Izolatorji, vodniki in polprevodniki: vrste, oblike, njihovo delovanje

Opredelitev izolatorja

Izolator je material, ki ne more ali je težko prenesti električnega naboja, ima lastnost, da lahko izolira električni tok. Ima zelo velik električni upor (upor).

Razporeditev atomov je takšna, da se valentni elektroni težko premaknejo iz valentnega pasu v prevodni pas, ker je energijska vrzel zelo velika. Če pride do prenosa elektronov iz valentnega pasu v prevodni pas, z drugimi besedami pride do napetosti razbijanja.

---

OBLIKE IZOLATORJA

Tako kot splošno stanje predmetov imajo tudi izolacijska tesnila podobne oblike, in sicer:

---

1. TRDNO

Trdne snovi ločimo glede na njihove skupine, in sicer:

---

a) RUDNI MATERIAL

• Marmor

Kakovost določa njena gostota in drgnjenje. Gostejše in bolj spolzko manj vpijanje vode. Ker se lahko zlomi in je težek, se zdaj manj uporablja.

---

• Azbest

Azbest je vlaknast material, ni močan in se zlahka lomi. Ni dober izolator. Njegova posebnost je, da je ni mogoče zažgati, zato lahko prenese močno vročino. Pogosto se uporablja v gospodinjskih električnih napravah, kot so električni likalniki, električne peči in druge ogrevalne naprave.

---

• Sljuda

Tehnični podatki: Električna izolacija in mehanska trdnost sta zelo visoki in tudi elastični. Visoka toplotna odpornost (do stotine stopinj) in dobra vodoodpornost. Zelo lahka in jasna (prozorna). Pogosto se uporablja v gospodinjskih električnih napravah, kot so električni likalniki, električne peči in druge ogrevalne naprave.

---

• Mikanite

Mikanit je sljuda, ki je spremenila obliko in sestavo materiala. Rahlo gosto. Običajno se uporablja na komutatorju.

---

• Micafolium

Nekakšen mikanit in kot material, ki se uporablja na tanki plasti papirja. Enostavno upogibanje z grelcem. Običajno se uporablja za zavijanje zvite žice ali palic kot izolator v visokonapetostnih električnih strojih.

---

• Mikalek

Kot osnovna materiala se uporablja steklo in plastika. Sljuda v prahu je polnilo. Visoka mehanska trdnost in se pogosto uporablja v kovinskih (živosrebrnih) usmernikih, radijski opremi in električni energiji. Mikalek je najboljša sljuda, zato lahko kot izolator izpolnjuje zahteve.

---

b) VLAKNENI MATERIAL

Ta material pravzaprav ni dober, ker zelo vpija vodo. Nekaj ​​primerov:

---

• Preja

Pravzaprav se ne uporablja samo kot izolator, ampak je bolj verjetno, da se bo uporabljal kot polnilo kablov, zlasti ozemljitveni kabel.

---

• Tekstil

Iz preje, tkane v trakove in tkanine z različnimi vzorci, velikostmi in kvalitetami. Tekstilni materiali se na električnem področju uporabljajo kot izolatorji za navijanje žic v električnih strojih, vezivih itd. Ker absorbira tekočino, je za izboljšanje izolacijske sposobnosti prevlečen ali potopljen v izolacijsko tekočino z lakom.

---

• Papir

Papir je izolacijski material z alkalijo, ki ima visoko ceno. Rumena ali svetlo rjava barva. Trdnost papirja je odvisna od njegove vsebnosti vode. Da bi to premagali, je papir prevlečen s tesnilnim lakom. Običajno se uporablja v žičnih tuljavah, tuljavah, izolaciji kablov in papirnih kondenzatorjih. Običajno imajo določeno debelino.

---

• Prespan

Prespan je v primerjavi s papirjem bolj gost, zato vpije manj vode.

---

• Les

V starih časih so ga pogosto uporabljali za električne stebre. Les lahko poškodujemo zaradi bioloških dejavnikov, tako da traja dlje, je treba les najprej ohraniti. Les je treba tudi stisniti, da se lahko zmanjša njegova vsebnost vlage.

---

c) STEKLO IN KERAMIKA

• Steklo

Je dober izolator za elektriko, vendar je zelo krhek. Običajno se uporablja pri izdelavi žarnic z žarilno nitko.

---

• keramika

Keramika ima visoko izolacijsko moč. Običajno je narejen iz porcelana in steatita.

---

• Steatit

Notranjost stikala in škatle. Običajno tudi izdelava kroglic za izolacijo povezovalnih žic, ki se lahko upognejo in se nahajajo v bližini električnih grelnih naprav.

---

• porcelan

Je pomemben material za izolacijo, ker ima zelo veliko mehansko trdnost. Za izdelavo izolacijskih delov električne opreme, ki morajo prenesti velike tlačne sile, je zelo dober porcelanski material. Voda ne more absorbirati zaradi sklenine na površini.

---

d) PLASTIKA

Dobre lastnosti plastičnih materialov vključujejo: majhno težo, nizko toplotno prevodnost, vodoodpornost in visoko izolacijsko moč. Za uporabo na bolj vročih materialih plastika ni dobra. Obstajata 2 vrsti plastike, in sicer:

---

• Termoplastični

Pri temperaturi 60 stopinj je postalo mehko. Segrevanje, dokler se ne stopi, ne spremeni kemijske strukture.

---

• Termoreaktivna plastika.

Ta material je podvržen postopku utekočinjanja, je oblikovan in se spreminja v kemijski strukturi, tako da se ne more zmehčati niti pri segrevanju.

---

e) GUMA IN EBONIT

• Guma

Elastično in koristno je prenesti trke. Uporablja se kot izolator za električno prevodnost, uporabo gumijastih cevi za izolacijo kabelskih čevljev in zavijanje kablov.

