Электротехнические материалы Теория конструктивных материалов

Проводниковые материалы К этой группе материалов относятся металлы и их сплавы. Чистые металлы имеют малое удельное сопротивление. Исключением является ртуть, у которой удельное сопротивление довольно высокое. Сплавы также обладают высоким удельным сопротивлением. Чистые металлы применяются при изготовлении обмоточных и монтажных проводов, кабелей и пр.

Элементарные процессы в газе. Лавина, стример, лидер.

           В отличие от слабых электрических полей, в сильных электрических полях, характерных для работы электрической изоляции возникают новые явления, связанные с ионизационными процессами. Зависимость тока в газе при возрастании напряжения имеет три характерных участка (Рис.9.1.). Первый - линейная зависимость, второй - насыщение, третий участок - экспоненциальный рост.  В этой области резко начинают расти и диэлектрические потери. Причина заключается в появлении носителей в промежутке за счет нового механизма - ударной ионизации.

 

 

Рис.9.1. Зависимость тока в газе от напряжения.

 

 

 

      Ударная ионизация-это физическое явление увеличения числа электронов и ионов в промежутке за счет столкновения электронов с повышенной энергией с нейтральными молекулами.

     Откуда берутся электроны с повышенной энергией? Электроны появляются из электродов, либо в результате развала отрицательного иона, либо в результате термоионизации. В электрическом поле на электрон действует сила, в результате чего он ускоряется и набирает энергию. После прохождения расстояния l приобретаемая энергия составит DW=eEl. При этом в каждом акте ионизации затрачивается энергия ионизации W. Характерные значения энергии ионизации зависят от типа молекул и составляют для некоторых молекул: для цезия - 3.88 эВ, для азота - 14.5 эВ, для кислорода - 12.5 эВ Типы прокатных станов. Режим работы Большое разнообразие типов прокатных станов можно свести к двум группам: реверсивные и нереверсивные. Реверсивный прокатный стан имеет одну реверсивную клеть и механизмы, расположенные перед и за клетью для приема и манипулирования прокатываемыми полосами, длина которых по мере прокатки увеличивается. Длину прокатываемых полос определяют из секундного объема металла перед рабочими валками и за рабочими валками.

      Ионизация электронами происходит, в том случае, если кинетическая энергия налетающего электрона mV2/2 > W  по схеме e+A = A+ +e+e. Такой тип ионизации называется прямой ионизацией. Здесь А - молекула или атом газа.

      Однако  возможна ионизация и при меньшей энергии налетающего электрона, если она превышает энергию возбуждения Wвозб. Такой тип ионизации называется ассоциативной ионизацией. Она происходит в два этапа, с участием возбужденных молекул A*. Критерием начала ассоциативной ионизации является W>mV2/2> Wвозб. Возможны следующие схемы

                            e + A = A*+ e,      A* + e=A+  + e + e

                            e + A= A* + e,      A* + e=A + e + Wi,      e + Wi + A=A+ + e

                            e + A=A* ,            A* + A*=A+ + e

         Кроме ионизации молекул электронами возможна фотоионизация, термоионизация и автоионизация. 

   Фотоионизация - выбивание электронов фотонами при энергии фотона не меньше чем энергия ионизации. 

   Термоионизация- появление свободных электронов и ионов за счет тепловой энергии. Как можно оценить по выражениям (2.5.), (2.7.), она имеет заметные скорости при температуре несколько тысяч градусов.   

   Автоионизация- вырывание электрона из молекулы за счет действия сильного электрического поля. Заметную роль в появлении электронов автоионизация начинает играть в полях более 10 МВ/см. В реальной электрической изоляции всегда следует учитывать контакт диэлектрика с электродами. При этом возможно зарождение новых носителей заряда с участием электрода фактически с помощью тех же процессов, т.е. фотоэффекта, автоионизации, выбивания электрона положительным ионом.

          Как развиваются ионизационные процессы? Первичный электрон, двигаясь в поле до столкновения с молекулой проходит определенное расстояние, называемое длиной свободного пробега. Термопластичными электроизоляционными материалами являются такие, которые, будучи твердыми в исходном, холодном состоянии, размягчаются при нагреве и растворяются в соответствующих растворителях. После охлаждения эти материалы вновь отвердевают. При повторном нагреве сохраняется их способность к размягчению и растворению в растворителях.