес, керісінше газдың тесу кернеуінің осы шамалардың көбейтіндісінен ρh тәуелділігін тағайындады. Бұл жағадай Пашен заңы деген атаумен белгілі:

Температураның өзгермеуі кезінде газдың тесу кернеуі біртекті өрісте қысымның электродтар арсындағы қашықтыққа көбейту функциясы болып табылады.
5.1-сурет. Ауа үшін Пашен заңының иллюстрациясы
5.1 суретте ауа үшін Пашен заңының иллюстрациясы көрсетілген. Газ температурасының бір қалыпты жағдайдан аз ғана ауытқуы кезінде тесу кернеуі газдың қатынасты тығыздығына δ пропорционалды болады. Бір қалыпты жағдайда қатынасты тығыздық болады, ал бір қалыпты жағдайдан ауытқуы кезінде ол келесі формуламен есептеледі: (5.2)
Берілген температура t және қысым ρ кезінде тесу кернуін келесі түрде анықтауға болады (5.3)
мұндағы — бір қалыпты жағдайдағы тесу кернеуі.
(5.3) формуласын, егер δ— 0,95... 1,05 шектігінде жататын болса қолдануға болады. Олай болмаған жағдайда δ шамасы болйынша сәйкес келетін кестелер бойынша түзетулер енгізу қажет.
Негізгі әдебиет:1[149-164]
Қосымша әдебиет:2[142-160]
Бақылау сұрақтары:
Тесу кернеуі дегеніміз не?
Газдардың тесу кернеуі.
Сұйық және қатты диэлектриктердің тесу кернеуі.
Пашен заңы.
№6 Тәжірибелік жұмыс
Тапсырма: Екі қабатты оқшаулағыштар. Екі қабатты оқшаулағыштар заряды.
Метрополитен вагондарының ДК-117 типті тарту электрқозғалтқышының корпустық оқшаулағышы келесі параметрлері бар екіқабатты алмастыру схемасымен келтірілген: R1=1,4 ГОм, R2=13,6 ГОм, С1=8нФ, С2=11,1нФ. Оқшаулағыш 1000 В кернеу көзінен зарядталады. Абсорбция коэффициенті мен зарядталу процесі басталғаннан 3 мин. өткеннен кейінгі оөшаулағыштың кедергі шамасын анықтау қажет.
Әдістемелік ұсыныстар
Өндірісте қолданылатын оқшаулағыштарда диэлектриктердің комбинациясын жиі қолданады, олар оқшаулағыш конструкциясының қасиеттерін жақсартады.