---

• Ebonit

Lahko se upogne v vreli vodi, lahko se vloži, vrta in obrača. Odporen na kisline in se uporablja kot akumulatorska kopel. Ne more absorbirati vode. Ne prenesem vročine.

---

f) DOPOLNJENI GRADIVI

• Sveče in parafin

Hitro se topi, ima lastnost, da ne vpija vode in rezultati so obilni, zato je eden izmed uporabnih materialov za električno izolacijo, čeprav je tališče relativno nizko. Običajno se uporablja v kondenzatorjih ali v šibkih tokovih.

---

2. TEČNA

• Transformatorsko olje

Potrebno kot hladilno sredstvo v transformatorju, ki ga povzroča navijanje žice. Brez hlajenja bo poškodovana izolacija jedra, navitij in nekaterih delov.

---

• Kabelsko olje

Na splošno je koncentriran in za dodajanje koncentraciji lahko pomešan s smolo. Uporablja se za stiskanje papirne izolacije na napajalnih kablih, ozemljitvenih kablih, zlasti visokonapetostnih kablih.

---

3. PLIN

• Dušik

Uporablja se kot krmilnik za polnjenje / distribucijo kabelskih kanalov za ugotavljanje, ali je uporabljena izolacija kablov še vedno dobra ali ne. Še posebej na ozemljitvenih žicah, kjer se pogosto pojavijo rje, praske in razpoke na svincu.

---

• Vodik

Vodik se uporablja kot hladilno sredstvo za turbogeneratorje in sinhrone kondenzatorje. Čeprav je kot hladilnik tudi izolator toplote in električne energije.

---

• Ogljikov dioksid

Uporablja se v turbogeneratorjih. Ima lastnosti gašenja požara. Kot varnost za mešanje vodika in zraka, ki lahko povzroči eksplozijo.

---

IZOLATORSKI MATERIAL

Razvrstitev izolacijskih materialov glede na najvišjo delovno temperaturo:

Razred	Najvišja delovna temperatura
Y.	90 ° C
A	105 ° C
E	120 ° C
B	130 ° C
F	155 ° C
H	180 ° C
C	nad 180 ° C

---

1. Y razred

V razred Y se lahko uvrstijo: bombaž, naravna svila, sintetična volna, rajon, poliamidna vlakna, papir, prespan, les, poliakrit, polietilen, polivinil, guma.

---

1. Razred A

V razred A lahko uvrstimo: vlakneni material razreda Y, ki je bil potopljen v lak, asfalt, transformatorsko olje, emajl, pomešan z lakom in poliamidom.

---

1. Razred E

V razred E lahko uvrstimo: izolator iz emajlirane žice, ki uporablja formalna veziva iz polivinila, poliuretana in epoksidne smole in druga podobna veziva s celuloznimi polnili, pertinaksom in tekstolitom, triacetatno folijo, folijo iz polietilen tereftalata.

---

1. Razred B

V razred B lahko uvrstimo: neekološke materiale (sljuda, steklo, vlakna, azbest), pobarvane ali zlepljene z lakom ali spojino, bitumnom, sirlakom, bakelitom itd.

---

1. Razred F

V razred F lahko uvrstimo neekološke materiale, barvane in vezane skupaj z visoko vročino odpornim epoksidom, poliuretanom ali lakom.

---

1. H razred

V razred H lahko uvrstimo: vse materiale za sestavo z osnovnimi sestavinami sljude, azbest in steklena vlakna, namočena v silikonu brez mešanice vlaknastih materialov (papir, bombaž in itd.). Ta razred vključuje silikonsko gumo in čisto poliamidno žico.

---

1. Razred C

V razred C lahko uvrstimo: anorganske materiale, ki niso barvani in niso vezani na snov organski materiali, kot so sljuda, toplotno odporen mikanit (z uporabo anorganskih veziv), mikalex, steklo in drugi materiali keramika. Le en organski material, ki spada v razred C, in sicer polietra flouroetilin (teflon).

---

Opredelitev dirigenta (dirigent)

Vodniki so dobri prevodniki električne energije. Ta material ima veliko električno prevodnost in majhen električni upor. Električni vodniki se uporabljajo za prevajanje električnega toka. Bodite pozorni na delovanje kabla, tuljave / tuljave, ki je na električnem orodju, ki ga srečate. Tudi na prenosnem / distribucijskem vodu. V elektrotehniki sta najpogostejša vodnika baker in aluminij.

Materiali, ki se uporabljajo za vodnike, morajo izpolnjevati naslednje zahteve.

1. Prevodnost je dokaj dobra.
2. Njegova mehanska trdnost (natezna trdnost) je precej visoka.
3. Koeficient raztezanja je majhen.
4. Modul elastičnosti (modul elastičnosti) je precej velik

Materiali, ki se običajno uporabljajo kot prevodniki, vključujejo:

1. Navadne kovine, kot so: baker, aluminij, železo itd.
2. Legirana kovina, ki je kovina iz bakra ali aluminija, ki je v določeni količini zmešana z drugo vrsto kovine, ki se uporablja za povečanje njene mehanske trdnosti.
3. Sestavljena kovina, ki je dve ali več kovin, ki se kombinirajo s stiskanjem, taljenjem ali varjenjem.

---

Razvrstitev vodnikov glede na njihovo konstrukcijo:

1. trdna žica (polna žica) z okroglim prerezom.
2. standardna žica je sestavljena iz 7 do 61 trdnih žic, navitih skupaj, običajno večplastnih in koncentričnih.
3. votla žica (votli vodnik) je votla žica, narejena za pridobitev velikega zunanjega premera.

