Меню

Как фарфор проводит электрический ток

Как фарфор проводит электрический ток

§ 8. Проводники и диэлектрики

Перемещение электронов в определенном направлении и возникновение электрического тока возможно не во всех материалах. Так, если соединить палочкой из резины, фарфора или стекла два электроскопа, заряженных разноименными электрическими зарядами, то заряды на шарах электроскопов сохраняются и листочки электроскопов не опустятся. Это объясняется тем, что в таких материалах, как, например, фарфор, резина, мрамор, слюда, свободных электронов практически нет, а все имеющиеся электроны прочно связаны с ядром. Поэтому электрические поля зарядов не могут вызвать перемещения электронов в определенном направлении и по таким материалам электрический ток не проходит. Эти материалы называются непроводниками — диэлектриками.
К диэлектрикам относятся воздух, газы, а также слюда, мрамор, пластмасса, лаки и эмали, электрофарфор, лако-ткани, стекловолокно и многие другие материалы.
Если же эти заряженные электроскопы соединить металлической проволокой, то заряды на шарах электроскопов исчезнут и их листочки опустятся. Это связано с тем, что в металлах много свободных электронов и под действием сил электрического поля происходит перемещение электрических зарядов с шара, имеющего избыток электронов («—»), к шару с недостатком электронов («+»), и по металлу будет протекать электрический ток.
Материалы, проводящие электрический ток, называются проводниками. К ним относятся металлы, растворы солей, кислот и щелочей.
Описание полупроводников приведено в главе XIV.

Источник

Учебники

Разделы физики

Журнал «Квант»

Лауреаты премий по физике

Общие

SA. Проводники и диэлектрики

Содержание

Проводники в электростатическом поле

Проводниками являются металлы, электролиты (растворы, проводящие ток) плазма. В металлах носителями зарядов являются свободные электроны, в электролитах – положительные и отрицательные ионы, в плазме – свободные электроны и ионы.

У большинства металлов практически каждый атом теряет электрон и становится положительным ионом. Например, у меди в 1 м 3 свободных электронов 10 29 . Свободные электроны в металлах находятся в непрерывном беспорядочном движении. Скорость такого движения примерно равна 10 5 м/с (100 км/с).

Не смотря на наличие внутри тела зарядов (свободных электронов и ионов), электрического поля внутри проводника нет. Отдельные заряженные частицы создают микроскопические поля. Но эти поля внутри проводника в среднем компенсируют друг друга (рис. 1).

  • Если бы это условие не выполнялось, то свободные заряды, под действием кулоновских сил, пришли бы в движение. Они двигались бы до тех пор, пока действующая на них сила не обратилась бы в нуль.

Поместим незаряженный проводник, например, металл, в однородное электростатическое поле с напряженностью \(

\vec E_0\). На свободные электроны начинают действовать электрические силы \(\vec F\), под действием которых электроны приходят в движение (рис. 2). Продолжая беспорядочное движение, электроны начинают смещаться в сторону действия силы (скорость смещения порядка 0,1 мм/с).

На одной поверхности проводника образуется область с недостатком электронов, на противоположной – с избытком электронов. Это приводит к появлению еще одного электрического поля с напряженностью \( \vec E_\) (рис. 3).

Общая напряженность \( \vec E\) электрического будет равна

\( \vec E = \vec E_0 + \vec E_, \;\; E = E_0 — E_.\)

Электрическая сила \(F\), действующая на свободные электроны с зарядом q:

По мере смещения электронов, заряд на поверхности увеличивается. Это приводит к увеличению напряженности \(E_\) и уменьшению общей напряженности \(E\) (т.к. \(E = E_0 — E_\)). И в какой-то момент напряженность \(E_\) становится равной напряженности внешнего поля \(E_0\), т.е. \(E_ = E_0\), и общая напряженность поля внутри проводника становится равной нулю.

Электрическая сила \(F\) в этот момент также становится равной нулю, электроны перестают смещаться, но беспорядочное движение не прекращается. На поверхности проводника остаются электрические заряды.

Явление возникновения электрических зарядов на поверхности проводника под воздействием электрического поля называется электростатической индукцией, а возникшие заряды – индуцированными.

  • Доля электронов, которые оказались на поверхности, очень мала. Например, если к медной пластинке толщиной в 1 см приложить напряжение в 1000 В, то эта доля составляет 10 –10 % от всех свободных электронов.

Каким бы способом ни был заряжен проводник, внутри него поле отсутствует. Это позволяет использовать заземленные полые проводники со сплошными или сетчатыми стенками для электростатической защиты от внешних электростатических полей. Так, например, для защиты военных складов, служащих для хранения взрывчатых веществ, от удара молнии их окружают заземленной проволочной сетью.

  • Впервые явление электростатической защиты было обнаружено М.Фарадеем в 1836 году. Он провел интересный опыт. Большая деревянная клетка была оклеена тонкими листами олова, изолирована от земли и сильно заряжена. В клетке находился сам Фарадей с очень чувствительным электроскопом. Несмотря на то, что при приближении к клетке тел, соединенных с землей, проскакивали искры, внутри клетки электрическое поле не обнаруживалось.

Диэлектрики в электростатическом поле

  • Диэлектрики (изоляторы) — это вещества, в которых практически отсутствуют свободные носители зарядов. Термин «диэлектрик» происходит от греческого слова dia — через, сквозь и английского слова electric — электрический. Этот термин ввел М. Фарадей в 1838 г. для обозначения веществ, в которые проникает электрическое поле.

Резкой границы между проводниками и диэлектриками нет, так как все вещества в той или иной степени способны проводить электрический ток. Но если в веществе свободных зарядов в 10 15 -10 20 раз меньше, чем в металлах, то в таких случаях слабой проводимостью вещества можно пренебречь и считать его идеальным диэлектриком.

Почти все заряженные частицы внутри диэлектрика связаны между собой и не способны передвигаться по объему тела. Они могут только незначительно смещаться относительно своих равновесных положений.

Диэлектриками являются все неионизированные газы, многие чистые жидкости (дистиллированная вода, масла, бензины) и твердые тела (пластмассы, стекла, керамика, кристаллы солей, сухая древесина).

Существуют полярные и неполярные диэлектрики.

Неполярный диэлектрик

Рассмотрим схему простейшего атома – атома водорода (рис. 4).

Положительный заряд атома, заряд его ядра, сосредоточен в центре атома. Вокруг ядра движется электрон со скоростью порядка 10 6 м/с и уже за 10 –9 с успевает совершить миллион оборотов. Поэтому орбиту электрона можно рассматривать как электронное облако, расположенное симметрично относительно ядра. Следовательно, даже за очень малый промежуток времени центр распределения отрицательного заряда приходится на середину атома, т.е. совпадает с положительно заряженным ядром.

  • Диэлектрики, состоящие из атомов и молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают, называются неполярными.

Примерами таких веществ являются одноатомные благородные (инертные) газы; газы, состоящие из симметричных двухатомных молекул (кислород, водород, азот); различные органические жидкости (масла, бензины); некоторые твердые тела (пластмассы).

Читайте также:  Увеличить силу тока зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

Поместим такой диэлектрик в однородное электростатическое поле с напряженностью \(\vec E_0\) .

На отрицательно и положительно заряженные частицы начинают действовать силы, направленные в противоположные стороны (рис. 5).

В результате молекула растягивается и происходит незначительное смещение центров положительного и отрицательного зарядов. Образуется система двух точечных зарядов q, равных по модулю и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии l друг от друга (рис. 6). Такую нейтральную в целом систему зарядов называют электрическим диполем. Электрический диполь создает электрическое поле напряженностью Едi, которая направлена против напряженности внешнего поля Е.

В диэлектрике, состоящем из множества таких диполей, с напряженность Едi, общая напряженность Е становится меньше напряженности внешнего поля Е (рис. 7).

Вследствие смещения зарядов на одной поверхности диэлектрика появляются преимущественно отрицательные заряды диполей, а на другой – положительные (рис. 8). Внутри любого объема диэлектрика суммарный электрический заряд молекул в этом объеме равен нулю.

  • Заряды, которые образуются на поверхности диэлектрика, помещенного в электрическое поле, называются связанными.
  • Смещение связанных положительных и отрицательных зарядов диэлектрика в противоположные стороны под действием приложенного внешнего электростатического поля называют поляризацией.
  • Поляризация диэлектрика, в результате которой происходит смещение электронных оболочек, называется электронной поляризацией.

Электронная поляризация происходит в атомах любого диэлектрика, помещенного в электрическое поле.

Полярный диэлектрик

Многие диэлектрики (H2O, H2S, NO2) образованы из молекул, каждая из которых является электрическим диполем и в отсутствии внешнего электрического поля. Такие молекулы и образованные ими диэлектрики называются полярными.

Например, молекула поваренной соли NaCl. При образовании молекулы единственный валентный электрон натрия захватывается хлором. Оба нейтральных атома превращаются в систему из двух ионов с зарядами противоположных знаков. Центр положительного заряда молекулы приходится на ион натрия (Na), а отрицательного – на ион хлора (Cl) (рис. 9).

При отсутствии внешнего поля молекулярные диполи из-за теплового движения расположены хаотично, поэтому их суммарный дипольный момент равен нулю.

Поместим полярный диэлектрик в однородное электростатическое поле с напряженностью \(\vec E_0\) . Со стороны этого поля на диполь будут действовать две силы, одинаковые по модулю и противоположные по направлению. Эти силы создают вращающий момент, стремящийся повернуть диполь так, чтобы его ось была направлена по линии напряженности поля (рис. 10). Но этому препятствует тепловое движение. В результате молекула поворачивается лишь частично (рис. 11).

Поворот электрических диполей приводит к появлению еще одного электрического поля с напряженностью Едi, которая направлена против напряженности внешнего поля Е. В таком диэлектрике общая напряженность Е становится меньше напряженности внешнего поля Е.

Вследствие поворота молекул на одной поверхности диэлектрика появляются преимущественно отрицательные заряды диполей, а на другой – положительные (см. рис. 11). Такие заряды называются связанные.

Внутри диэлектрика отрицательные и положительные заряды диполей компенсируют друг друга и средний электрический заряд диэлектрика равен нулю.

  • Такой механизм поляризации называется ориентационным.
  • Полная ориентация диполей (состояние насыщения) может быть достигнута лишь в сильных полях при температурах, близких к абсолютному нулю.
  • Для насыщение при комнатных температурах необходимы поля напряженностью 10 10 – 10 12 В/м. Но чаще всего, даже при значительно меньших напряженностях, наступает пробой диэлектрика.

У полярных диэлектриков, наряду с ориентационной поляризацией, наблюдается и электронная поляризация. Однако эффект ориентации диполей на несколько порядков превосходит эффект смещения зарядов, поэтому последним часто пренебрегают.

Диэлектрическая проницаемость

Таким образом, во всех диэлектриках, помещенных в электростатическое поле, происходит уменьшение напряженности этого поля. Степень ослабления поля зависит от свойств диэлектрика. Для характеристики электрических свойств диэлектриков вводится особая величина, называемая диэлектрической проницаемостью.

  • Диэлектрическая проницаемость ε — это физическая величина, равная отношению модуля напряженности электрического поля E в вакууме к модулю напряженности электростатического поля Ε внутри однородного диэлектрика

\(

Диэлектрическая проницаемость некоторых веществ приведены в таблице 1.

Диэлектрическая проницаемость

Вещество ε Вещество ε
Бензин 2,0 Масло 2,5
Вакуум, воздух 1,0 Парафин 2,0
Вода дистиллированная 81 Резина 4,5
Дерево сухое 2,9 Спирт 26
Капрон 4,3 Стекло 7,0
Керосин 2,1 Фарфор 5,6
Лед 70 Эбонит 3,1

В диэлектриках при расчете кулоновских сил, напряженностей и потенциалов полей необходимо учитывать ослабление электрического поля в ε раз. Например,

Источник

Как фарфор проводит электрический ток

Войти

Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal

  • Свежие записи
  • Архив
  • Друзья
  • Личная информация
  • Memories

Сверхпроводимость

Чудо сверхпроводимости (авт. Валерий Старощук)

Немного теории

Уже первые опыты с электричеством показали, что серебро, медь и алюминий хорошо проводят электрический ток, а фарфор, стекло, резина и шелк его практически не проводят. Соответственно, из первых материалов люди стали делать проводники, а из вторых – изоляцию для проводов и защиту от поражения электрическим током. На фото вы видите современный сетевой двужильный провод. Каждая жила состоит из семи медных проволочек заключенных в пластиковую изоляцию. Учитывая, что провод работает при опасном напряжении 220В, две изолированные жилы покрыты еще одним общим слоем пластиковой изоляции.

01

Когда по проводнику проходит электрический ток, он разогревается. Это свойство используют в нагревательных приборах, таких как утюг, чайник, в электробатареях, а также в лампах накаливания. На фото вы видите вольфрамовую нить, которая так разогрелась под действием тока, что начала излучать свет.

02

Сейчас все чаще применяют энергосберегающие люминесцентные лампы, но и в них есть маленькая нить накала для излучения электронов.

Если по проводнику идет ток, он не только нагревается, но и создает вокруг себя магнитное поле. Это свойство первым заметил и описал в 1820 году датский ученый Ганс Христиан Эрстед. На фото вы видите, как под действием магнитного поля железные опилки выстраиваются вокруг медного проводника с током.

03

Магнитное поле тока используют в работе электродвигателя, генератора и электромагнита.

Итак, если по проводнику идет ток, то энергия источника тока превращается в тепловую и энергию электромагнитного поля. Иногда это нужно и полезно, а иногда просто вредно. Например, зачем нам нагревание и магнитное поле провода, которым мы подключили утюг к розетке? Греются также провода, по которым электрический ток от электростанции идет к нашим домам. Чтобы уменьшить эти потери энергии, сопротивление проводника стараются сделать как можно меньше.

Так как электрическое сопротивление образца сильно зависит от материала, из которого он сделан, температуры и геометрических размеров, решили измерять удельное сопротивление, то есть сопротивление образца из данного материала длиной 1м, площадью поперечного сечения 1мм 2 при 20 0 С. Например, удельное сопротивление меди равно r = 0,0125 Ом·мм 2 /м. Это значит, что если вы возьмете проводник из меди (Cu) длинной 1 м и площадью сечения 1мм 2 , то его сопротивление электрическому току будет 0,0125 Ом. Сопротивление дает возможность узнать, какой ток пройдет по проводнику для данного напряжения. Например, если напряжение на концах нашего образца будет равно 0,1В, то через него пойдет ток I = U/R= 0,1/0,0125 = 8A. Для наглядности представим электроны в виде бегущих синих человечков.

Читайте также:  Резкая боль в ноге как будто ударяет током выше колена

04

Тогда при токе 8А за одну секунду их забежит в проводник 5·10 19 (50 миллиард миллиардов!). Это почти в 70 миллиардов раз больше, чем людей на планете Земля. Обратите внимание, что выбежит из проводника их за секунду столько же. Договорились, что направление тока определяют по движению положительно заряженных частиц. Но в металлах ток проводят отрицательные электроны, поэтому направление тока показано противоположно скорости электронов. В проводнике находятся положительные ионы меди, с которыми наши электроны-человечки играются, хватая руками. Ведь между отрицательными электронами и положительными ионами существуют силы притяжения. Забрать ион с собой человечку-электрону не удастся, так как ионы намного тяжелее электронов и крепко связаны силами между собой в кристаллической решетке. А вот раскачать ионы нашим «человечкам» будет под силу. При этом электроны теряют свою скорость, а значит и энергию движения, а проводник соответственно нагревается.

