1

HLJO

Stavba atómu• atóm je zložitou sústavou základných látkových častíc – protónov, neutrónov a elektrónov.• protóny sú kladne nabité, elektróny záporne, neutróny sú elektricky neutrálne častice.• neutróny udržujú jadro, protóny sa odpudzujú.• elektrón nesie najmenší možný náboj, tzv. elementárny náboj.• počet elektrónov je rovnaký ako počet protónov v jadre. Elektrón je cca1840 x ľahší ako protón.• atóm ako celok je elektricky neutrálny• ak atómu chýbajú elektróny je kladný = katión• ak má atóm viac elektrónov je záporný = anión

Elektrický náboj:• platí základná vlastnosť hmoty, nedá sa vytvoriť ani zničiť dá sa len odviesť• nejmenší náboj = elementárny náboj Elementárny náboj (náboj 1 protónu) : 1e = 1,602.10-19 C

Jednotkou náboja je Coulomb (ampérsekunda – [As] ) 1C = 6,25. 10-18eElektrické pole môžeme pozorovať ak v ňom umiestnime elektrický náboj – vznikne silový účinok.Ak pôsobia na seba dva opačné náboje, vznikne príťažlivá sila, pri nábojoch rovnakej polarity sila odpudivá. Sila má smer - je vektor.Magnetické pole môžeme pozorovať len ak sú náboje v pohybe, teda ak existuje elektrický prúd. Magnetické pole je neoddeliteľné od elektrického prúdu.

Podstata vedenia elektrického prúdu.Elektrický prúd je usporiadaný pohyb nosičov elektrického náboja (elektrónov, iónov) v látke v plynnom, kvapalnom alebo tuhom skupenstve, (prípadne vo vákuu) .Podmienkou vzniku elektrického prúdu je prítomnosť nosičov elektrického náboja (voľných častíc s elektrickým nábojom) a vytvorenie elektrického poľa v látke.

Elektrický prúd v kovoch• V kovoch sú atómy husto „natlačené“.• Valenčné elektróny sa môžu voľne pohybovať.• pri danej teplote je počet voľných elektrónov ustálený.• ak sa na konce vodiča pripojí napätie nastane pohyb voľných elektrónov• kladný pól zdroja „odsáva“ elektróny, záporný pól ich „ tlačí “Elektrický prúd v kovoch je tvorený smerovaným pohybom voľných elektrónov.

2

HLJO

Elektrický prúd v kvapalinách• Vedenie prúdu v kvapalinách umožňujú kladné a záporné ióny (katióny a anióny) .• Vodivý roztok nazývame elektrolyt napr. vodné roztoky solí (NaCl), kyselín (H2SO4), zásad (NaOH) .• Vznik voľných iónov rozpadom rozpustnej látky v rozpúšťadle sa nazýva elektrolytická disociácia.• Prúd elektrolytom dosiahneme po pripojení napätia na elektródy ponorené v elektrolyte.• Smer prúdu je definovaný pohybom kladných iónov.• Pohyb iónov v elektrolyte sa končí na elektródach, dochádza k prenosu látky.• Elektrolýza je dej, pri ktorom prechodom elektrického prúdu elektrolytom nastávajú látkové zmeny.• Na katóde sa vždy vylučuje vodík alebo kov. Keď kvapaline dodáme energiu zohrejeme hu – častice sa môžu pohybovať rýchlejšie, ale vieme že molekuly sú k sebe podstatne bližšie ako u plynov a tak už vzniká vzájomná interakcia. Po pripojení elektrického prúdu sa nemôžu pohybovať tak voľne ako v plyne.

Elektrický prúd v plynoch• Plyny sú pri bežných teplotách a tlakoch dobré izolanty (napr. vzduch cca 20kV/cm)• Ionizácia - vonkajšou energiou sa v plyne uvoľnia z molekúl elektróny. Vzniknú katióny, pripojením elektrónov k iným molekulám vzniknú anióny.• Plyn sa môže ionizovať (zahriatím na vysokú teplotu, žiarením, nárazmi elektrónov a iónov s molekulami, ...)• Výboj je elektrický prúd v plyne (nutné sú voľné elektróny a ióny + dodaná energia do plynu)• Nesamostatný elektrický výboj – zanikne, ak prestane pôsobiť ionizátor• Samostatný elektrický výboj – udrží sa vlastnou ionizáciou

Keď plynu dodáme energiu zohrejeme ho – častice sa môžu pohybovať rýchlejšie.

Podľa elektrickej vodivosti rozoznávame:1. Vodiče - vodivé látky2. Nevodiče = izolanty - nevodivé látky3. PolovodičePásmový model: Elektrická vodivosť tuhých látok je určená elektrónmi vovalenčnom a vodivostnom pásme. Medzi nimi môže byť zakázané pásmo.

Elektrické vlastnosti tuhých látokVodiče – valenčné pásmo nie je úplne obsadené elektrónmi. Valenčné pásmo s vodivostným sa buď prekrýva, alebo je medzi nimi veľmi malá vzdialenosť (šírka zakázaného pásma je veľmi malá).Izolanty – majú úplne obsadené valenčné pásmo elektrónmi a zakázané pásmo je široké 20eV. Elektróny nemôžu prekonať energetickú bariéru zakázaného pásma a dostať sa do vodivostného pásma.Polovodiče1. polovodiče s vlastnou vodivosťou majú valenčné pásmo úplne obsadené. Zakázané pásmo je úzke 0,5 až 1,5 eV. Príklad: Čistý Si, Ge2. polovodiče s nevlastnou vodivosťou – získame pridaním (dotovaním) prvkom s 3 (gálium, bór) , alebo 5 (arzén, fosfor) valenčnými elektrónmi.

3

HLJO

Dotovanie trojmocným prvkom vytvorí polovodič typu P, dotovanie päťmocným prvkom polovodič typu N (elektrónová vodivosť) .Energia nás zaujíma z toho dôvodu či sa - môže odpútať od jadra – môže viesť el. prúd

- nemôže odpútať od jadra –nemôže viesť el. prúd

Chemické väzbyElementárna štruktúra hmoty, kryštalické mriežky, typy väzieb medzi časticami.

Všetky kovy a zliatiny kovov sú tvorené atómami a iónmi, ktorých usporiadanie podlieha určitým zákonitostiam - atómy sa usporiadajú priestorove voči sebe s určitou symetriou vytvoria krištalickú mriežku. Takémuto stavu látky hovoríme kryštalický. Čisté kovy majú nízku mechanickú pevnosť a niektoré ďalšie menej priaznivé vlastnosti. Preto sa prakticky vo všetkých oblastiach využívajú zliatiny kovov.Pod pojmom kryštalická štruktúra rozumieme vzájomné usporiadanie atómov sformovaných v kryštále. Na popísanie sa používa pojem kryštalická mriežka. Kryštalická mriežka je časťou priestorovej siete, v uzloch ktorej sú umiestnené atómy (ióny). Najmenšia objemová časť kryštál sa charakterizuje ako báza, motív alebo elementárna bunka mriežky.

Pozostáva z niekoľkých parametrov: Dĺžkové parametre mriežky - a, b, c – udávajú vzdialenosť susedných častíc x, y, z. U kovov

sa pohybujú v rozsahu 1 – 7.10-10m. Uhlové parametre mriežky – α, β, γ – udávajú uhly, ktoré medzi sebou zvierajú osi

súradnicového systému Usporiadanie- počet častíc elementárnej bunky Faktor plnenia Koordinačné číslo

SKUPNSTVOTUHÉ KVAPALNÉ PLYNNÉ

NEKOV - NEKOV Kovalentná väzba Kovalentná väzba Kovalentná väzba

NEKOV - KOV Iónová väzbaIzolant, polovodič

Iónová väzbaVodič II. triedy

Iónová väzbaizolant

KOV - KOV Kovová väzbaVodič I. triedy

Kovová väzbaVodič I a II. triedy

Jednotlivé mocizolant

4

HLJO

Faktor plnenia p je definovaný ako pomer objemu všetkých atómov elementárnej bunky k objemu celej elementárnej bunky tj. percentuálne obsadenie priestoru elementárnej bunky objemom častíc.

p=n . V 1

V=

4. 43

π r3

a3

Koordinačné číslo predstavuje počet najbližších susedných častíc každej častice s rovnakou vzdialenosťou.

Základné rozdelenie typov väzieb:iónová väzbakovalentná väzbakovová väzba

Väzby medzi atómamiV tuhom stave sú jednotlivé atómy v takých vzdialenostiach, pri ktorých sú príťažlivé a odpudivé sily vovzájomnej rovnováhe. Za danej teploty je vzdialenosť medzi nimi konštantná. Tieto príťažlivé a odpudivé sily, nazývané väzobné sily sú elektrostatického pôvodu a sú ovplyvnené usporiadaním elektrónov v atómovom obale. Energie väzby medzi atómami určuje aj prácu, ktorú je potrebné vynaložiť na ich vychýlenie z rovnovážnej polohy.

Iónová väzba je najjednoduchšia väzba, ktorá spočíva v elektrickej príťažlivosti medzi elektropozitivními a elektronegativními atómy. Elektropozitívne atómy sú také, ktoré majú schopnosť odovzdávať elektróny, elektronegativní naopak elektróny prijímajú. Napr. atóm kovu (napr. Na) odovzdá jeden elektrón (stáva sa katión) nekovovému atómu (napr. Cl). Prijatím elektrónu sa atóm chlóru stáva aniónom. Atómy potom "drží pohromade" iba elektrostatickými silami (opačným elektrickým nábojom). V podstate dôjde k prenosu elektrónu z jedného prvku na druhý.Zhrnutie: Iónové kryštály sú zložené z kladných a záporných iónov. Podstatou väzby je elektrostatická interakcia opačne nabitých iónov.Kovalentná väzba je charakterizovaná zdieľaním jedného alebo viacerých párov elektrónov medzidvoma elektricky neutrálnymi atómami (väzba jednoduchá, dvojitej, respektíve Trojná). Atómy v tejto väzbe si striedavo dopĺňajú valenčné vrstvu elektrónového obalu tak, že je ťažké posúdiť, ktorému atómu v určitom okamihu elektrón patrí. Táto väzba je veľmi silná a je smerovo orientovaná, takže ani tavením alebo rozpúšťaním sa molekuly nemení.

Kovalentná väzba môže byť:1. Jednoduchá – napríklad v molekule Cl2 ( Cl-Cl)2. Dvojitá – napríklad v molekule O2 (O=O)3. Trojitá – napríklad v molekule N2

Polarita kovalentnej väzby1. Nepolárna 2. Polárna 3. Iónová

Kde: n- počet častíc v elementárnej bunke V1- Objem jednej častice V- Objem celej elementárnej bunky

Atómy sa usporiadajú v priestore voči sebe – vytvoria kryštalickú mriežku.

Od tvarov krištáľov závisia mechanické vlastnosti materiálov. V kryštály nemusia byť len atómy jedného druhu.

5

HLJO

Kovová väzba je špecifický typ chemickej väzby, ktorá sa ustanovuje medzi atómami kovov. ZA bežných podmienok sa kovy (okrem ortuti) vyskytujú v tuhom skupenstve. Pre kryštálovú štruktúru kovov je charakteristické najtesnejšie usporiadanie častíc. V kryštáli kovu je jeden atóm obklopený 8 alebo 12 ďalšími atómami kovu. Fyzikálne vlastnosti kovov (lesk, tepelná a elektrická vodivosť, kujnosť...) poukazujú na to, že väzby v kovoch sa líšia od kovalentných a iónových väzieb.Elektróny obiehajú po dráhach - niektoré sú na svojich dráhach iné nie sú- Tie ktoré majú dosť energie sú od jadra odpútanéAk pripojíme elektromagnetické poľa, elektróny sa môžu pohybovať v smere siločiar - tiecť elektrický Prúd

Charakteristické znaky kovové väzby:Správanie sa elektrónov v prípade kovovej väzby:- pohybujú sa pomerne voľne medzi atómami kovové mriežky- tvoria skupinu zdieľaných (kolektivizovaných) elektrónov - nemožno ich priradiť k určitým atómom- kovový kryštál tvorí skupiny kladných kovových iónov, ktoré sú viazané kolektivizovanými elektróny- elektrónová hustota medzi susednými atómami neklesá na nulu- vysoká elektrická (aj tepelná) vodivosť => veľký počet elektrónov sa musí v kovoch voľne pohybovať - jedná sa o 1 až 2 elektróny na atóm - tieto pohyblivé elektróny sa nazývajú vodivosťou.

Vodíková väzba čiže vodíkový mostík vzniká v dôsledku väzby vodíka sa silne elektronegativními prvkami. Aj voda je čiastočne vodivá.Materiály majú aj mechanické vlastnosti – tvrdosť, pevnosť, pružnosť, ťažnosť

Určenie kryštalografických smerov, rovín a uzlov - Millerove indexyPre popis vlastností priestorových mriežok alebo kryštálových štruktúr je potrebný jednoznačný predpis pre udanie polohy uzlov mriežky (resp. iných bodov), smerov a rovín v kryštáloch. Vychádza sa z kryštalografického súradného systému osí daných translačnými vektormi elementárnej bunky (nemusí to byť ortogonálny systém!), s počiatkom v ľubovolnom mriežkovom bode.Označovanie uzlov ( bodov )Súradnice uzlu udávame trojicou čísel pqr , kde p , q , r sú veľkostipriemetov do kryštalografických osí vyjadrené v násobkoch a b cr r r , , .pqr – nazývame Millerovými indexmi uzlu.Príklad :

Označovanie smerov

6

HLJO

Dva mriežkové body definujú mriežkový smer. Ak jeden zvolíme za začiatok súradnicového systému 000 , potom druhý je daný vektoromTri najmenšie celé čísla určujú vektor rovnakého smeru a nazývajú sa Millerovými indexmi smeru . Zápis – [uvw] (ak niektoré z čísel je záporné píšeme [uvw]).

Kryštalografické osi majú vždy smery [100], [010], [001].Kryštalograficky ekvivalentné smery označujeme ,napr. v kubickej sústave smery [110], [110], [101], [011]atď., sú ekvivalentné, v skratke 110 .Označovanie rovínSpôsob určenia Millerových indexov roviny:1) Nájdi priesečníky danej roviny s kryštalografickými osami a vyjadri ich polohy pomocou mriežkových konštánt – A , B , C .2) Prevrátené hodnoty týchto čísel preveď na tri najmenšie celé čísla, ktoré majú rovnaký vzájomný pomer. Výsledok zapíš v okrúhlych zátvorkách (hkl) .

Symbolom hkl označujeme všetky roviny typu (hkl) , ktoré súkryštalograficky ekvivalentné (t.j. vyznačujú sa rovnakými medzirovinnýmivzdialenosťami a sú rovnako zaplnené mriežkovými bodmi).

