Clasificación de materiales eléctricos.

Un material es un objeto con una determinada composición, estructura y propiedades, diseñado para realizar determinadas funciones. Los materiales pueden tener diferentes estados agregados: sólido, líquido, gas o plasma.

Las funciones que realizan los materiales son diversas: garantizar el flujo de corriente (en materiales conductores), mantener una determinada forma bajo cargas mecánicas (en materiales estructurales), proporcionar aislamiento (en materiales dieléctricos), convertir la energía eléctrica en calor (en materiales resistivos) . Por lo general, el material tiene varias funciones. Por ejemplo, un dieléctrico necesariamente experimenta algún tipo de tensión mecánica, es decir, es un material estructural.

Ciencia de los materiales: ciencia que se ocupa del estudio de la composición, la estructura, las propiedades de los materiales, el comportamiento de los materiales bajo diversas influencias: térmica, eléctrica, magnética, etc., así como cuando estas influencias se combinan.

Materiales eléctricos: esta es una rama de la ciencia de los materiales que se ocupa de los materiales para la ingeniería eléctrica y la energía, es decir,materiales con propiedades específicas necesarias para el diseño, fabricación y operación de equipos eléctricos.

Los materiales juegan un papel crucial en el sector energético. Por ejemplo aisladores para líneas de alta tensión. Históricamente, el primero en salir con aisladores de porcelana. La tecnología de su producción es bastante compleja y caprichosa. Los aisladores son bastante voluminosos y pesados. Aprendimos a trabajar con vidrio: aparecieron aisladores de vidrio. Son más ligeros, más baratos y algo más fáciles de diagnosticar. Finalmente, las invenciones recientes son los aisladores de caucho de silicona.

Los primeros aisladores de goma no tuvieron mucho éxito. Con el tiempo, se forman microfisuras en su superficie, en las que se acumula suciedad, se forman rastros conductores, después de lo cual se rompen los aisladores. Un estudio detallado del comportamiento de los aisladores en el campo eléctrico de los conductores de líneas de alta tensión (OHL) en condiciones de influencias atmosféricas externas permitió seleccionar una serie de aditivos que mejoran la resistencia a las influencias atmosféricas, la resistencia a la contaminación y la acción de descargas eléctricas. Como resultado, ahora se ha creado toda una clase de aisladores livianos y duraderos para varios niveles de voltaje operativo.

A modo de comparación, el peso de los aisladores suspendidos para líneas aéreas de 1150 kV es comparable al peso de los cables en la distancia entre los soportes y asciende a varias toneladas. Esto obliga a la instalación de cadenas paralelas adicionales de aisladores, lo que aumenta la carga sobre el soporte. Requiere el uso de soportes más duraderos, lo que significa más macizos. Esto aumenta el consumo de materiales, el gran peso de los soportes aumenta significativamente el costo de instalación.Como referencia, el costo de instalación es de hasta el 70% del costo de construcción de una línea eléctrica. El ejemplo muestra cómo un elemento estructural afecta a la estructura en su conjunto.

De este modo, materiales electricos (ETM) son uno de los determinantes del desempeño técnico y económico de cada sistemas de poder.

Los principales materiales utilizados en la industria energética se pueden dividir en varias clases, son materiales conductores, materiales magnéticos y materiales dieléctricos, lo común entre ellos es que trabajan en condiciones de voltaje y, por lo tanto, en un campo eléctrico.

Materiales para alambres

Los materiales conductores se denominan materiales cuya principal propiedad eléctrica es la conductividad eléctrica, la cual es muy pronunciada en comparación con otros materiales eléctricos. Su uso en tecnología se debe principalmente a esta propiedad, que determina la alta conductividad eléctrica específica a temperatura normal.

Tanto los sólidos como los líquidos y, en las condiciones adecuadas, los gases pueden utilizarse como conductores de corriente eléctrica. Los materiales conductores sólidos más importantes utilizados en la práctica en ingeniería eléctrica son los metales y sus aleaciones.

Los conductores líquidos incluyen metales fundidos y varios electrolitos. Sin embargo, para la mayoría de los metales, el punto de fusión es alto, y solo el mercurio, que tiene un punto de fusión de aproximadamente menos 39 ° C, puede usarse como conductor de metal líquido a temperaturas normales. Otros metales son conductores de líquidos a temperaturas elevadas.

Los gases y vapores, incluidos los metálicos, no son conductores de baja intensidad de campo eléctrico.Sin embargo, si la intensidad del campo supera un cierto valor crítico que asegura la aparición del choque y la fotoionización, entonces el gas puede convertirse en un conductor con conductividad electrónica e iónica. Un gas altamente ionizado, con un número de electrones igual al número de iones positivos por unidad de volumen, es un medio conductor especial llamado plasma.

Las propiedades más importantes de los materiales conductores para la ingeniería eléctrica son su conductividad eléctrica y térmica, así como la capacidad de generar campos electromagnéticos térmicos.

La conductividad eléctrica caracteriza la capacidad de una sustancia para conducir una corriente eléctrica (ver — Conductividad eléctrica de sustancias.). El mecanismo de paso de corriente en los metales se debe al movimiento de electrones libres bajo la influencia de un campo eléctrico.

Materiales semiconductores

Los materiales semiconductores son aquellos que tienen una conductividad específica intermedia entre los materiales conductores y dieléctricos y cuya propiedad distintiva es la dependencia extremadamente fuerte de la conductividad específica de la concentración y el tipo de impurezas u otros defectos, así como en la mayoría de los casos de influencias de energía externa. (temperatura, brillo, etc.). NS.).

Los semiconductores incluyen un gran grupo de sustancias conductoras electrónicamente cuya resistividad a temperatura normal es mayor que la de los conductores pero menor que la de los dieléctricos y oscila entre 10-4 y 1010 Ohm • cm. En energía, los semiconductores no se usan directamente, pero los componentes electrónicos basados ​​en semiconductores se usan ampliamente. Es cualquier electrónica en estaciones, subestaciones, despachos, servicios, etc. Rectificadores, amplificadores, generadores, convertidores.También se producen semiconductores a base de carburo de silicio. descargadores de sobretensiones no lineales en líneas eléctricas (pararrayos).

Materiales dieléctricos

Se denominan materiales dieléctricos a aquellos materiales cuya principal propiedad eléctrica es la capacidad de polarizarse y donde es posible la existencia de un campo electrostático. El dieléctrico real (técnico) se acerca al ideal, cuanto menor es su conductividad específica y más débiles son los mecanismos de polarización retardada relacionados con la disipación de energía eléctrica y la liberación de calor.

La polarización dieléctrica se denomina aparición en ella cuando se introduce en el exterior. campo eléctrico un campo eléctrico interno macroscópico debido al desplazamiento de partículas cargadas que forman las moléculas dieléctricas. El dieléctrico en el que ha surgido tal campo se llama polarizado.

Materiales magnéticos

Los materiales magnéticos son aquellos diseñados para trabajar en un campo magnético por interacción directa con ese campo. Los materiales magnéticos se dividen en débilmente magnéticos y fuertemente magnéticos. Los diamagnetos y paramagnetos se clasifican como débilmente magnéticos. Magnético fuerte: ferroimanes, que a su vez pueden ser magnéticamente blandos y magnéticamente duros.

Materiales compuestos

Los materiales compuestos son materiales compuestos por varios componentes que realizan diferentes funciones y existen interfaces entre los componentes.