История открытия

05

Голландский ученый Хейке Камерлинг Оннес (Heike Kammerlingh Onnes) (на фото справа) решил первым в мире достичь в своих экспериментах абсолютный ноль по шкале Кельвина (примерно минус 273 градуса по Цельсию). Как вы знаете, в природе не существует температуры ниже. Сорокалетний ученый, используя свои связи с голландскими промышленниками в 1893 году начинает строительство в Лейденском университете одной из лучших лабораторий в мире, которую оснастил самым современным оборудованием. Первый успех пришел 10 июля 1908 года, когда удалось получить жидкий гелий при 5К (это минус 268 градусов Цельсия!). Через 2 года напряженного труда они получают температуру 1К! И тут ученый понимает, что это предел, который можно достичь на данном оборудовании, поэтому принимается решение изменить направление научной работы. Теперь все силы были направлены на изучение физических свойств разных материалов при низких температурах. Естественно, один из пунктов программы включал измерение удельного электрического сопротивления материала. Многие ученые того времени высказывали предположение, что при очень низких температурах металлы должны стать диэлектриками. Якобы свободные электроны настолько замедлят свое движение, что «приклеятся» к ионам и не смогут переносить электричество. Но физика – наука, прежде всего экспериментальная! Опыты Хейке Камерлинг Оннеса показали, что у платины с понижением температуры сопротивление не растет, а падает, и после 4К остается постоянным. Ученый сделал предположение, что сопротивление должно стремиться к нулю, потому что ионы прекращают колебательное движение и «не мешают» двигаться свободным электронам. Понимая, что в платине есть малые примеси, он решил проверить ртуть, самый очищенный металл, который у него был.

8 апреля 1911 года группа Хейке Камерлинг Оннес, с ассистентами Корнелисом Дорсманом (Cornelis Dorsman) и Гиллесом Хольстом (Gilles Holst) проверяли работу нового криостастата (устройство для поддержания низких температур в данном объеме). Сначала думали только заправить жидким гелием, но потом установили газовый термометр и два образца из золота и ртути, чтобы измерить их удельное сопротивление. Измерив сопротивление металлов при 4,3К, решили уменьшить давление в криостате над гелием. Гелий начал быстро испаряться, и температура упала до 3К. Эксперимент длился уже 9 часов! При повторном измерении сопротивление ртути оказалось равным нулю! Так была открыта сверхпроводимость!

На фото вы видите историческую запись ученого, сделанную в тот день. В рамку взята голландская фраза Kwik nagenoeg nul — «Сопротивление ртути практически нулевое» (3 К). Следующее предложение Herhaald met goud означает «Повторено с золотом».

06

Критическая температура перехода ртути в сверхпроводящее состояние в тот день не была определена, да такой задачи и не ставилось. Ее выяснили в следующем эксперименте, проведенном 11 мая. Камерлинг-Оннес тогда пришел к выводу, что ртуть делается сверхпроводником при охлаждении до 4,2 К.

07

В дальнейшем открытия пошли одно за другим. В 1912 году открыли еще два сверхпроводника – свинец и олово. В 1914 понимают, что сильное магнитное поле разрушает сверхпроводимость. В том же году проводят эффектный эксперимент со сверхпроводящим кольцом из свинца. В нем кратковременно индуцировали ток, а потом наблюдали его циркуляцию на протяжении нескольких часов без малейшего затухания. Само кольцо становится магнитом.

В 1919 году из Лейдена пришла весть, что сверхпроводниками становятся также таллий и уран.

Объяснение сверхпроводимости

Объяснить явление сверхпроводимости с точки зрения классической электродинамики невозможно. Только с развитием квантовой физики в 1957 году (спустя 46 лет после открытия!) три американских физика — Бардин, Купер и Шриффер, объяснили сверхпроводимость спариванием электронов, то есть образованием куперовских пар, которое осуществляется за счет обмена колебаниями кристаллической ячейки – фононами.

Чтобы понять, как образуются куперовские пары, рассмотрим очень упрощенную модель прохождения тока в сверхпроводнике.

Красными кружками обозначены положительные ионы кристаллической решетки.

08

Когда электрон А под действием электрического поля движется в пространстве решетки, он немного искривляет её. В результате концентрация положительных ионов за ним возрастает. Скопление положительных ионов притягивает отрицательный электрон В с силой F. В результате энергия, которую потратил электрон А на прохождение ионной кристаллической решетки, передается через колебания решетки электрону В. Получается, что электроны А и В связаны между собой через ионную решетку, образуют пару и вместе не тратят энергии при движении. Сопротивление току в этом случае равно нулю.