7

HLJO

Základné typy štrukturálnych porúch v kryštalografickej mriežke

Bodové poruchy: obr. 2 Vakancia – atómom neobsadený regulárny uzol v kryštalickej mriežke

Substitúcia – nahradenie atómu v regulárnom uzle kryštalickej mriežky iným atómom Interstícia – atóm sa nachádza v polohe medzi regulárnymi uzlami kryštalickej mriežky

Obr. 2 Bodové poruchy kryštalickej mriežky a) vakancia, b) substitúcia a c) interstícia.Intersticiálne atómy sú atómy umiestnené mimo uzly mriežky a značne deformujú okolité mriežku.

Obr. 2.8Schottkyho porucha - častice môže po získaní dostatočnej energie obsadiť miesto na povrchu kryštálu. Uvoľnený uzlový atóm zostáva neobsadený. Vzniknutá vakancia sa môže v objeme kryštálu pohybovať výmenou s iným atómom v mriežke (pozri obr. 2.9a).Frenkelova porucha - atóm umiestnený v uzlovom bode mriežky prejde do meziuzlovéj polohy, čím dôjde k vzniku vakancie a intersticiálu, nachádzajúcej sa v susednej polohe. Obe zložky Frenkelovy poruchy sa môžu pohybovať samostatne (pozri obr.2.9b)

8

HLJO

Vplyv cudzích atómov (chemické nehomogenity)Atómy iného druhu (nečistoty, prímesi, legovanie) sa v kryštáli zabudovávajú buď do- Uzlové pozície (obsadenie vakancie) - Medzi uzlové pozície (vznikne intersticiálny atóm) V oboch prípadoch pôsobí atómy na svoje okolie mech. napätím tlakovým alebo ťahovým - obr. 2.10.a) Atóm s väčším atómovým polomerom než má základný kovb) Atóm s menším atómovým polomerom než má základný kov

Obr. 2.10 Rovinná mriežka porušená atómom rozpusteným v základnom kovu substitučne

Hlavné zdroje bodových porúch1. Ožarovanie kovu časticami s vysokými energiami, napr. Neutróny.2. Ohrevom vzorky na vysokú teplotu: ~ o 100 oC nižšia ako je teplota topenia + prudké ochladenie na veľmi nízku teplotu.3. Plastická deformácia: koncentrácia vzniknutých vakancí je úmerná deformáciiBodové poruchy:- Majú vplyv na rad hlavne chemických a elektrických vlastností materiálov

Čiarové poruchy: - Dislokácie: atómy sú trochu vysunuté v kryštálovej mriežke z pravidelných polôh. Plastická deformácia mriežky sa šíri kryštálom postupne; neposúvajú sa celé bloky, ale sklz sa kryštálom šíri postupne. - Je to menej energeticky náročné, - Deformácia sa uskutočňuje pri nižšom mechanickom napätí.Rozdelenie dislokáciou: Hranové Skrutkové - vznikne pri strihovej deformácii.

Pohyb dislokáciePohyb sklzový Dislokácie sa pohybuje v rovine sklzu za pôsobenia napätia. Rýchlosť pohybu závisí od typu kryštálovej mriežky a na množstvo porúch.Pohyb difúzny je spojený s difúziou vakancí alebo intersticiálnych atómov Vznik dislokácie - základné mechanizmy • pri tvárnenie kovov (plastická deformácia)• pri kryštalizáciou kovov vzniká rastová špirála a dochádza k tvorbe skrutkových dislokáciou • rastom zŕn do blokov môžu vznikať hranové aj skrutkové dislokácie,• zmenou zhluku vakancí na dislokácie,

Plošné poruchy: - vrstevnaté chybyPlošné poruchy - vrstvové chyby; poruchy v radení atómových rovín, napr. Jedná sa o zložité poruchy mriežky, ktoré možno odvodiť zo vzájomného vzťahu kryštalografických rovín reálnych kryštálov a polykryštalických zhlukov. Najčastejšie plošné poruchy kryštalickej mriežky sú: Hranica zrna, Hranica subzrna Dvojčaťová hranica Vrstevná chyba Objemové (priestorové) poruchy: - Póry, dutiny, praskliny, lunkre, mirko- a makro trhliny. Všetky tieto typy porúch ovplyvňujú: elektrické vlastnosti, mechanické vlastnosti

9

HLJO

Fázové diagramy – jednozložkový fázový diagram H2O

Tuhé roztoky – zliatina Zliatina je sústava najmenej dvoch prvkov, z ktorých aspoň jeden je kov.Tuhý roztok je krištáľ, ktorý obsahuje atómy oboch zložiek. Podľa toho ako je atóm prísady uložený v mriežke základného kovu, delíme tuhé roztoky na:

Substitučné – vzniká tak že atómy prísady B nahrádzajú v uzlových bodoch mriežky atómu základného kovu A

Intersticiálne - je roztok v ktorom sú atómy prísady B uložené vo voľných priestoroch medzi atómami základného kovu A

- Usporiadaný – pravidelné nahradenie

Entalpia - tavenina pri zmene teploty prechádza do tuhej látky. Tlak a teplota sú najdôležitejšie pri spracovaní materiálu a sú rozhodujúce pre vlastnosti materiálov.

Vlastnosti:Záporný sklon krivky topenia.Zvýšený tlak pri konštantnej teplote spôsobí topenie.

Tavenina

10

HLJO

Konštrukcia rovnovážneho diagramu

Krivky ochladzovania Fázový diagram

Prekryštalizácia kovov: je to zmena kryštalického usporiadania – premena štruktúry v tuhom stave počas ochladzovania kovu (zliatiny), napr. Fe, Be, Sn, Ce, Ti a i.Počas tuhnutia sa mení koncentrácia prvkov v tekutej a tuhej forme. Koncentrácia prvku v materiali pri tuhnutí je iná na začiatku tuhnutia a iná na konci tuhnutia.

Nekryštalické systémyPojem amorfná látka označuje látku v pevnom skupenstve, ktorej stavebné častice nie sú pravidelne usporiadané (nevytvárajú kryštály).Sem zaradujeme: - Sklo, plasty, keramiku, kvapalné kryštály, nanomaterialy.Sklo- olovnaté, prístrojové, nizkostratové, vyrobené polymerizáciou, sklenené vlákna.Plasty – termoplasty, reaktoplasty, elastomery.Keramika – nevýhodou keramiky je nasiakavosť a preto sa upravuje glazúrovaním.Kvapalné kryštály - používame ako zobrazovacie prky- displeje.Kovové sklá- Kovové sklá sa pripravujú rýchlym ochladzovaním, Kovové sklá majú vysokú pevnosť a tvrdosť pri relatívne vysokej ťažnosti, Kovové sklá majú mechanické vlastnosti porovnateľné so super pevnými oceľami, magnetickými vlastnosťami patria medzi kvalitné magneticky mäkké materiály a majú vynikajúcu koróznu odolnosť.Nanomateriály - Mnohé organizácie sa zhodujú v definícii nanomateriálov v tom, že ide o materiály, ktoré obsahujú čiastočky s aspoň jedným vonkajším rozmerom v rozsahu 1 až 100 nanometrov (nm). Nanomateriály sú až 10 000-krát menšie než ľudský vlas a ich veľkosť je porovnateľná s atómami alebo molekulami. Ich názov je odvodený od ich miniatúrnej veľkosti (nanometer je 10-9 metra). Vlastnosti nanomateriálov sa líšia nie len velkosťouť, ale aj fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami, ako sú napríklad tvar a povrchová plocha.

Definícia rovnováhy: G= U+p.V+T.S U – vnútorná energia- smer energie vo vnútri sústavyp- tlak ,V – objem, T – je teplota, S – entropia sústavy

Tuhá látka

11

HLJO

Plasty pripravené polymerizáciouFľaše, poháre z ktorých pijeme, taniere z ktorých jeme a bielizeň na ktorej spíme je často pripravená procesom polymerizácie – sú to všetko syntetické látky.Polymerizácia – je to chemická reakcia, pri ktorej z niekoľko tisíc molekúl s násobnými väzbami vzniká jedna obrovská molekula – makromolekula s jednoduchými väzbami.Sem zaradujeme - Polyetylén, Polyvinylchlorid, Polytetrafluóretylén, Polystyrén, Polymetylmetakrylát

Plasty pripravené polykondenzáciouTýmto postupom sa pripravujú najmä syntetické vlákna ako nylon, silon alebo chemlon. Tieto zlúčeniny nahrádzajú prírodné vlákna ako vlna alebo bavlna.Najvýznamnejšie syntetické vlákna – Polyester, Nylon a silon. Výroba syntetického vlákna z polyamidov - Polyamidové vlákna sa vyrábajú z hotového plastu zvlákňovaním taveniny. Plast sa ohrieva a taví pri teplote asi 270 ºC. Tavenina sa pretláča cez zvlákňovaciu dýzu. Tavenina pre-chádza cez veľmi tenké otvory a pri styku s dusíkom, ktorý pôsobí ako chladiaca látka začínajú tuhnúť. Rýchlosť tohoto procesu je veľmi vysoká, asi 1000 m za minútu. Vlákna po výstupe z dýzy sa ešte upravujú tzv. predlžovaním. Vlákna sa predĺžia asi na 5 až 8 násobok pôvodnej dĺžky SLÚŽIA AKO IZOLANTY Diamant je uhlík ale je nevodivý

Spracovanie plastov je možné viacerými spôsobmi, pre strojársku výrobu sú dôležité: - Vstrekovanie, vytláčanie, lisovanie, valcovanie, zváranie, tvarovanie

Lisovanie - Základom je dvojdielna vyhrievaná forma vedená vertikálne v lisovacom stroji.. V priebehu operácie je potrebné dodávať teplo, aby sa materiál udržal v plastickom stave. Je to jeden z mála technologických pochodov, u ktorého nie je materiál premiestňovaný na dlhšiu vzdialenosť a u ktorého nie je vyžadovaná tekutosť materiálu.Výhody: Rychlý cyklus operácie -vysoká efektivita výroby. Pri výrobe sú používané nižšie tlaky -súčiastky držia lepšie tvar. Lisované súčiastky môžu mať hrubšie steny.Materiál: termoplasty, ale hlavne reaktoplastyTypické výrobky: elektrické vypínače, pneumatiky

Vstrekovanie -Tavenina polyméru sa vstrekuje pod tlakom do tvarovej dutiny vstrekovacej formy. Výrobok získava tvar dutiny. Pri vstrekovaní vytvrditeľných živíc prebieha vo forme vytvrdzovanie, pri vstrekovaní kaučuku vulkanizácia.Vytláčanie -Od vstrekovania sa líši tým, že je to nepretržitý proces, pri ktorom je tavenina vytláčaná závitovkou do voľného priestoru. Vytláčaním sa vyrábajú geometricky jednoduché výrobky.Tvárnenie- Je najrozšírenejšou technológiou spracovania plastov. Platne a rúry z lineárnych polymérov sa tvárnia podobne ako plechy a kovové rúry. Pracuje sa pri zvýšených teplotách, kedy sa polyméry ľahko deformujú.Spájanie polymérov -Je možné uskutočniť predovšetkým lepením, zváraním a použitím rôznych spájok, ktoré sa často vyrábajú z polymérov. Niekedy je možné vyhnúť sa spájaniu projektovaním konštrukcie tak, aby spájané dielce boli zhotovené z jednej časti.

Keramické materiály - používajú sa ako izolanty s glazúrovanímMajú:

Výbornú odolnosť proti žiaru - teplotám odolnost proti kyselinám a roztaveným kovom veľká tvrdosť (odolnosť proti opotrebeniu) malý súčiniteľ tepelné a elektrické vodivosti nízka húževnatosť

Výrobky konštrukčnej keramikyOxidická keramika: Kremičitá, korundová, zirkonová, periklasová, titanová, směsná (feritová)Neoxidická keramika: karbidy, nitridy, boridy) silicidy

12

HLJO

Kombinovaná keramika:Vodiče vedú elektrický prúd a medzi tieto materiály patrí napríklad kovy. Polovodiče sú zvláštne materiály, ktoré vedú elektrický prúd len za určitých podmienok. Nevodiče elektrický prúd nevedú (len v prípade prierazu). Táto skupina materiálov sa nazýva dielektrika. V technickej praxi sa často môžeme stretnúť s termínom izolant.

Vybrané vlastnosti pokročilé keramiky

Mechanické vlastnosti keramiky – pevnosť, pružnosť, tvrdosťTepelné vlastnosti – tepelná odolnosť, rozťažnosť, merné teplo, tepelná vodivosťEklektické vlastnosti – el. vodivosť, polarizácia a permitivita, elektrická pevnosť,

- je schopnosť izolantu zachovávať si izolačné vlastnosti v elektrickom poli- závisí od teploty, homogénnosti elektrického poľa času pôsobenia, tvaru napäťovej krivky

geometrie a štruktúry izolantu- elektrická pevnosť sa prejaví ako výboj, iskra, preskok, sršanie

Magnetické vlastnosti keramikyOptické vlastnosti

Kvapalné kryštály - sú organické látky, ktoré vytvárajú prechod medzi pevnými látkami a kvapalinami. Sú kvapalné podobne ako kvapaliny, ale ich molekuly sú pravidelne usporiadané podobne ako v pevných látkach (kryštalických látkach). Aby získala príslušná organická látka vlastnosť kvapalných kryštálov, musí byť rozpustená vo vodnom roztoku. V ňom sa molekuly látky usporiadavajú do pravidelnej štruktúry a vytvárajú tak homogénna, ale už nie izotropné roztok. Roztok sa potom chová ako kryštál.Sú to v podstate molekuly ktoré môžeme otáčať pomocou elektrostatického pola. Svetlo prechádza rôznym smerom, ale keď vložíme vrstvu z kvapalnými krištáľmi tak bude svetlo prechádzať len jedným smerom a keď znova vložíme ďalšiu vrstvu naprieč tej predchádzajúcej tak svetlo neprejde. To určuje napríklad ktoré plochy na displeji sú svetlé a tmavé.

Kovové sklá sú materiály s amorfnou štruktúrou, ktorá bola získaná rýchlou solidifikáciou taveniny.Kovové sklá sa pripravujú rýchlym ochladzovaním, Kovové sklá majú vysokú pevnosť a tvrdosť pri relatívne vysokej ťažnosti, Kovové sklá majú mechanické vlastnosti porovnateľné so super pevnými oceľami, magnetickými vlastnosťami patria medzi kvalitné magneticky mäkké materiály a majú vynikajúcu koróznu odolnosť.