---

Značilnosti vodnika

Obstajata 2 (dve) vrsti značilnosti vodnikov, in sicer:

1. mehanske značilnosti, ki kažejo na agregatno stanje vodnika, ki izraža natezno trdnost vodnika (iz SPLN 41-8: 1981, za vodnik AAAC-S s 70 mm2 oblogo pri sobni temperaturi 30 ° C je največja zmogljivost vodnika za vodenje toka 275 A).
2. električne značilnosti, ki kažejo na sposobnost vodnika, da skozi njega prevaja električni tok (iz SPLN 41-10: 1991, za vodnik AAAC-S s plaščem 70 mm2 pri sobni temperaturi 30 ° C, potem je največja sposobnost prevodnika za vodenje toka 275 A).

---

Merila za material vodnika

Na prevodnost prevodne kovine močno vplivajo legirni elementi, nečistoče ali nečistoče pomanjkljivosti kovinskih kristalov, ki imajo vsi trije pomembno vlogo v proizvodnem procesu pošiljatelj sam. Vodilni elementi bodo poleg vpliva na električno prevodnost vplivali tudi na druge mehanske in fizikalne lastnosti. Čiste kovine imajo boljšo električno prevodnost kot tiste z nižjo čistostjo. Vendar je mehanska trdnost čiste kovine nizka.
Električni vodniki poleg visoke prevodnosti zahtevajo tudi nekatere mehanske in fizikalne lastnosti, ki so prilagojene uporabi samega vodnika.

Poleg tehničnih težav je uporaba kovine kot prevodnika zelo odvisna tudi od ekonomske vrednosti kovine v skupnosti. Kompromis med tehnično in ekonomsko vrednostjo uporabljene kovine je nujno potreben. To je najcenejša kompromisna vrednost, ki določa, katero kovino uporabiti. Trenutno so bakrene in aluminijaste kovine med drugimi vrstami prevodnih kovin, ki izpolnjujejo najcenejšo ekonomsko tehnično kompromisno vrednost.

Iz vrst prevodnih kovin v tabeli 1. Zgoraj je baker najdlje uporabljen vodnik v električnem polju. Leta 1913 je Mednarodna elektrokemijska komisija (IEC) postavila standard, ki prikazuje prevodnost bakrene žice, ki je postala znana kot Mednarodni standard za žarjeni baker (IACS). Standard navaja, da za bakreno žico, ki je bila z žarjenjem zmehčana, je 1 m dolga in 1 mm2 prerezna površina ter ima električno upornost pri sobni temperaturi največ 0,017241 ohmov. 20^oC, ima 100-odstotno električno prevodnost IACS.

Vendar pa s tehnološkim napredkom v postopku izdelave bakra, doseženega danes, kjer je raven čistosti bakra v žici prevodnik je veliko višji kot leta 1913, potem lahko električna prevodnost bakrene žice danes doseže zgoraj 100% IACS.

Pri aluminijasti žici se električna prevodnost običajno primerja s standardno bakreno žico. V skladu s standardom ASTM B 609 za aluminijasto žico tipa EC ali AA 1350 (*) je električna prevodnost od 61,0 do 61,8% IACS, odvisno od trdote ali pogojev popuščanja. Kar zadeva prevodno žico iz aluminijeve zlitine serije AA 6201, v skladu s standardom ASTM B 3988 zahteva po električni prevodnosti ne sme biti manjša od 52,5% IACS. Prevodna žica 6201 se običajno uporablja za kabelske materiale tipa All Aluminium Alloy Conductor (AAAC).

Poleg zahtev za električne lastnosti, kot je zgoraj navedena električna prevodnost, veljajo tudi druga merila kakovosti izpolnjeni morajo biti tudi vsi ali del naslednjih značilnosti ali pogojev, to je:

(a) kemična sestava.

(b) natezne lastnosti, kot sta natezna trdnost (natezna trdnost) in natezna napetost (raztezek).

1. upogibne lastnosti
2. dovoljeni premeri in razlike.
3. na površini žice ne sme biti napak itd.

---

Lastnosti materiala vodnika:

Električni materiali imajo pomembne lastnosti, kot so:

1. Električna prevodnost
2. Temperaturni koeficient upora
3. toplotna prevodnost
4. Trdnost natezne napetosti in
5. Pojav termo-elektromotorne moči

---

1. a)Električna prevodnost

Tok, ki teče v vodniku, vedno doživlja upor samega vodnika. Količina upora je odvisna od materiala. Odpornost na meter s površino preseka 1 mm2 pri temperaturi 20⁰C se imenuje upornost. Količino upornosti materiala lahko izračunamo z enačbo:

R = l / A

Kje :

R: upor v vodniku, enota ohm (Ω)

: odpornost vrste materiala, v enotah ohm.mm2 / m

l: dolžina vodnika, enota je metrov (m)

A: površina preseka prevodne žice, enota mm²

---

1. b)Koeficient temperature pregrade

Že vemo, da bo v materialu prišlo do spremembe volumna, ko pride do spremembe temperature. Ko se temperatura dvigne, se materiali razširijo in ob padcu zmanjšajo. Količino spremembe upora zaradi temperaturnih sprememb lahko poznamo po enačbi;

R = R₀ {1 + (t - t₀)},

 Kje :

R: velika odpornost po temperaturni spremembi

R0: začetni upor, preden pride do spremembe temperature

Q: končna temperatura temperature, v ⁰C

t₀: začetna temperatura, v ⁰C

: temperaturni koeficient upora

Vrednost specifičnega upora, specifične teže in tališča različnih materialov je razvidna iz tabele 6.1

Ime materiala	Tip zapornika	Specifična težnost	Tališče
Srebro. baker Kobalt Zlato aluminij Molibdin Wolfram Cink Medenina Nikelj Platina Nikeline beli kositer Jeklo Vanadij Bizmut Mangan Svinec Duraluminij Manganin Stalno Živo srebro	0,016. 0,0175 0,022 0,022 0,03 0,05 0,05 0,06 0,07 0,079 0,1 0,12 0,12 0,13 0,13 0,2 0,21 0,22 0,48 0,48 0,5 0,958	10,5. 8,9 8,42 19,3 2,56 10,2 19,1 7,1 8,7 8,9 21,5 – 7,3 7,8 5,5 9,85 7,4 11,35 2,8 – 8,9 13,56	960. 1083 1480 1063 660 2620 3400 420 1000 1455 1774 – 232 1535 1720 271 1260 330 – – – -38,9

Najbolj uporabljen prevodniški material je baker, ker je baker najboljši prevodnik po srebru, cena pa poceni, ker je povsod široko dostopen. V zadnjem času se aluminij in jeklo pogosto uporabljata kot prevodnika, čeprav je upor precej velik, to velja za zelo veliko in cena postane cenejša.

