Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

М. В. Шкаруба

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ

и

КОНСТРУКЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.

Методические указания к лабораторным работам

(Сокращенное для лаборатории 6-229 (2014))

Омск

Издательство ОмГТУ

2010

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Электротехническое и конструкционное материаловедение» относится к числу общепрофессиональных дисциплин специальности «Электроснабжение» и направления «Электроэнергетика».

Приведем основополагающие термины этой дисциплины.

Материаловедение – наука, изучающая строение, свойства материалов, связь между строением и свойствами, а также влияние на них внешних воздействий (теплового, механического, химического и т. д.).

Существует несколько классификаций материалов. По назначению материалы бывают:

1. электротехнические;

2. конструкционные;

3. триботехнические;

4. инструментальные;

5. рабочие тела;

6. топливо;

7. технологические.

В данной дисциплине для специальности «Электроснабжение» и направления «Электроэнергетика» рассматриваются только электротехнические и конструкционные материалы, которые широко применяются в электроэнергетике. Причем изучению электротехнических материалов отведено больше времени, чем изучению конструкционных.

Электротехнические материалы предназначены для изготовления изделий, применяемых для производства, передачи, преобразования и потребления электроэнергии, и характеризуются определенными свойствами по отношению к электромагнитному полю. Электротехнические материалы могут подвергаться воздействиям как отдельно электрических и магнитных полей, так и их совокупности. В данном курсе рассматривается только отдельное воздействие электрических и магнитных полей.

Классификация материалов по электрическим свойствам

Все материалы в зависимости от их электрических свойств можно разделить на диэлектрики, проводники и полупроводники. Различие между диэлектриками, проводниками и полупроводниками наиболее наглядно можно показать с помощью энергетических диаграмм зонной теории твердых тел [2]. В энергетической диаграмме твердого тела различают три зоны: заполненная электронами, запрещенная (такие энергии электроны данного материала иметь не могут) и зона проводимости (свободная зона) (рис. 1).

У диэлектрика запрещенная зона настолько велика (3,5 эВ), что свободные электроны практически не возникают и электроны в обычных условиях не наблюдается, так как энергию3,5 эВ имеют лишь фотоны космических лучей и радиоактивного излучения.

Полупроводники имеют узкую запрещенную зону (3,5 < < 0), которая может быть преодолена за счет внешних воздействий (облучение полупроводника, нагрев и т. д.), и у материала появляется проводимость.

У проводников заполненная электронами зона вплотную прилегает к зоне проводимости или даже перекрывается ею (). Вследствие этого электроны из заполненной зоны могут свободно переходить на незанятые уровни зоны проводимости под влиянием слабой напряженности электрического поля и вызывать протекание тока.

Рис. 1. Энергетические диаграммы диэлектриков (а), полупроводников (б), проводников (в)