- menšie zmeny rozmerov s teplotou

13

HLJO

- menšia náchylnosť k plastickým deformáciám- absencia hraníc kryštalických zŕn zapríčiňuje väčšiu odolnosť voči korózii – rozrušovanie

štruktúry mterialu- menšia tepelná vodivosť ako v kryštalických formách- maximálna hrúbka závisí od možnosti rýchlosti chladenia- možnosť použitia v transformátoroch

Nanomateriály - mnohé organizácie sa zhodujú v definícii nanomateriálov v tom, že ide o materiály, ktoré obsahujú čiastočky s aspoň jedným vonkajším rozmerom v rozsahu 1 až 100 nanometrov (nm). Nanomateriály sú až 10 000-krát menšie než ľudský vlas a ich veľkosť je porovnateľná s atómami alebo molekulami. Ich názov je odvodený od ich miniatúrnej veľkosti (nanometer je 10 na mínus deviatu metra). Vlastnosti nanomateriálov sa líšia od rovnakých materiálov väčšej veľkosti nielen pre ich drobnú veľkosť, ale aj pre ďalšie fyzikálne a chemické vlastnosti, ako sú napríklad tvar a povrchová plocha.

- Nanočastice- Nanovlákna – spojovací prvok aktívnych súčastí nanostrojov- Nanovrstvy – rôzne polimérne filmi- Nanoštrukturované krištality – nanorúrky vznikajúce stočením atómovej vrstvy

PÁSOVÁ TEORIA VODIVOSTI TUHÝC H LÁTOKElektrón sa prebytočnej energie musí zbaviť napr. vyžiarením. Na válečných dráhach môže mať len dovolené hodnoty energie. Je známe že pri približovaní dvoch atómov vzniká molekula pričom každá diskrétna energia sa rozštiepi do dvoch diskrétnych energií väzobnej a antiväzobnej .V prípade väčšieho počtu atómov toto rozštiepenie rastie s počtom atómov.

KOVYKovy majú dostatok energie – niektoré elektróny majú dosť energie už na válečnej dráhe a preto môžu viesť elektrický prúd.V kovoch sú elektróny vo valenčnej vrstve uvoľnené a volne sa pohybujú v rámci kovu.Elektróny v kovoch vykonávajú tzv. tepelný pohyb(105-106ms-1).Ak vodič vložíme do el. poľa,získajú elektróny tzv.unášavú rýchlosť(10-6 - 10-4)

kovy sú polykryštalické látky s kovovou väzbou. Kryštálová mriežka je utvorená z kladných iónov, medzi ktorými sa neusporiadane pohybujú valenčné elektróny, ktoré sú spoločné pre všetky atómy kovu ako celku a môžu sa v ňom voľne pohybovať – sú to voľné elektróny.

elektrický prúd v kovoch tvoria iba voľné elektróny – elektrónová vodivosť kovov, a tak vznikla teória elektrónovej vodivosti kovov

Základne fyzikálne vlastnosti kovových vodivých materiálov sú: Merná el. vodivosť Teplotný súčiniteľ mernej el. Vodivosti Merná tepelná vodivosť Kontaktný potenciál a termoelektrická sila Mechanické vlastnosti Teplotný súčiniteľ rozťažnosti, teplota tavenia, hustota Spájkovateľnosť, obrábateľnosť

14

HLJO

Elektricky vodiví materiál je latka s výškou koncentráciou voľných el. nábojov . El. vodivý materiál je latka s vysokou koncentráciou voľných el. nábojov. Kovové vodivé materiály majú ako voľne nosiče náboja valenčné elektróny, ktoré sa stavajú voľnými v procese kryštalizácie. Kovové kryštáli vznikajú ako dôsledok chemickej väzby, ktorej hovoríme kovová.U vodivých materiálov však nie sú posledne dve dovolene pasy energie navzájom oddelene pasom zakázaných energii, ale sa prekrývajú. Posledný (vodivostný) pas nie je úplné zaplnený elektrónmi a elektróny môžu plynule zvyšovať (znižovať) svoj energeticky stav po dodaný určitej formy energie z (do) vonkajšieho prostredia. Najdôležitejšou vlastnosťou vodivých materiálov je el. vodivosť. Je spôsobená pohybom voľných elektrónov v kryštalickej mriežke pôsobeným vonkajšieho el. pola

Rozdelenie vodivých látokRozlišujeme – vodivé - polovodivé – nevodivéVodivé latky:

- Kovy- Kvapalné látky – ortuť, roztavené kovy, elektrolyt- Plynné látky – ionizované plyny- Plazma – silne ionizovaný plyn

Podľa mechanizmu vedenia elektrického prúdu delíme vodiče na 2 skupiny: - vodiče 1. rádu (kovy a uhlík vo forme grafitu) El. prúd prenáša voľné elektróny. Vodiče sa pri priechode el. prúdu chemicky nemení - vodiče 2. rádu (roztoky a taveniny iónových solí = elektrolyty) Prúd prenášajú el. nabité častice zvané ióny. Ich pohybom dochádza k prenosu hmoty a chemickým zmenám. Ióny sú proti elektrónom väčšie, ich pohyblivosť je menší, takže aj vodivosť je nižšia.

Klasifikácia kovov- Elektrovodivé materialy- Odporové materiály- Materialy na spájky- Materialy na kontakty- Materialy na tavné poistky- Materialy pre vákuovú techniku- Materialy na dvojkovy – bimetal

Štruktúra kovov – vo väčšine kovov sa vyskytuje kubická mriežka plošne alebo priestorovo centrovaná

Charakteristické fyzikálne vlastnosti vo vzťahu k elektrickej vodivosti.

- Podľa Ohmovo zákona je hustota prúdu úmerná intenzite el. pola- Rezistivita sa pohybuje v rozsahu10-3 až 10-5Ωm- Rezistivita teplotou vzrastá- Za nízkych teplôt avšak pri teplote T˃20K je rezistivita úmerná T5, u väčšiny kovov rezistivita

klesá ak sa zvyšuje tlak - U čistých kovov (nad Tn) je pomer tepelnej a elektrickej vodivosti úmerný absolútnej teplote- U niektorých kovov sa objavuje supravodivosť tj. ich odpor klesá

Závislosť rezistivity kovu na teplote Rezistivita kovových vodičů se zmenšuje, jestliže je ochlazujeme. Neklesá však na nulovou

hodnotu, ale na hodnotu zbytkovou (zbytková rezistivita). Výjimku tvoří kovy, u nichž při dostatečně nízké teplotě (okolo absolutní nuly – několik

jednotek Kelvinů) klesne odpor na nulovou hodnotu – tento jev se nazývá supravodivost a materiály jsou supravodiče.

15

HLJO

SupravodivosťV bežnej praxi ešte nerealizovatelné

- Čisté kovy- Zliatiny kovov- Interné technické zlúčeniny- Keramické materialy

Supravodivé materiályPrvým objaveným supravodivým prvkom bola ortuť Hg . Po nej nasledovali objavy supravodivosti pri ďalších prvkoch periodickej tabuľky. Nie všetky prvky sú však supravodivé (napr. striebro, zlato, platina, železo a ďalšie.). Ďalšie materiály, pri ktorých bola potvrdená supravodivosť, boli niektoré zliatiny intrametalické zlúčeniny. Prvým keramickým vysokoteplotným supravodičom bol La – 1,85(Lantán), Ba – 0,15,(Barium). Ďalšími zaujímavými supravodičmi sú fullereny. Fulleren je molekula zložená zo 60 atómov uhlíka a tvarom veľmi pripomína futbalovú loptu. Supravodiče I. druhu - sem patria kovy a polokovy, ktoré sú vodivé za normálnej teploty. Supravodiče II. druhu – sem patria zlúčeniny kovov a zliatiny.

Možností využitia supravodivosti sú obrovské, od superrýchlych supravodivých prechodov – základ budúcich počítačov, až po vysoké transformátory, prerušovače prúdu v elektrárňach alebo obrovké lode s magneto - hydrodynamickým pohonom. Stovky týchto aplikácií sú v štádiu laboratórnych skúšok a ďalšie čakajú na svoju šancu. Vedenie elektrickej energie bez tepelných strát, obrovské magnetické pole umožňujúce vlakom levitovať, elektronické a mikrovlnné súčiastky, očakávané využitie supravodičov môže viesť k obdobnej technickej revolúcií ako v elektronike po objavení tranzistora.

Príklady využitia

Vo výskume a v zdravotníctve napr. v magnetoencefalografii, nakoľko umožňuje presné meranie malých magnetických polí.Na prenos ekektriny bez strát. Supravodivé kábly s vnútornou trubicou naplnenou kvapalným dusíkom sa už pokusne používajú na prenos energie na kilometrové vzdialenosti.Na uchovanie elektrickej energie pomocou cievok zo supravodivého drôtu. Do takejto cievky môžeme zapnúť prúd, potom zdroj prúdu odpojiť a zavedený prúd tečie cievkou praktický nekonečne dlhú dobu bez zmeny. Túto vlastnosť je možné využiť pri vyrovnávaní nerovnosti pri dodávkach elektrickej energie (výpadok prúdu).

Supravodivý pásik môže viesť rovnaký prúd ako medený kábel 100 x väčšieho prierezu.

16

HLJO

Obmedzovač prúdu (poistka). Supravodiče strácajú svoje supravodivé vlastnosti nielen pri prekročení kritickej teploty, ale taktiež pri prekročení kritického prúdu. Tieto vlastnosti využívajú supravodivé poistky. Majú nastavený kritický prúd.Magnetické ložiská bez trenia, napríklad u zotrvačníkových akumulátoroch. Tie sa môžu točiť rýchlosťou až niekoľko sto tisíc otáčok za minútu a tým dlhodobo uchovávať energiu.Levitujúci vlak Maglev využívajúci supravodivé magnety k nadnášaniu a pohonu. Supravodivé magnety sú umiestnené na bokoch vlaku. Vlak sa pohybuje v koryte na ktorého stenách sú bežné cievky. Po pripojení prúdu sa v týchto cievkach vytvorí magnetické pole, ktoré sa posúva v smere pohybu vlaku..

Vodivé materiály

- Materialy vysokej vodivosti – Cu a jej zliatiny, Al a jeho zliatiny- Ťažko tavitelné kovy – W, Mo, Ta, Nb, Pt Kovy a zliatiny pre elektrické odporníky

Zliatiny medi so Zn –argantan Zliatiny medi s Ni – konštantan, nikel Zliatiny medi s Mn – manganin, rezistin Zliatiny striebra – Mn, Ag, Sn Zliatiny CrNi –bez železa – s malým obsahom Fe a velkým

obsahom Fe Zliatiny Cr – Al – Fe

Kovy a zliatiny pre osobitné účely o Kovy a zliatiny pre kontakty Pre poistky Pre termočlánky Dvojkovy Elektronický uhlík

Zmena mechanických vlastností kovových materiálovVplyvov rôznych technológií a technologických postupov spracovania materiálov sa mení ich štruktúra, vlastnosti a veľkosť zŕn. Vznikajú deformácie a pnutia materiálov.

Monokryštál - je značne anizotropný (rôzne smery má odlišné mechanické aj fyzikálne vlastnosti)

- trvalá deformácia sa uskutočňuje dvomi mechanizmami:1) jednoduchým posuvom = sklzom2) preklápaním = dvojčatením

Plastická deformácia sklzom:- poklz pri pôsobení vonkajšieho zaťaženia nastáva na určitých rovinách, ktoré sa nazývajú sklzové roviny (sú najhustejšie obsadené atómami, pričom musia spĺňať požiadavku smeru pôsobiacej zaťažujúcej sily pod uhlom 450). Sklz nenastáva na všetkých vhodne orientovaných sklzových rovinách, ale zvyčajne sa realizuje v celých vrstvách. Sklz sa realizuje pohybom dislokácií v deformovanom materiále. Rýchlosť pohybu dislokácie môže byť až 1000 m.s-1

Plastická deformácia dvojčatením (preklápaním):- vznikajú tzv. kryštálové dvojčatá- prejavuje sa náhlym preskupovaním časti kryštálovej mriežky. Nová mriežka je orientovaná symetricky a zrkadlovo k rovine preklopenia.- vzniká predovšetkým pri haxagonálnej a kubickej plošne centrovanej mriežke

Polykryštál – mechanizmus pružnej a trvalej deformácie je iný ako v prípade monokryštálov

17

HLJO

- výrazný vplyv na mechanizmus deformácie má rôzna orientácia mriežok jednotlivých zŕn a ich hranice

Vplyv hraníc zŕn- dislokácie sa v priebehu plastickej deformácie pohybujú k hraniciam zŕn, ale nedokážu hranicou prejsť do druhého zrna, čím dochádza k ich hromadeniu na hraniciach zŕn, v dôsledku čoho sa zvyšuje napätie v okolí. Toto spôsobuje spevňovanie materiálu.Vplyv rôznej orientácie kryštálových mriežok zŕn – sklz nastáva najskôr v zrnách, ktoré sú najvhodnejšie orientované voči pôsobiacemu napätiu (uhol blízky 450). Až potom sklz nastane aj v iných rovinách. Toto je sprevádzané výrazným spevňovaním materiálu. - v priebehu deformácie susedia navzájom kryštály namáhané elasticky s kryštálmi namáhanými plasticky

Polykryštalický materiál vykazuje z uvedených dôvodov oveľa väčší odpor proti deformácii ako mono.Materiály s hexagonálnou mriežkou sa deformujú pred porušením len málo (málo sklzových rovín).Kovy s mriežkou K12 (vysoký počet sklzových rovín) sú výborne tvárniteľné.Kovy s mriežkou K8 tvoria prechod medzi oboma typmi mriežok.

Skúšky mechanických vlastností materiálovRozdelenie a definovanie mechanických skúšok1.Podľa stavu napätosti:

1.Jednoosé2.Dvojosé3.Trojosé

2. Podľa spôsobu zaťaženia1. ťahom2. tlakom3. ohybom 4. krutom5. strihom

3. Podľa časového priebehu zaťažujúcej sily1. Statické – zaťažujúca sila vzrastá pomalou rýchlosťou, alebo je konštantná2. Dynamické – pôsobí rázová sila, alebo rýchlo vzrastajúca sila

4. Podľa účinku zaťaženia na materiál:1. deštruktívne – s porušením materiálu2. nedeštruktívne – bez porušenia materiálu

5. Podľa teploty pri skúške:1. pri obvyklých teplotách – izbové teploty2. pri vysokých teplotách – s ohrevom3. pri kriogénnych – pod nula

Mechanická vlastnosť – vyjadruje a kvantitavíne hodnotí určitú stránku chovania sa materiálu pri definovanom mechanickom namáhaní.Mechanickými skúškami vyvolávame v materiáloch napatie, ktoré zvyšujeme až do porušenia skúšobného telesa.

Statická skúška – ťahom -Princíp spočíva v jednoosovom zaťažovaní skúšobnej tyče silou postupne vzrastajúcou až do porušenia tyče. Skúšobné teliesko = skúšobná tyč.Počas skúšky sa zakresluje pracovný ťahový diagram.Znázorúje sa v súradniciach : sila, predlženie. Ťahový diagram – je to ťahový diagram s výraznou medzou sklzu a je typický pre mäkké nízkouhlíkové ocele.Mechanické vlastnosti: Medza pevnosti: Rm Medza sklzu: Rl Ťažnosť: Kontrakcia /zúženie/:

18

HLJO

E – medza pružnosti (materiál sa deformuje pružne)U – medza úmernosti – platí Hookov zákon: R = E . (epsilon) R= napätie, E= modul pružnosti, = pomerné trvalé predĺženieK – medza sklzu (1.hrbolček) – napätie pri ktorom dochádza k prvému pozastaveniu, prípadne k poklesu zaťažujúcej sily, ale vzorka sa ďalej deformujeM – medza pevnosti –max.zaťaženie dosiahnuté pri skúške, tyč sa ale trhá skôr, prichádza tu k vyčerpaniu plastických vlastností materiálu a deformácia sa prenáša do malého objemu skúšobnej tyče, kde dochádza k miestnemu zúženiu, vzniká tzv. krčok – najužšie mesto počas skúšky, kde sa trhá materiálS – pretrhnutie vzorky

Dynamické skúšky – skúška rázom v ohybe:/ vrubovej húževnatosti/ - je vlastnosť, ktorá je silne závislá na teplote, preto je veľmi dôležité pri akej teplote sa robí skúška a v akých podmienkadch sa bude materiál používať.

Skúšky tvrdosti poznáme podľa princípu:Tvrdosť – je odpor povrchu mateiálu voči plastickej deformácie vyvolanej cudzím telesom:

1. vnikacie (vtlačkové) 3. kyvadlové 2. odrazové 4. Vrypové

Statické skúšky tvrdosti - princíp spočíva v zatláčaní skúšobného telieska definovaného tvaru určitou silo F pôsobiacou kolmo na povrch materiálu určitý čas t a po odťažení sily, určení veľkosti vtlačku.Skúška podľa: Brinella: Vickersa : Rockwella :Skúšky únavy- únava – je jav, keď materiál namáhaný kmitavým zaťažením sa po určitom počte kmitov náhle porušuje pri menších napatiach ako je pevnosť pri statickom zaťažení.3 štádiá únavy:Skúšky tečenia kovov -tečenie = je definované ako pomalá plastická deformácia materiálu vyvolaná dlhodobým pôsobením konštantného napatia pri stálej teplote. Tečenie ako časovo závislý dej sa zobrazuje tzv. krivkou tečenia, čo je závislosť deformácie od času pri danej teplote a napatí.

Nedeštruktívne defektoskopické skúšky – bez porušenia materiálu

Defektoskopia – sledovanie chýb materiálovKapilárna skúška -je určená na pozorovanie chýb priamo spojené s povrchom. Na očistený povrch materiálu sa nanesie farebná detekčná kvapalina, ktorá zatečie do chyb v materiály, prebytočná sa zotrie, nanesie sa indikačná kvapalina, čo je suspenzia bielych savých práškov, ktorá sa zafarbí od zatečenej detekčnej kvapaliny – kde sa zafarbí – tam je chyba.

Magneto-indukčná skúška

19

HLJO

- pre chyby povrchové a blízko pod povrchom a len pre materiály feromagnetické – dajú sa zmagnetizovať- pozorovaný predmet sa zmagnetizuje ak je homogénny, indukčné čiary prechádzajú rovnobežne od pólu k pólu, v mieste chyby ju obchádzajú, tým sa zahusťujú a vychádzajú na povrch a vystupujú nad povrch materiálu. Po nanesení jemného feromagnetického prášku /mleté Fe3O4/ sa tento zoskupí nad chybou. Touto metódou sa dajú zistiť už jemné trhlinky o veľkosti 0,002 mm.Ultrazvuková metóda - prechodová - odrazováSkúšky prežarovaním materiálu - Gama žiarenie rádioaktívnych prvkov, alebo röntgenové žiarenie RTG . RTG žiarenie prechádza priamočiaro cez materiál a je ním pohlcovaný, pod skúšaný materiálom sa ukladá röntgenový film, na ktorom po vyvolaní sa chýby prejavia ako tmavšie miesta.Akustická metóda- je založená na zvukovom efekte materiáluTechnologické skúšky – Technologická vlastnosť – je schopnosť materiálu úspešne podstúpiť určitú technologickú operáciu.Hlavné technologické vlastnosti:

1. zlievateľnosť2. obrobiteľnosť3. tvárniteľnosť4. zvariteľnosť

Makroskopická analýza - je to sledovanie materiálu volným okom, alebo lupou do zvačšenia max. 30xMikroskopická analýza - využíva sa zväčšenie nad 30x – využívajú sa optické prístroje – mikroskopyElektrónová mikroskopia - obraz sa vytvára pomocou elektrónového lúča, ktorý sa pohybuje vo vákuu,

Technológie výroby vodičov, vinutí a káblovJádra vodičov sa vyrábajú z elektricky vodivých materiálov, prevažne kovov.

Materiál jadier

Bude-li vodič sloužit k přenosu silové a signální (sdělovací) elektřiny, je vhodné použít materiál s dobrou : Ak bude vodič slúžiť k prenosu silovéj a signálnej (oznamovacie) elektriny, je vhodné použiť materiál s dobrou vodivosťou:

se využívá nejčastěji. meď sa využíva najčastejšie. Může být holá nebo pokovená ( , atd.). Môže byť holá alebo pokovaná (cínom, striebrom atď.). Její výhodou je kromě vodivosti také vysoká pevnost a houževnatost, se kterou vodič velmi dobře odolává ohybům; Jej výhodou je okrem vodivosti tiež vysoká pevnosť a húževnatosť, s ktorou vodič veľmi dobre odoláva ohybom;

se používá v menší míře, a to převážně pro aplikace. hliník sa používa v menšej miere, a to prevažne pre energetické aplikácie. Oproti mědi má nižší vodivost, ale je mnohem lehčí a je tak vhodný třeba pro závěsná vedení; Oproti medi má nižšiu vodivosť, ale je omnoho ľahší a je tak vhodný napríklad pre závesná vedenie; jeho mechanické vlastnosti jsou mnohem horší než mědi: při opakovaném ohnutí se láme, pod tlakem se vymačkává (teče); jeho mechanické vlastnosti sú oveľa horšie ako medi: pri opakovanom ohnutí sa láme, pod tlakom sa vytláčať (tečie); podobně se chová při větším proudu; podobne sa chová pri väčšom prúde; to může vést k uvolnění z mechanických svorek, jiskření a vzniku požáru to môže viesť k uvoľneniu z mechanických svoriek, iskrenie a vzniku požiaru

a - pro potřeby pevnějších jader s vysokou vodivostí, dříve např. pro vedení; bronz a mosadz - pre potreby pevnejších jadier s vysokou vodivosťou, predtým napr. pre telefónne vedenie;

poměděná - pro potřeby pevnějších a levnějších jader bez vysokých nároků na vodivost (včetně levných ); pomedená oceľ - pre potreby pevnejších a lacnejších jadier bez vysokých nárokov na vodivosť (vrátane lacných anténnych koaxiálov);

pocínovaná ocel je využívána na přívodní vodiče pro , slangově zvané "palníky"; pocínovaná oceľ je využívaná na prívodné vodiče pre rozbušky, slangovo nazývané "iniciátor";

20

HLJO

nit je nekovové jádro, vhodné k přenosu vysokonapěťových výbojů v zapalovacích kabelech u , protože podstatně snižuje do okolí motoru; uhlíková niť je nekovové jadro, vhodné na prenos vysokonapäťových výbojov v zapaľovacích kábloch u motorov, pretože podstatne znižuje elektromagnetické rušenie do okolia motora;

, atd. konštantán, zliatiny niklu atď. - pro topné a vyhřívací vodiče; - Pre vykurovacie a vyhrievacie vodiče;

ocel pro speciální aplikace, například železniční zabezpečovací systémy oceľ pre špeciálne aplikácie, napríklad železničné zabezpečovacie systém

Prierezy jadier

Na základě mezinárodní technické normalizace, vzešlé z IEC již v době mezi světovými válkami, se pro vodiče a kabely používají tzv. jmenovité průřezy . Na základe medzinárodnej technickej normalizácie, pre vodiče a káble sa používajú tzv. Menovité prierezy. Výrobci nejsou povinni vyrábět vodič tak, aby jeho geometrický průřez byl číselně roven jmenovité hodnotě, ale musí splnit jiné požadavky - příslušné předmětové normy (např. ČSN EN 60228 ) stanoví pro každý jmenovitý průřez nejvyšší povolený odpor a nejvyšší možný průměr jádra, resp. Výrobcovia nie sú povinní vyrábať vodič tak, aby jeho geometrický prierez bol číselne rovný nominálnej hodnote, ale musí splniť iné požiadavky - príslušné predmetové normy stanovuje na každý menovitý prierez najvyššej povolený odpor a najvyšší možný priemer jadra, resp. použitých drátků. použitých drôtikov. Není-li tedy skladba jádra stanovena přísněji, záleží jeho složení na vůli výrobce tak, aby splnil tento předpis. Ak nie je teda skladba jadra stanovená prísnejšie, záleží jeho zloženie na vôli výrobcu tak, aby splnil tento predpis. Velkou roli v tom totiž hraje například čistota kovu jádra. Veľkú úlohu v tom totiž hrá napríklad čistota kovu jadra. Laicky známé jsou průřezy silových vodičů 0,5 - 0,75 - 1 - 1,5 - 2,5 - 4 - 6 - 10 mm 2 , v signální technice se používají i malé průřezy 0,14 - 0,22 - 0,35 - 0,5 - 0,75 - 0,85, v energetice naopak velké průřezy 10 - 16 - 25 - 35 - 50 - 70 - 95 - 120 - 150 - 185 mm 2 i více. Laicky známe sú prierezy silových vodičov 0,5 - 0,75 - 1 - 1,5 - 2,5 - 4 - 6 - 10 mm 2, v signálne technike sa používajú aj malé prierezy 0,14 - 0,22 - 0, 35 - 0,5 - 0,75 - 0,85, v energetike naopak veľké prierezy 10 - 16 - 25 - 35 - 50 - 70 - 95 - 120 - 150 - 185 mm 2 i viac. Mimoto jsou normalizované i jiné průřezy, které se používají zřídka - například 0,6,- 2- nebo 8 mm 2 . Okrem toho sú normalizované aj iné prierezy, Skladba jadier vodičov

plné jádro - takové jádro má podobu jednoho kulatého drátu. plné jadro - také jadro má podobu jedného okrúhleho drôtu. ČSN EN 60228 taková jádra řadí do třídy 1 , zvykově se také tato jádra označují zkratkou RE - ta je převzata z němčiny a znamená rund, eindrähtig . Obvykle sa toto jadro používa napr. Pre silové úložné káble menších prierezov, pre oznamovacie rozvody atď.

jádro - vznikne tím, že se dohromady složí šest až sedm drátků, případně devatenáct, a stočí se do pravidelné šroubovice. lankové jadro - vznikne tým, že sa dohromady zložia šesť až sedem drôtikov, prípadne devätnásť, a stočí sa do pravidelnej špirály. Použitie - ČSN EN 60228 je řadí do třídy 2 , pro vodiče v průmyslu se užívá název pravidelné lanko neboli skladba typu A , a to podle německé normy LV 112 . Obvykle se používá pro vyšší průřezy silových kabelů.automobilovoý priemyslel. . ohebné jádro - vznikne obdobně jako lanované, ale počet drátků není přesně dán a může být libovolný (tak, aby vodič splňoval požadavky maximálního elektrického odporu pro daný průřez).

ohybné jadro - vznikne obdobne ako lankové, ale počet drôtikov nie je presne daný a môže byť ľubovoľný (tak, aby vodič spĺňal požiadavky maximálneho elektrického odporu pre daný prierez). Podle ČSN EN 60228 jsou to jádra třídy 5 , neoficiální název je sypané lanko , u autovodičů se používá název skladba typu B . Obvykle se používají např. pro pohyblivé silové přívody.

vysoce ohebné jádro - podle ČSN EN 60228 jádra třídy 6 . Neoficiální název je kartáčové lanko a používají se pro vodiče, u kterých je požadována zvlášť vysoká ohebnost (např. audiokabely nebo k pohyblivým částem strojů). vysoko ohybné jadro - Neoficiálny názov je

21

HLJO

kefové lanko a používajú sa pre vodiče, u ktorých je požadovaná zvlášť vysoká ohybnosť (napr. zvukové káble alebo k pohyblivým častiam strojov). Německá zkratka RF - rund, feindrähtig .

sektorové jádro - jádro nekulatého tvaru, zpravidla má profil kruhové výseče tak, aby při použití v kabelu do sebe jednotlivé žíly dobře zapadly a snížil se tak výsledný průměr kabelu. sektorové jadro - jadro nekulatého tvaru, spravidla má profil kruhového výseku tak, aby pri použití v kábli do seba jednotlivé žily dobre zapadli a znížil sa tak výsledný priemer kábla. Tato jádra jsou specialitou pro energetické kabely vysokých průřezů (zhruba 80 mm2 a výše). Tieto jadrá sú špecialitou pre energetické káble velkých prierezov (približne 80 mm2 a vyššie). Mohou být buď z přelisovaného jednodrátu (německá zkratka SE - sektor, eindrähtig ), nebo mohou být složena z více drátů (německá zkratka SM - sektor, mehrdrähtig ). komprimovaná jádra - vzniknou tak, že se složené (lanované nebo ohebné) jádro finalizuje protažením skrz užší profil a tím se slisuje, čímž dojde ke zpevnění jádra a zmenšení průměru bez snížení vodivosti.

další tvary - tyč, pásek, kolejnice atd. ďalšie tvary - tyč, pásik, koľajnice atď. Dimenzovanie prierezu vodičov Při průchodu elektrického proudu vznikají ve vodiči ztráty.Tyto ztráty navíc u běžných vodičů rostou s teplotou. Pri prechode elektrického prúdu vznikajú vo vodiči ztráty. Tieto straty navyše u bežných vodičov rastú s teplotou. Ztráty mohou při nesprávném dimenzování vést k přehřívání izolace ak jejímu zrychlenému stárnutí, v extrémním případě může dojít ik poškození kabelu "shořením" izolace. Straty môžu pri nesprávnom dimenzovaní viesť k prehrievaniu izolácie ak jej zrýchlenému starnutiu, v extrémnom prípade môže dôjsť aj k poškodeniu kábla "zhorením" izolácie. Při určování průřezu vodičů by měly být zohledněny následující faktory: Pri určovaní prierezu vodičov by sa mali zohľadniť tieto faktory:

maximální procházející proud (bývá určený ) maximálny prechádzajúci prúd (býva určený istiacim prvkom)

způsob uložení vodiče (lepší chlazení znamená možnost vyššího zatížení) spôsob uloženia vodiče (lepšie chladenie znamená možnosť vyššieho zaťaženia)

teplota okolí teplota okolia souběžné uložení více kabelů (sousední kabely zhoršují chlazení a generují teplo) súbežné

uloženie viac káblov (susedné káble zhoršujú chladenie a generujú teplo) izolace vodiče (tepelná vodivost a tepelná odolnost) izolácie vodiča (tepelná vodivosť a tepelná

odolnosť) vliv prostředí z požárního hlediska vplyv prostredia z požiarneho hľadiska povolený úbytek napětí na vodiči povolený úbytok napätia na vodiči vliv vplyv skin efektu