---

1. c) Toplotna prevodnost

Toplotna prevodnost prikazuje količino toplote, ki gre skozi plast materiala na enoto časa. Izračunano v enotah Kcal / uro ⁰C. Še posebej upoštevano pri uporabi električnih strojev in njihove opreme. Na splošno imajo kovine visoko toplotno prevodnost, medtem ko so nekovine nizke.

---

1. d)Natezno trdnost

Mehanske lastnosti materialov so zelo pomembne, zlasti za nadzemni transport. Zato mora biti material, uporabljen v ta namen, znan po svoji trdnosti. Še posebej v zvezi z uporabo pri distribuciji visoke napetosti. Vodniki so lahko trdni, tekoči ali plinski. V trdni obliki so na splošno kovine, elektroliti in tekoče kovine (živo srebro) prevodniki tekočina, ioniziran zrak in žlahtni plini (neon), kripton itd.) plin.

---

1. e) Proizvodnja termoelektromotorne moči

Ta lastnost je zelo pomembna za dve stični točki iz dveh različnih kovin, ker V tokokrogu bo tok povzročil lastno moč termo-elektromotorja, če pride do spremembe temperature temperatura.

Moč termo-elektromotorja je lahko večja, tako da lahko nastavitve toka in napetosti odstopajo, čeprav so zelo majhne. Velikost razlike v ustvarjeni napetosti je odvisna od lastnosti uporabljenih materialov in je sorazmerna z razliko v temperaturi. Moč elektromotorja, ki nastane zaradi temperaturne razlike, se imenuje termoelektromotor.

---

Različni materiali za dirigente

Naloga prevodnika v elektrotehniki je distribucija električne energije, to je distribucija električne energije od ene točke do druge. Pogosto uporabljeni vodniki vključujejo:

Baker in aluminij. Nekateri obstoječi vodniki in njihov pomen vključujejo:

---

• aluminij

Čisti aluminij ima gostoto 2,7 g / cm³ , tališče je 658 0C in je nekorozivno. Prevodnost aluminija je 35 m / ohm.mm2 ali približno 61,4% prevodnosti bakra. Aluminij ima mehko obliko, njegova natezna trdnost je le 9 km / mm2. Iz tega razloga, če se aluminij uporablja kot prevodnik, katerega dimenzije so dovolj velike, je vedno ojačan z jeklom ali aluminijevo zlitino. Takšna uporaba je na primer na: ACSR (ojačan z aluminijastim vodnikom). Konstrukcijo vodnikov iz aluminija in jekla lahko vidimo na sliki 6.1

Druga uporaba aluminija je za bustar in iz nekaterih razlogov, kot so ekonomičnost, so izdelani izolirani aluminijasti vodniki, kot so: ACSR - OW. V skladu z ASA (American Standard Association) so aluminijeve zlitine označene v naslednji tabeli:

Tabela 6.1 Oznaka aluminijeve zlitine

Ime materiala	Financiranje
Aluminij (najmanj 99% čistosti) Večino zlitin sestavljajo: baker Mangan Silikon Magnezij Magnezij in silicij Cink Itd Neuporabljene serije	1xxx. 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx 9xxx

• baker

Baker ima visoko električno prevodnost 57 mm²/ m pri 20 ^oC. Temperaturni koeficient bakra 0,004 na ^oC. Krivulja upornosti bakra glede na temperaturo ni linearna.

Najpomembnejša uporaba bakra v elektrotehniki je kot prevodnik, na primer: žica izolirani (NYA, NYAF), kabel (NYM, NYY, NYFGbY), vodilo, enosmerna lamela motorja, vlečni obroč na motorju z izmeničnim tokom in itd. Baker ima odpornost proti koroziji in oksidaciji. Gostota čistega bakra pri 20⁰C je 8,96 g / cm3, ledišče je 1083⁰C. Natezna trdnost bakra ni visoka in znaša od 20 do 40 kg / mm2, natezna trdnost palice baker se bo dvignil, ko bo bakrena palica zmanjšana v prerezu in bo uporabljena kot izolirana žica oz kabel. Kako zmanjšati prerez bakrene palice v žico z uporabo pullerja.

Za zmanjšanje preseka bakrene palice se uporablja natezni kamen.umreti), ki se razlikuje po velikosti, manjši je prerez ostrenja. Manjši kot je potreben prerez žice, več korakov uporabljenega nateznega kamna. Natezni kamniti material za izdelavo žice z dovolj velikim premerom je volframov karbid, medtem ko je za izdelavo žice z majhnim premerom diamant. Med umikom se bo dolžina povečala. Iz tega razloga ima vlečno kolo, nameščeno za vlečnim kamnom, okrogel ali večji premer.

Po vlečenju bakrene palice v žico bo baker bolj raztegljiv. Ta pogoj ni primeren za uporabo kot izolirana žica ali kabel. Da bo baker spet postal mehak, ga je treba ogreti. Vendar je treba med postopkom umika paziti, da ne pride do oksidacije. Po končanem postopku ogrevanja se lahko začne postopek izdelave izolirane žice ali kabla.

