Click here to load reader

Seminarski Rad Osnove Elektrotehnike

  • View
    131

  • Download
    16

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Seminarski rad

Text of Seminarski Rad Osnove Elektrotehnike

Vodik je zasigurno gorivo budunosti

INTERNACIONALNI UNIVERZITET U TRAVNIKU

FAKULTET POLITEHNIKIH NAUKA ELEKTROTEHNIKA - ELEKTROENERGETIKATRAVNIKDIELEKTRICISEMINARSKI RADPredmet: Osnove elektrotehnikeMentor:

Student:

_________________

Faruk Tahmiija

Br. indexa: PT-100/14-IITravnik, januar 2015.SADRAJ

Strana1. UVOD

32. PODJELA MATERIJALA PREMA PONAANJU U ELEKTRINOM POLJU

43. DIELEKTRICI

54. DIELEKTRINI GUBITCI

65. PROBOJ DIELEKTRIKA

76. ELEKTRINA POLARIZACIJA DIELEKTRIKA

87. PODJELA DIELEKTRIKA

118. IZOLACIONI MATERIJALI

127. ZAKLJUAK

15LITERATURA

16POPIS SLIKA

16POPIS TABELA

161. UVODDielektrik = grki dia (kroz) + elektrik; dielektrik je materijal kroz koji prolazi elektrino polje, ali sam ne vodi elektrini naboj.

Poto kroz dielektrike ne tee elektrina struja (ne prolaze naboji), oni spadaju po elektrinim svojstvima u IZOLATORE (tal. isolare odvojiti, odijeliti, osamiti).

Na temperaturama bliskim apsolutnoj nuli kod dielektrinih materijala valentni energijski pojas je potpuno popunjen, dok je vodljivi pojas potpuno prazan. irina pojasa zabranjenih energija ovih materijala pri niskim temperaturama je vea od 2 eV. Energijsko stanje elektrona jednako je za dielektrine materijale u tekuem i vrstom agregatnom stanju.

Kod plinovitih dielektrinih materijala djelovanje izmeu elektrona jednog atoma i jezgara okolnih atoma je zbog razmjerno velike udaljenosti slabo pa ne dolazi do dijeljenja energijskih razina i formiranja pojasa. Izmeu dielektrinih i poluvodikih materijala u pogledu energijskih pojasa elektrona razlika je samo kvantitativna;2. PODJELA MATERIJALA PREMA PONAANJU U ELEKTRINOM POLJUMaterijali se prema ponaanju u elektrinom polju mogu podjeliti na provodnike, poluprovodnike i neprovodnike (izolatore ili dielektrike). Kojoj grupi pripada neki materijal zavisi od njegove specifine elektrine otpornosti ili od veliine njegovog energetskog procjepa.

Specifina elektrina otpornost materijala na sobnoj temperaturi od 20 oC se kree za provodnike od = 108 m do = 106 m, za poluprovodnike od = 106 m do = 1010 m i za dielektrike > 108 m.

Energetski procjep ili zabranjena zona je energija koju elektron sa vrha valentne zone treba da ima da bi preao na dno provodne zone. Energetske zone su grupe elektrona koje imaju priblino jednake energije.

Valentna zona je poslednja energetska zona najudaljenija od jezgra i u njoj se nalaze elektroni koji ne uestvuju u provoenju jer su vrsto povezani hemijskim vezama. Provodna zona je energetska zona u kojoj se nalaze elektroni koji su slobodni i koji uestvuju u provoenju. Energetski procjep iznosi Eg = Ep Ev, gde je Ep - energija elektrona u provodnoj zoni a Ev - energija elektrona u valentnoj zoni. Jedinica za ove energije i za energetski procep je elektronvolt (1eV=1.602x10-19J).

Slika 1. Prikaz provodne i valentne zone kod provodnika, poluprovodnika i dielektrikaProvodnici (metali) ve pod normalnim uslovima provode el. struju, odnosno imaju slobodne elektrone u provodnoj zoni. Kod provodnika valentna i provodna zona se preklapaju ili dodiruju, odnosno nema energetskog procepa ( Eg = 0).

Kod dielektrika i poluprovodnika postoji energetski procjep izmeu valentne i provodne zone i pod normalnim uslovima oni su neprovodni (valentna zona im je popunjena a provodna sasvim prazna).

Ukoliko je energetski procjep relativno mali ( Eg 3.5eV), mogue je da elektron iz valentne zone dobije toplotnu ili svetlosnu energiju i pree u provodnu zonu i postane slobodan elektron. U valentnoj zoni e tada ostati upljina koja se popunjava susednim elektronom iz valentne zone i stvaranje ovakvih parova slobodan elektron - upljina u ____________________

Mladenovi Danijela Elektrotehniki materijalivalentnoj zoni se zove generacija i ona dovodi do provoenja. Materijali koji u normalnim uslovima nisu provodnici ali to mogu da postanu dovoenjem energije se zovu poluprovodnici. Proces suprotan generaciji se zove rekombinacija i tada elektron iz provodne zone popunjava upljinu u valentnoj zoni i time se smanjuje provodnost uz oslobaanje energije.

Kod dielektrika je energetski procep relativno veliki ( Eg > 3.5eV), u valentnoj zoni su im elektroni vrsto vezani a u provodnoj ih uopte nema pa nema ni provodnosti.

Energetski procjep moe biti direktan i indirektan. Razlika izmeu njih je u brzini prelaska elektrona iz valentne u provodnu zonu. Kod direktnih energetskih procjepa prelaz je bri nego kod indirektnih.3. DIELEKTRICIDielektrici su materijali koji imaju specifinu elektrinu otpornost veu od 108 m (>108 m). Kod njih skoro da nema slobodnih elektrona pa je zato njihova elektrina otpornost velika. Ako i pokau izvjesnu provodnost ona nije posljedica kretanja slobodnih elektrona (elektronska provodnost) ve je posljedica jonizacije neistoa i primjesa u tom materijalu (kretanje naelektisanih estica jona ili jonska provodnost) ili je posljedica prisustva vode u dielektriku.

Kod dielektrika je energetski procjep vei od 3.5eV (Eg>3.5eV) pa je na temperaturama blizu apsolutne nule valentna zona potpuno popunjena elektronima a provodna zona je prazna i izmeu njih postoji veliki energetski procjep.

Dielektrici imaju negativan temperaturni koeficijent otpornosti ( < 0) odnosno otpornost dielektrika se smanjuje sa porastom temperature jer je mogunost jonizacije vea.

Dielektrici su materijali sa jakim jonskim i kovalentnim vezama. Poto u sebi sadre naelektrisane estice, kada se unesu u elektrino polje dolazi do usmjeravanja tog naelektrisanja u pravcu polja, odnosno dolazi do polarizacije dielektrika. Polarizacija dielektrika je usmjeravanje naelektrisanja pod dejstvom spoljanjeg elektrinog polja. Strana dielektrika, koja je okrenuta ka pozitivnoj elektrodi, e biti negativnija od strane koja je okrenuta ka negativnoj elektrodi, ako se taj dielektrik izloi dejstvu elektrinog polja. Ukupno naelektrisanje dielektrika je, meutim, nula. Kod jonskih kristala, pozitivni i negativni joni tee da se, oscilovanjem oko svojih ravnotenih poloaja, priblie suprotno naelektrisanoj elektrodi pa to dovodi do deformacije u kristalu i do polarizacije koja kratko traje (samo dok se dielektrik nalazi u elektrinom polju) i zove se jonska polarizacija. Kod polarne kovalentne veze dipoli postoje i bez dejstva spoljanjeg elektrinog polja a kad se takav dielektrik unese u elektrino polje dipoli e se usmjeriti u pravcu polja i ta polarizacija se zove dipolna polarizacija, nastaje sporije od jonske ali due traje. Kod nepolarne kovalentne veze polarizacija se javlja unutar atoma i zove se elektronska polarizacija i ona postoji samo dok se dielektrik nalazi u elektrinom polju. Elektronska polarizacija se javlja u svim dielektricima (jer svi imaju atome) a najbolji dielektrici imaju samo elektronsku polarizaciju i ona je zanemarljiva. Jonska polarizacija je vea a najvea je dipolna polarizacija. Veliina koja pokazuje kolika je polarizacija u dielektriku naziva se dielektrina konstanta . Relativna dielektrina konstanta r pokazuje koliko je puta polarizacija u nekom dielektriku vea od polarizacije u vakuumu

gdje je

- dielektrina konstanta vakuuma.r kod najee korienih dielektrika se kree od 2 do 10 a najvei broj dielektrika ima r izmeu 12 i 18. Na relativnu dielektrinu konstantu r utiu temperatura, frekvencija polja u kome se dielektrik nalazi, vlaga ili higroskopnost materijala, pritisak (ako je u pitanju gas) itd. Kod jonske polarizacije sa poveanjem temparature raste r, kod dipolne polarizacije sa porastom temperature do odreene vrijednosti r raste a sa daljim porastom temperature r opada a kod elektronske polarizacije uticaj temperature je zanemarljiv. Kod jonske i elektronske polarizacije frekvencija polja nema uticaja na r a kod dipolne polarizacije sa poveanjem frekvencije smanjuje se r. Zbog velike relativne dielektrine konstante vode (rH2O=80) poveava se r vlanog materijala a taj uticaj vlage se moe ublaiti impregnacijom materijala uljem, smolom, lakom i sl.

4. DIELEKTRINI GUBITCIDielektrini gubici predstavljaju dio energije koji se u dielektriku pretvara u toplotu (ulovi gubitci) i dovodi do pada specifine elektrine otpornosti. Poto se jedan realan kondenzator sa gubicima moe predstaviti kao paralelna veza idealnog kondenzatora bez gubitaka i otpornika velike otpornosti koji predstavlja gubitke, ti gubici su odreeni faktorom gubitaka ili tangensom ugla gubitaka

Slika 2. ema realnog kondenzatora i tangens ugla gubitaka

koji se kod loijih izolatora kree od 0.1 do 0.01 a kod boljih iznosi oko 10-4 i zavisi od frekvencije, temperature i vlanosti.

Osim tangensa ugla dielektrinih gubitaka, nesavrenost dielektrika opisuju i____________________

Mladenovi Danijela Elektrotehniki materijalisljedee veliine:

Zapreminska specifina elektrina otpornost (), koja karakterie nesavrenost izolacionih svojstava po zapremini dielektrika,

Povrinska specifina elektrina otpornost (p), koja karakterie nesavrenost izolacionih svojstava po povrini dielektrika, i

Dielektrina vrstoa (Ekr), koja karakterie sposobnost dielektrika da izdri primenjeno naizmjenino elektrino polje bez naglog poveanja provodnosti, tj. bez proboja. U zavisnosti od toga u kojem je agregatnom stanju dielektrik, razliiti su uzroci proboja i pojave koje pri tome nastaju u materijalu.5. PROBOJ DIELEKTRIKA

Ako je dielektrik prikljuen na niski napon, njegova provodnost je zanemarljivo mala jer imaju malu koncentraciju naelektrisanih estica. Sa povienjem napona, pri nekoj kritinoj jaini elektrinog polja, doi e do proboja dielektrika. Sposobnost dielektrika da se suprotstavi proboju definie veliina koja se zove

Search related