Běžné domácí elektrické instalace používají pro proud 10 A měděné kabely s průřezem 1,5 mm 2 (světelný rozvod), pro zásuvkové rozvody s maximálním zatížením 16 A se používají měděné kabely s průřezem 2,5 mm 2 . Bežné domáce elektrické inštalácie používajú pre prúd 10 A medené káble s prierezom 1,5 mm 2 (svetelný rozvod), pre zásuvkové rozvody s maximálnym zaťažením 16 A sa používajú medené káble s prierezom 2,5 mm 2. V průmyslových rozvodech záleží na typu použitých kabelů a způsobu uložení . V priemyselných rozvodoch záleží na type použitých káblov a spôsobe uloženia

Rozdelenie vodičov podľa izolácie

Stíněný plášťovaný vodič = koaxiální kabel Tienený plastované vodič = koaxiálny kábel

Holé vodiče Tyto vodiče se používají tam, kde za běžných podmínek (včetně tzv. podmínek jedné poruchy ) nehrozí nežádoucí chování vodiče (bezprostřední ohrožení života a zdraví, zkrat apod.) nebo tam, kde je naopak

22

HLJO

žádoucí, aby vodivé jádro bylo přístupné přímo. Tieto vodiče sa používajú tam, kde za normálnych podmienok (vrátane tzv. Podmienok jednej poruchy) nehrozí nežiaduce správanie vodiča (bezprostredné ohrozenie života a zdravia, skrat a pod.) Alebo tam, kde je naopak žiaduce, aby vodivé jadro bolo prístupné priamo. Může jít například o: Môže ísť napríklad o:

Holý měděný kruhového průřezu - užívá se k výrobě spojek uvnitř Holý medený drôt kruhového prierezu - používa sa na výrobu spojok vnútri rozvádzačov

Měděné tyče obdélníkového nebo obecně nekruhového průřezu - na přípojnice uvnitř rozvoden, rozvaděčů, jako součást přípojnicových rozvodů, kterými se napájejí stroje v průmyslových provozech Medené tyče obdĺžnikového alebo všeobecne nekruhového prierezu - na prípojnice vnútri rozvodní, rozvádzačov, ako súčasť prípojnicových rozvodov, ktorými sa napájajú stroja v priemyselných prevádzkach

Měděné pletivo - pás spletený z tenkých měděných drátků, používá se k propojení kovových nebo oddělitelných krytů různých strojů a rozvaděčů - drát s rybinovou upevňovací drážkou, slouží jako vrchní napájecí vedení na elektrifikovaných drahách ( , , elektrifikované , starší typy ) Trolejové vedenie - drôt s rybinovaciu upevňovacie drážkou, slúži ako vrchný napájacie vedenie na elektrifikovaných dráhach (električky, trolejbusy, elektrifikované železnice, staršie typy mostových žeriavov)

Lana pro vzdušná vedení VN a , jádro je tvořeno pevným ocelovým lanem, opleteným vodiči Laná pre vzdušná vedenia VN a VVN, jadro je tvorené pevným oceľovým lanom, spletených hliníkovými vodičmi

drát - ocelový, žárově pozinkovaný drát průměru 8 až 10 mm používaný na svody systémů ochrany před atmosférickým přepětím Hromozvodní drôt - oceľový, žiarovo pozinkovaný drôt priemerom 8 až 10 mm používaný na zvody systémov ochrany pred atmosférickým prepätím

páska - ocelová, žárově pozinkovaná páska k uložení do základů budov ak propojení jednotlivých svodů bleskosvodu Zemniaca páska - oceľová, žiarovo pozinkovaná páska na uloženie do základov budov a na prepojenie jednotlivých zvodov bleskozvodu

Odporová vlákna ze slitin železa - pro žhavící spirály , a Odporová vlákna zo zliatin železa - pre žhaviace špirály žiaroviek, žiariviek a elektrónok

Odporové dráty (pásky) také ze slitin železa - pro topné elementy v zařízeních pro (akumulační kamna, vzduchové clony), případně jako brzdové ve vozidlech elektrické trakce Odporové drôty (pásky) tiež zo zliatin železa - pre vykurovacie elementy v zariadeniach pre elektrické kúrenie (akumulačné kachle, vzduchové clony), prípadne ako brzdové odpory vo vozidlách elektrickej trakcie

Ostatní holé, neizolované vodiče Ostatné holé, neizolované vodiče o na elektrifikovaných železnicích, v a tramvajových tratích. Koľajnice na

elektrifikovaných železniciach, v metre a električkových tratiach. Ocelové kolejnice tvoří jeden přívodní vodič, druhým přívodním vodičem je trolej, jako vrchní napájecí vedení Oceľové koľajnice tvoria jeden prívodný vodič, druhým prívodným vodičom je trolej, ako vrchný napájacie vedenie

o Vodiče vytvořené jako součást motivu Vodiče vytvorené ako súčasť motívu plošného spoja

Izolované vodiče -Pokud je to potřeba, bývá vlastní vodivý materiál obalen izolační vrstvou, jejímž účelem je zabránit , v agresivním prostředí prodloužit životnost vodiče, a zejména pak u vyšších napětí (nad 50 V~ a 60 V=) zabránit ohrožení osob. Ak je to potrebné, býva vlastné vodivý materiál obalený izolačnou vrstvou, ktorej účelom je zabrániť skratom, v agresívnom prostredí predĺžiť životnosť vodiče, a najmä potom u vyšších napätia (nad 50 V ~ a 60 V =) zabrániť ohrozeniu osôb. Vodiče s plastovou izoláciou Vodiče s minerálnou izoláciou Vodiče s lakovanou izoláciou -Tyto vodiče se nazývají a používají se například pro vinutí a - velmi dobře odolávají vysokým teplotám a mechanickému namáhání. Tieto vodiče sa nazývajú smaltované a používajú sa napríklad pre vinutia elektromotorov a alternátorov - veľmi dobre odolávajú vysokým teplotám a mechanickému namáhaniu.

23

HLJO

Lakované vodiče s tepelně odolným lakem - pro vinutí pracující za vyšších teplot (typicky v teplotních třídách H nebo C). Lakované vodiče s tepelne odolným lakom - pre vinutia pracujúce za vyšších teplôt

(samopájitelné) vodiče - lak je stabilní při provozní teplotě, ale při zahřátí páječkou se rozteče a odkryje povrch vodiče. Spájkovateľný (samopájitelné) vodiče - lak je stabilný pri prevádzkovej teplote, ale pri zahriatí spájkovačkou sa roztečie a odkryje povrch vodiče. Při zapojování konců vinutí z tohoto typu vodiče není nutné mechanické odstranění izolace.

Spékatelné vodiče - mimo vrstvu, která funguje jako závitová izolace je vodič opatřen další vrstvou, kterou lze po navinutí tepelně vytvrdit, spéct. Spékatelné vodiče - mimo vrstvu, ktorá funguje ako skrutkovacia izolácie je vodič opatrený ďalšou vrstvou, ktorú možno po navinutí tepelne vytvrdnúť, spiecť. Tím se zlepší izolační vlastnosti výsledného vinutí a zvýší mechanická tuhost vinutí. Tým sa zlepší izolačné vlastnosti výsledného vinutia a zvýši mechanická tuhosť vinutia. Tato úprava může nahradit v řadě případů vakuotlakovou impregnaci vinutí. Táto úprava môže nahradiť v mnohých prípadoch vakuotlakovou impregnáciu vinutia.

Vodiče s textilnou izoláciou -Tato izolace může být nanesena opředením nebo opletením. Táto izolácia môže byť nanesená opletením alebo opletením. Farby izolácie - Elektrická šnúra s 3 vodičmi s rôznymi farbami izolácie; zeleno-žlutý vodič je ochranný (hovorově uzemnění nebo zem ). zeleno-žltý vodič je ochranný (hovorovo uzemnenie alebo zem).Elektrická šňůra se 3 vodiči s různými barvami izolace; Izolace vodičů je různobarevná. Izolácia vodičov je rôznofarebné. Na základě přijaté ČSN IEC 757 jsou od roku 1996 definovány tyto základní barvy (v závorce používaná zkratka): Triedy teplotnej odolnosti izolácie Pro vinutí elektrických strojů točivých i netočivých je běžné udávat nejvyšší přípustnou teplotu písmenným kódem, takzvanou teplotní třídou (třídou teplotní odolnosti). Pre vinutie elektrických strojov točivých aj netočivých je bežné udávať najvyššiu prípustnú teplotu alfabetickým kódom, takzvanú teplotnou triedou (triedou teplotnej odolnosti). Teplota se určuje měřením odporu vinutí. Teplota sa určuje meraním odporu vinutia.

Vinutia- Jednovrstvové prstencové vinutie- Špirálové vinutie- Doskové vinutie- Bifilárne vinutie

Ďalej ich delíme:- Z hľadiska materiálu môžu byť realizované

- Neizolovaným drôtom- Izolovaným drôotom- Pásom - Rúrkou

- Z konštrukčného hľadiska- Jednovrstvové - Viacvrstvové

- Podľa vonkajšieho tvaru- Valcové - Doskové- Ploché- Špirálové- Prstencové

- Podľa úpravy na potlačenie indukčnosti, alebo kapacity- Bifilárne

24

HLJO

- Bezinduktívne- Piramídové

Navíjacie strojea) Otáčanie kostry cievky, pre vytvorenie závitovb) Nepretržitá evidencia počtu závitovc) Rovnomerné vratné posúvanie vodiča po celej cievked) Napínanie navíjacieho drôtu v medziach pevnostie) Navíjanief) Navíjanie

Triedenie navíjacích strojov- Pre jemné drôty- Pre hrubé drôty- Pre profilové vodiče

Ďalšie kritérium deleniaa) Ns pre valcové vinutiab) Ns pre krížové vinutiac) Ns pre prstencové vinutiad) Ns pre tvarové vinutia

Výroba káblovSpojenie niekoľkých vodičov do jedného zväzku - jednožilových alebo viac žilových.Silnoprúdové

- Podľa druhu izolácie- Celoplastové- S tlakovým prostredím- Supravodivé- Bez halogénové-

Slaboprúdové - Nízko frekvenčné telekomunikačné signálne káble

Pre počítačové siete Pre telekomunikačné zariadenia Pre meraciu a prístrojovú techniku Pre plynárenstvo a banskú techniku

- Vysoko frekvenčné koaxiálne káble Zabezpečujú optimálne parametre prenosu Spoločný príjem a rozvod rozhlasu a televízie Prijem individuálnych telekomunikačných, rozhlasových a satelitných signálov Špeciálne použitie v prístrojovej technike

Optické káble- Vonkajšie optické v centrálnej rúrke- Samostatné vonkajšie v centrálnej rúrke- Vonkajšie kombinované optické káble s lanovými plnenými rúrkami a metalickými

pármi, alebo štvorkami- Samostatné dialektrické optické káble s lanovými plnenými rúrkami- Samostatné vonkajšie optycké kable slanovými plnenými rúrkami- Jednomodóvé vlákna majú pomerne malý priemer cca 9m- Viacmodové sa realizované o priemere 50 alebo 62,5 m – prenášajú viac signálov- Plastové vlákna

MAGNETIZMUS

25

HLJO

Pohyb častíc s elektrickým nábojom je vždy sprevádzaný vznikom magnetického poľa v ich bezprostrednom okolí. Častice s elektrickým nábojom (elektróny a protóny) sú v neustálom pohybe, takže vytvárajú vo svojom okolí magnetické polia. Existencia magnetických polí (tj. Magnetizmus) je preto prirodzenou vlastnosťou látok. V tomto zmysle má teda každá látka magnetické vlastnosti, avšak nie vždy je možné tieto vlastnosti technicky využiť.Každá elektricky nabitá častica, ktorá periodicky obieha po uzavretej dráhe (orbitu), je ekvivalentná prúdovej slučke tvaru dráhy častice a vytvára magnetický moment. Magnetický moment je vektorová veličina. Tento magnetický moment sa nazýva orbitálne (dráhový) magnetický moment, ktorý má každý elektrón a protón. Vzhľadom k tomu, že elektróny obiehajú na dráhach s polomery oveľa väčšími, než sú polomery dráh protónov, majú tiež podstatne väčšie orbitálne magnetické momenty.Z hľadiska veľkosti magnetického momentu atómov delíme látky na diamagnetické, ktorých atómy nemajú magnetický moment a paramagnetické, ktorých atómy majú magnetický moment.

Rozdelenie materialov vzhladom na magnetické pole

Ak chceme zmagnetizovať feromagnetickou látku, ktorá po ochladení na teplotu nižšiu než Curieův bod nebola ešte zmagnetizovaná, musíme ju vložiť do vonkajšieho magnetického poľa. Ak intenzitu vonkajšieho magnetického poľa postupne zväčšujeme, látka sa postupne viac a viac magnetizuje, až pri dostatočne veľkej intenzite magnetického poľa sa látka uvedie do stavu magnetického nasýtenia.

Závislosť magnetickej indukcie na intenzite vonkajšieho magnetického poľa má typický priebeh, ktorý sa nazýva krivka prvotnej magnetizácie - viď obr. 7.4. Túto krivku možno podľa dejov, ktoré pritom prebiehajú vo feromagnetík, rozdeliť na štyri oblasti.

Magnetizačné krivka a hysterézne slučka

Obr. 7.2 Charakteristika feromagnetík v stave bez magnetizácie→ rozloženie domén vo feromagnetík (nepôsobí vonkajšie pole) teplota je nižšia ako Curie teplotavektorový súčet všetkých momentov je nulový feromagnetikum je odmagnetovanie, nemagnetický (panenský) stav

26

HLJO

Obr. 7.4.

Na tvar hysteréznej slučky má vplyv predovšetkým chemické zloženie a stav kryštálovej mriežky, súvisiace so spôsobmi technologického spracovania, ako napr. Valcovanie za studena alebo za tepla, žíhanie alebo kalenie.K vzrastu magnetizácie dochádza v dôsledku:1. zmeny objemu jednotlivých zón2. zmeny smeru spontánnej magnetizácie3. zmeny veľkosti spontánnej magnetizácie

Hysterézna slučkaHysterézna slučka feromagnetického materiálu (obr. 7.5) je uzavretá magnetizačné krivka, ktorá vyjadruje závislosť B = f (H) pri pomalej, plynulé zmene intenzity magnetického podľa od + HS do - HS. Intenzita magnetického poľa HS zodpovedá bodu nasýtenia D. Hysterézna slučka sa získa prevedením jedného cyklu magnetovania.