Za vodnike, katerih prerez je manjši od 16 mm2, se uporabljajo trdni vodniki, medtem ko se za vodnike, katerih prerez je> 16 mm2, uporabijo zviti vodniki. Zagotavljanje izolacije na izolirani žici.

Žica iz tuljave A se potegne skozi ekstruder B. nato se PVC, ki pride iz C, ohladi v hladilni kopeli D. Iz D se izolirana žica preskusi s preskusom iskrenja E, potegne se z izvlekom F in nato zvije z valjem G.

---

• Jeklo

Jeklo je kovina iz železa z mešanico ogljika. Glede na mešanico ogljika je jeklo razvrščeno v tri vrste, in sicer: nizkoogljično jeklo ( 0 - 25%), jeklo z srednjo vsebnostjo ogljika (0,25 - 0,55%%) in jeklo z visoko vsebnostjo ogljika (nad 0,55 %). Kljub nizki prevodnosti jekla, in sicer:

 vendar se uporablja v prenosnih vodnikih, in sicer ACSR, kjer je funkcija jekla v tem primeru mehanska ojačitev aluminijastega vodnika po pocinkanju s cinkom. Prednost uporabe jekla v ACSR je, da prihranite uporabo aluminija. Na podlagi zgornjih premislekov je narejen bimetalni vodnik (ki se razlikuje od toplotnega bimetala v varnosti), kot je prikazano na sliki 6.5.

Prednosti uporabe bimetalnega vodnika vključujejo:

1. Pri izmeničnem toku obstaja težnja, da tok teče skozi zunanjo stran vodnika (kožni učinek).
2. S prevleko jekla z bakrom je jeklo kot prevodnik zaščiteno pred korozijo. Uporaba bimetalnih vodnikov poleg prevodnih žic je namenjena vodilom, povezovalnim nožem in drugim.

---

• Wolfram

Ta kovina je sivo bele barve, ima gostoto 20 g / cm3, tališče 3410⁰C, vrelišče 5900⁰C,? = 4,4,10–6 na ⁰ C, upor 0,055? .mm2 / m. Volfram se pridobiva iz rudnikov, ki so ločeni z magnetnimi ali kemičnimi postopki. Z redukcijsko reakcijo volframove kisline (H2WO4) pri temperaturi 700⁰C dobimo volframov prah. Volframov prah se nato oblikuje v ingote s postopkom, imenovanim metalurgija prahu, ki uporablja visok tlak in temperaturo (2000 atm, 1600 atm).⁰C) brez oksidacije. Z uporabo vlečnega stroja lahko premer volframove palice zmanjšamo na 0,01 mm (vlečenje izvedemo v vročih pogojih). Uporaba walframa v elektrotehniki, med drugim za: filamente (žarnice z žarilno nitko, halogenske žarnice, dvojne sijalke), elektrode, elektronske cevi in ​​druge.

---

• Molibden

Lastnosti te kovine so podobne volframu kot tudi načini pridobivanja. Molibden ima gostoto 10,2 g / cm3, tališče 2620⁰C, vrelišče 3700⁰C,? = 53. 10–7 na ⁰ C, upor 0,048? .mm2 / m, temperaturni koeficient 0,0047 na ⁰ C. Uporaba molibdena, med drugim: rentgenska cev, vakuumska cev, ker molibden lahko s steklom tvori močno plast. Kot kovinska zlitina se uporablja za trpežne, odporne proti koroziji in dele, ki se uporabljajo pri visokih temperaturah.

---

• Platina

Platina je težka kovina, sivkasto bele barve, nekorozivna, težko topljiva in odporna na večino kemikalij. Gostota 21,4 g / cm3, tališče 1775⁰C, vrelišče 4530⁰C,? = 9. 10–6 na ⁰ C, upornost 0,1? .mm2 / m, temperaturni koeficient 0,00307 na ⁰ C. Platino lahko oblikujemo v tanke filamente in tanke palice.

Uporaba platine v elektrotehniki, med drugim za grelne elemente v laboratorijih glede peči ali gorilnikov, ki zahtevajo visoke temperature, ki so nad 1300⁰C, za termočlen iz platine in rodija (delo nad 1600⁰C), platina s premerom +1 mikrona se uporablja za obešanje gibljivih delov na električne števce in druge občutljive instrumente ter za potenciometrske materiale. Sledi tabela konstant za vodenje materialov.

---

• Živo srebro

Živo srebro je edina kovina, ki je tekoča pri sobni temperaturi. Upornost je 0,95? .mm2 / m, temperaturni koeficient 0,00027 na ⁰ C. Pri segrevanju v zraku živo srebro zelo enostavno oksidira. Živo srebro in njegove posebne mešanice hlapov živega srebra so strupene. Uporabe živega srebra vključujejo: elektronski plin za polnjenje cevi, konektorje na živosrebrnih stikalih, tekočina v difuzijskih črpalkah, elektrode na instrumentih za merjenje električnih lastnosti dielektričnih materialov trdna. Druga logana, ki se prav tako pogosto uporabljata v elektrotehniki, sta tantal in niobij.

Tantal in niobij v kombinaciji z aluminijem se pogosto uporabljata kot elektrolitska kondenzatorja.

1. Materiali z visoko upornostjo

Material z visoko upornostjo, ki se uporablja za opremo, ki zahteva velik upor, tako da bo pri uporabi električnega toka prišlo do velikega padca napetosti. Primeri uporabe materialov z visoko upornostjo so: v električnih grelcih, reostatih in uporih. Ti materiali morajo imeti nizek temperaturni koeficient. Pri grelnih elementih pri visokih temperaturah dolgo časa ne sme priti do oksidacije in taljenja.