6.1-Сурет. Екіқабатты диэлектрик және оның алмастыру схемасы
Екіқабатты оқшаулағышты 6.1, б суреттегі алмастыру схемасы түрінде көрсетейік. Бұл схема Максвелл-Вагнер екіқабатты конденсаторы деп аталады. Бұл алмастыру схемасының параметрлері келесі түрде өрнектеледі:
R1=p1 d1S , R2=p2 d2S
C1=ε0εr1Sd1, C2=ε0εr2Sd2, (6.1)
мұндағы S – қабаттар арасындағы бөлшектеу шекарасы мен электродтар ауданы, ε0=8,85∙10-12Ф/м - электр тұрақтылығы.
Өтпелі процесс аяғында конденсаторлардағы кернеулер немесе қабаттардағы кернеулер R1 және R2 кедергілеріне тура пропорционалды болады:
U1=UR1R1+R1U2=UR2R1+R1 (6.2)
Конденсаторладағы зарядтар С 1 және С2 келесі формулалалармен анықталады:Q1=C1U1=UC1 R1R1+R2Q2=C2U2=UC2R2R1+R2(6.3)
Егер R1C1≠ R2C2 болса, онда Q1=Q2. Сондықтан-да, диэлектриктердің бөліну шекарасында Qаб абсорбция заряды жиналады. Тағайындалған режимде абсорбция заряды келесіге тең болады:
Qаб=Q2-Q1=UR1 +R2 (R2C2-R1C1) (6.4)
Өтпелі процесс тоғы өзіменен тағайындалған және абсорбция тоқтарының суммасын көрсетеді:
i=Iy+iсв=Iy+iаб=Iy+Aept=Iy+Iаб.меpt. (6.5)
мұндағы Iy=UR1+R2=URy – тоқтың тағайындалған мәні, А- бастапқы щарттардан анықталатын және абсорбция тоғының Iаб.м, р – сипаттамалық теңдеу түбірі, оны 6.1,б сурет схемасындағы Z(p) операторлық кедергісін нөлге теңестіріп анықтауға болады:
Z(p)=1pC1R11pC1+R1+1pC2R21pC2+R2=0, одан
ρ=-R1 +R2R1R2C1+C2 . (6.6)
R1R2C1+C2 R1 +R2.=τ, (6.6,а)
Сонда (6.5) теңдеуін келесі түрде жазуға болады:
i=Iy+Iаб.ме-tτ (6.7)
Ағу тоғының i уақыттан t тәуелділігін біле отырып t уақытының функциясы ретінде оқшаулағыштың R кедергісінің шамасын анықтауға болады:
R=Ui=UIy+Iаб.ме-tτ. (6.8)
I тоғы уақыт өтуіне байланысты Iy мәніне ұмтыла отырып азаяды, сондықтан R кедергісінің шамасы уақыт өтуіне байланысты тағайындалған мәніне ұмтылып өседі:
Ry=UIy (6.9)
Оқшаулағыш жағдайын оқшаулағыш кедергісінің абсолюттік мәні көмегімен бағалайды, сондай-ақ Каб абсорбция коэффициенті көмегімен де бағалайды, ол коэффициент кернеуді бергеннен 15 және 60 с уақыт өткеннен кейінгі тоқтардың қатынасына тең.
Каб =i15i60=Iy+Iаб.ме-15τIy=R60R15 (6.10)
Каб =Iy+Iуе-15τIy=Iy+Iуе-1Iy=1+0,37=1,37. (6.11)
Негізгі әдебиет:1[164-167]
Қосымша әдебиет:2[161-204]
Бақылау сұрақтары:
Екі қабатты оқшаулағыштар дегеніміз не?
Екі қабатты оқшаулағыштар заряды қалай анықталады?
Абсорбция коэффициенті.
Оқшаулағыш кедергісі қалай анықталады?
№7 Тәжірибелік жұмысы
Тапсырма: Екі қабатты оқшаулағыштар. Параллель тарамақтары бар оқшаулағыштың алмастыру схемасы.
Екіқабатты диэлектрик екі электродтар арасында оқшаулағыш қызметін атқарады. Бірінші қабаттың материалы εr1=4 қатынасты диэлектриктік өтімділікке және γ1=4∙10-10 См/м меншікті көлемдік өтімділікке ие. Екінші қабаттың материалы εr2=2,5 қатынасты диэлектриктік өтімділікке және γ2=2∙10-9 См/м меншікті көлемдік өтімділікке ие. Бірінші қабаттың қалыңдығы d1=10мм, ал екіншісініңкі – d2=5мм. Электротардың ауданы S=500cм2. 6.1 а, суретте көрсетілген екі алмастыру схемаларының параметрлерін анықтау қажет, сондай-ақ оқшаулағыш сиымдылығының берілген кернеу жиілігінен тәуелділігін анықтау қажет. Оқшаулағыштың біртекті еместігінің себебі ылғалдылық деп санап, оның ылғалдылық дәрежесін анықтау қажет. Барлық берілгендер 20 ̊С температура үшін келтірілген.
Әдістемелік ұсыныстар
Көптеген жағдайларда 6.1 суретте көрсетілген алмастыру схемасын қолдану ыңғайлы, онда:
Ry=R1+R2, Cr=C1C2C1+C2;∆C=(R2C2-R1C1)2(R1 +R2 )2(C1+C2);
r=R1R2(R1+R2)(C1+C2)2(R2C2-R1C1)2. (6.12)
мұндағы Сr– геометриялық сиымдылық немесе шексіз жоғары жиілік кезінде біртекті емес оқшаулағыштың сиымдылығы; Ry – орнықталған режимдегі оқшаулағыштың ағу (утечка) кедергісі; ∆С және r- біртекті емес оқшаулағыштың абсорбция зарядының жиналуын бейнелейді.
Негізгі әдебиет:1[161-172];[199-202]
Қосымша әдебиет:2[204-217]
Бақылау сұрақтары:
Екі қабатты оқшаулағыштар дегеніміз не?
Екі қабатты оқшаулағыштар заряды қалай анықталады?
Абсорбция коэффициенті.
Оқшаулағыш кедергісі қалай анықталады?
№8 Тәжірибелік жұмыс.
Тапсырма:Екіқабатты оқшаулағыштағы қайту кернеуі
Тарту электрқозғалтқыш (тяговый электродвигатель) якорының корпустық оқшаулағышы екіқабатты диэлектрик түрінде көрсетілген (6.1,б суретті қараңыз), оның параметрлері: R1=60 МОм, R2=180МОм ,С1=0,2мкФ, С2=0,3мкФ. Айнымалы кернеуден ажыратып және электродтардың қысқа мерзімді тұйықталуынан кейін U=1000В тұрақты кернеу көзінен зарядталған якор оқшаулағышындағы қайту кернеуінің шамасын есептеу қажет. Кернеудің қалпына келу процесі басталғаннан бастап 30 с өткеннен кейін қайту кернеуі неге тең болады?
Әдістемелік ұсыныстар
Абсорбция заряды абсорбция тоғымен тудырылады және де ол арқылы екі схема үшін де келесі түрде анықталады :
Qабс=0∞Iаб.ме-tτdt=-Iаб.мτ0-1=Iаб.мτ. (6.13)
Екі схема үшін де бірдей мәнді τ=r∆СR1 R2(C1+C2)R1 +R2 қойып келесіні аламыз:
Qабс=Iаб.мτ=U(R2C2-R1C1)2(R1 +R2 )2(C1+C2). (6.14)
∆Сконденсатор обкладкаларында жиналған абсорбция заряды (6.1,в суретті қараңыз), келесіге тең:
Qабс=U∆C=U(R2C2-R1C1)2(R1 +R2 )2(C1+C2). (6.15)
Негізгі әдебиет:1[101-120];2[158-170].
Қосымша әдебиет:2[218-249]
Бақылау сұрақтары:
Абсорбция тоғы дегеніміз не?
Абсорбция заряды дегеніміз не?
Оқшаулағыштың электрлі тозуы дегеніміз не?

Приложенные файлы

  • docx 551779
    Размер файла: 737 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий