Střední průmyslová škola a střední odborné učiliště Trutnov. Elektrotechnologie. 2 Ročník. Ing. Miroslav Dušánek. Duben 2005

Střední průmyslová škola a střední odborné učiliště Trutnov

Elektrotechnologie 2 Ročník

Ing. Miroslav Dušánek Duben 2005

1. Úvod 1.1 Osnova předmětu Je to nauka o vlastnostech elektrotechnických materiálů a jejich zpracování při výrobě elektrotechnických součástek a zařízení. Elektrotechnologie je jedním z druhů technologií, která nabývá významu především po 2. světové válce. V tomto obdob dochází k rychlému rozvoji elektrotechniky. Běžně používané materiály již nestačí splňovat náročnější požadavky. Vývoj, především fyziky a chemie, umožňuje nejen poznávat dosud neznámé vlastnosti běžných materiálů a využívat je v elektrotechnice, nýbrž i zavádět nové materiály. Při výrobě elektrotechnických zařízení vznikají nové výrobní metody a postupy. Tak dochází rozvojem elektrotechniky ke vzniku a rozvoji nového oboru - elektrotechnologie. Část elektrotechnologie, určená jako učivo druhého ročníku, pojednává o vodivých, polovodivých a nevodivých materiálech. Zabývá se stavbou hmoty a jejím vztahem a jejím vztahem k uvedeným druhům materiálů. Seznamuje s jejich vlastnostmi, použitím a způsobem zpracování. Znalost materiálů, jejich vlastností a zpracování je důležitá pro technologa i konstruktéra. Materiály se musí zvolit tak, aby plně odpovídaly funkci součásti, byly levné a snadno dosažitelné. Při volbě drahého a těžce dosažitelného materiálu je třeba uvážit, zda navrhovaný materiál je pro funkci součásti skutečně nezbytný a zda ho nelze nahradit materiálem levnějším a dostupnějším. Ve volbě materiálu a v jeho úsporách jsou velké možnosti, jak snížit cenu výrobku. Například v některých případech je možné bez obtíží použít místo kovu sklo nebo plastické hmoty. Obor elektrotechnologie se stále vyvíjí. Rychle a pružně se přizpůsobuje novým požadavkům elektrotechniky. Proto je nutné, aby pracovník měl v daném oboru široký rozhled a všímal si i jiných vědních oborů, s nimiž elektrotechnologie úzce souvisí. Materiály používané v elektrotechnice jsou v mnoha případech stejné, jako materiály používané v jiných oborech. Je třeba se zabývat jejich podstatou. 1.2

Stavba hmoty

Elementární částice Základní stavební díly látky. Liší se především hmotností, velikostí a elektrickým nábojem. Podle hmotnosti: Lehké – leptony (neutrino, elektron, aj.) Střední – mezony (mezon π mezon K, aj.) Těžké - baryony (proton, neutron, aj.) Některé částice mají kladný elektrický náboj, jiné záporný a některé jsou bez náboje. Každé částici přísluší antičástice, která se liší el. nábojem. Elementární částice mají schopnost se měnit v jiné částice. Atom, kvantová čísla. Atomové jádro – kladně nabitá část, Skládá se z nukleonů, to jsou protony (+) a neutrony. Proton má hmotnost 1,672x10-27 kg a kladný náboj o velikosti 1,602x10-19 C. Elektrický obal – 7 vrstev, po nichž obíhají elektrony. Záporně nabité, náboj stejné velikosti jako protony. Elektron má hmotnost 9,108x10-31 kg. Obal ovlivňuje chemické a fyzikální vlastnosti látek. Velikost, tvar a prostorové uspořádání drah elektronů popisují: Hlavní kvantové číslo n – celé číslo od 1 do 7. Určuje pořadí dovolených kvantových drah. Skupina kvantových drah se stejným n se nazývá slupka. (Počet drah ve slupce je n2). Slupky se označují K,L,M,N,O,P,Q. Dráhy ve slupce se liší –(l). Vedlejší kvantové číslo l , je celé číslo od 0 do n-1. Skupina drah ve slupce se stejným l se nazývá podslupky – s,p,d,f. Magnetické kvantové číslo m – je celé číslo ( 2l + 1) Spinové číslo s – souvisí s rotací elektronu kolem osy. 1.3 Molekuly a vazby mezi atomy Jednoatomové molekuly – nejjednodušší – vzácné plyny, páry kovů.

1

Dvouatomové molekuly – plyny (O2, H2). Většinou se atomy sdružují v molekuly – kapaliny a pevné látky. Při vzniku molekuly se uplatňuje:

Vazba kovová Vyskytuje se u kovů. Valenční elektrony se snadno odpoutají od jádra – vznik volných elektronů, které se pohybují v prostoru. Jsou zde volné elektrony, které mohou přenášet elektrický náboj.

Obr. 1 a 1- kladné ionty kovu 2 - volné elektrony – elektronový plyn

Vazba iontová Odpoutáváním nebo připoutáváním elektronů vznikají z atomů kladně nebo záporně nabité ionty. Mezi kladnými a zápornými ionty působí přitažlivé síly (podle Coulombova zákona) – váže dva i více iontů.

Obr. 1b 3 – kladný ion 4 – záporný ion

Vazba kovalentní

Společná dvojice valenčních elektronů dvěma atomům. V pevných látkách s iontovou nebo kovalentní vazbou jsou elektrony vázané k jednomu nebo více atomům. Chybějí volné elektrony, které by mohly přenášet elektrický náboj.

Obr. 1c 5 – dvojice valenčních elektronů (zbývající valenční elektrony nejsou uvedeny)

2

1.4

Energie elektronu a pásový model

Energie elektronu a pásový energetický model. Energie elektronu v kvantově mechanickém modelu je kvantována. Elektron nemůže vydávat nebo přijímat energii v libovolném množství, ale v množství přesně stanoveném. Toto množství = kvantum energie nebo jeho celistvým násobkem. Kvantum energie - je nejmenší jednotka energie ( foton = h . υ ) h . . . Planckova konstanta

υ . . . frekvence elektromagnetického záření ( vzniká tehdy, když elektron přeskakuje ze stavu energeticky vyššího do stavu energeticky nižšího. Hlavní kvantové číslo n značí (určuje) hladinu, kde se může pohybovat (vyskytovat) elektron. Tyto hladiny jsou od sebe vzdáleny o celistvý násobek jednotky energie – kvanta. Mezi těmito hladinami je zakázaný pás, to je oblast, ve které se elektrony nemohou stabilně vyskytovat. Pásový energetický model Každému osamocenému atomu přísluší rozložení energetických hladin podle obrázku 2a. Při postupném přibližování N atomů (např. při tuhnutí kovů) se následkem vzájemného působení atomů vytvoří z každé energetické hladiny skupina n energetických hladin, které jsou od sebe vzdáleny tak nepatrně, že vytvářejí energetický pás. Jinak řečeno: Dva ekvivalentní elektrony sousedních atomů, které jsou popsány stejnými kvantovými čísly, mají téměř shodnou energii ( ne však zcela). To znamená, že elektrony se nepohybují po přesně shodných drahách. Elektrony od více atomů tvoří hustou síť drah = energetický pás. Energetické pásy znázorňují dovolené energetické stavy, v nichž se mohou vyskytovat elektrony v látce. Podle Pauliho principu mohou být na jedné hladině pouze dva elektrony. Dovolené energetické pásy jsou od sebe odděleny zakázanými pásy. V látce se nemohou vyskytovat elektrony, které by měly energii příslušnou zakázaným pásům. Pás tvořený valenčními drahami, vzniklý z hladiny valenčních elektronů = valenční pás. Pás s větší energií, ležící nad valenčním a neobsazený elektrony je vodivostní pás – to je oblast dovolených energií elektronů, při nichž jsou elektrony v látce volně pohyblivé, mohou přenášet el. náboj (Q) a vyvolávat elektrický proud (I). Obr. 2 Schéma energetických hladin a podhladin samostatného atomu a) Schéma energetických hladin atomu

b) Schéma energetických podhladin atomu

1 – dovolený energetický stav 2 – zakázaný energetický stav Valenční a vodivostní pás vytvářejí pásový energetický model. Vzdálenost obou pásů tj. šířka zakázaného pásu je charakteristickou vlastností materiálu.

3

Obr. 3 Pásový energetický model a) vodiče b) polovodiče 1 – pás vodivostní 2- pás valenční 3- pás zakázaný

c) nevodiče

U polovodičů je zakázaný pás užší než 3 eV, u nevodičů širší než 3 eV. 1.5 Vlastnosti elektrotechnických materiálů Základní vlastnosti vodivých materiálů Elektrotechnické materiály mají své typické vlastnosti fyzikální, chemické a technologické. K jejich základním vlastnostem patří vlastnosti elektrické, mechanické, tepelné a magnetické. Elektrické vlastnosti 1.5.1 Elektrický odpor Elektrický odpor R vodiče závisí na jeho rozměrech, materiálu, na teplotě a dalších činitelích. Při dané teplotě je odpor vodiče určen jeho délkou l, průřezem S (obsahem kolmého řezu), a rezistivitou materiálu ς podle vztahu R = ς * l /S Podle velikosti rezistivity ς hodnotíme vodivé materiály. Rezistivita ς udává číselně odpor vodiče dlouhého 1 m o průřezu 1 m 2 .Vodiče mají rezistivitu v rozmezí 10 -2 až 10 1 µΩ m, odporové materiály v rozmezí 0,2 až 2 µΩ m. Tabulka 1: vybrané hodnoty některých kovů (rezistivita a teplotní součinitel odporu) Měrný odpor vodičů je za normálních podmínek v řádu 10 –6 až 10 -8 Ω m. Z toho důvodu jsou v tabulce uvedeny hodnoty vynásobené 10 8 , totéž platí pro teplotní součinitel v hodnotě10 3 . Kov ς * 10 8 Ω m α * 10 3 K -1 39 5,1 Antimon Cín 10,1 4,6 4,5 Hliník 2,45 Hořčík 3,94 4,25 Kobalt 5,2 6,6 Měď 1,555 4,33 Nikl 6,14 6,8 19,0 4,2 Olovo 9,81 3,92 Platina Rtuť 94,077 0,99 Sodík 4,27 5,5 4,10 Stříbro 1,505 12,5 3,5 Tantal

4

Wolfram Zinek Zlato Železo

4,98 5,45 2,04 8,81

4,83 4,2 3,98 6,53

1.5.2 Závislost elektrického odporu na teplotě Odpor vodiče závisí na teplotě. Pokojová teplota je stanovena dohodou na 20 o C. Ohřátím z teploty ν20 na vyšší teplotu ν se původní hodnota odporu R 20 zvýší na R ν podle vztahu R ν = R 20 [ 1 + αR(ν - ν20 ) ] Kde αR je teplotní součinitel odporu. Odpor kovů vzrůstá při zvyšování tepoty. U většiny kovů je v teplotním rozmezí 0 o až 100 o C závislost odporu na teplotě lineární. U těchto kovů lze stanovit jejich odpor při obecné teplotě ν, známe-li jejich odpor při teplotě ν20. U odporových materiálů je průběh závislosti odporu na teplotě nelineární. Proto je třeba u odporových materiálů považovat údaj o teplotním součiniteli pouze za orientační. U těchto kovů nelze podle výše uvedeného vztahu stanovit jejich odpor při obecné teplotě ν. V případě potřeby je nutné jednotlivě změřit odpor při žádané teplotě. U polovodičů je hodnota teplotního součinitele odporu záporná, to znamená, že se zvyšující se teplotou odpor materiálu klesá. Při hlubokém ochlazení některých kovů nebo slitin pod určitou tzv. kritickou hodnotu klesne náhle odpor na velmi nízkou hodnotu. 1.5.3 Supravodivost Je to vlastnost, která se projevuje tím, že látka neklade téměř žádný odpor průchodu elektrického proudu. Supravodiče mohou umožnit bezeztrátový přenos el. energie. Vyskytuje se v mnoha látkách při velmi nízkých teplotách ( < 23 K). Nenalezneme souvislost mezi dobrou vodivostí při normální teplotě a supravodivostí. Nejlepší vodivé kovy nejsou většinou dobré supravodiče ( Cu, Al, Ag). Důležité parametry supravodiče: Kritická teplota a kritická magnetická indukce. Příklady supravodivých látek: cín 3,7 K, olovo 7,2 K, niob 9,0 K, niob-zirkon 11,0 K niob-cín 18,3 K. Obr. 4 Supravodivost – závislost na teplotě a magnetické indukci

Kryovodivost Mimořádně velká vodivost (G) v oblasti nejnižších teplot. Měrný odpor ς (ró) velmi čistých kryovodivých materiálů při snižování teploty neklesá na nulu, ale při určité teplotě se ustálí na hodnotě zbytkové rezistivity. Supravodivost a kryovodivost jsou základem nového oboru – kryoelektrotechniky. 1.5.4

5

Obr. 5 Kryovodivost Hliník, Berylium ς =µΩm

1.5.5 Termoelektrické vlastnosti U kovů – SEEBECKŮV JEV. Jsou-li dva různé vodiče spojeny na obou koncích (na jednom konci mechanicky i elektricky, na druhém jen elektricky) a jsou-li jejich místa styku udržována na různých teplotách, vzniká v obvodu termoelektrické napětí. Toto napětí vzniká následkem různě vysokých kontaktních napětí obou míst styku. Takový obvod se nazývá termoelektrický článek. Vzhledem k malému napětí se články často sestavují do série. Používají se pro měření teploty a pro výrobu el. proudu, např. v pojistkách plynových spotřebičů nebo jako zdroj pro radiové přijímače. Obr. 6 Termočlánek.

Tabulka 2: Termoelektrická napětí některých kovů a slitin vzhledem k platině. Kov nebo slitina Konstantan Nikl Platina Hliník Cín Wolfram Měď Mangan Železo Chromnikl Antimon Křemík

Termoelektrické napětí [µV . K -1 ] -34,7 až –30,4 -19,2 až –12,0 0 +3,7 až +4,1 +4,0 až +4,4 +6,5 až +9,0 +7,2 až +7,7 +5,7 až +8,2 +18,7 až –18,9 +22,0 +47,0 až +48,6 +448

6

U polovodičů PELTIERŮV JEV. Při průchodu proudu se jeden spoj zahřívá, druhý ochlazuje – vliv různé výstupní práce. Využití – přenosné chladničky. 1.5.6 -Vnitřní rezistivita a povrchová rezistivita Rezistivita ς udává číselně odpor vodiče dlouhého 1 m o průřezu 1 m2 při teplotě 20o C. Vodiče mají rezistivitu v rozmezí 10 -2 až 10 1 µΩ m, odporové materiály v rozmezí 0,2 až 2 µΩ m. Vnitřní rezistivita ς V [ Ω m] je u izolantů v rozmezí 10 6 až 10 18. (Jantar má 10 15 až 10 17). Měrný vnitřní odpor je odpor krychle materiálu o hraně 1 m, měřený mezi dvěma elektrodami přiloženými k protilehlým stranám krychle. Povrchová rezistivita ς P [ Ω m ] je u izolantů nižší než vnitřní. (Vysokotlaký polyetylén má 10 14 Ω). Vlivem znečištění a vlhkosti mohou vznikat tzv. plazivé proudy. Měrný povrchový odpor je odpor čtvercové plochy 1 m2 povrchu materiálu, měřený mezi dvěma elektrodami přiloženými k protilehlým stranám čtverce. Mechanické vlastnosti Mechanické vlastnosti – zkouška tahem. zkouška pružnosti v tahu zkouška pevnosti v tahu zkouška tažnosti a kontrakce Pracovní diagram zkoušky tahem Z diagramu je patrné, že měď má malou pevnost a velkou tažnost. Pevnost i tažnost hliníku je menší než u mědi. Mez pružnosti δE – je napětí, které po úplném odlehčení nezanechá trvalou deformaci. Měří se na trvalé prodloužení 0,005% původní délky. Mez kluzu δK – je nejmenší napětí, které způsobuje náhlý vzrůst deformace. U některých kovů je zřetelné, u některých (měď, hliník) nelze zjistit. Měří se na trvalé prodloužení 0,2% původní délky. Mez pevnosti δP – je největší smluvní napětí, dané poměrem největší dosažené síly k původnímu průřezu zkušebního vzorku. Obr. 7 Pevnost v tahu

1 - tvrdá ocel 2 - měkká ocel 3 - šedá litina 4 – měď 5 - hliník

7

1.5.7 Teplotní součinitel délkové roztažnosti [ K–1 ]. Ohřátím materiálu z teploty ν = 20 o C na teplotu vyšší vzroste původní délka l 20 na hodnotu l ν podle vztahu: l ν = l 20 ( 1 + α ∆t) α . . . teplotní součinitel tepelné roztažnosti. ∆t = ν - ν 20 U křemenného skla je 0,6 * 10–1 K–1 u transformátorového oleje 750 * 10–6 K–1. 1.5.8 Měrná tepelná vodivost λ Je měřítkem schopnosti izolantu převádět teplo ve směru tepelného spádu. Např. U elektrických strojů izolace odvádí teplo vzniklé ztrátami ve vinutí. [ W.m –1 . K–1 ]. 1.5.9 Měrná teplotní vodivost α α [ m 2 . s–1 ] udává, jakou rychlostí se v látce vyrovnává teplotní rozdíl. 1.5.10 Měrná tepelná kapacita c Je měřítkem schopnosti izolantu pohlcovat teplo. Je potřebné pro stanovení teploty izolace vinutí, které se dosáhne náhle, např. při zkratu. Měrná tepelná kapacita slídy je 860 J.kg -1 K-1, vodíku 14350 J.kg -1 K-1, vody 4200 J.kg -1 K-1, oleje 1700 J.kg -1 K-1 , olova 129 J.kg -1 K-1, vzduchu 1006 J.kg -1 K-1. 1.5.11 Permitivita izolantu Charakterizuje vliv elektrického pole na elektrický stav izolantu. Je to poměr elektrické indukce D a elektrické intenzity E. ε = D / E kde ε = ε0 εr ε - absolutní permitivita ε0 - permitivita vakua – důležitá fyzikální konstanta ε0 = 8,854 pF/m εr – poměrná – charakterizuje vlastnosti izolantu Pro kapacitu kondenzátoru platí: C = ε S/d = ε0 εr S/d = εr C0 S – plocha elektrod C0 – kapacita vakuového kondenzátoru d – vzdálenost elektrod εr = C / C0 Je to bezrozměrná veličina. Její hodnota u izolantů je 1 až 10 4. Polovodivé keramické látky 10 5 až 10 6. 1.5.12 Činitel dielektrických ztrát Činitel ztrát tg δ je bezrozměrná veličina. Číselně se vyjadřuje desetinným číslem, násobkem mocniny 10 se záporným exponentem nebo v procentech. Činitel ztrát je u izolantů v rozmezí 10 -5 až 10 -1. Hodnotu 10 -5 má vzduch. (Slída 2 . 10 –4 , tvrzený papír až 5.10 –2 ). 1.5.14 Elektrická pevnost Ep Udává se ve V/m. Je to poměr napětí ku tloušťce dielektrika. Ep = Up / d U běžných izolantů je v rozmezí 3 až 150 MV . m -1 . Vzduch pouze 3 MV . m -1 , slída více než 100 MV . m -1.

Mechanické vlastnosti 1.5.15 Odolnost za tepla ( Martens, Vicat) Podle Matrense udává teplotu ve stupních Celsia, při níž zkušební vzorek namáhaný na ohyb napětím 500 MPa dosáhne průhybu určité velikosti nebo se poruší. – u termoplastů a reaktoplastů. Podle Vicata udává teplotu ve stupních Celsia, při níž ocelová jehla vnikne do vzorku do hloubky 1 mm – jen u termoplastů.

8

1.5.16 Pevnost v tahu δPt a tlaku δ Pd V tahu se vyjadřuje podle druhu izolantu různě. U některých jako u kovů. U papíru nebo vláken se pevnost v tahu udává tržnou délkou. Je to délka, při níž se přetrhne vlastní tíhou pás papíru nebo vlákno volně zavěšené jedním koncem. V tlaku se určuje u vrstvených materiálů ve směru podélném a příčném. Např. u skel je pevnost v tlaku až 2000 MPa, kdežto v tahu 100 Mpa. 1.5.17 Tvrdost Udává odpor materiálu proti vnikání tělesa. Brinell – kulička (HB), Rockwell – kužel (HR), Vickers – jehlan (HV). Mohs (HMo) – tvrdost nerostů, Shorehy (HS) – odrazová.

1.5.18 Viskozita Rozlišujeme dynamickou η [ Pa . s] a viskozitu kinematickou ν [ m2 .s –1]. Stanovujeme ji pro oleje a laky. 1.5.19 Navlhavost a nasákavost Navlhavost – schopnost izolantu přijímat vlhkost z okolního vzduchu. Nasákavost – schopnost přijímat vodu. Nasákavost > navlhavost. Je měřítkem pórovitosti látky.

1.6 Parametry a jejich určování Hlediska pro třídění elektrotechnických materiálů. - konduktivita γ (vodivost) - energetická šířka zakázaného pásu Elektrická vodivost materiálu závisí především na koncentraci volných elektronů (počet v jednotce objemu), které mohou přenášet elektrický náboj. Šířka zakázaného pásu závisí na vzájemné vzdálenosti valenčního a vodivostního pásu. Jestliže se vodivostní a valenční pás dotýkají nebo částečně překrývají, tj. neexistuje zakázaný pás, může se stát z elektronu valenčního elektron vodivostní a naopak. Elektrony nemusí vynaložit energii na překonání zakázaného pásu. Těsná blízkost, popřípadě překrývání obou pásů v energetickém modelu je podmínkou dobré elektrické vodivosti. Druhy: - vodiče - polovodiče - nevodiče Druh Vodič Polovodič Nevodič

Konduktivita S/m 10 8 – 10 5 10 5 – 10 -6 10 -6 - 10 -18

Šíře zak. pásu (eV) Neexistuje <3 >3

Vlastnosti elektrotechnických materiálů: Materiály se hodnotí podle fyzikálních, chemických a technologických vlastností. Pro použití v elektrotechnice jsou velmi často rozhodující fyzikální vlastnosti /konduktivita, měrná tepelná kapacita, atd.). K vyjádření vlastností používáme i technické veličiny (tvrdost, elektrická pevnost, apod.). S rozvojem elektrotechniky rostou i požadavky na vlastnosti materiálů. Vývoj nového materiálu nebývá jednoduchý. Je proto účelné upravit vlastnosti stávajících materiálů. Jsou dvě metody: - řízení vlastností změnou složení - řízení vlastností změnou struktury. Často se obě metody kombinují. materiálu nebývá jednoduchý. Je proto účelné upravit vlastnosti stávajících materiálů. Jsou dvě metody: řízení vlastností změnou složení - řízení vlastností změnou struktury. Často se obě metody kombinují.

9

Řízení vlastností změnou složení - metoda je založena na vytváření materiálů kombinací několika složek. Vhodně zvoleným zastoupením několika složek lze vytvořit úplně nový materiál. Přitom nový materiál může mít i takové vlastnosti, které nemá žádná z výchozích složek (např. Heuslerovy slitiny – několik neferomagnetických složek – Mn,Al,Cu, vytvoří feromagnetickou slitinu, ferrity). Nečistoty zakrývají skutečné vlastnosti látek a mohou tak omezovat rozsah jejich použití. Pro možnost řízení vlastností je třeba výchozí látky různými způsoby vyčistit. Teprve potom lze do vyčištěného materiálu vnášet příměsi. Velké nároky na čistotu výchozích látek jsou u polovodičů. Řízení vlastností změnou struktury - metoda je založena na takové záměrné změně struktury, která vede k dosažení požadovaných vlastností. Vlastnosti ovlivňované struktury závisejí na dokonalosti krystalové mřížky, na mechanickém a tepelném zpracování. Proto se tato metoda uplatňuje pouze u materiálů v pevném skupenství. U kovových materiálů spočívá řízení vlastností změnou struktury někdy ve vytvoření struktury s co nejmenším počtem poruch, někdy s co největším. Poruchy v krystalové mřížce mají vliv zejména na mechanické vlastnosti. Toho se využívá při tepelně mechanickém zpracování kovů.

Obr. 8 Závislost meze pevnosti v tahu na množství poruch v krystalové mřížce.

A- teoretická pevnost v tahu B- pevnost v tahu vláknitých krystalů C- pevnost v tahu běžného materiálu D- pevnost v tahu materiálu se zvětšeným množstvím poruch

Pevnost dokonalého kovu bez poruch je dána bodem A. Z průběhu grafu je vidět, že mez pevnosti se rychle zmenšuje se zvětšováním počtu poruch. Za normálních okolností je pevnost v tahu v bodě C. Dalším zvýšením počtu poruch se pevnost zvýší - oblast u bodu D. (Tváření zastudena). Kromě vyžíhaných materiálů se dodávají materiály zpevněné tvářením zastudena. Příklady: dráty, tyče, plechy, trubky,profily, . . Ohřevem zpevněného kovu se zmenšují nepravidelnosti v jeho mřížce, kov se zotavuje. Při dosažení „rekrystalizační teploty“ se v místech největších poruch začínají tvořit nová zrna, která zvyšováním teploty dále narůstají. Rekrystalizační teplota je u čistých kovů asi 40% teploty tání, u slitin je vyšší.

2.

Vodivé materiály

Vodivé materiály. Teorie vodivosti kovů je vysvětlena na základě kvantové elektronové teorie kovů.

10

Struktura kovů. Všechny kovy a jejich slitiny a jejich slitiny jsou v pevném skupenství krystalickými látkami. Skládají se ze zrn, která obsahují veliký počet krystalů. Každý krystal se skládá z mnoha krystalových buněk. Buňka je vytvořena z atomů ( ve skutečnosti jsou to kladné ionty), uspořádaných podle určitého geometrického pořádku. Schéma struktury kovu ve tvaru drátu je na obrázku.

Obr. 9 Schematické znázornění struktury kovu - drátový model 1 – zrna na vybroušené ploše 2 – krystaly v krystalové mřížce 3 – krystalová buňka Obr. 10 Krystalová buňka kovu

a) krychlová plošně středěná b) krychlová prostorově středěná c) šesterečná

11

Každou buňku krystalové mřížky lze zařadit do některé z krystalografických soustav. Technicky významné kovy krystalují nejčastěji v soustavě krychlové, šesterečné a čtverečné. Nejběžnější buňky krystalové mřížky jsou : krychlová plošně středěná (měď, hliník ), krychlová prostorově středěná (chrom, molybden, ) a šesterečná (berylium, zinek). Krystalové mřížky nebývají dokonalé. V průběhu krystalizace kovu i jeho dalšího zpracování vznikají v uspořádání atomů nedokonalosti – poruchy, Vyskytují se poruchy bodové, čárové a plošné.

2.1. Základní vlastnosti a rozdělení Druhy vodivých materiálů, vlastnosti a použití. Pevné vodivé materiály – jsou to neželezné kovy a jejich slitiny. Kapalné vodivé materiály – roztavené kovy a elektrolyty. Základní vlastnosti vodivých materiálů Elektrický odpor R = ς *l/S ς . . . rezistivita ς = R*S/l [Ω m2 / m tedy [ Ω m 1 ] (měrný odpor) l . . . délka [m ] S . . . průřez [ m2 ] Převrácená hodnota rezistivity γ = 1/ ς je vodivost S (Siemens). [ S m -1 ] Vodiče mají rezistivitu v rozmezí 10 –2 až 10-1 µΩ. m. Odporové materiály v rozmezí 0,2 až 2 µΩ. m.

Základní elektrovodné materiály. 2.2. Měď a její slitiny MĚĎ Vlastnosti: má načervenalou barvu Elektrovodná měď (ECu) – těžký, dost měkký kov, dobře zpracovatelný. Měrná hustota mědi je to 8 960 kg/m3. Struktura – krychlové, objemově středěná Obsahuje max. 0,1 % nečistot => překročení znamená zhoršení vlastností. Nebezpečná nečistota = kyslík, při žíhání reaguje s vodíkem => houbovitá struktura, vodíková nemoc. Tato měď je křehká a láme se. (Předcházení – žíhání v prostředí bez O, H, uhlovodíků, „pólování“ březovými kmeny). Bezkyslíkatá (vakuová) Cu – ve vakuové technice – tavená a odlévaná ve vakuu. Vlastnosti: lze ovlivnit změnou struktury => měkká Cu – nejlepší vodivost, tažnost - použití – vodiče a kabely polotvrdá Cu tvrdá Cu – telefonní vedení, troleje (vlak i trolejbus). Dá se dobře pájet, má dobrou vodivost (G), je odolná proti korozi. Měď na vzduchu oxiduje (za přítomnosti CO2), pokrytí povrchu vrstvičkou CO => měděnka, patina. Oxiduje jen na povrchu. Reaguje i se sírou. Je drahá. Slitiny Bronzy – slitiny Cu a Sn, Al, Si a dalších, ne však Zn. Bronzy se nazývají podle přísad (hliníková, cínové, manganové atd.) Desoxidační činidlo bývá fosfor – fosforový bronz. Podle způsobu zpracování se dělí na bronzy pro tváření a obrábění.

12

Dobrá elektrická vodivost, mechanická pevnost, tvrdost a odolnost proti korozi a oxidaci. Cínové: (max 20% Sn) – přidáním zinku a olova vznikají červené bronzy. a) slévárenský – sběrací kroužky el. motorů. b) – k tváření (válcované – plechy, pásy, dráty, tyče,. . ) Hliníkové (max 10% Al) – zvyšuje se tvrdost a pevnost, odolné proti vysokým teplotám Křemíkové (max 5% Si) – velká pevnost a odolnost proti korozi, Kolíky elektronek, namáhané pružiny přístrojů beryliové (max 2,5% Be) – pevností a pružností se vyrovnají ocelím, na zvlášť namáhané výrobky. Niklové bronzy – slévají se v libovolném poměru. (Konstantan, nikelin). Mosazi – slitiny Cu a Zn. Oproti Cu větší pevnost a jsou levnější.Velká tažnost, dají se tvářet a lisovat. Označují se Ms a číslo, které udává obsah Cu v %. Například Ms 63 je elektroinstalační materiál se 63 % Cu. Použití na objímky žárovek atd. Ms 54 na pájení Mosazi s obsahem Cu nad 80 % - tombaky – jsou chemicky stálejší než Cu – armatury a součástky.

2.3. Hliník a jeho slitiny Hliník – Druhý nejpoužívanější prvek v elektrotechnice po Cu. Měrná hustota hliníku je to 2 700 kg/m3. Má bílou barvu, na vzduchu rychle oxiduje. Lze dobře tvářet zastudena i zatepla. Při obrábění se maže. Lze ho pájet naměkko, natvrdo nebo ultrazvukem. Svařování je možné jen za určitých podmínek. Na povrchu se tvoří vrstva oxidu, který má teplotu tání kolem 2000 o C. Elektrovodný hliník (EAl) zpravidla obsahuje 99,5 % Al, bez Al 2 O3. Oproti mědi je dostupnější, levnější, lehčí, odolnější proti oxidaci. (Na povrchu rychle vytváří pevnou nepropustnou, ale i nevodivou vrstvu Al 2 O3. Výhoda – anodická oxidace ( eloxování), při ní se na povrchu vytváří tenká (asi 20 µ m) trvanlivá vrstva oxidu, která je velmi odolná proti vysokým teplotám, a opotřebení. Může nahradit izolaci => eloxované vodiče => nutno svařovat v ochranné atmosféře nebo použít zvláštního tavidla. Nevýhoda – menší vodivost (γ ), horší mechanické vlastnosti, podléhá elektolytické korozi. Spoje – „tečení hliníku“ – tlakem se deformuje. Použití – lana venkovních vedení, vodiče, jádra silných kabelů, vinutí transformátorů, hliníkové folie – elektrody. Slitiny: k tváření Aldrey, Jare-Al, Cond-Al obsahují kromě Al, Mg, Si, Fe. Jare – Al ještě Zn. Mají lepší mechanické vlastnosti, ale horší konstrukční - lepší konstrukční vlastnosti mají duralumínium, superdural. slévárenské: horší mechanické vlastnosti než slitiny ke tváření. Silumin – odlévají se skříně el. strojů, kryty kabelový spojek atd. Porovnání Al a Cu Hliník 50 % hmotnosti proti Cu při stejném proudovém zatížení. Al má 1,6 x větší ς než Cu => Al má 1,6 x větší průřez ( S ) než Cu, (to je 1,27 x větší d). Vzhledem k většímu povrchu se lépe ochlazují. Je levnější, ale je větší spotřeba elektroizolačního materiálu, jde-li o vodiče nebo kabely. 2.4. Rozdělení kovů Kovy s nízkou teplotou tání Běžně používané - zinek, kadmium. Rtuť (-38,8) , galium (29.8), indium (156,4), vizmut (271), kadmium (320,9), cín (321,9), olovo (327,4), zinek(420, antimon (630,5).

13

Olovo – jen tam, kde není mechanicky namáháno. Používá se při výrobě akumulátorů a jako ochrana před ionizujícím zářením. Cín – tři modifikace - β bílý cín - na vzduchu stálý - (od 13,2 do 161o C ) při dlouhodobě nižších teplotách přechází na modifikaci α . - α bílý cín – ztráta lesku, šednutí – šedý cín Tato přeměna se nazývá cínový mor. Nepostoupila-li přeměna hluboko, lze zahřátím vrátit z modifikace α na β. Ochrana proti cínovému moru je legování cínu olovem nebo antimonem. - γ bílý cín – při teplotě nad 161o C dochází k přechodu z β na γ – křehký. Kovový cín se běžně vykytuje ve dvou alotropních modifikacích: šedý alfa cín, krystalizující v kubické soustavě a bílý beta cín, který se vyskytuje v tetragonální krystalické soustavě. Přechod mezi těmito dvěma formami nastává při teplotě 13,2 °C. Jsou-li cínové předměty (nádoby, sošky) dlouhodobě vystaveny nízkým teplotám, může dojít k přechodu původně bílého cínu na šedou modifikaci a předmět se rozpadne na prach. Tento jev je označován jako cínový mor a byl znám již od středověku, kdy přes zimu teploty v hradních místnostech mohly klesnout pod uvedenou hodnotu a došlo ke zničení cínových nádob. Zinek – Namodrale bílý, na řezu lesklý, lze pájet. Oxiduje jen na povrchu, používá se k ochraně ocelových výrobků (žárové zinkování), elektrody suchých článků. Výroba slitin. Kadmium – Měkký, stříbřitě bílý kov. Je jedovatý. Vlastnosti podobné jako zinek. Rtuť – kov za běžné teploty v kapalném skupenství. Stříbřitě bílý, lesklý kov. Je velmi jedovatý. Použití v teploměrech a ve výbojkách a spínačích- kontakty, zdravotnictví – amalgamy, rafinace zlata. Galium – Namodralá barva, použití u dotací polovodičů typu P. Arzenid galia je polovodič. Indium – Stříbřitě lesklý, na vzduchu stálý. Použití v polovodičové technice.Z antimonidu india se zhotovují Hallovy sondy. Kovy se střední teplotou tání Běžně používáme: Kobalt (1493), nikl (1453), železo (1534). Kobalt – vlastnosti blízké železu, feromagnetický, přísada v magneticky tvrdých materiálech. Použití hlavně ve slitinách – drahý. Nikl – bílý těžký kov dobře tvářitelný zatepla i zastudena. Feromagnetický, dobře odolává teplotám až do 800 o C, s přísadou 20 % chromu až do 1200 o C. Použití ve vakuové technice, ve slitinách a pro povrchovou úpravu. Železo – technické železo – ocel i litina je slitina železa s uhlíkem a jinými prvky. Podle obsahu uhlíku jsou technická železa kujná a nekujná. Vlastnosti závisí na obsahu přísad, technologii výroby a tepelném i mechanickém zpracování. V elektrotechnice se používá především jako magnetický a konstrukční materiál. Ze slitin jsou důležité ocele. (Železo + nikl – invar – malá teplotní roztažnost. Stříbro – použití hlavně ve slitinách – pájky, pojistky (největší elektrická a tepelná vodivost).

Kovy s vysokou teplotou tání 2200 - 2300 o C Wolfram (3410), tantal (2996), molybden (2610), niob(2415), zirkonium (1852). titan (1668). Z ušlechtilých kovů sem patří ještě osmium (3000), iridium (2410), ruthenium (2310), rhodium (1966), platina (1773), paládium (1552). Wolfram - vlákna žárovek, elektrody zářivek, tepelně namáhané součástky vysílacích elektronek. S mědí na značně namáhané kontakty. Molybden – držáky vláken v žárovkách, anody vysílacích elektronek, folie na masky při výrobě integrovaných obvodů. Tantal – odporová vrstva tenkovrstvých rezistorů, anody elektrolytických kondenzátorů – dielektrikem je oxid. Odolný proti korozi, chemicky stálý – použití ve vakuové technice. Niob – supravodivý materiál, oxid tvoří dielektrikum elektrolytických kondenzátorů – drahý. Titan – malá elektrická i tepelná vodivost, dobré mech. vlastnosti, velká odolnost proti korozi. Uplatnění ve slitinách a ve vakuové technice - poměrně drahý. Zirkon – dobře odolává korozi. Slitiny. Ve vakuové technice jako getr.

14

Platina – slabé drátky a fólie. Chemicky stálý – katalyzátor. Výroba termoelektrických článků. Kov dobře tvářitelný.

2.5. OHYBOVÉ DVOJKOVY Dvě vrstvy kovů, které se liší teplotním součinitelem roztažnosti. Ohřátím vzniká ve vrstvě s malou tepelnou roztažností namáhání tahem, ve vrstvě s velkou tepelnou roztažností namáhání tlakem. Následkem mechanických napětí se dvojkovový pásek ohne. Z dvojkovových materiálů vyrábíme články ve tvaru pásku, kotouče, spirály nebo šroubovice. Používají se do teploty 350 o C. Slouží v elektrických obvodech ke spínání a rozpínání. Tepelné pojistky – jištění točivých strojů, transformátorů, jističe. Elektrotepelná zařízení – žehličky, vařiče – termostaty.

Obr. 11 a, b, c, d. Ohybové dvojkovy

2.6. Odporové materiály ODPOROVÉ MATERIÁLY Hlavní požadavek – velká rezistivita v rozsahu od 0, *10 –6 do 2*10 –6 Ω.m, (tj. 10 x až 100 větší než měď). Mají teplotní součinitel v rozsahu od 10 –6 do 10 –4 K–1 . Jsou to slitiny dvou nebo více kovů. Nejvýznamnější:jsou a) pro měřící techniku – Pro účely přesného měření musí mít velkou rezistivitu, malý teplotní součinitel odporu, nízké termoelektrické napětí a časovou stálost. Pro účely řízení a spouštění musí splňovat podmínku odolávat teplotám do 200 o C. Manganin – je to manganový bronz s niklem. Výroba rezistorů a odporových manometrů (tlakem se mění odpor slitiny). Vlastnosti jsou časově nestálé – nechává se uměle stárnout. Konstantan – je to niklový bronz – výroba tenzometrů (měření mechanického napětí), odporových snímačů, termoelektrických článků. Nikelin – je to niklový bronz – výroba rezistorů. ( ale i žehličky a pod). Litina – Nejvyšší provozní teplota 500 o C. Vyrábějí se z ní ploché články pro výkonové spouštěče. b) pro elektrotepelná zařízení

15

Dovolená pracovní teplota je 500 až 1350 o C. Musí mít malý součinitel tepelné roztažnosti, velkou životnost a velkou žáruvzdornost (tj. schopnost odolávat oxidaci). Chromnikl – 1200 o C ), odolává oxidaci, chemickým vlivům. Nevýhoda – vysoká cena. Slitiny Cr-Ni-Fe – 900 – 1200 o C (Cekas, feronichrom, ferochronin) Slitiny Fe, Cr, Al – až 1350 o C ( Fechral, –– jsou tvrdší, křehčí, mají menší tažnost. – Levnější ) Slitiny Fe, Cr, Si – 1600 o C (Silit, kanthal, chromal). Nekovové odporové materiály – pro teploty vyšší než 1350 o C , kdy kovové materiály pozbývají své mechanické vlastnosti a zkracuje se jejich životnost. Silitové, uhlíkové - měrný odpor je v rozsahu 10 4 až 10 5 µΩ.m.

2.7. Elektrotechnický uhlík Elektrotechnický uhlík Surovinami jsou uhlíkaté látky pevné (přírodní grafit, antracit, petrolejový koks, saze), kapalné (kamenouhelný dehet, kamenouhelná smola ) sloužící jako pojivo. Surovina se rozemele na jemný prášek. Ze směsi práškových surovin a pojiva se lisují (za použití velkých tlaků) surové výrobky. Možnost přidávání práškových kovů (kovouhlík). Pozvolný ohřev až na 1300 o C (cyklus 25 dní). Vypálení výrobky jsou poměrně tvrdé (označení tvrdý uhlík). Buď se používají přímo (kartáče, bateriové uhlíky) nebo se opracovávají na potřebné tvary. Opětovným ohřátím tvrdého uhlíku na teplotu asi 2500 o C se získá elektrografit (strukturou i vlastnostmi se podobá grafitu). Vypálený uhlík i elektrografit je možné impregnovat bakelitem, parafínem, tekutými kovy (cín, stříbro, měď), aby se zaplnily póry po úniku pojiv. Použití k různým účelům jak v silové elektrotechnice tak ve sdělovací technice. Další použití – výroba odporů a potenciometrů. Koloidní suspenze – mletý přírodní grafit + ochranný koloid (pro snížení sedimentační rychlosti) a peptizační přísada (proti bakteriím). Použití - k ochraně drátů a průvlaků při tažení, vytváření vodivých povlaků na skle. (vnější i vnitřní stěny obrazovek, topné dráhy).

2.8. Materiály na pojistky, kontakty a pájky Tavné pojistky – rozšířený prostředek nadproudové ochrany. Činnost je založena na tepelném účinku el. proudu. Ten při přetížení roztaví tavný vodič pojistky dřív než se nepřípustně ohřeje další část obvodu (vedení, zařízení). Tavný vodič se vyrábí ve tvaru drátku nebo pásku. Materiály na pojistky Materiál musí mít velkou elektrickou vodivost, odolnost proti okysličení. Povrchová vrstva oxidů zmenšuje průřez tavného vodiče a tím i vypínací proud, dále zhoršuje ochlazování tavného vodiče a tím ovlivňuje vypínací charakteristiku. Teplota tání kovu má být nízká. Kov se nemá při přetavení rozstřikovat, ale působením oblouku vypařit. Z kovů používáme především stříbro, měděné drátky se chrání proti oxidaci postříbřením. Křemičitý písek slouží nejen jako ochrana proti oxidaci, ale hlavně ke zhášení elektrického oblouku. Ke zvětšení vypínacího výkonu a ke zlepšení chlazení se tavný vodič rozděluje na několik tenčích drátků nebo pásků. V některých případech (přístroje) bývají pojistky z hliníku, zinku nebo ze snadno tavitelných slitin. Zvláštní případ – tepelná pojistka – úlohu tavného vodiče přebírá měkká pájka, spojuje kontakty odtlačované silou pružiny.Roztavením pájky se kontakty rozpojí a obvod přeruší.

Materiály na kontakty

16

Kontakty jsou nejdůležitější konstrukční prvky. Druhy kontaktů podle vzájemného pohybu dvojice stykových ploch: zdvihové, třecí (zásuvné), smykové. Požadavky na materiál: dobrá el. vodivost, vysoký bod tání, tvrdost, odolnost proti opotřebení, proti oxidaci. Materiály - čisté kovy: Ag, Cu, Au, Pt, W, Mo, Hg. Nejčastěji Ag - slitiny: hlavně slitiny Cu (bronzy, mosazi) stříbra (Ag, Cu) – lepší elektrická vodivost než Cu zlata (Au, Ni) – v měřící technice Nepravé slitiny – vyráběny práškovou metalurgií – tvrdé, dobrá el. a tepelná vodivost. Dvojkovové kontakty – druhý materiál je za tepla naválcován na nosný podklad z levnějšího materiálu. Stříbro – dobrá odolnost proti oxidaci a opotřebení, malá mechanická pevnost, malá tvrdost. Z těchto důvodů je častější použití slitin. Kontakty spínačů a stykačů. Au – chemická odolnost, spínání bez přenosu materiálu, (kontakty ve sdělovací technice). Cu a slitiny – v silové elektrotechnice – kontakty s častým spínáním, hlavně smykové. Wolfram, molybden – vypínače na vysoké napětí. Tvary kontaktů – styk: - bodový – kulový vrchlík proti ploše, jinému vrchlíku nebo kolmo umístěné části válců - přímkový – válec proti ploše - plošný – plochy proti sobě

Materiály na pájky a tavné pojistky. Pájení – na rozdíl od svařování, kde se spoj vytváří prostřednictvím stejného materiálu, se používá látka s nižším bodem tání, než má základní materiál. Tato látka se nazývá pájka. Pájené části se netaví, ale v pájce se do určité míry rozpouštějí. Vlastnosti pájecího materiálu: dobrá el vodivost, smáčivost, nižší bod tání. Podle bodu tání rozlišujeme 3 druhy pájek: 1) pájky s velmi nízkým bodem tání – (do 220o C) – dvou nebo vícesložkové slitiny kovů s nízkým bodem tání. Pb a Sn – bod tání se řídí příměsí Cd, Bi. 2) měkké pájky – (od 220 do 500o C ) – Mají malou mechanickou pevnost => na spoje nepříliš namáhané - cínové pájky Sn a Pb. 3) tvrdé pájky – (bod tání nad 500o C) – mosazné pájky – s obsahem Cu , stříbrné pájky, zlaté, platinové , paladiové. ( Příměsi - měď, stříbro, zlato, zinek, hliník).

2.9. Typy a výroba rezistorů Technologie výroby resistorů. Odpor – dvojí význam: - vlastnost - součástka ⇒ rezistor. Rozdělení: a) podle použití - vysokoohmové - vysokonapěťové - výkonové - přesné - miniaturní - vysokofrekvenční

odpor až 10 14 Ω napětí až 10 kV zatížení až 100 W přesnost ± 0,001 % malé rozměry malé L a C rezistoru

b) podle konstrukce - pevné - proměnné - potenciometry

17

c) podle funkční části rezistoru - uhlíkové - lakové - metalizované - destičkové a tenkovrstvé - tlustovrstvé - drátové - metaloxidové

uhlík polovodivý lak kov, popřípadě slitina odporová pasta odpor. materiál oxid kovu

Charakteristické vlastnosti Neelektrické – rozměry, rozsah provozních teplot, odolnost proti vnějším vlivům a mechanické vlastnosti. Elektrické – jmenovitá hodnota. Je to hodnota odporu vyznačená na rezistoru. Značí se písmenným nebo barevným kódem. Hodnoty odporu odpovídají vyvoleným číslům geometrických řad E6, E12, E24, E48, E96, E192. Číslo za E udává počet hodnot v jedné dekádě. E6 E12

1 1

1,2

1,5 1,5

1,8

2,2 2,2

2,7

3,3 3,3

3,9

4,7 4,7

5,6

6,8 6,8

8,2

Tolerance jmenovitých hodnot – udává se v % jmenovité hodnoty. Dovolené odchylky se značí: Bez značení - ±20 % Písmeno A ±10 % Písmeno B ±5 % Písmeno C ±2 % Písmeno D ±1 % Písmeno E ±0,5 % Značení je možné i barevným kódem. Řady jak výkonové, tak hodnoty odporu, vychází z 10-té odmocniny z n, kde n- číslo řady = počet členů. Př.: řada E6, koeficient = 6√10 = 1,467799 Př.: řada E12, koeficient = 12√10 = 1,211528 Zatížení – určuje ztrátový výkon. Vzniklé teplo je třeba odvést z povrchu rezistoru do okolního prostředí. Rozlišujeme zatížení jmenovité – uváděné výrobcem a zatížení provozní – stanovené s ohledem na teplotu okolí a podmínky při použití. Jmenovité zatížení uhlíkových rezistorů se volí z řady 0,125 – 0,25 - 0,5 - 1 – 2 [ W ]. Značení rezistorů např. k.p.Tesla označení – ze 3 skupin značí: 1. skupina TR – typizovaný rezistor. 2. skupina – trojčíslí- vyjadřuje provedení, materiál funkční vrstvy, konstrukční provedení. 3. skupina – jmenovitá hodnota a tolerance. Teplotní součinitel odporu – α r charakterizuje vliv teploty na odpor rezistoru. Závisí na materiálu, funkční části i na technologii výroby. [R uhlíkatých s rostoucí teplotou klesá ]. Je žádoucí malá teplotní závislost u přesných drátových rezistorů, s kovovou vrstvou. Napěťový součinitel odporu – odpor některých rezistorů závisí na napětí U. Počínaje určitým napětím se odpor zmenšuje podle vztahu: R 2 = R 1 [1 + α U (U 2 – U 1 ) ] α U - napěťový součinitel odporu R 2 - odpor při zatížení odporu napětím U 2 R 1 - odpor při zatížení odporu napětím U 1 α U - vyjadřuje poměrnou změnu odporu rezistoru při změně přiloženého napětí o 1 V. Šum – každý rezistor má rušivý výkon v celém pásmu kmitočtů (1 Hz – 600 GHz ). Příčina šumového výkonu je tepelný pohyb elektronů.

18

Stabilita – vlastnosti v závislosti na frekvenci. Prochází-li rezistorem proud, vytváří kolem sebe magnetické pole a elektrické pole vzniklé úbytkem napětí na R. Magnetické pole ovlivňuje indukční složka. Elektrické pole ovlivňuje kapacitní složka.. Tedy celkově komplexní impedance. Náhradní zapojení rezistoru Obr. 12 Náhradní zapojení rezistoru

Rezistory s malým R (do 200 Ω) mají při vyšších f indukční charakteristiku. Rezistory s velkým R (nad 500 Ω) mají při vyšších f kapacitní charakteristiku. Xc =1/ 2πfC. V rozsahu 200-500 Ω dochází ke kompenzaci obou složek reaktance. Rezistory určené pro vysoké f mají mít co nejmenší rozměry, co nejkratší vývodní dráty. Výroba a vlastnosti Rezistory s uhlíkatou vrstvou. Tvoří je tělísko z málo alkalického porcelánu, popřípadě z korundové keramiky, na němž je nanesena uhlíková vrstva. Na tělísko s funkční vrstvou jsou nalisovány kovové čepičky, k nimž se bodově přivaří vývody. U bezčepičkových jsou čepičky nahrazeny vrstvou Cu nebo Ni, k nimž jsou připojeny vývody. Bezčepičkové rezistory jsou elektricky i mechanicky spolehlivější a mají nižší proudový šum.