Применение сверхпроводников

Современная наука уже получила материалы, которые обладают сверхпроводимостью при 165К (минус 107 0 С). Если будут получены материалы обладающие сверхпроводимостью при комнатной температуре, это будет огромный скачок в развитии человечества. Ведь одну треть электроэнергии мы тратим во время её передачи от источника потребителю. Пока же сверхпроводники приходится охлаждать жидким азотом.

С другой стороны, без них уже трудно представить работу Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе, и строительство термоядерного реактора ITER в Кадараше.

Сверхпроводимость характеризуется также эффектом Мейснера, заключающемся в полном вытеснении магнитного поля из объема сверхпроводника. В результате образец, как видно на фото, зависает над магнитом.

Читайте также:  Чем переменный ток опаснее постоянного для организма

09

На основе этого явления уже созданы поезда на магнитной подушке, которые могут разгоняться до скорости 500 км/ч.

10

Мощные магниты на сверхпроводниках используют в медицине при создании томографов, использующем принцип ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). Сканирование тканей человека позволяет врачам увидеть на экране компьютера срез внутренностей, не оперируя больного. Такой метод позволяет быстро поставить правильный диагноз, а значит быстрее вылечить пациента.

Современная квантовая теория сверхпроводимости принципиально не ограничивает значение температуры, при которой наблюдается этот эффект. Значит дело за созданием новых материалов и соединений, которые, возможно, в скором будущем откроете вы.

Источник



Электроизоляционная аппаратная керамика — Электротехнический фарфор

Содержание материала

Электротехнический фарфор — наиболее старый и широко используемый в электротехнике керамический материал.
Несмотря на появление новых электроизоляционных материалов, в том числе и керамических, значение электрофарфора в отдельных отраслях электротехники, например в производстве высоковольтной аппаратуры и изоляторов, не только не снизилось, а наоборот, значительно возросло.
Существенное преимущество электрофарфора перед другими электрокерамическими материалами состоит в том, что он обладает рядом технологических свойств, необходимых для изготовления сложных по форме и крупных по размерам изделий, и имеет широкий температурный интервал спекания, позволяющий получить хорошую однородность изделий при обжиге в печах большого объема и сечения.
При этом следует отметить, что с освоением новых более высоких напряжений и мощностей высоковольтной аппаратуры наблюдается тенденция к дальнейшему увеличению размеров необходимых для них электрофарфоровых изделий.
Современные электрофарфоровые материалы обладают достаточно хорошей механической и электрической прочностью, удовлетворительной термической устойчивостью и хорошей устойчивостью к атмосферным воздействиям.
Электрофарфоровые массы содержат в своем составе около 50% пластичных сырьевых материалов (глин и каолинов), обеспечивающих необходимую пластичность и формуемость электрофарфора, а также достаточную прочность изделий в отформованном и высушенном состоянии.
Полевошпатовые материалы, вводимые в фарфоровые массы в качестве плавня, обеспечивают при обжиге широкий температурный интервал спекания.
Новые электрокерамические материалы, обладая по сравнению с электрофарфором в ряде случаев лучшими механическими, электрическими и другими характеристиками, уступают ему в технологическом отношении: для их изготовления требуются более дефицитные и дорогие виды сырья, а во многих случаях и повышенные температуры обжига; они имеют более узкий интервал спекания, создающий трудности при обжиге крупногабаритных изоляторов. Новые материалы в большинстве случаев менее пластичны, а в ряде случаев совсем непластичны и менее прочны в необожженном состоянии, что ограничивает их использование, особенно для изготовления крупногабаритных изделий.
Технологические преимущества электрофарфоровых масс связаны с особенностями их состава и физико-химическими процессами, протекающими при их обжиге.
Существенным преимуществом фарфоровых масс, содержащих кварц, полевой шпат и глину, является их малая чувствительность к небольшим изменениям в составе, методу производства и температуре обжига.
В связи с выявившейся потребностью в фарфоровых изделиях с высокой механической прочностью, например для воздушных выключателей, была проведена работа по исследованию и изысканию фарфоровых масс с более высокими механическими и диэлектрическими свойствами, с применением недефицитных видов сырья и по технологическим свойствам близких к используемым электрофарфоровым массам.
Результатом этих исследований явилась разработка ГИЭКИ совместно с заводом «Урализолятор» и освоение на этом заводе улучшенного кварц-полевошпатового фарфора (масса МД-6), а также разработка Ленинградским филиалом ГИЭКИ высокопрочного глиноземистого фарфора (масса М-134), освоенного на заводе «Пролетарий».
Сравнительные характеристики новых электрофарфоровых материалов и фарфоровых материалов, выпускаемых изоляторными заводами, приведены в табл. 1.
Типы и размеры образцов для определения свойств фарфора и методы испытаний соответствуют нормали ОИИ 643 000—62.
В фарфоровой массе МА-6, по сравнению с нормальными электрофарфоровыми массами, увеличено содержание кварца, уменьшено содержание полевого шпата и повышена дисперсность компонентов массы. Механическая прочность фарфора из этой массы повысилась на 23% при испытании на разрыв и на 20% при испытании на изгиб (по средним результатам испытаний).