Obr. 7.4 Hysterézna slučka feromagnetík1 - krivka prvotnej magnetizácie tzv. "Panenská krivka",2, 3 - časti slučky zodpovedajúce navzájom opačným zmenám intenzity magnetického poľaI - počiatočné odbor magnetizačné krivky (prebiehajú vratné posuny stien)II - nevratné stáčania (spontánnej magnetizácie v doménach)III - končí procesy stáčanieIV - absolútna hodnota magnetizácie mierne stúpa - smernica závislosti je daná súčinom μo H

27

HLJO

Z hľadiska potrieb elektrotechnického priemyslu sa vžilo toto roztriedenie magnetických materiálov:1.magneticky mäkké materiály Slaboprúd – vf. technika, relé, pólové nadstavce, jadrá cievok, akustika Silnoprúd – tlmivky, konštrukčné časti, transformátorové plechy, točivé stroje - motory2.magneticky tvrdé materiály3.magnetické materiály pre špeciálne účely4.kovové kompaktné materialy5.kovové práškové materiály6.nekovové oxidové materiály (ferity)- krehké, veľmi tvrdé, neobrobitelné - používajú sa vo vysokofrekvenčnej technike – blesk na fotoaparát

Do prvej skupiny sa zaraďujú materiály, ktoré možno ľahko zmagnetizovať aj odmagnetovať. Používajú sa predovšetkým v striedavých magnetických poliach.Druhá skupina zahŕňa materiály, ktoré sa ťažko dajú zmagnetizovať a odmagnetovať. Používajú sa najmä na vytváranie jednosmerných magnetických polí, tj. Na výrobu trvalých (permanentných) magnetov.

28

HLJO

U magnetických materiálov sú najdôležitejšie ich magnetické vlastnosti. Požiadavky na hodnoty ich parametrov sú však často protichodné a závisí na tom, na aký účel má byť materiál použitý. Kvalita magnetického materiálu sa zvyčajne posudzuje podľa celého súboru parametrov; do úvahy sa berie aj ich závislosť na rôznych prevádzkových činiteľoch. Do tohto súboru nezriedka patrí aj parametre fyzikálne, elektrické, tepelné a mechanické. Veľký význam majú aj technologické vlastnosti, ktoré rozhodujú o spracovateľnosti materiálu. Pri spracovaní a využití magnetických materiálov je nevyhnutné prihliadať na hospodárske požiadavky (malé výrobné náklady, dostupnosť surovín z domácich zdrojov a pod.). Vlastnosti magnetických materiálov možno do značnej miery riadiť ako zmenou chemického zloženia, tak aj zmenou štruktúry.

Straty v magnetickom obvodeCelkové straty P predstavujú výkon spotrebovaný magnetickým materiálom pri jeho striedavom magnetovaní. Celkové straty sa delia na straty hysteréziou Ph, straty vírivými prúdmi Pv a straty zvyškové Pr. Platí rovnica: P = Ph + Pv + PrTieto straty sa prejavujú zahrievaním magnetického materiálu.Hysterézne straty sú úmerné ploche hysteréznej slučke. Možno pre nich písať vzťah: Ph ~ f Bmax1,6f frekvencia prúdu magnetovanie, / Bmax maximálna magnetická indukcia.V kovových feromagnetických materiáloch vznikajú pri zmene magnetickej indukcie B pri striedavom magnetovaní vírivé prúdy. Priechodom prúdu vodičom vznikajú tepelné straty, preto sú vírivé prúdy stratové. Časť energie, ktorú dodáme na magnetovanie materiálu, sa mení na energiu tepelnú (Joulovo teplo). Zmenšenie strát vírivými prúdmi sa dosiahne zväčšením odporu cesty vírivých prúdov tak, že sa použijú materiály s veľkým odporom ρ a malou hrúbkou plechu. Príkladom sú ferity s odporom až 105 Ω.m. Straty spôsobené vírivými prúdmi sa obmedzujú napr. Použitím navzájom izolovaných plechov, čím dôjde k rozdeleniu jadra, použitím materiálu s veľkým elektrickým odporom (pridaním malého množstva kremíka do základného materiálu ocele sa zväčší pôvodná rezistivita ocele až šesťnásobne) alebo znížením indukovaného napätia. Pri zmene mag. pola vzniká prúdová slučka v materiály, ktorým tečie prúd a preto zahrieva – sú pre nás nevhodné. Na jadro cievky musíme používať materiál magneticko dobre vodivý a zle elektricko vodivý. (kremikové plechy cca 4% Kremíka).

- Material rozvalcujeme na tenký plech- Jadro poskladáme z velkého množstva plechov kvôli malým prúdovým slučkám- Plech odizolujeme

IZOLANTYMateriály ktoré nevedú elektrický prúd alebo len minimálne.

Elektrická vodivosť v plynochSú dobrými izolantami pokiaľ intenzita el. poľa neprekročí hodnotu, pri ktorej začína nárazová ionizácia. Po túto hodnotu je el. vodivosť plynov nepatrná, podstatne menšia než u väčšiny kvapalných i tuhých dielektrík. El. prúd sa v plyne prenáša pohybom kladných a záporných iónov a elektrónov v el. poli. Tieto vznikajú v plyne ionizáciou neutrálnych molekúl, odtrhnutím elektrónov z neutrálnych molekúl. Ionizácia vzniká účinkom krátkovlnného elektromagnetického žiarenia alebo nárazmi elektrónov a iónov na neutrálne molekuly.

Nad kritickou hodnotou el. poľa - nárazová ionizácia - samostatná vodivosť.Nesamostatné vodivosť - pôsobením vonkajších ionizačných vplyvov:Nárazová ionizácie - odovzdanie kinetickej energie WK častice (elektrón, žiarenie α, β) atómu → uvoľnenie elektrónu podmienka: m v2 / 2 ≥ WiFotoionizacia - absorpcia fotónu (žiarenie γ, röntgenové žiarenie) podmienka: h ν ≥ WiTepelná ionizácia - pri vysokých teplotách zrážkami molekúl, absorpciou tepelného žiarenia Povrchová emisie uvoľňovanie elektrónov z povrchu elektród, energie buď tepelné alebo žiarenie pôsobiace na povrch katódy.Súčasne s ionizáciou nastáva rekombinácia

29

HLJO

Závislosť prúdovej hustoty na intenzite elektrického poľa, charakterizujúce vodivosť ionizovaného plynu, je na obr. V priamkové časti oblasti 1 platí Ohmov zákon. V elektrickom poli sa dáva do pohybu čoraz viac voľných nosičov náboja. V oblasti 3 sa dosiahne nasýteného stavu, keď počet voľných nosičov náboja zostáva stály. Zväčšovaním napätia sa však zväčšuje ich rýchlosť až pri kritickej intenzite poľa EKR začína oblasť nárazovej ionizácie. V oblasti 4 prúdová hustota prudko stúpa, nesamostatné vodivosť prechádza v samostatnú, dochádza k prerazeniu.

Elektrická vodivosť kvapalín- vlastná - nevlastná

a. ionizáciou neutrálnych molekúl pôsobením ionizačného žiareniab. disociáciou (štiepením) vlastných molekúl a ich prímesíc. tepelnou existenciou (vybudením)d. emisiou elektrónov z katódy v silných elektrických poliach

V kvapalnom skupenstve sú dielektrikami len látky s kovalentnými väzbami v molekulách. Látky s iónovými väzbami sú vodiče druhej triedy a látky s kovovou väzbou sú vodiče prvej triedy. Látky s kovalentnou väzbou sú však dielektrikami len dostatočne čisté, a aj tak sú niektoré z nich dielektrikami len teoreticky, pretože čiastočne disociujú. Tieto látky delíme na neutrálne a dipólové. V neutrálnych kvapalných dielektrikách el. vodivosť závisí od prítomnosti disociovaných prísad a od obsahu vody. V dipólových dielektrikách spôsobujú el. vodivosť nielen nečistoty, ale i nepatrná disociácia molekúl samotnej kvapaliny. Okrem iónovej el. vodivosti sa môže v kvapalných dielektrikách vyskytovať i vodivosť spôsobený pohybom el. nabitých koloidných častíc- elektroforetická vodivosť.

Lavinové náasobenieNosičov –samostatný výbojSvetlo –farba závisí od plynu

REKOMBINÁCIACIAOblasť platnostiOhm. zákona

NEUTRALIZÁCIAOblasť nasýteného prúduKoľko iónov vznikne toľko aj zanikne, le len v tejto oblasti

1.Oblasť - lineárna závislosť Y na E - Ohmov zákon, malá časť iónov dopadne na elektródy (malé E),2. prechodová oblasť, 3. oblasť - nasýtený prúd - všetky voľné iónydopadnú na elektródy, veľkosť Js závisína vonkajšej ionizáciu,4. oblasť - rast J → vznik výboja, oblasť lavínovéhonásobenie nosičov ..

30

HLJO

Elektrická vodivosť v pevných dialektikách Vodivosť je veľmi malá (10-12A)

- neutrálne tuhé dielektriká- dipólové tuhé dielektriká- iónové, kryštály- iónové amorfné látky

Závislost el. vodivosti na teplote

Nepolárne látky - vlastné molekuly nedisociují, vysoké ρ = 1014 (parafín, polyetylén, ...).Iónové kryštály - volné nosiče z porúch kryštalickej mriežky.Amorfné iónové látky - γ závisí na štruktúre a zložení (skla anorganická).Makromolekulárne látky- γ závisí najmä na technológii (zvyšky tvrdidiel, vulkanizácie, starnutie, ...).

Povrchová elektrická vodivosť - Nie je presne definovaná, nemožno priamo merať.Ovplyvnená: relatívnou vlhkosťou, povrchovým napätím voči vode - hydrofóbne látky, - hydrofilné látky (zmáčavé), čistotou a kvalitou povrchu.Spôsobená hlavne vodným filmom na povrchu.

Zmenšenie povrchovej vodivosti: odstránenie povrchovej vodnej vrstvy, odstránenie nečistôt, zmena povrchových vlastností (leštenie, lakovanie, ...).

Elektrická pevnosť Je hraničné napätie pri ktorom dôjde k prerazeniu – suchý vzduch ma 1000 V/mm.Materiály lepšie odolávajú jednosmernému napätiu než striedavému.Schopnosť dielektrika odolávať namáhaniu el. poľa je jednou zo základných vlastností dielektrika. Táto vlastnosť sa nazýva el. pevnosť. Svojou veľkostnou udáva intenzitu el. poľa, ktorá vedie k strate izolačných vlastností, to znamená k náhlemu zvýšeniu el. vodivosti dielektrika. Jav, pri ktorom sa náhle zvýši el. prúd medzi elektródami dielektrika vplyvom intenzity el. poľa, sa nazýva el. výboj. Napätie, pri ktorom vznikol prieraz resp. preskok, je prierazné resp. preskokové napätie U p. Pomer prierazného

31

HLJO

napätia U p ku vzdialenosti elektród h, medzi ktorými došlo k prierazu vyjadruje el. pevnosť dielektrika:

Ep=U p

h[V . m−1 ] . Tento vzťah pltí pre homogénne el. pole.

El. prieraz kvapalných dielektrík závisí od toho, či je dielektrikum extrémne čisté alebo technicky čisté. Pre technické aplikácie sa používajú technicky čisté kvapalné dielektriká, ktoré vždy obsahujú určitú nízku koncentráciu nečistôt v podobe koloidných čiastočiek tuhého, kvapalného alebo plynného skupenstva. Mechanizmus el. preskoku v kvapalných dielektrikách je silne ovplyvnený prítomnosťou koloidných čiastočiek.V látkach tuhého skupenstva sa vyskytuje len pri prieraze tenkých vzoriek a pri nárazovom namáhaní. Je spôsobený nárazovou ionizáciou atómov a molekúl voľnými elektrónmi, ktorá v silných el. poliach vedie k vytvoreniu lavínovitého výboja. Veľkosť prierazného napätia pri tepelnom prieraze tak závisí aj od odvodu tepla z dielektrika, od teploty prostredia a hlavne od dĺžky doby pôsobenia napätia a ďalších vplyvov.Častou príčinou el. prierazu býva starnutie dielektrika, ktoré vzniká pôsobením čiastkových vnútorných výbojov v plynových dutinách a štrbinách, ktoré sa vytvorili v technologickom procese výroby alebo v procese prevádzky. Jeden z hlavých vplyvov na el. pevnosť kvapalných a tuhých dielektrík je doba pôsobenia el. poľa. El. pevnosť dielektrík klesá v závislosti od doby trvania namáhania el. poľom. Podľa doby pôsobenia el. poľa sa rozdeľuje el. pevnosť na tieto veličiny:- Nárazovú el. pevnosť zisťujeme napätím normalizovaného tvaru vlny- Okamžitú el. pevnosť zisťujeme plynulým zvyšovaním napätia do prierazu- Minútovú el. pevnosť zisťujeme napätím pôsobiacim na dielektrikum po dobu 1min.- Trvalá el. pevnosť nezávisí od doby pôsobenia el. poľa

Elektrická pevnosť plynov -záleží na pomere tlaku a teplotyEp je asi o 1 riadok nižšie ako kvapalné a pevné izolanty.Preskok - nárazová ionizácie (voľné elektróny) a fotoionizace.Lavíny elektrónov vzniknutých nárazovou ionizáciou.Samostatný výboj - sekundárne elektróny vzniknuté dopadom kladných iónov na katódu.Prúdová hustota je spôsobená vonkajšími ionizačné činiteľmi.Samostatný výboj trvá aj bez vonkajších ionizačných činiteľov.El. pevnosť v homogénnom poliHomogénne polia - rovinné elektródy, - Guľové elektródy.Ep závisí na - vzdialenosti elektród, - Hustote plynu (na tlaku p pri T = konšt.).

Prerazenie plynných izolantovCharakter prierazu: čisto elektrický prieraz. Prerazenie podmienený nárazovú ionizáciou a následným vytváraním lavín elektrónov (a kladných iónov). Počiatočné napätie výboja sa v homogénnom poli stotožňuje s napätím prierazným (zápalným); v silne nehomogenním poli je počiatočným to napätie, pri ktorom sa objaví výboj korónou.Základná klasifikácia:Nesamostatný výboj1. druhu (vonkajší zdroj ionizácie),2. druhu (emisie elektrónov z katódySamostatný výboj

Elektrická pevnosť kvapalných izolantov Väčší ako u plynov, rôzny mechanizmus preskoku, výsledná hodnota závisí od množstva a charakteru nečistôt. Výboj vzniká v miestach zvýšenej koncentrácie nečistôt. Vplyv materiálu a povrchu elektród.

32

HLJO

Extrémne čisté kvapaliny - Up nezávisí od teploty a tlaku, dobe pôsobenia napätia, hlavná úloha elektrónov. Transformátorový olej je tiež izolant. ale aj chladiace médium.