Obr. 13 Vrstvový rezistor

1234-

kovová čepička vrstva uhlíku popř. kovu keramické tělísko pocínovaný Cu drát

Rezistory s kovovou vrstvou. Funkční číst tvoří vrstva kovu a) – s tenkou vrstvou – metalizované, destičkové a tenkovrstvé b) – s tlustou vrstvou Drátové rezistory. Jsou tvořeny keramickým tělískem, na kterém je vodič z odporového materiálu. a) – přesné – manganinový vodič b) – spotřební – chromnikl, konstantan ve tvaru drátu

19

Potenciometry. Rezistory s plynule se měnícím odporem. a) vrstvové b) drátové c) speciální

3. 3.1

Izolanty a dielektrika Vlastnosti a rozdělení

Dielektrika a izolanty Dielektrika - hlavní vlastnost – schopnost polarizovat se v elektrickém poli. Využívají se k hromadění elektrické energie ( v kondenzátorech). Hlavní parametr ε r – (relativní permitivita). Izolanty – schopnost klást velký odpor průchodu el. proudu I. Využití: k izolování el vodivých těles s různým potenciálem. Hlavní parametr – ς . Rozdíl je malý, mají mnoho společného. Jedna látka může být někdy dielektrikem, jindy izolantem. Izolanty Látky, které na rozdíl od kovů neobsahují volně pohyblivé elektrony, a proto nevedou elektrický proud. Skládají se z atomů, molekul nebo iontů, které obsahují elementární částice. Tyto částice s elektrickým nábojem jsou vázány na určitá místa mřížky. Neexistuje dokonalý izolant. Vždy obsahují malé množství + a – iontů a elektronů, které nejsou vázány. Měrná elektrická vodivost γ se s rostoucí teplotou zvětšuje. Ideální dielektrikum a ideální izolant – Jsou to látky bez volných nosičů elektrických nábojů. => dokonalý nevodič. Ve skutečnosti neexistuje. Každý obsahuje určité množství volných nosičů => mají měřitelnou ς a γ. Volné nosiče vznikají odlišně ve slabých a silných polích, jinak vzniká vedení proudu v plynných, kapalných a pevných látkách. 3.2

Polarizace

Struktura izolantu Molekuly jsou vázány iontovou nebo kovalentní vazbou. Podle způsobu uspořádání elektricky vázaných nábojů se rozlišují molekuly nepolární a polární. - Nepolární (neutrální) molekuly se vyznačují souměrným rozložením kladných a záporných nábojů. Těžiště nosičů obou druhů nábojů splývají. Příkladem jsou molekuly prvků, nebo některých sloučenin (metan, etylén, a jiné). - Polární (dipólové) molekuly se vyznačují nesouměrným rozložením kladných a záporných nábojů. Takové molekuly vytvářejí i v nepřítomnosti elektrického pole elektrické dipóly. Dipóly jsou v izolantu nepravidelně uspořádány, takže jejich účinek se navenek ruší. Příkladem je molekuly kyseliny solné nebo vody. Obr. 14 Nepolární a polární molekuly

20

Voda – kyslík má 6 valenčních elektronů. 2 tvoří vazbu s vodíkovými atomy 4 tvoří 2 dvojice. Atom kyslíku je uprostřed čtyřstěnu, vazby do vrcholů – 109 o 28 / vzhledem k nesymetrii – deformace vazeb na vodíky na 105 o. (Sjednocení 2s2 a 2p4 na sp3 ). Polarizace Dielektrikum je izolant, umístěný mezi vodivými elektrodami kondenzátoru. V elektrickém poli se dielektrikum polarizuje. Působením sil elektrického pole při polarizaci zaujímají elektricky vázané náboje dielektrika nové rovnovážné polohy. Tyto polohy jsou v malé vzdálenosti od původních rovnovážných poloh. Je to proces, při kterém dochází k narušení symetrie rozdělení elektrických nábojů => vznik dipólů. U nepolárních molekul přestává být těžiště kladných a záporných nábojů společné, neutrální molekuly vytvářejí dipóly a získávají elektrický moment. U polárních molekul se natáčejí jednotlivé dipóly ve směru elektrického pole. Původní trvalý elektrický moment se zvětšuje o přídavný moment. Po zániku elektrického pole se částice vracejí do původní polohy. Po hybem částic vzniká až do okamžiku rovnováhy elektrický, tzv. posuvný proud. Přitom dochází v dielektriku ke ztrátám energie. Spontánní (samovolná) polarizace se vyskytuje u látek, které mají doménovou strukturu. (Největší význam zde mají látky feroelektrické). Domény jsou oblasti, které jsou polarizované bez působení vnějšího elektrického pole. Výsledné momenty jednotlivých domén jsou uspořádány tak, že se navzájem ruší a látka se jeví jako nepolarizovaná. Teprve působením vnějšího elektrického pole dochází k takovému uspořádání domén, že se látka jeví jako polarizovaná. Spontánní polarizace závisí na teplotě dielektrika a na intenzitě vnějšího elektrického pole. Grafické znázornění závislosti spontánní polarizace na intenzitě vnějšího elektrického pole u feroelektrických látek tvoří hysterezní smyčka. Pro porovnání je uvedena stejná závislost i pro normální neferoelektrické látky. Permitivita Permitivita izolantu charakterizuje vliv elektrického pole na elektrický stav izolantu. ε = ε0 εr kde ε – absolutní permitivita ε0 – permitivita vakua ( 8,85 * 10 –12 F m –1 ) εr – poměrná permitivita Poměrná permitivita charakterizuje vlastnosti izolantu a je měřítkem jeho polarizace. Závisí na druhu polarizace na vnitřní stavbě izolantu a na polarizovatelnosti atomů a molekul. Může se měnit v závislosti na teplotě, frekvenci i na intenzitě elektrického pole. Ze vztahu pro kapacitu kondenzátoru C = ε S/d = ε0 εr S/d je poměrná permitivita stanovena jako poměr εr = C/C0 kde: C je kapacita kondenzátoru, jehož dielektrikem je daná látka C0 je kapacita kondenzátoru téhož uspořádání a velikosti, jehož dielektrikem je vakuum (Vzhledem k malému rozdílu εr vakua = 1 a vzduchu εr = 1,00053 měříme na vzduchu). Při použití dielektrika s εr > 1 tedy prakticky zvýšíme kapacitu kondenzátoru. (Napětí mezi elektrodami klesne na U =U0 / εr a Intenzita pole na E =E0 / εr). Obr. 15 Mřížka izolantu v elektrickém poli

21

Obr. 16 Elektrické pole v izolantu a okolí

Obr. 17 Závislost polarizace na intenzitě elektrického pole

22

Hysterezní smyčka vyjadřuje zpoždění polarizace za intenzitou pole. Obr. 18 Doménová struktura feroelektrických látek a) bez působení elektrického pole b) v elektrickém poli

Konduktivita a rezistivita γ – vodivost [ S / m ] (konduktivita) 1/ γ – měrný el. odpor [ Ω / m ] (rezistivita)

Dielektrické materiály Tradiční využití – výroba kondenzátorů – nejčastěji pevné, (z plynných vzduch) . Pevná – organická – polymerované termoplasty – z nich se vyrábějí tenké fólie => výroba svitkových kondenzátorů. Anorganická - keramická dielektrika, a) rulitová keramika – pod obchodním názvem stabilit, rulitit, negatit. b) ferroelektrická keramika – permilit Kvalitní dielektrika se dělí podle závislosti εr na frekvenci. Je-li lineární => kondenzátor vhodný pro vf obvody. Je-li závislost nelineární – tyto keramiky mají extrémně velké εr .

23

Třídění izolantů A ) podle skupenství pevné - keramika, vosk kapalné - olej, lak plynné - vzduch, vzácné plyny B) podle původu 1) anorganické – slída, azbest, sklo 2) organické a) rostlinné – celulóza, kaučuk b) živočišné – hedvábí, včelí vosk c) syntetické – fenoplasty, polystyrén, kaučuk C) podle vzniku 1) přírodní 2) vyráběné na bázi přírodních látek 3) syntetické Vlastnosti izolantů 1) fyzikální 2) mechanické 3) tepelné 4) elektrické

3.3

– hustota, nasákavost, objemová váha – pevnost v tahu, tažnost, pružnost, – měrné teplo, tepelná vodivost, teplotní délková roztažnost – ε ς (permitivita, měrný odpor)

Dielektrické ztráty, permitivita , elektrická pevnost.

Dielektrické ztráty Po vložení dielektrika nebo izolantu do elektrického pole se v tomto materiálu určitá část energie přeměňuje v neužitečné teplo => dielektrické ztráty => materiál se ohřívá. Je to jev většinou nežádoucí => vyplývají z něho zhoršené funkční vlastnosti (např. zvětšení vodivosti). Někdy žádoucí – např. k sušení některých látek dielektrické povahy. Dielektrické ztráty závisejí na materiálu, ale i na pracovním režimu. Ve stejnosměrném elektrickém poli jsou dány jen vodivostí materiálu. Např. ve střídavém elektrickém poli harmonického průběhu platí: P = U * I * cos φ P – ztrátový výkon U – efektivní hodnota napětí na dielektriku I - efektivní hodnota proudu v dielektriku φ – fázový posun Z Ohmova zákona: I = U/Z = U*ω*C δ je doplňkový úhel k úhlu fázového posun u φ (φ + δ = 90o )
P = U2 * ω C *sin δ Pro malé úhly (do 5 o) platí sin δ ~ tg δ (kvalitní dielektrika mají velmi malý δ ).
P ~ U2 * ω C *tg δ kde tg δ = ztrátový činitel = P / Q Nemá materiální konstantu. Závisí na t, f, E. Obr. 19 Dielektrické ztráty

24

Ι

Ιj δ ϕ

Ιč

Ič – činný proud vytvářející ztráty Ij – jalový proud nevytvářející ztráty (posuvný) Činitel ztrát je zřejmě tím větší, čím větší je činná složka Ič proudu v poměru k velikosti jalové složky Ij. Při velmi nízkých kmitočtech je tato činná složka dána jen svodovým odporem dielektrika, ale při vyšších kmitočtech se zvětšuje následkem polarizací a tvorbou iontů v dielektriku. Elektrická pevnost Elektrické namáhání izolantu posuzujeme podle velikosti intenzit elektrického pole. Všechny nevodiče mají elektroizolační schopnost v určitém rozmezí intenzit vnějšího elektrického pole. Překročením kritické intenzity pole dochází u izolantů pevného skupenství k průrazu u izolantů kapalných a plynných k přeskoku. Průraz je ztráta elektroizolačních schopností. Napětí, při němž dochází k průrazu nebo přeskoku se nazývá průrazné napětí. Intenzita elektrického pole příslušející tomuto napět se označuje jako elektrická pevnost Ep. Je dána poměrem průrazného napětí k tloušťce izolantu v místě průrazu.. Ep = k Up / l Ep – elektrická pevnost [ V / m ] Up – průrazné napětí při zkoušce [ V ] l – vzdálenost elektrod [ m ] Závisí na tvaru elektrod ( ve vzorci k – parametr vyjadřující tvar). Elektrický průraz – vzniká nárazovou ionizací atomů izolantu. Tuto ionizaci způsobují elektrony uvolněné při velké intenzitě pole z řádných vazeb mřížky a urychlené elektrickým polem. Následkem nárazové ionizace vzniká v určitém místě lavina elektronů, izolant ztrácí svoje elektroizolační vlastnosti a stává se elektricky vodivým. (Lavinový průraz). Tepelný průraz – může nastat u pevných izolantů s velkým činitelem ztrát. Takový izolant se elektrickém poli následkem velkých dielektrických ztrát nadměrně ohřívá, neboť vzniklé teplo nestačí odvádět svým povrchem do okolí. Účinkem vysoké teploty se izolant v některém místě poruší (začne uhelnatět, tavit se nebo prohořívat) až se stane vodivým. Tepelný průraz na rozdíl od průrazu elektrického probíhá pomalu.

3.4

Anorganické izolanty

Anorganické izolanty Plynné – vzduch, fluorid sírový SF6 používá se k plnění transformátorů a vypínačů pro vysoké napětí (nejvýznamnější plynný izolant, nehořlavý, chemicky netečný, teplotně stálý) .

25

Vodík – plnění výbojek a chladivo ve velkých el. strojích. Dusík – plnění žárovek. Vzácné plyny – ve světelné technice – výbojky. Kapalné – samostatně ojediněle, spíše v kombinaci s pevnými. Např. ropné oleje – transformátory. Kabelový a kondenzátorový olej . Pevné – velká tepelná odolnost - Slída, azbest, keramika, sklo.