Med materiale z visoko upornostjo spadajo: konstantan, mangan, nikelj in fehral, ​​katerih sestava je prikazana v tabeli 6.3.

Tabela 6.3 Materiali z visoko odpornostjo

Ime zlitine	Sestava. (%)	Maša. tip	upornost. ? .mm2 / m	temperaturni koeficient. 10–5 na 0 C
Stalno. chromel Manganin nikrom Fechral Nikelj	60 Cu, 40 Ni. 0,7 Mn, 0,6 Ni, 23-27 Cr, 4,5-6,5 Al + Fe 86 Cu, 12 Mn, 2 Ni 1,5 Mn, 75-78 Ni, 20-23 Cr, počitek Fe 0,7 Mn, 0,6 Ni, 12-15 Cr, 3,5-5 Al, ostalo Fe 54 Cu, 26 Ni, 20 Zn	8,9. 6,9 – 7,3 8,4 8,4 – 8,5 7,1 – 7,5 –	0,48 – 0,52. 1,3 – 1,5 0,42 – 0,48 1 – 1,1 1,2 – 1,35 0,4 – 0,47	5,25. 6,5 5,3 10 – 20 10 – 12 23

• Svinec

Svinec ima gostoto 11,4 g / cm3, rahlo mehak, tali se pri 327⁰C, vrelišče 1560⁰C, sive barve in zelo kovljiv, ki je korozijsko odporen material in ima prevodnost 4,5 m /? .mm2. Uporaba svinca v elektrotehniki vključuje akumulatorske celice, talne obloge kablov, poleg tega pa se uporablja kot zaščita v jedrski industriji. Svinec ni odporen na vibracijske učinke in se zlahka veže na preostale kisline. Če je na tem mestu zasajen kot zaščitni kabel za ozemljitev, je potrebna dodatna zaščita. Mokro apno, morska voda in moker cement lahko reagirajo s svincem. Zato se poleg svinca kot ščitnika za ozemljitev uporablja tudi zlitina svinca, ki ima kristalno strukturo bolj gladko, močnejšo in bolj odporno na vibracije. Toda ta material je lažje korodiran in vsebuje toksine.

---

Definicija polprevodnika

Polprevodnik je material z električno prevodnostjo, ki je med izolatorjem in prevodnikom. Polprevodnik deluje kot izolator pri zelo nizkih temperaturah.

---

Osnovni principi polprevodnikov

Polprevodniki imajo prevodne lastnosti med vodniki in izolatorji. Primeri polprevodniških materialov so silicij, germanij, plumbum sulfid, galijev arzenid, indij antimi in selen. Materiali s polprevodniškimi lastnostmi imajo specifično vrednost upora (ρ) med vodnikom in izolatorjem, ki je 10^-6 – 10⁴ ohm.

Polje prevodnosti 10^-6 – 10⁴ ohm^-2 m^-2 z energijsko vrzeljo manjšo od 6 eV. Energijska vrzel je energija, ki jo elektroni potrebujejo za prekinitev kovalentnih vezi, tako da se lahko premaknejo od valentne poti do prevodne poti. Polprevodniške osnovne materiale lahko razdelimo na tri vrste, in sicer:

1. Trivalentni ima atom s številom valentnih elektronov 3 koščke, na primer bor (B), galij (ga) in indij (v).
2. -Tetravalent, ima atome s številom valentnih elektronov 4 kosi, kot so: Silicij (Si) in Germanij (Ge).
3. Petvalentni ima atome s 5 valenčnimi elektroni, na primer fosfor (P), arzen (As) in antimon (Sb).

---

Polprevodniška atomska ureditev

Polprevodniški materiali, ki so splošno znani, so na primer silicij (Si), germanij (Ge) in galijev arzenid (GaAs). Germanij je bil nekoč edini znan material za izdelavo polprevodniških komponent. Toda v zadnjem času je silicij postal priljubljen, potem ko je našel način za pridobivanje tega materiala iz narave. Silicij je drugi najpogostejši material na zemlji za kisikom (O₂).

Atomska zgradba silicijevih kristalov ima po eno atomsko jedro (jedro) po 4 valenčne elektrone. Stabilna atomska jedrska vez je, če je obdana z 8 elektroni, torej 4 elektroni v atomu kristal tvori kovalentne vezi z ioni sosednjih atomov pri zelo nizkih temperaturah (0 ° K). Atomska struktura silicija je prikazana na naslednji sliki:

Kovalentne vezi preprečujejo, da bi se elektroni premikali iz enega jedra v drugo. V takih pogojih je polprevodniški material izolator, ker ni elektronov, ki bi se lahko gibali in prevajali elektriko. Pri sobni temperaturi se zaradi toplotne energije sprosti nekaj kovalentnih vezi, kar omogoča sproščanje elektronov iz njihovih vezi. Vendar je mogoče odstraniti le majhno količino, zaradi česar je nemogoče biti dober dirigent.

Fiziki, zlasti tisti, ki so takrat obvladali kvantno fiziko, so poskušali dopirati ta polprevodniški material. Z dopingom naj bi dobili vedno več trajnih prostih valentnih elektronov, ki naj bi bili sposobni prevajati elektriko.

---

Polprevodniški osnovni material

• Priprava polprevodniških materialov

Za množično proizvodnjo so potrebni polprevodniki s predvidljivimi in zanesljivimi elektronskimi lastnostmi. Kemijska čistost

zahtevana je zelo velika, ker lahko prisotnost pomanjkljivosti tudi v zelo majhnih razmerjih močno vpliva na lastnosti materiala. Zaradi napak v strukturi so potrebni tudi kristali z visoko stopnjo popolnosti kristali (kot so dislokacije, dvojjenje in razpoke skladov) motijo ​​polprevodnost lastnosti material.

Kristalne razpoke so glavni vzrok okvare polprevodniških naprav. Večji kot je kristal, težje je doseči zahtevano popolnost. V sedanjem postopku množične proizvodnje se uporabljajo kristalni ingoti (osnovni materiali) s premerom od 4 do 12 palcev (± 30 cm), ki se gojijo v jeklenkah in nato narežejo na rezine.

Zaradi potrebe po visoki kemijski čistosti in popolni kristalni strukturi za izdelavo polprevodniških naprav so bile razvite posebne metode za izdelavo začetnih polprevodniških materialov. Tehnika doseganja visoke čistosti vključuje rast kristalov s postopkom Czochralskega. Dodaten korak, ki ga lahko uporabimo za nadaljnje izboljšanje čistosti, je znan kot izboljšanje cone. Pri popravilu cone se del trdnega kristala utekočini. Nečistoče se običajno koncentrirajo v utekočinjenem območju, medtem ko se želeni material prekristalizira, kar povzroči čistejši in kristaliničen material z manj napakami.

---

• Vrste polprevodniških teles in njihova uporaba

Ne	Ime polprevodnika	Uporaba
1	Barijev titinat (BaTi)	Termistor (PTC)
2	Bizmutov telurid (Bi2 Te3)	Termoelektrična pretvorba
3	Kadmijev sulfid (CdS)	Fotoprevodna celica
4	Galijev arzenid (Ga As)	Diode, tranzistorji, laserji, LED, valovni generatorji in Micro
5	Germanij (Ge)	Diode in tranzistorji
6	Indij antimonid (v Sb)	Magnetorezistor, piezorezistorski detektor in infrardeče sevanje
7	Indij-arzenid (v obliki As)	Piezorezistor
8	Silicij (si)	Diode, tranzistorji in IC
9	Silicijev karbid (Si Cb)	Varistor
10	Cinkov sulfid (Zn S)	Naprava za elektro osvetlitev
11	Germanij silicij (Ge Si)	Termoelektrična proizvodnja
12	Selen (Se)	Usmernik
13	Aluminijev stibij (Al Sb)	Osvetlitvena dioda
14	Galijev fosfor (Ga P)	Osvetlitvena dioda
15	Indij fosfor (v P)	Infrardeči filter
16	Bakrov oksid	Usmernik
17	Plumbun žveplo (Pb S)	celična fotografija
18	Plumbun selen (Pb Se)	celična fotografija
19	Indij stibij (v Sb)	Infrardeči detektor, infrardeči filter in Hall generator

Silicij je kemijski element v periodnem sistemu, ki ima simbol Si in atomsko številko 14, je drugi najpogostejši element na zemlji. Nastala spojina je paramagnetna. Ta kemični element je odkril (Jons Jakob Berzelius 1923). silicija je skoraj 25,7 mas.%. Običajno v obliki silicijevega dioksida (silicijevega dioksida) in silikatov. Silikon se pogosto uporablja za izdelavo optičnih vlaken, v plastični kirurgiji pa za polnjenje delov telesa bolnika v obliki silikona.

---

Vrste polprevodnikov

1. 
   

   Notranji polprevodnik

Notranji polprevodnik je čisti polprevodnik brez nečistoč. Silicij in germanij sta dve vrsti polprevodnikov, ki sta zelo pomembni v elektroniki. Oba sta v periodnem sistemu v skupini IVA in imata štiri valenčne elektrone. Kristalna struktura silicija in germanija je tetraedrična, pri čemer ima vsak atom valenčni elektron s sosednjimi atomi.

Energija, potrebna za prekinitev kovalentne vezi, je 1,1 eV za silicij in 0,7 eV za germanij. Pri sobni temperaturi (30⁰K) imajo številni elektroni dovolj energije, da se odcepijo od vezi, in se iz valentnega pasu vzbudijo v prevodnem pasu, da postanejo prosti elektroni. Količina energije, potrebna za odstranitev elektrona iz valentnega pasu v prevodni pas, se imenuje prepovedana energija (energetska vrzel). Če se kovalentna vez pretrga, bodo prosta delovna mesta ali luknje (luknja). V regiji, kjer je prosto mesto, bo presežek pozitivnega naboja, območje, ki ga zasedajo prosti elektroni, pa presežek negativnega naboja. Ta dva naboja prispevata k pretoku električne energije v čistem polprevodniku. Če valenčni elektron iz druge kovalentne vezi zapolni luknjo, bo nastala luknja nov na drugem mestu in kot da se pozitivni naboj iz stare luknje premakne v luknjo novo.

Ta postopek pretoka naboja, ki se običajno imenuje "trenutni" odnašanje"Lahko zapišemo na naslednji način" Prevajanje električne energije v polprevodniku je posledica prisotnosti dveh delcev vsak s pozitivnim in negativnim nabojem, ki se zaradi vpliva polja premika v nasprotnih smereh elektrika". Zaradi prisotnosti teh dveh nosilcev naboja je trenutna gostota izražena kot prevodnost. Ker se pojavljanje lukenj in elektronov pojavi hkrati, je v čistem polprevodniku potrebna velika količina energije za tvorbo parov elektronov in lukenj v notranjem polprevodniku določena z energijsko vrzeljo med valentnim pasom in prevodnim pasom, dlje ko je razdalja, večja je energija, potrebna za tvorbo elektronov - lukenj kot nosilcev. obremenitev.

---

• Zunanji polprevodnik

Zunanji polprevodniki so polprevodniki, katerih postopek poteka z dopiranjem ali dopiranjem določenih atomskih materialov na polprevodniški material za povečanje prevodnosti polprevodnika. Obstajata dve vrsti zunanjih polprevodnikov, in sicer polprevodniki tipa. In polprevodniki tipa semikonduktor. n in polprevodnik tipa str.