Elektrická pevnosť pevných izolantovZákladné druhy prierazu:a) čisto elektrický prierazUp nezávisí na teplote a dobe pôsobenia U, závisí na homogenite izolantu a elektrického poľa.Ep nezávisí na hrúbke izolantu ani na časovom priebehu U.b) tepelný prierazväčšie doba rozvoja prierazu (sekundy až minúty),dielektrickej straty - ohrev izolantov (lokálne) - zvýšenie vodivosti - rast strát,pri nižšom napätí rovnováha medzi dielektrickými stratami a odvodom tepla,pri vyššom napätí alebo zlom chladení dochádza k prerazeniu.

Pri vyšších teplotách dochádza k odchýlkam od Ohmovho zákona (rastie vodivosť).Odlišné mechanizmy prerazenia - prvé štádium (zvýšenie vodivosti), druhé štádium - dtto + deštrukcie.Starnutie izolantovPri zvýšenej teplote, pri čiastočných výbojoch, pri silnom elektrickom poli → starnutia → zníženie el. pevnosti.Čiastočné výboje - degradácia materiálu izolantu, - Chemické reakcie (O3, NOx), - Termický rozklad, - Bombardovanie stien dutiniek e-, - Oxidácia polymérov.Pri anorganických izolantov starnutie vyvoláva vznik defektov kryštálovej mriežky.

Neelektrické vlastnosti izolantovMechanické vlastnosti:overujú sa skúškami - krátkodobé namáhanie, - Rázové namáhanie, Tvrdosť- Dlhodobé pôsobenie statickej sily, Rázová húževnatosť- Cyklické namáhanie. Únava materialu pri kmitavom zaťažovaní Pevnosť v ťahu, tlaku, šmyku, ohybu. Ťažnosť - relatívne predĺženie

Klasifikácia materiálov - krehké (malé predĺženie pri lome), - Plastické (závislosť pevnosti na teplote a rýchlosti namáhanie), - Pružné, tj. Elastické (veľká elasticita, vždy trochu plastické, hysteréza).U kvapalín: Povrchové napätie, Viskozita - dynamická.Tepelná rozťažnosť: dĺžková alebo objemová - význam pri kombinácii materiálov (sklo - kovar).Teplotná odolnosť - teplota, pri ktorej ešte izolant plnia funkciu, trvalá teplotná odolnosť. Pri organických izolantov sa určuje tiež bod mäknutia, bod vzplanutia.Vlhkosť navĺhavosť - styk s vodnou parou, nasiakavosť - ponorenie do vody absorpcie vodných pár, zmáčanie - povrchové javy, sýtenie izolantu vlhkosťou - objemový jav,Odolnosť izolantov proti vplyvu prostredia:

PolarizáciaV izolantoch môže dôjsť k polarizácii. Materiál v magnetickom poli nám vykazuje mínus a na druhej strane plus. (Elektrónová polarizácia)

33

HLJO

Vložením izolantu do elektrického poľa nastáva jav, ktorý sa nazýva polarizácia dielektrika.Pohyb viazaných nábojov v dielektriku účinkom el. poľa, vysunutie týchto nábojov z ich rovnovážnych polôh na ohraničenú malú vzdialenosť a orientácia dipólových molekúl sa nazýva polarizácia dielektrík.

Druhy elektrické polarizácie:1) deformačná - elektrónová (pružná) - iónová2) relaxačné - Dipólový - Iónová relaxačné3) objemová - medzivrstvová (migračné) - vysokonapäťová4) zvláštne - spontánny - rezonančné

Deformačné (pružná) polarizácia - Veľmi rýchle, bezstratové vychýlenie pružná viazaných nábojov (elektrónov, iónov) na malé vzdialenosti. Deformačné polarizácia prebieha bez strát energie v dielektriku, prakticky nezávisí na teplote ani na kmitočte.Elektrónová polarizácia - Elektrónová polarizácia sa prejavuje u všetkých izolantov posunutím jadier atómov aj elektrónov v atómovom obale. Iónová polarizácia - Pri iónovej polarizácii, vyskytujúce sa predovšetkým v izolantoch s iónovou väzbou, sa posúvajú kladné a záporné ióny. U iónových látok (elektrostatické sily), doba ustálenie τ = 10-13 až 10-12 s. Nezávisí na frekvenci, na teplote však závisí. S rastúcou teplotou sa zväčšujú vzdialenosti atómov → vzrastá polarizovatelnost.Relaxačné polarizácie - Vyskytuje sa u izolantov, ktorých polárne častice, napr. Dipólové molekuly alebo ióny, prechádzajú pri pôsobení elektrického poľa postupne z nepolarizovaného do polarizovaného stavu. Relaxačné polarizácie je teplotne závislá. Dochádza pri nej k stratám energie v dielektrika.Dipólový relaxačné polarizácie - Vzniká v polárnych plynoch a kvapalinách s dipólovým molekulami. Teplotná závislosť - vzrastá počet polarizovaných iónov).Objemová polarizácia -Pohyb voľných nábojov (migračnej polarizácie). U látok s nehomogénne štruktúrou - na rozhraní hromadenie nosičov → priestorový náboj.Mezivrstvová polarizácia -Vyskytuje sa u sľudových a vrstevnatých izolantov (lepenky, impreg papier)Vysokonapäťová polarizácia -Vzniká pri vysokom ss. napätie u izolantov s unipolárny vodivosťou (ióny u anorganických skiel). Pôsobením vysokého napätia dôjde k uvoľneniu a pohybuSpontánna polarizáciaRezonančná polarizácia Pri veľmi vysokých frekvenciách (viditeľná oblasť). Frekvencia je porovnateľná s vlastnými kmity častíc.

Pôsobenie elektrického pola poznáme: Viazané nosiče elektrického náboja

- Silne viazané – elektrónová, iónová, pružinová dipólová- Slabo viazané – ionová relaxačná, dipólová relaxačná

Voľne nosiče elektrického náboja- Migračná

Bez pôsobenia el. pola

IZOLANTYIzolanty sú látky, ktoré na rozdiel od kovov neobsahujú voľne pohyblivé elektróny a iné voľné nosiče náboja (napr. Ióny), a preto nevedú elektrický prúd. Elektrické izolanty sa používajú predovšetkým na izoláciu elektrických vodičov (káblov), k oddeleniu vodivých častí spotrebičov, k zvýšeniu kapacity

34

HLJO

kondenzátorov. Skladajú sa z atómov, molekúl alebo iónov, ktoré obsahujú elementárne častice. Tieto častice s elektrickým nábojom sú viazané na určité miesta mriežky izolantu, z ktorých sa nemôžu za normálnych podmienok pôsobením elektrického poľa vzdialiť. Preto sa môže v izolantoch udržať elektrické pole.V technickej praxi sa nestretávame s izolanty absolútne nevodivými, teda ideálnymi. Ideálnym izolantom môže byť iba absolútna vákuum, popr. technický izolant v blízkosti teploty 0 K (absolútnej nuly). Za normálnych podmienok nie sú technické izolanty nikdy dokonalé. Obsahujú vždy malé množstvo kladných alebo záporných

Plynné izolantyDruhy plynných izolantov:- Vzduch, - Vodík, - Dusík, - Kyslík, - Vzácne plyny, - Vákuum,- Elektronegativne plyny (fluorid sírový, freón),- Pary kovov (ortuťové výbojky).Vzduch - je najbežnejší plynný izolant. V porovnaní s izolantami ostatných skupenstve má pomerne malú elektrickú pevnosť, ktorá závisí predovšetkým na tvare elektrického poľa určenom vzdialeností a tvarom elektród. Vzduch tvorí izoláciu vonkajších vedení. Môže tvoriť tiež dielektrikum kondenzátorov.

Kvapalné izolantyDobre odvádzajú prebytočné teplo, vypĺňajú daný priestor, uľahčujú zhášanie prípadného výboje a odľahčujú zaťaženie pevných izolantov. Hlavnými predstaviteľmi sú rastlinné a minerálne oleje a syntetické kvapaliny. Rastlinné oleje používané skôr (ľanový, ricínový) sa dnes už ako samostatná dielektrika používajú len zriedka. Oleje sa niekedy používajú ako prísady napr. do elektroizolačných lakov.

Druhy, vlastnosti a použitie kvapalných izolantov:Minerálne oleje -Výroba z ropyTransformátorové oleje - používajú sa v transformátoroch, ktoré ochladzujú pri vyhovujúcich elektrických vlastnostiach. Dôležitá je viskozita a jej teplotnú závislosť. Teplota nikdy nesmie klesnúť pod určitú hodnotu. Dôležitým parametrom olejov je bod vzplanutia, tj. Teplota, pod ktorou sa nesmú uvoľňovať z oleja zápalné plyny.Káblové oleje - u nich má teplotnú závislosť viskozity veľký význam. Je potrebné, aby po impregnácii káblov (pri 115 ÷ 130 ° C) bola viskozita nízka, pretože olej potom lepšie zateká do dutín a nasýti pórovitú izoláciu (napr. Papier). K impregnáciu káblov sa nepoužíva olej samotný, ale olejové kompaundy s kalafunou.Kondenzátorové oleje - požadujeme väčšiu stabilitu.Rastlinné oleje Vysychavé - ľanový olej. Vlastnosti: - oxidáciou (nie odparovania) vysychajú - pevný film. Aplikácia: - elektroizolačné laky, dnes nahradzované syntetickými živicami. Nevysychajúci - ricínový olej. Aplikácia: - kvapalné dielektrikum, impregnácia papierov.

Syntetické kvapalné izolanty Polybutén Vlastnosti: - nepolárne, - Tepelne stabilný Ep ~ 180 kV / cm. Silikónové oleje

35

HLJO

Druhy: - Minerálne oleje (transformátorovej, káblové, kondenzátorové), - Syntetické (chlórované uhľovodíky, chlórované difenyl, silikónové oleje, fluorované uhľovodíky). Aplikácia: - dielektrikum kondenzátorov, náplň transformátorov (pre vyššie teploty),

Elektrolyty - sú látky kvapalné alebo výnimočne aj tuhé, elektricky vodivé. Sú to roztoky látok, ktorých molekuly vznikajú spojením dvoch iónov opačnej polarity. Pri vedení el. prúdu v elektrolytu dochádza k prenosu hmoty z anódy na katódu. Toho sa využíva pri elektrolytického pokovovania, pri elektrolýzeLaky sú roztoky filmotvorných látok (prírodné alebo syntetické živice, vysychavé rastlinné oleje a asfalty) v organických rozpúšťadlách. Podľa chemického zloženia rozlišujeme laky:- Prírodné živice,- Liehové laky,- Vysychavé oleje - olejové laky,

Pevné izolantyZákladnými organickými izolanty sú sľuda, azbest, keramika a sklo. Počítajú sa k nim ešte mramor a bridlice, ktoré sa používajú na elektrotechnickým účely už len zriedka.Základom väčšiny tuhých anorganických izolantov sú silikáty - kremičitany. Podstatou ich štruktúry sú skupiny kremík - kyslík s veľmi pevnými chemickými väzbami. Každý atóm kremíka viaže 4 atómy kyslíka. Tieto atómy kyslíka sú priestorovo rozložené v rohoch štvorstena. Tento štvorsten je základnou stavebnou jednotkou všetkých silikátov. Spojením štvorstenov medzi sebou iba vrcholy či hranami alebo plochami sa vytvárajú ich rôzne zoskupenia, charakterizujúce rozdielne štruktúry kremičitanov. Tak vzniká napr. Štruktúra reťazcová (azbest), plošná (sľuda), alebo priestorová (sklo).Tuhé anorganické izolanty sa delí na látky kryštalickej označované s ohľadom na súmernosť a pravidelnosť v usporiadaní iónov ako iónové kryštály (napr. Sľuda) a látky amorfné, tj. nekryštalické (napr. Sklo), u ktorých usporiadanie atómov jednotlivých prvkov nie je tak pravidelné, ako u látok kryštalických.Výhody: teplotná odolnosť (triedy C), nehorľavosť, odolnosť voči elektrickým výbojom a plazivým prúdom, malá nasiakavosť,minimálne starnutie.Nevýhody: lámavosť, malá mechanická pevnosť.Používajú sa na vytváranie izoláciou (nevodivému oddelenie elektricky vodivých častí s rôznym el. Potenciálom).

Organické prírodné látky- celulóza , guma, papier Organické syntetické látky – plasty, reaktoplasty, termoplasty, elastomery Anorganické amorfné látky- sklá Anorganické polykryštalické látky- sľuda keramika Anorganické kryštalické - špeciálne dielektriká

PRYŽ – vyrába sa z kaučuku pre izolácie káblov a drôtovSKLO - K prednostiam technického skla patrí ľahká tvárniteľnosti za tepla, dobré elektrické, tepelné, chemické vlastnosti, nepriepustnosť plynu a možnosť vytvorenia vákuovo tesného zatavte v spojení s kovom.KEERAMIKA sa vyznačuje dobrými elektro izolačnými vlastnosťami, časovú stálosťou vlastností a odolnosťou proti vysokým teplotám, proti náhlym zmenám teploty, chemickým a poveternostným vplyvom a vlhkosti. Keramika má značnú tvrdosť. Obvykle býva krehká. Jej mechanická pevnosť v tlaku je väčšinou o rád väčšia ako mechanická pevnosť v ťahu. Vzhľadom k zmršteniu pri výpale sa neodporúča pre väčšie rozmery. K dôležitým prírodným netvárlivým surovinám patrí kremeň (ostrivo) a živec (tavivo). STEATIT Základnou surovinou na jeho výrobu je mastenec. Súčasti zo steatitu sa tvarujú hlavne lisovaním, vypaľujú sa pri 1300 až 1400 ° C. Má lepšie elektrické vlastnosti aj mechanickú pevnosť aj pri vyšších teplotách. Steatitové komponenty vyrobené s pomerne veľkou rozmerovou presnosťou sa používajú v elektrotepelných zariadeniach, v meracích prístrojoch, v relé, stýkačov ... Je

36

HLJO

najpoužívanejšou vo VF technike pre nízke dielektrickej straty. Použitie: kostry cievok, súčasti elektrónok, ako náhrada akostného porcelánu v elektrotepelných a meracích prístrojoch.KAMENINA - je podobná porcelánu s horšími vlastnosťami, nasiakavá, výrobky zložitých tvarov (veľké izolátory) má horšie el. i mach. vlastnosti, nasiakavosť až 5%, preto sa vždy glazuje. Použitie: výroba veľkých izolátorov.SĽUDA - Je to minerál kryštalického zloženia, ktorý sa vďaka svojej vrstvené štruktúre ľahko kála až na veľmi tenké lístočky. Odoláva vysokým teplotám a početným chemikáliám. Sľuda sa vyznačuje veľmi dobrými elektrickými vlastnosťami, štiepateľnosť, ohybnosťou a vysokou teplotnou odolnosťou. Z početných prírodných druhov sľúd majú pre elektrotechniku význam sľuda draselná - muskovit a sľuda horečnatá - FLOGOPIT.