Slída Vlastnosti – výborná el. pevnost, výborný el izolant. Štípatelnost, ohebná, teplotně odolná. Malé dielektrické ztráty. Pro elektrotechniku mají význam: Slída draselná – muskovit – muskovit slída draselná (t = 500-600 oC). stříbřitě lesklý, průhledný, bezbarvý. Štípatelný na tenké plátky. Slída hořečnatá – flogopit flogopit slída hořečnatá (t = 800-900 oC). Světlehnědý, měkčí než muskovit, odolnější, obtížněji se štípe. Zpracováním surové slídy vzniknou tyto druhy slídových materiálů: Slída bloková – očištěné slídové destičky. Kalibrovaná – lístky z výběrových druhů blokové slídy, kalibrované na tloušťky v dovolených úchylkách setin milimetru. (vakuovaná elektrotechnická, slídové kondenzátory). štípaná – vrstvené izolace mletá – mletím odpadní – plnivo Vrstvením slídových lístků a jejich spojením pojivem vznikají výrobky pro izolace. Nenahraditelné pro vn a teplovzdorné izolace. remika – zpracováním vhodně upraveného odpadu na papírenském stroji Použití – Na izolanty tepelně a elektricky namáhané. Vakuová a vf technika. a) z čisté slídy – bez pojiva, destičky muskovitu jako dielektrikum kondenzátorů b) vrstvené izolanty ze štípané slídy – deskové – mikanity, slisováno s pojivem, svitkové – nalepeny na podklad – mikafolium a slídová páska c) vrstvené z remiky – remikanit a další.

Asbest (osinek) Vlastnosti: vláknitá struktura. Délka vláken je různá. Čím jsou vlákna delší, tím je azbest cennější. Velké dielektrické ztráty, malá elektrická pevnost. Je nehořlavý a navlhavý.Nejvyšší provozní teplota do 300 oC. Druhy a vlastnosti azbestu 1) Serpentinové (chryzolitový ) a 2) amfibolové (krokydolit ) Ad 1 – Měkká pružná vlákna, dlouhá, dají se spřádat a tkát. Lepší vlastnosti než krokydolit. Ad 2 ) – krátká, tvrdá lámavá vlákna, Odolávají lépe chemikáliím a teplu. Použití – Delší na příze a nitě. Provazy, tkaniny, papíry, lepenka. Slouží k izolaci vinutí cívek, dělící stěny v rozvodnách, opřádání vodičů. Ve spojení s dalšími materiály – azbestocement, azbestopryž, . . Keramika Dobré elektroizolační vlastnosti, odolná proti vysokým teplotám, chemickým vlivům a vlhkosti. Je tvrdá. Vyrábí se z čistých surovin, které jsou při normální teplotě zformovány do žádaného tvaru a pak vypáleny. Elektroizolační keramika – skupina materiálů vyráběných keramickou technologií, to je z výchozích práškových látek získáme materiál s pevnou strukturou.

Druhy keramiky

26

Porcelán – Vypálením směsi kaolinitu, živce a křemene. Větší dielektrické ztráty. Odpor s rostoucí teplotou klesá. Je nenasákavý. Izolátory elektrických vedení. Steatit – z mastku. Součásti se lisují a vypalují. Lepší elektrické vlastnosti i při vyšších teplotách než porcelán. Použití v elektrotepelných zařízeních, relé, stykače. Kamenina – Složením se podobá porcelánu. Výroba z méně čistých surovin. Elektrické i mechanické vlastnosti má horší než porcelán. Je nasákavá, proto se většinou glazuje. Použití pro výrobky složitějších tvarů. Hlavní technologická operace-tváření. a) Plastické tváření – točení na hrnčířském kruhu (malovýroba, ne průmysl) - zalisování do sádrových forem - tažení (protlačování) – tažný lis – tyčinky, trubičky b) Lisování – do kovových forem ( vlhké – 15 až 20 %, suché – max 10 %, vody) - v pryžových vacích kapalinou – (izostatické lisování) c) Lití – do forem (suché sádrové formy) - fólie a destičky d) Termoplastické tváření – lití za tepla pod tlakem. Keramický prášek, parafin, včelí vosk. Vstřikování do kovových forem – tvarově složitější výrobky. e) Kalandrování a válcování – tenká hutná keramická fólie. Kondenzátory a podložky integrovaných obvodů. Sušení, vypalování 1200 – 1400 oC, zvláštní až 2000 oC. Smrštění - 25 %.. Po výpalu se nanáší glazura – hladký stálý povrch zabraňující vnikání vlhkosti. Možnost – broušení a pokovování- možnost pájení s kovovými díly.

Sklo Základní látka křemen – Si O2. Čím je více Si O2 ve skle, tím hůře jde tavit. ( Sklotvorné látky - oxid křemičitý, případně oxid boritý). Další příměsi – alkalické oxidy, oxidy dvojmocného kovu – ovlivňují vlastnosti. Amorfní látka, při ochlazování nekrystaluje, ale přechlazuje se. Přitom stoupá viskozita. / V technické praxi lze získat amorfní strukturu i u kovů – rychlým ochlazením – amorfní kovy zvané kovová skla /. Křemenné sklo – téměř čistý Si O2 – taví se při 1720 oC. Vodní sklo – směs křemičitanů sodného a draselného – sol (tekutá forma) solí kyselin křemičitých ředitelné vodou. Výroba – tavením křemenného písku se sodou nebo potaší. Technické sklo – přechlazený tuhý roztok Si O2 a některých dalších oxidů kovů. Podle toho se dělí na: Druhy technického skla 1) Sodno vápenaté (francouzské) – výroba lahví a tabulového skla 2) Draselno vápenaté (české) – tvrdé křišťálové, chemické nádobí 3) Draselno olovnaté (anglické) – měkké křišťálové, imitace drahokamů Výroba skla – Zahrnuje přípravu sklářského kmene, tavení a čeření skloviny. Sklářský kmen – směs sklářských surovin rozemletých na prášek. V peci se roztaví a během tavení se sklovina čeří => Zbavuje se bublinek plynu. V závěru tavení se sklovina ochlazuje.

Zpracování skla 1) foukáním – duté sklo

27

2) 3) 4) 5)

tažením – ploché sklo, lze vytáhnout i tenké vlákno litím – velké tlusté výrobky , zrcadla lisováním – tlustostěnné výrobky (sklenice) válcováním– tlustostěnné výrobky – ploché sklo

Použití skla – 1) Žárovky, výbojky, elektronky, obrazovky 2) Skleněná vlákna – tažením (obvykle boritokřemičitá skla) – tkaniny, světlovody 3) Svítidla – sklo musí splňovat různé světelné požadavky

Elektroizolační skla Slitiny submikroskopických krystalů, vznikají z taveniny bez průchodu do krystalického tvaru (přechlazený roztok). Výhoda skel: dobré technologické vlastnosti

3.5 Organické izolanty Organické izolanty Stále více používané v elektrotechnice – stále nové druhy plastů. Dříve se používaly jen přírodní organické izolační materiály – dřevo, přírodní vlákna, vosky. Třídění Podle vzniku: – organické izolační přírodní – organické izolační na bázi přírodních látek - organické izolační syntetické - plasty Podle skupenství: – pevné - kapalné

Pevné organické přírodní izolanty Dřevo – důležitá průmyslová surovina. Je tvořeno soustavou buněk, jejichž rozmnožováním dřevina roste. Chemicky složité – podstatnou část tvoří celulóza neboli buničina. (bezbarvá látka velké molekulární váhy). Dřeva dělíme podle původu – dřeva stromů listnatých a jehličnatých. podle pevnosti – měkké, středně tvrdé, tvrdé měkké – lípa, smrk, jedle tvrdé – buk, dub, ořech, borovice, modřín Dřevo posuzujeme podle jeho pevnosti. Pevnost se zlepší slepením dýh (léta křížem) – překližky. Ke zvláštním účelům se vyrábí i dřevo lisované – lignoston a lignofon. Dřevo je pro svůj obsah vody v přírodním stavu nevhodné jako izolant. Pro elektrotechniku se musí vhodně upravit. Celulózová vlákna Papír – K výrobě papíru se používá dřevo. Ze dřeva se vyrobí buničina a ta je nezbytnou součástí pro výrobu papíru. Výroba – kulatina se roztřepí a louhuje (většinou louh sodný) a vytváří se buničina. Ta se usuší => papírovina. Dalším hlazením – papír (přidávání plnidel a klížidel). Použití pro elektrotechniku – dielektrikum svitkových kondenzátorů, izolace žil silových

28

i sdělovacích kabelů, izolace vinutí transformátorů. Polární izolant, pevnost asi 3 MV . m –1 , impregnací papíru se zvýší až 10 – násobně. Impregnací nebo chemickou úpravou se zvyšuje odolnost proti navlhání, neboť papír má přijatelné vlastnosti jen ve vysušeném stavu. Lepenka – Slisováním několika vrstev papíroviny. Lepenka – obyčejná, lesklá, drážková, transformátorová. Liší se mechanickou a elektrickou pevností. Fíbr – navrstvením papíru a napuštěním chloridy (zinečnatý). Za tepla se lisuje. Výborné mechanické vlastnosti. Přírodní vlákna, tkaniny – hedvábí, bavlna, juta, len mají v elektrotechnice dodnes své uplatnění. Bavlněné nitě se používají k opřádání a oplétání vodičů. Vrstvené tvrzené materiály – plnivo a pojivo. Impregnačním pojivem je vhodná reaktoplastická pryskyřice. Po slisování se vytvrzuje. Kartity – plnivem je papír, pojivem fenolformaldehydová pryskyřice. Textity – plnivem je tkanina buď organického nebo anorganického původu. Textity s organickými vlákny (bavlna) mají jako pojivo fenolformaldehydové pryskyřice. Textity s anorganickými vlákny (skleněná příze) se nazývají sklotextity mají jako pojivo převážně epoxidy, polyestery nebo silikony. Přírodní kaučuk Vysokomolekulární látka obsažená ve šťávě tropických stromů. Této šťávě se říká latex. Latex obsahuje 30 – 40 % kaučuku. Vulkanizace kaučuku – při teplotě nad 130 oC. Podle množství přidané síry vzniká: Pryž měkká– izolace vodičů, těsnění Pryž tvrdá– nazývaná ebonit - dobrý elektroizolační materiál Druhy kaučuku Krepa – po zbavení vody prášek. Ten prochází mezi vyhřívanými válci => bílý pás. Gutaperča – podobá se kaučuku. Získává se ze stromů gutaperčovníků. Je méně pružná než kaučuk, ale je pevnější, méně navlhavá a odolnější proti chemikáliím. Použití – k zalévání podmořských kabelů. Paraguta – směs přírodního kaučuku a gutaperči. Přírodní kaučuk nepodržuje dlouho své vlastnosti. Proto se přeměňuje na pryž. Vyrábí se vulkanizací.

Organické Izolanty Polymerační látky Polymery se skládají z makromolekul. K polymeračním hmotám patří hmoty polyvinylové, polystyrenové a polymery metylesterů. Nejdůležitější plastickou hmotou je PVC.

Termoplasty Působením tepla jsou vždy znovu plastické. Tato skupina látek se zpracovává vstřikováním, vyfukováním nebo odléváním na součásti. Vytlačováním na fólie a desky. Z některých typů se vyrábějí odlévací látky, laky a lepidla. Polární termoplasty mají podstatně horší elektrické vlastnosti než nepolární. Základní vlastnosti některých jsou uvedeny dále: Polystyrén - nepolární, vyrábí se více druhů: normální, houževnatý a další. Vyrábíme z něj součástky pro vf techniku, izolace pro vf vodiče a koaxiály. Folie - styroflex. Pro obalové účely pěnový polystyrén v němž nadouvadlo vytváří jemnou strukturu dutin. Nedostatek: křehkost, hořlavost a nízká pracovní teplota (t = 65-80 oC). Polyetylén -Ve sdělovací i v silnoproudé technice na izolaci vodičů a kabelů. Elektrická pevnost závisí na tloušťce. Vlastnosti se nemění při navlhnutí => izolace kabelů uložených ve vodě. (Vysokotlaký, nízkotlaký, pěnový, zesíťovaný). Polymetylmetakrylát (organické sklo) - proti polystyrénu má větší teplotní odolnost. Odlévací látky – Dentakryl. Polyamidy - dobré mechanické vlastnosti (ozubená kola). Mají velkou navlhavost, proto se používají jako izolace do suchého prostředí. Na této bázi se vyrábějí elektroizolační laky na vodiče.