Свойства высоковольтных электрофарфоровых материалов

Свойства высоковольтных электрофарфоровых материалов

* Для высоковольтных линейных изоляторов не менее 30.
** Для высоковольтных линейных изоляторов не выше 0,03.

Прочность глиноземистой фарфоровой массы М-134 выше прочности нормального электрофарфора соответственно на 68 и 65%. Обе фарфоровые массы уже ряд лет используют в изоляторном производстве. Их применение позволило выпускать электрофарфоровые изделия повышенной прочности для высоковольтных воздушных выключателей.
Изоляторы из новых фарфоровых масс изготовляют обычным методом пластичного формования. Технологические режимы близки к режимам изготовления изоляторов из нормальных фарфоровых масс.
Из глиноземистой фарфоровой массы М-134 изготовляют и другие типы высоковольтных изоляторов (например, длинностержневые, опорные колонковые и др), к механической прочности которых предъявляют высокие требования.
Фарфоровая масса МА-6, не требующая дефицитных и дорогих видов сырья, является перспективной для изготовления всего основного ассортимента высоковольтных изоляторов. Перевод производства электрофарфора на эту массу улучшит и качество изоляторов.
Среди известных керамических материалов фарфор содержит в своем фазовом составе наибольшее количество стекла (45-55%).
Химический состав стеклофазы и ее количество оказывают большое влияние на ряд характеристик фарфора, в первую очередь диэлектрических 121.
Химический состав стеклофазы определяется в первую очередь составом используемых полевошпатовых материалов. Так, увеличение содержания в полевошпатовых материалах окиси натрия, за счет окиси калия, вызывает возрастание угла диэлектрических потерь и уменьшение удельного объемного сопротивления, при этом резко увеличивается зависимость этих характеристик от температуры.
Изменяется и характер зависимости электрической прочности от температуры. У фарфора, изготовленного на высококалиевом полевом шпате электрическая прочность начинает снижаться при температурах 130—140° С, тогда как у фарфора на натриевом полевом шпате это снижение происходит уже при 50° С.
Проводимость фарфора при высоких температурах носит электролитический характер. При высоком постоянном напряжении и высокой температуре происходит свободное перемещение катионов согласно закону Фарадея. Исследования природы электропроводности высоковольтного фарфора показали, что последний практически обладает 100%-ной ионной проводимостью. До температуры 650° С в переносе зарядов участвуют
ионы натрия и калия, числа переноса для которых при 300° С соответственно равны 98 и 2%.
При использовании электрофарфоровых изделий и изоляторов для аппаратуры и линий электропередачи постоянного тока следует учитывать возможность перемещения ионов натрия электрофарфора под воздействием поля высокого постоянного напряжения и происходящее в результате этого старение материала.
Для этих условий работы необходимо использовать фарфор с высоким электрическим сопротивлением, в частности, изготовленный с применением калиевых полевых шпатов, и вообще с пониженным содержанием их.

Источник