REAKTOPLASTY Vykazujú priestorovú štruktúru, pri opätovnom zahriatí nezmäknú, môže však nastať ich deštrukcie. Stretávame sa s nimi v podobe výliskov a polotovarov (dosky, rúrky a tyče z tvrdených trubiek a papiera), zalievacích živíc, lepidiel a lakov pre potrebu elektrotechnického, strojárskeho i spotrebného priemyslu. Reaktoplasty sa spracovávajú lisovaním, odlievaním, vstrekovaním.TERMOPLASTYJedná sa o plasty, ktoré teplom mäknú a ochladením opäť získavajú pôvodné vlastnosti. Pre použitie termoplastických hmôt v elektrotechnike je nutné sledovať ich dielektrické vlastnosti pri meniacom sa kmitočte aj zmenách teploty a vlhkosti. Termoplasty je možné spracovávať vytláčaním, valcovaním, liatím, striekaním, zváraním a pod. Ich veľká časť sa dodáva do elektrotechnických závodov v podobe polotovarov (fólie, dosky, izolačné trubičky, vlákna, nite)ELASTOMERYTvoria podstatnú časť izolácie všetkých vodičov. Základnou vlastnosťou všetkých elastomérov je ich veľká pružnosť. Sú to polyméry, ktoré je možné pri izbovej teplote a malom zaťažení deformovať, aspoň na dvojnásobok ich dĺžky a po odľahčení sa rýchlo vracajú do pôvodného tvaru.PYROELEKTRIKÁ• sú tuhé dielektrika, ktoré sú samovolné polarizované, t.j. bez účinku vonkajšieho eletrického

poľa. • názov je odvodený od toho, že na ich povrchu pri zahrievaní alebo ochladzovaní vznika

elektrický náboj. • podstata pyroelektrického javu spočíva v zmene spontánnej polarizácie s teplotou.• v súčastnosti sa pyroeletriká používajú ako citlivé detektory infračerveného žiarenia.

PIEZOELEKTRIKÁ sú dielektriká, ktoré sú schopné polarizovať sa účinkom vonkajších mechanických napätí.FEROELEKTRIKÁ• Ku spontánnej polarizácii v nich môže dôjsť iba pri teplotách nižších, než je Curieho teplota

príslušnéj látky.• Feroelektrika majú veľmi veľkú relatívnu permitivitu (Rádovo 104 až 105).• Používajú sa na výrobu miniatúrnych kondenzátorov, kondenzátorov s elektricky riadenou

kapacitou, násobič kmitočtu a na iné účely.

Piezoelektrické, pyroelektrické a feroelektrické materiály sa právom radí k tzv "šikovným" materiálom, vďaka svojej jedinečnej vlastnosti priamej transformácie mechanických javov na elektrické a naopak.

Impregnácia elektrických vinutí strojov.Impregnácia – vytvorenie nevodivých častíZásady pri impregnácii:

- Malá spotreba

37

HLJO

- Malá pôsobnosť na zmeny elektrických a mechanických vlasností- Dobrá priľnavosť

ÚČEL:a) zvýšenie teplotnej odolnosti a vodivostib) zvýšenie odolnosti proti vlhkostic) zvýšenie el. pevnosti, zamedzenie ionizácied) predĺženie životnostie) zvýšenie mechanickej pevnosti a odolnosti proti chemickým účinkom

REALIZÁCIA:a) sušenie (cirkulačné, ventilačné, za vákua)b) máčanie (jednoduché, za vákua, zavákua a tlaku, odstredivé ...)c) sušenie impregnantu, odparenie (evaporácia) riedidlad) lakovanie – povrchová impregnáciae) vytvrdzovanie lakuf)

Materiály pre impregnáciu:a) Voskovité látky

Vlastnosti: kryštalické zloženie, nízka teplota tavenia (od 40°C do 140°C), malá permitivita, malá mechanická pevnosť a malá hydroskopičnost.

Vlastné vosky: živočíšne , rastlinné , minerálne Syntetické: parafín – chemické zloženie podobné prírodným

b) Bitúmeny (živice) - prírodné (asfalty a asfaltidy) , yntetické (ropné a smoly) výroba izolačných lakov, výroba kompaundov.

c) Izolačné laky Laky pre výrobu izolantov: - lakované tkaniny, trubičky, papiere, drážková izolácia, lakovaných sklené tkaniny, tvrdené , izolácie, sľudové izolácie.

Laky pre silnoprúdovú elektrotechniku: o impregnačné - impregnácia strojov, prístrojov, transformátorov; o povrchové - povrchová úprava čiel vinutí, dynamové a transformátorové plechy, o krycie - farebné emaily a emaily vzdorujúce chemikáliám, plynom apod.; o lepiace - výroba vinutí; o špeciálne laky polovodivé a vodivé.

Laky pre izoláciu vodičov - Olejové laky:Liehové laky:Celulózové laky:

Laky z termoplastických živíc:d) Kompaundy

Vlastnosti: neobsahujú prchavé rozpúšťadlo, bitúmeny, voskovité látky, živice, oleje, étery celulózy atd., tekutý stav - zohriatie na dostatočne vysokú teplotu, stuhnutie - po ochladení,

38

HLJO

nevhodné na tvorbu tenkých filmov.

Napúšťacie kompaundy Zalievacie kompaundyLepiace kompaundy

Postup pri vákuovo tlakovej impregnácii sušenie vinutia vloženie do impregnačného kotla sušenie vo vákuu pomalé napúšťanie impregnačným materiálom zvýšenie tlaku (cca 106 Pa)– 10 krát viac ako bežný tlak vypúšťanie impregnátu vlastné vytvrdzovanie pri zvýšenej teplote ochladzovanie, vytvrdzovanie systému - má byť pozvoľné

Degradácia materiálov- zhoršenie a starnutie materiálovVplyvy

- teplota, vlhkosť, alektr. pole, chemicky agresívne prostredie, korózne vplyvy, prach, žiarenie, biologické vplyvy, mechanické namáhanie, iné vplyvy prostredia

POLOVODIČEMateriály medzi izolantmi a vodičmi Polovodiče sú materiály, ktoré sa v oblasti nízkych teplôt chovajú ako izolanty, v oblasti vysokých teplôt sa správajú ako vodiče, za normálnych teplôt ≈ 298 K je rezistivita ρ vodičov <ρ polovodičov <ρ izolantov.Polovodiče – Kremík

-GermániumMajú na válečnej dráhe 4 elektróny

1. VLASTNÉ POLOVODIČEVlastnými polovodičmi nazývame polovodiče chemicky čisté, bez prímesí iných prvkov. V súčasnosti je najpoužívanejším polovodičovým materiálom kremík. Kremík sa nachádza vo IV. Skupine Mendelejevovej periodickej sústave prvkov; má 4 valenčné elektróny. Jednotlivé atómy kremíku sú zoskupené do kryštálovej mriežky. Pretože priestorové znázorňovanie kryštálovej štruktúry jepomerne zložité, zaviedlo sa jednoduchšie – rovinné – schematické znázorňovanie. Pri rovinnom znázorňovaní usporiadania atómov kremíku sa kreslí len jeho jadro Si a štyri valenčné elektróny. Valenčné elektróny susedných atómov tvoria spolu tzv. valenčné väzby medzi atómami kryštálovej mriežky (tiež: nasýtená kovalentná väzba) tvorené štyrmi dvojicami elektrónov.Tieto väzby udržujú atómy v stabilných miestach kryštálovej mriežky.

Najbežnejšie v 4 stlpci

39

HLJO

rovinné – schematické znázorňovanie - Toto znázornenie pozostáva len z jadra (všetko ostatné sa vynecháva) a valenčnej sféry.

Pri nízkych teplotách a u chemicky čistého kremíka platí: •Každý atóm je viazaný so 4 susednými atómami pomocou 4 vlastných valenčných elektrónov a 4 valenčných elektrónov susediacich atómov •Všetky valenčné elektróny sa podieľajú na väzbe, v kryštálovej mriežke nie sú voľné elektróny = kremík je izolant.

Pri zvýšení teploty kremíka: •Kmity atómov vyvolajú porušenie väzieb, niektoré valenčné elektróny sa uvoľnia – stávajú sa z nich voľné elektróny = kremík je vodič. •Uvoľnením elektrónov z väzby vznikne v mriežke prázdne miesto - diera. Diera je miesto s kladným nábojom, ktorý získa z prebytku kladných nábojov atómového jadra. Nastáva tzv. generácia párov voľný elektrón-diera.

2. NEVLASTNÉ POLOVODIČEElektrická vodivosť vlastných polovodičov je veľmi malá. Môžeme ju však výrazne zväčšiť pridaním malého množstva prímesí. Atómy prímesí nahradia v kryštálovej mriežke čistého polovodiča niektoréatómy vlastného polovodiča (substitúcia – slov. nahradenie; vznik substitučnej poruchy). Takto upravené polovodiče nazývame nevlastnými polovodičmi.Podľa druhu prímesí rozoznávame dva typy nevlastných polovodičov:1) polovodiče typu N2) polovodiče typu P

POLOVODIČE TYPU P

Pre polovodiče zo štvrtej skupiny periodickej sústavy Ge a Si sa používajú ako akceptory prvky z tretej skupiny. Sú to napr. Bór, hliník, gálium a indium. Atómy týchto prvkov majú vo vonkajšej sfére o jeden elektrón menej ako germánium alebo kremík. Na obr. 9.8 a 9.6b je schematický naznačený atóm akceptorovéj prímesi v polovodiči. Každý atóm polovodiča má opäť štyri valenčné elektróny, atóm prímesi má iba tri. Jedna valenčné väzba teda nie je zaplnená, vznikla diera. Z ľubovoľného polovodiče možné vytvoriť pridaním príslušných prímesou polovodič typu N alebo typu P. Množstvo prímesi môže byť veľmi malé. Tak napr. Na vytvorenie potrebnej POLOVODIČE, VKTORÝCH VZNIKNE PRIDANÍM PRÍMESÍ NADBYTOK DIER (t. j. polovodičové materiály s dierovou vodivosťou), NAZÝVAME POLOVODIČMI TYPU P.

40

HLJO

POLOVODIČE TYPU N

K polovodičom zo štvrtej skupiny periodickej sústavy prvkov, germánium alebo kremíka, sa pridávajú ako donorové prímesi prvky piatej skupiny periodickej sústavy, napr. Fosfor, arzén a antimón. Atómy týchto prvkov majú vo vonkajšej valenčné sfére o jeden elektrón viac ako Ge alebo Si. Na obr. 9.7 je schematický znázornený atóm donorovéj prímesi v polovodiči. Každý atóm polovodiča na tomto obrázku má štyri valenčné elektróny, atóm prímesi ich má päť.Štyri periférne elektróny prímesi vytvárajú kovalentnú väzbu so štyrmi susednými atómami germánia a kremíka. Piaty elektrón je k svojmu atómu viazaný veľmi voľne, a to príťažlivou silou svojho negatívneho náboja a pozitívneho náboja zvyšku příměsového atómu. Elektrón uvoľnený donorom sa ďalej pohybuje ako voľný elektrón. Donorový atóm, ktorý stratil jeden elektrón, sa stáva kladne nabitým iónom, pevne zasadeným v kryštálovej mriežke.Polovodič typu P Polovodič typu P

Nevlastné polovodiče majú vyššiu vodivosť vlastné?

Technológia výroby a úpravy polovodičaPoznáme viac technológii – roztavenie a prienik atómu -ťahanie monokríštálu z taveniny Roztavený materiál volám INGOTSpracovanie polovodičových ingotov –rezanie pásovou pílkou alebo drôtom prípadne kotúčovou pílou s diamantovým brúsnym zrnom. Nasleduje úprava povrchu – brúsením, leštením, lapovaním, umývanie tak aby tam nebolo žiadne pnutie.

Základné technológie tvorby PN priechodu a jeho vlastnosti.Zliatinová technológia: je založená na vytváraní PN priechodov zatavením prímesových kovov do polovodičovej doštičky. Väčšinou ide o N- typ vodivosti doštičky a o prímes z III. Skupiny Mendelejevovej tabuľky prvkov. Difúzna technológia: je založená na dotovaní základného polovodičového materiálu zvoleným dotujúcim materiálom pri zvýšenej teplote bez roztavenia kryštalickej mriežky. Z povrchu dotujúceho prvku difundujú prímesi do polovodičového materiálu. Epitaxná technológia: je založená na náraste pôvodnej štruktúry kryštalickej mriežky na polovodičovej doštičke pri vysokej teplote z vhodného média. V narastajúcej vrstve sa rozpúšťajú v presne kontrolovanom množstve prímesí. Zmenou množstva prímesí privádzaných v procese epitaxie meníme dotovaný profil.Planárna technológia: je charakteristická tým, že všetky vytvorené prvky sú v jednej rovine. Využíva sa pri výrobe integrovaných obvodov, je založená na výborných maskovacích vlastnostiach oxidu kremičitého. Využíva sa pri nej fotolitografických postupov- fotocitlivé vrstvy, polymerácia,leptanie, difúzia, naparovanie vodivého kovu.MOS technológia: využíva sa pri tvorbe integrovaných obvodov s unipolárnymi tranzistormi. Jej vývoj dospel aj použitím extrémne krátkych vlnových dĺžok pri fotolitografických procesoch, iónovej implantácii a využitiu elektrónových lúčov k dnešnej výrobe štruktúr v submikrónovej veľkosti až 0,09µm.

41

HLJO

INTEGROVANÉ OBVODY – PUZDRÁzložitejšie a komplexnejšie funkcie na čipe = riešenie aj z hľadiska puzdier

Postupy výroby Nanášanie

- Dialektických, polovodičových, vodivých vrstiev.Vytváranie

- Vodivých spojení- Rezistorov - Kondenzátorov- Akt. prvkov rôznymi technikami

Technika tenkovrstvá: postupuje sa cez vrstvy a hrúka sa pohybuje v rozsahu 10 až 1000nm.Poznáme aj techniku hrubovrstvú – hrúbka sa pohybuje cca v mmLitografia

- technologický postup, pri ktorom sa pomocou citlivého materiálu vymedzujú alebo kreslia na povrchu plátku obrazce, plôšky na ďalšie spracovanie difúziou, leptaním atď.

- základný postup fotolitografiky využíva svetlo- vytváranie prvkov v polovodičovom substráte, tento proces musí byť plošne selektívny, aby na

povrchu mali rôzne hodnoty PN typu vodivostiPoznáme : - fotolitografia - elektrónová litografia - ionová litografia

Tvorba polovodičovej štruktúry pomocou fotolitografie a difúzie- polovodičová doštička SiO2 na ktorej je vrstva a nanesená vrstva fotorezistu- pomocou litografie nám vznikne prechod PN

Je to podobný postup ako pri vytváraní plošného spoja je len v nano rozmeroch. V priemere sa za desať rokov zdvacaťnásobí počet umiestnení súčiastok na spoji.