29

Polyformaldehyd - velmi dobré elektrické i mechanické vlastnosti a chemickou odolnost. Použití ve VF technice. Polyvinylchlorid (PVC) Polymer vinilchloridu (bezbarvý plyn) – směs acetylénu a chlorovodíku. Polymerace se provádí pod tlakem za tepla s působením katalyzátorů. (Látky, které usnadňují nebo umožňují reakci, ale samy se jí neúčastní). Vzniká práškový PVC – bílý. Tento prášek měkne při 80o C. Přidává se plnivo – vápenec, kaolín, textilní vlákna a jiné sloučeniny. - nejrozšířenější – náhrada za pryž. V silnoproudé technice , izolace kabelů a vodičů. Výrobky: tvrdý PVC – novodur – tyče, trubky, fólie, desky. měkký PVC – novoplast – musí se přidávat změkčovadla => pasta PVC. Výrobky jsou bílé. Oba druhy slouží k izolaci vodičů. Nevýhoda: měkne při 75 o C. Polytetrafluóretylén (teflon) - do teploty 210 oC. Odolává většině chemikálií, Je nenasákavý. Většímu rozšíření brání cena a obtížné zpracování. Používá se na náročné účely, např. izolace vodičů a VF kabelů a na tvarové součástky pro VF techniku.

Reaktoplasty (Termosety ) Působením tepla dojde k vytvrzení. Fenolformaldehydové pryskyřice (fenoplasty) – bakelit – laky , lepidla. Epoxidové pryskyřice dobré el. vlastnosti, velká mechanická pevnost, odolnost proti vlhkosti. Použití při výrobě plošných spojů Elastomery Mají v širokém rozsahu teplot velkou pružnost. Působením vnějších sil vznikají velké deformace, které však zanikají, přestanou-li síly působit. Kaučuk - upravuje se pomocí vulkanizačního činidla => pryž - izolace vodičů, kabelů u kterých je potřeba velká ohebnost a pevnost a odolnost proti otěru. Termoplastické kaučuky – nové druhy – mají vlastnosti termoplastů a elastomerů - při výrobě odpadá vulkanizace. Silikony- dobré elektroizolační vlastnosti, tepelná odolnost, odolnost proti záření a navlhavosti. Nevýhoda: vysoká cena, malá mechanická pevnost, špatná přilnavost k jiným materiálům. Vláknité izolanty Papír - průmyslově vyráběno mnoho druhů. V názvu je obvykle obsažen účel: kabelový, kondenzátorový, . . .

3.6

Typy a výroba kondenzátorů

Technologie výroby kondenzátorů Rozdělení: a) podle materiálu dielektrika – papírové, slídové, keramické, plastové, vzduchové, nekovové em je vrstva oxidu kovu, která je vytvořena na jedné elektrodě – anodě – b) podle materiálu elektrod - elektrolytické c) podle konstrukce – pevné (svitkové, trubičkové, diskové, . . . ) - proměnné (otočné, dolaďovací)

30

Výroba a vlastnosti neproměnných kondenzátorů Papírové kondenzátory Elektolyty – z Al fólie Papírové kondenzátory se vyrábějí ve tvaru svitku – 2 kovové fólie proložené papírem. Obr. 20 Kondenzátor keramický

Obr. 21 Kondenzátor - řez

Po navinutí se svitky suší a impregnují ve vakuových zařízeních. ( K impregnaci používáme minerální oleje a syntetické kapalné izolátory). Pouzdří se vložením svitku do kovového pouzdra. Použití: tam, kde není nutná velká stabilita, přesnost a malý ztrátový činitel. kondenzátory s metalizovaným papírem (MP) Dielektrikem je papír. Elektrody nejsou z kovové fólie, ale z vrstvy napařené ve vakuu na jednu (nalakovanou) stranu kondenzátorového papíru. Pokovuje se Al nebo Zn, potom se svinou. Zase se suší, impregnují a vkládají do pouzdra. Slídové kondenzátory Dielektrikem jsou lístky muskovitu. Elektrodami jsou kovové fólie nebo vrstvy kovu nanesené přímo na dielektrikum. Použití: ve sdělovací a měřící technice.

Obr. 22 Kondenzátor elektrolytický - princip

31

1 – anoda – Al fólie 2 – dielektrikum – vrstva oxidu vytvořená na povrchu kovu 3 – katoda - elektrolyt 4 – nosič elektrolytu - papír 5 – přívod ke katodě – Al fólie I katoda musí mít odpovídající plochu a musí zachovávat tvar povrchu anody. Obr. 23 Kondenzátor elektrolytický s hliníkovou elektrodou

1 – vývod anody 2 – anodový trn 3 – těsnící zátka - pryž 4 – svar katodového vývodního pásku s pouzdrem 5 – svitek kondenzátoru 6 – pouzdro Al 7 – izolační podložka 8 – vývod katody

Obr. 24 Svitek

32

Obr. 25 Svitek s normální a s omezenou indukčností

Otočné kondenzátory Otočné (ladící) umožňují plynule měnit kapacitu (C). Dielektrikem je většinou vzduch nebo plastová fólie. Svazek deset (rotor) je připevněn na otočné ose a zasouvá se do pevného systému desek (stator). Úhel natočení rotoru je až 180 o. => Nastavení libovolné kapacity od počáteční do konečné polohy. Požadavky na vlastnosti: mechanická stabilita, odolnost proti teplotě a vlhkosti, napěťová odolnost, velký izolační odpor, malá počáteční kapacita. Dolaďovací kondenzátory (trimry) Umožňují jednorázové počáteční nastavení kapacity (C). Nastavitelná část - rotor, pevná – stator. Vzduchové, keramické, skleněné. U vzduchového se otáčením rotoru do sebe zasouvají soustředné válce. U skleněného – mosazný píst se zasouvá do skleněné trubky. Elektrolytické kondenzátory Dielektrikem je vrstva oxidu kovu, která je vytvořena na jedné elektrodě – anodě – kondenzátoru. Druhou elektrodu – katodu - tvoří elektrolyt. Dielektrikum vzniká elektrochemickou oxidací, tzv. formátováním kovu ( Hliník-Al, Tantal-Ta, Titan-Ti, nebo Niob - Nb), z něhož je zhotovena anoda. Oxidy těchto kovů jsou dobré izolanty ( εr Al2O3=10, Ta2O5=30, TiO2=110, Nb2O5=200). Vrstva oxidu vede proud jedním směrem =>projevuje se usměrňovací účinek => nutno dodržovat polaritu elektrod.

Hliníková anoda je ve tvaru fólie, tantalová ve tvaru válce, vyrobeného slisováním a spékáním tantalového prášku.

4. 4.1

Vodiče a kabely Rozdělení a typy vodičů

33

Vodiče a kabely

Jádra vodičů a kabelů Materiály pro jádra. A) Elektovodná měď – válcování, lisování nebo lití. - Válcování za tepla. Povrchová vrstva se znehodnocuje. Možno mechanicky loupat nebo frézovat. - Lisování za tepla – lisy pro vytlačování mědi. Vylisované jádro má lepší povrch než válcované. - Lití – kombinovaný pochod souvislého lití a válcování. Válcované nebo průměrů Drát tvrdne, zvýšení pevnosti, zmenšení tažnosti a elektrické vodivosti. - Tažení – protahování drátu průvlaky. Hrubotahy z průměru 10 mm na 2-3, středotahy na do průměru 0,5 mm, jemnotahy o průměru 0,03 mm.

Obr. 26 Průvlak

Jádra průvlaků větších průměrů jsou ze slitinových ocelí, menších z diamantu. Při tažení se zahřívají, Chlazení průvlaků větších průměrů olejem, menších průměrů emulzí vody a řepkového oleje. B) Elektovodný hliník. Jádro se vyrábí válcováním, lisováním nebo litím. C) Ocel – Ocelové jádro má pocínovaný nebo v ohni pozinkovaný povrch. D) Ocel – hliník (AlFe). Duši tvoří ocelové lano, vnější plášť hliníkové lano (pevnost a vodivost). E) Bronz F) Slitiny hliníku G) Odporové materiály

Druhy jader vodičů a kabelů - Plné jádro – drát, pás, sektorový drát. (Průřez kulatý, pravoúhlý, kruhová výseč). Též jádra trubková a tvaru U. - Složené jádro – lanko nebo leonské jádro. Lanko je stočeno z většího počtu drátků. Leonské jádro je stočeno z leonských vláken – tenké úzké pásky mědi stočené kolem nosného organického vlákna. Jádra vodičů větších průměrů jsou málo ohebná, proto bývají v podobě lan. Lano je soustava drátů, které jsou stočeny do vrstev nad sebou. Ohebnost lana závisí na počtu drátů v laně, a na délce skrutu jednotlivých vrstev. (Skrut – osová délka jednoho úplného závitu). Čím je více drátů a kratší skrut, tím je lano ohebnější. Obr. 27 Druhy jader

34

Způsob, kterým se dráty stáčejí do lan se nazývá lanování. Nejjednodušší – pravidelné lanování: 1 drát ve středu, kolem 6, každá další vrstva +6. V jednotlivých vrstvách se střídá pravý a levý smysl skrutu a jeho délka. Vodiče pro holá vedení Použití pro venkovní energetická a sdělovací vedení, rozvodny(sběrnice), pro trolejová vedení apod. Přímý vliv povětrnosti, tepelná roztažnost- napětí, námraza. Vodiče pro energetická vedení Venkovní energetická vedení. Dráty jsou plná nebo dutá lana, svazkové vodiče. Dráty se používají pouze pro nízká napětí – 230/400 V. Při stejném průřezu mají dutá lana menší indukčnost než plná. Svazkový vodič pro jednu fázi vedení VVN bývá tvořen dvěma až třemi vodiči, vzdálenými od sebe 0,3 až 0,5 m. (Omezení indukčnosti vedení). U VVN se používají 3 vodiče pro zvětšení efektivního poloměru a tím snížení intenzity pole (nebezpečí korony). Vodiče pro sdělovací vedení Venkovní většinou holé vodiče. Souhrn vodičů v daném úseku, sloužící k vytvoření jednoho spoje, vytváří u dálkových vedení okruh. Jeden okruh zahrnuje spojení směrem tam i zpět. Rozlišuje se: Okruh dvouvodičový – oba směry přenosu. Okruh čtyřvodičový – rozdělené směry přenosu. Okruh kmenový a sdružený – fantom, sdružený dvojitě superfantom. Obr. 28 Fantómový okruh Ve kmenových vedeních se signál indukuje jen přímo do kmenového vedení. Fantómový okruh rozdělí signál do středů kmenových vinutí. Protože odbočka je v prostředku, indukční pole se vzájemně vyruší a do kmenových vedení se nepřenese nic. Na konci okruhu je situace obdobná. Jedno kmenové vedení slouží tedy jako jeden vodič pro fantómový okruh.

35

Koaxiální kabely Dva souosé vodiče. Obr. Obrázek – elektrostatické pole mezi dvěma souosými válci. + řez. Indukce D = Q/S = Q / 2π r l Intenzita el. pole E = D/ εrε0 = Q/ εrε0 2π r l Kapacita C = 2π εrε0 l / ln(r2/r1) Impedance Z = Intenzita el. pole E je v různých místech různá – pole je nehomogenní (radiální). Indukční čáry vystupují kolmo z vnitřního válce a vstupují do vnějšího. Indukce D je také nehomogenní. Vodiče pro rozvodná vedení Holé vodiče z mědi nebo hliníku v různých tvarech. Ploché vodiče i nad 200 A, kruhového průřezu až do 600 A. Trubkové vodiče jsou vhodné pro napětí vyšší než 35 kV. Profilové vodiče tvaru U se hodí pro největší proudová a mechanická namáhání.