---

• Tip polprevodnika n

Tip polprevodnika n lahko pripravimo z dodajanjem majhnih količin petovalentnih atomov nečistoč čistemu siliciju. Ti nečistočni (dopantni) atomi imajo pet valentnih elektronov in imajo tako naboj + 5q. Ko pentavalentni atom zasede položaj silicijevega atoma v kristalni rešetki, le štirje elektroni valenčni elektroni, ki lahko tvorijo popolno kovalentno vez, pri čemer ostane elektron, ki to ni v parih. Z le majhno količino toplotne energije bodo ti preostali elektroni postali prosti elektroni in bodo pripravljeni postati nosilci naboja v procesu električne prevodnosti. Material, ki nastane v tem postopku dopinga, se imenuje polprevodnik tipa tipa.n, ker iz nevtralnih kristalov proizvaja nosilce negativnega naboja. In ker nečistotni atomi donirajo elektrone, se ti nečistotni atomi imenujejo donorski atomi.

---

1. 
   

   Tip polprevodnika str

Na enak način kot v polprevodniku tipa n, polprevodniški tip str lahko dobimo tako, da čistemu polprevodniku dodamo majhne količine trivalentnih atomov nečistoč, na primer: čisti silicij. Ti nečistočni atomi (dopant) imajo tri valentne elektrone, zato lahko učinkovito tvorijo le tri kovalentne vezi. Ko trivalentni atom zavzame položaj silicijevega atoma v kristalni rešetki, nastanejo tri vezi popolna kovalentna vez, pri čemer na neparnem silicijevem atomu ostane pozitiven naboj luknja (luknja). Material, ki nastane v tem postopku dopinga, se imenuje polprevodnik tipa str. Ker nečistotni atom sprejema elektrone, se nečistotni atom imenuje akceptorski atom.sprejemnik).

---

Kako delujejo polprevodniki

Pri delovanju polprevodnikov je tranzistor vzet kot primer delovanja polprevodnikov.

V bistvu imajo tranzistorji in vakuumske cevi podobno funkcijo; oba uravnavata količino pretoka električnega toka. Da bi razumeli, kako delujejo polprevodniki, razmislite o kozarcu, napolnjenem s čisto vodo. Če je vanjo vstavljen par vodnikov in je enosmerna napetost uporabljena tik pod napetostjo elektrolize (pred vodo pretvorjena v vodik in kisik), tok ne bo tekel, ker voda nima nosilcev naboja (nosilci polnjenja). Torej, čista voda velja za izolator. Če mu dodamo malo kuhinjske soli, bo začel teči prevodni tok, saj nastanejo številni mobilni nosilci (ioni). Dvig koncentracije soli bo povečal prevodnost, vendar ne veliko. Namizna sol je sama po sebi neprevodnik (izolator), ker nosilci naboja niso prosti.

Čisti silicij je sam po sebi izolator, toda če dodamo majhno količino onesnaževala, kot je arzen, s postopkom, imenovanim doping, se količina ki je dovolj majhen, da ne bi motil postavitve silicijevega kristala, bo arzen doniral proste elektrone in rezultat bo omogočil, da bo prišlo do prevodnosti toka elektrika. To je zato, ker ima Arzen v svoji najbolj oddaljeni orbiti 5 valenčnih elektronov, medtem ko ima Silicij le 4 valenčne elektrone. Do prevodnosti pride, ker so bili dodani prosti nosilci naboja (s presežkom elektronov iz arzena). V tem primeru je nastal silicij n-tipa (n za negativne, ker so nosilci naboja negativno nabiti elektroni).

Poleg tega lahko silicij mešamo z borom za izdelavo polprevodnikov tipa p. Ker ima Bor v svoji zunanji orbiti le 3 valenčne elektrone, se bodo v postavitvi silicijevih kristalov oblikovali novi nosilci naboja, imenovani "luknje".

V vakuumski cevi bodo nosilci naboja (elektroni) oddani s termionsko emisijo iz katode, ogrevane z žarilno nitko. Zato vakuumska cev ne more ustvariti nosilcev pozitivnega naboja (lukenj).

Vidimo lahko, da se bodo nosilci naboja z enakim nabojem medsebojno odbijali, tako da v odsotnosti druge sile bodo ti nosilci naboja enakomerno porazdeljeni v materialu polprevodnik. Toda v bipolarnem tranzistorju (ali diodnem spoju), kjer sta polprevodnik p-tipa in polprevodnik n-tipa narejena na enem silikonskem čipu, ti nosilci naboja se ponavadi premikajo proti križišču P-N (meja med polprevodniki p-tipa in n-tipa), saj jih privlačijo nasprotni naboji. z druge strani.

Povečanje količine onesnaževal (stopnja dopinga) bo povečalo prevodnost polprevodniškega materiala, dokler se ohrani postavitev silicijevih kristalov. V bipolarnem tranzistorju ima območje terminala oddajnika večjo količino dopinga kot osnovni terminal. Razmerje med sevalnim in osnovnim doping razmerjem je eden od mnogih dejavnikov, ki določajo lastnosti trenutnega ojačenja tranzistorja.

Količina dopinga, ki jo potrebuje polprevodnik, je zelo majhna, velika je ena na sto milijonov, in to je ključ do uspeha polprevodnika. V kovini je populacija nosilcev naboja zelo velika; en nosilec naboja za vsak atom.

---

Za več informacij sledite tej povezavi:

• 223 Opredelitev in vrste energije po mnenju strokovnjakov
• Razumevanje in vrste energije po mnenju strokovnjakov
• Razumevanje in 4 vrste potencialne energije Upajmo
• Opredelitev in 100 virov svetlobe ter njihove prednosti po mnenju strokovnjakov

---

To je pregled o Izolatorji, vodniki in polprevodniki: opredelitev, vrste, oblike, materiali in kako delujejo Upajmo, da je lahko koristen za zveste prijatelje učiteljev. Com Amen ...