Str 310 Vodiče pro trolejová vedení Jsou opatřeny dvěma výřezy pro trolejovou svorkou. Pro úsporu mědi se vyrábějí také s ocelovou duší a měděným pláštěm. Obr. 29 Vodič pro trolejová vedení

Izolované vodiče Dělíme na : - vodiče pro vinutí - silové vodiče - sdělovací vodiče - vodiče pro zvláštní úkoly

36

Izolace vodičů Materiál pro izolaci musí mít velké průrazné napětí, velký izolační odpor, velkou teplotní odolnost, dobré mechanické vlastnosti, odolnost proti vlhkosti a dalším vlivům prostředí. Izolace může bát jednoduchá nebo složená (z různých látek). Izolace vodičů pro vinutí a) laková – vypalovaný lak b) vláknitá – z vláken organických (bavlna, hedvábí) nebo anorganických (azbest skelná příze). Buď opředení – ovíjená příze, (dvojité opletení – dvě vrstvy v opačných směrech), nebo opletení – křížové pletivo. c) papírová – ovinutím papírové pásky kolej jádra. Překrytí kladné – přesah, nebo záporné – mezera. d) slídová – páska na ovinutí rovných částí tyčí i s čely velkých strojů pro vyšší napětí e) fóliová – tenké fólie. Zajištění buď lepícím lakem nebo slinutím teplem f) pryžová – lisováním za studena (tzv. obkládáním) g) jiná – další vhodné materiály: sklo – mikrodráty, keramika – tepelná zařízení, oxid hlinitý

Izolace vodičů silových Tabulka 3: Značení silových vodičů První písmeno značky udává materiál jádra A – hliník C – měď Druhé písmeno značky udává materiál izolačního obalu B – kaučukový vulkanizát se zvýšenou teplotní odolností G – kaučukový vulkanizát běžný typ H – vulkanizát z etylénpropylénpvého kaučuku M – polyvinylchlorid se zvýšenou odolností proti mrazu O – vláknina textilní, opletení, páska apod. Q – polyvinylchlorid se zvýšenou teplotní odolností S – vulkanizát ze silikonového kaučuku V – kopolymer tetrafluoretyléna s hexafluorpropylénem Y – polyvinylchlorid běžný typ Třetí písmeno se používá k rozlišení jednotlivých typů vodičů, které mají jednotlivé konstrukční prvky zhotoveny ze stejného materiálu, ale liší se použitím, vlastnostmi apod. D – důlní vodič V – vlečný vodič Z – svařovací vodič X – výtahový vodič M – můstkový vodič H – plochá šňůra L - lehká šňůra S – střední šňůra T – těžká šňůra A – kulatý vodič R - vodič se složený jádrem (lanovaným) Y – vodič s dvojitou izolací Čtvrté písmeno vyznačuje materiál pláště, popřípadě některého dalšího obalu. V případě, že vodič má mimo pláště další obaly, zvolí se do značky materiál toho obalu, který je z hlediska vlastností a použivatelnosti nejvýznačnější. B – kaučukový vulkanizát se zvýšenou teplotní odolností F – kov (opletení nebo ovinutí drátem, popř. páskem) G – kaučukový vulkanizát běžný typ H – vulkanizát z etylénpropylénpvého kaučuku

37

M – polyvinylchlorid se zvýšenou odolností proti mrazu O – vláknina textilní, opletení, páska apod. Q – polyvinylchlorid se zvýšenou teplotní odolností S – vulkanizát ze silikonového kaučuku U – vulkanizát ze chloroprenového kaučuku V – kopolymer tetrafluoretyléna s hexafluorpropylénem Y – polyvinylchlorid běžný typ Silové vodiče pro pohyblivé přívody (šňůry) Šňůry jsou ohebné vodiče určené k připojení pohyblivých drobných spotřebičů, strojů, k ovládacím obvodům výtahů nebo jeřábů nebo pro důlní lampy. Vyrábějí se většinou jako vícežilové. Jádra jsou lanovaná z drátů malého průměru, izolace obvykle z pryže nebo polyvinylchloridu. Těžké šňůry mívají hadici, která vytváří celistvý, ohebný, ochranný obal z pryže nebo vhodné syntetické látky. Nalisované zástrčky – FLEXO – šňůry. Str 317

Sdělovací vodiče Do skupiny sdělovacích vodičů patří propojovací vodiče, sdělovací šňůry a izolované vodiče pro pro nadzemní vedení. propojovací vodiče – jsou určené pro spoje v elektrických sdělovacích přístrojích a zařízeních. Jádra tvoří dráty nebo lanka z měkké mědi. Jmenovité průřezy plných jader jsou v rozmezí 0,3 až 1,8 mm2. Jmenovité průřezy složených jsou v rozmezí 0,05 až 4 mm2. Méně často jsou jádra z pozinkované oceli. Izolace jádra je z pryže, měkčeného polyvinylchloridu nebo z vláken. Dalším obalem u propojovacích vodičů může být stínění, plášť nebo vnější obal. Stínění je vytvořeno opletením nebo opředením z měkkých měděných drátů průměru 0.1 mm nebo ovinutím hliníkovou fólií. Plášť je z měkčeného polyvinylchloridu. Vnější obal tvoří textilní opletení, které může být lakováno. sdělovací šňůry – se používají k připojování, spojování a propojování sdělovacích přístrojů a zařízení. Jádro žíly sdělovací šňůry je tvořeno lankem, stočeným z 19-ti měděných drátků průměru 0.1 mm, nebo je tvořeno leonským vláknem, sestávajícím z tenkého a úzkého pásku mědi, ovinutého okolo nosného organického vlákna. Izolace jader je vláknitá (acetátové hedvábí), dále je pryž, polyetylén nebo měkčený polyvinylchlorid. Šňůry mívají obvykle několik žil, které se rozlišují barevně. sdělovacích vodičů pro nadzemní vedení – Jádro je z ocelového pozinkovaného drátu, bronzu nebo slitiny hliníku. Izolace je měkčený polyvinylchlorid. Vodiče pro zvláštní účely Zde uvedeme pouze příklady : SYTF- jádro z měděného pocínovaného lana. Izolační obal je ze silikonového kaučuku a z měkčeného polyvinylchloridu se zvýšenou teplotní odolností. Stínění je z měděných pocínovaných drátků. Vodič se používá pro žhavící smyčky vysokonapěťových usměrňovacích elektronek. Cu-Ko KXK – je termočlánkový vodič pro teploty do 400 oC. Skládá se jádra měděného a jádra konstantanového. Každé jádro je opředeno skleněným vláknem ve dvou protisměrných vrstvách. Žíly jsou navzájem stočené a společně opředené skleněným hedvábím. REVFY – vysokonapěťový vodič má polovodivé jádro ze silikonové pryže nastříkané na nosné skelné tkanině, polyetylénovou izolaci, opletení z holých měděných drátků a plášť z měkčeného polyvinylchloridu. Jmenovité napětí je 100 kV. Používá se pro elektrostatická nanášecí zařízení.

Silové kabely Silové kabely jsou určeny k přenosu k přenosu a rozvodu elektrické energie. Podle provozního napětí rozeznáváme silové kabely nízkonapěťové (750 V a 1 kV), vysokonapěťové (6, 10, 22, 35 kV) a pro velmi vysoké napětí (110, 220, 400 kV). Silové kabely do napětí 35 kV se dělí podle izolace na: - kabely s napuštěnou papírovou izolací a kovovým pláštěm - celoplastové kabely - kabely s pryžovou izolací a pláštěm z olova, chloroprenového kaučuku nebo z polyvinylchloridu

38

Dále se mohou silové kabely dělit podle počtu žil, podle materiálu jader, podle druhu obalu nad pláštěm. Označení je dle následující tabulky. Tabulka 4: Značení silových kabelů První písmeno značky udává materiál jádra A – hliník C – měď Druhé písmeno značky udává materiál izolace na jádrech N – napuštěný papír „normální“ (impregnační látka tvořená směsí kabelového oleje a 25 % Pryskyřice, vyplňuje všechny mezery i v izolaci, pozvolna však vytéká i při normální Teplotě. M – napuštěný papír „nemigrující“ (z nemigrující izolace nesmí vytékat impregnační látka při nižší teplotě, než je stanoveno v normě) Y – měkčený polyvinylchlorid G – kaučukový vulkanizát E – polyetylén X – polystyrén zesítěný H – vulkanizát z etylénpropylénpvého kaučuku B – vulkanizát z butylkaučuku Třetí písmeno charakterizuje kabely K – kabel Čtvrté písmeno udává materiál pláště A – hliník O – olovo Q – slitina olova ( legované olovo) Y – měkčený polyvinylchlorid Před písmenem označujícím materiál pláště se uvede písmeno: T – když jsou žíly s kovovým stíněním nebo kovovým pláštěm a jsou ve společném obalu R – když jsou žíly s kovovým stíněním nebo kovovým pláštěm a mají obal (nekovový plášť) na každé žíle S – když jsou nestíněné žíly a mají společné stínění a nad ním obal Další písmena udávají obaly nad pláštěm, popř. nad stíněním v pořadí jak jsou v konstrukci od středu kabelu, popř. další potřebné rozlišovací informace V – vláknitý obal B – navíjený protikorozní obal Y – vytlačovaný souvislý obal z polyvinylchloridu P – pancíř z ocelových pásek P – pancíř z ocelových drátů Z – pancíř ve zvláštním provedení L – závěsné kabely, nosný prvek je součástí duše kabelu K – ve zvláštním provedení L – závěsné kabely, nosný prvek není součástí duše kabelu Jmenovité průřezy jader kabelů jsou v rozsahu 1,5 až 500 mm2. Jádra všech žil kabelu mají obvykle stejný jmenovitý průřez. Výjimkou je čtvrtá žíla kabelů 1 kV sloužící jako ochranný vodič. Může mít jádro menšího průřezu než ostatní žíly. Jádra průřezů do 16 mm2 jsou vždy jednodrátová kruhová, jádra průřezů nad 16 mm2 bývají sektorová nebo kruhová.

Silové kabely s napuštěnou papírovou izolací a kovovým pláštěm Silový kabel tohoto provedení se skládá z jádra a jeho izolace, z obvodové izolace, z pláště a obalů nad pláštěm. Vyrábí se pro napětí 1, 6, 10, 22 a 35 kV.

39

Měděná nebo hliníková jádra pro napětí 1, 6 a 10 kV mají průřez ve tvaru výseče, pro napětí 22 a 35 kV jsou lanovaná kruhová. Kruhová jádra jsou výhodnější z hlediska prostorového uspořádání elektrického pole a elektrického namáhání papírové izolace.

40

Použitá literatura: Elektrotechnilogie I– Maly, Simerský, SNTL Praha 1990 Elektrotechnilogie I– Simerský, Křenek SNTL Praha 1980 Elektrotechnilogie – Maly, Simerský, SNTL Praha 1980 Matematicko fyzikální tabulky. Internet Zpracoval Dušánek 9.2002- zatím 04.2005. pracovní verze.

SEZNAM OBRÁZKŮ: Obr. 1 – a,b,c vazby kovová, iontová, kovalentní Obr. 2 Schéma energetických hladin a podhladin samostatného atomu Obr. 3 Pásový energetický model Obr. 4 Supravodivost – závislost na teplotě a magnetické indukci Obr. 5 Kryovodivost Hliník, Berylium Obr. 6 Termočlánek. Obr. 7 Pevnost v tahu Obr. 8 Závislost meze pevnosti v tahu na množství poruch v krystalové mřížce Obr. 9 Schematické znázornění struktury kovu - drátový model Obr. 10 Krystalová buňka kovu Obr. 11 Dvojkovy a, b , c-pásek, d-kotouč, e-spirála Obr. 12 Náhradní zapojení rezistoru Obr. 13 Vrstvový rezistor Obr. 14 Nepolární a polární molekuly Obr. 15 Mřížka izolantu v elektrickém poli Obr. 16 Elektrické pole v izolantu a okolí Obr. 17 Závislost polarizace na intenzitě elektrického pole Obr. 18 Doménová struktura feroelektrických látek a,b Obr. 19 Dielektrické ztráty Obr. 20 Kondenzátor keramický Obr. 21 Kondenzátor - řez Obr. 22 Kondenzátor elektrolytický - princip Obr. 23 Kondenzátor elektrolytický s hliníkovou elektrodou Obr. 24 Svitek Obr. 25 Svitek s normální a omez. indukčností Obr. 26 Průvlak Obr. 27 Jádra Obr. 28 Fantomní okruh Obr. 29 Trolej

str 2 str 3 str 4 str 5 str 5 str 6 str 7 str 10 str 11 str 11 str 15 str 19 str 19 str 20 str 21 str 22 str 22 str 22 str 24 str 30 str 30 str 31 str 31 str 32 str 32 str 34 str 34 str 34 str 35

41

OBSAH 1. 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.5.6 1.5.7 1.5.8 1.5.9 1.5.10 1.5.11 1.5.12 1.5.13 1.5.14 1.5.15 1.5.16 1.5.17 1.5.18 1.6 2. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4. 4.1

Úvod Stavba hmoty Osnova předmětu Molekuly a vazby mezi atomy Energie elektronu a pásový model Vlastnosti elektrotechnických materiálů Elektrický odpor Závislost elektrického odporu na teplotě Supravodivost Kryovodivost Termoelektrické vlastnosti Vnitřní rezistivita a povrchová rezistivita Teplotní součinitel délkové roztažnosti [ K –1 ] Měrná tepelná vodivost λ Měrná tepelná vodivost α Měrná tepelná vodivost c Permitivita izolantu Činitel dielektrických ztrát Elektrická pevnost Ep Mechanické vlastnosti Odolnost za tepla (Martens, Vicat) Pevnost v tahu δPt a tlaku δPd Tvrdost Viskozita Navlhavost a nasákavost Parametry a jejich určování Vodivé materiály Základní vlastnosti a rozdělení Měď a její slitiny Hliník a jeho slitiny Rozdělení kovů Ohybové dvojkovy Odporové materiály Elektrotechnický uhlík Materiály na pojistky, kontakty a pájky Typy a výroba rezistorů Izolanty a dielektrika Vlastnosti a rozdělení Polarizace Dielektrické ztráty, permitivita, elektrická pevnost Anorganické izolanty Organické izolanty Typy a výroba kondenzátorů Vodiče a kabely Rozdělení a typy kabelů

2 2 2 2 4 5 5 6 6 6 7 8 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 11 13 13 14 14 15 16 17 17 18 21 21 21 25 26 29 31 34 34

42