Состав, свойства и применение совола

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харьковский национальный институт

Контрольная работа

Дисциплина Материаловедение

Состав, свойства и применение совола

2014 год

Содержание

совол электрический поляризация диэлектрический

1. Получение, состав

2. Структура материала

3. Возможные виды поляризации. Значение диэлектрической проницаемости. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры, от частоты приложенного напряжения

4. Виды диэлектрических потерь в соволе. Значение тангенса угла диэлектрических потерь. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от температуры и частоты приложенного напряжения

5. Значение удельного сопротивления. Электрическая прочность. Возможный механизм пробоя

6. Механические свойства, физико-химические свойства (нагревостойкость, рабочий диапазон температур, гигроскопичность, химостойкость)

7. Применение в электротехнике

1. Получение, состав

Совол - прозрачная жидкость, получаемая хлорированием дифенила. Этот пластификатор применяется в нитроцеллюлозных, перхлорвиниловых и других смоляных лаках. Он понижает горючесть нитроцеллюлозных пленок.

Совол -- негорючая, прозрачная, бесцветная, вязкая жидкость, полученная путем хлорирования ароматического углеводорода -- дифенила. Дифенил, в свою очередь, получают из бензола, представляющего собой один из продуктов переработки каменноугольной смолы. Совол легко отличить от нефтяных масел по резкому, неприятному запаху, он токсичен и раздражающе действует на слизистые оболочки, вследствие чего при работе с ним требуется соблюдать специальные правила техники безопасности.

2. Структура материала

Рисунок 1 - Структура совола

Совол представляет собой органическое соединение, включающее в себя хлорозамещённые производные дифенила (1-10 атомов хлора, соединённые с любым атомом углерода дифенила, молекула которого составлена из двух бензольных колец), отвечающее общей формуле C₁₂H_10-nCl_n.

Вязкость совола при нормальной температуре велика. При 40° в 4 раза больше вязкости трансформаторного масла, при 80° значения вязкости масла и совола сближаются.

3. Возможные виды поляризации. Значение диэлектрической проницаемости. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры, от частоты приложенного напряжения

Дипольная поляризация ярко выражена у полярных газов и жидкостей, к которым и относится совол.

Дипольная поляризация протекает в соволе под действием электрического поля. Этот вид поляризации представляет собой ориентацию - поворот полярных молекул в направлении действующего электрического поля. Поляризуемость полярных молекул определяется выражением

где - начальный электрический момент полярной молекулы; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура.

При повышении температуры совола интенсивность дипольной поляризации возрастает в связи с ослаблением междумолекулярных сил и понижением коэффициента внутреннего трения. Поэтому с повышением температуры, вначале (диэлектрическая проницаемость) совола увеличивается. С дальнейшим ростом температуры интенсивность хаотического теплового движения полярных молекул начинает преобладать над ориентирующим действием электрического поля, и эффект дипольной поляризации понижается. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение полярных диэлектриков. Для ориентации полярных молекул в процессе дипольной поляризации требуются промежутки времен, большие по сравнению со временем для процессов деформационных поляризаций. Естественно, диэлектрическая проницаемость совола в сильной степени зависит от частоты электрического поля (рис. 2). В начальном диапазоне частот полярные молекулы успевают совершить свой поворот за время одного полупериода. При этом практически равна при постоянном напряжении. С дальнейшим ростом частоты время одного полупериода сокращается и ряд молекул выпадает из процесса дипольной поляризации. При этом диэлектрическая проницаемость совола резко снижается, достигая (при очень больших частотах) значения , обусловленного только электронной поляризацией молекул диэлектрика.

Рисунок 2 - Зависимость диэлектрической проницаемости совола от частоты

Критическая частота , с которой начинается резкое снижение эффекта дипольной поляризации, может быть определена по формуле

Значения диэлектрической проницаемости полярных диэлектриков зависят от размеров полярных молекул и величин их начального электрического момента. Чем меньше размер полярной молекулы - диполя и больше величина ее начального момента , тем больше данного диэлектрика. У совола одновременно имеют место дипольная и электронная поляризации. Вследствие этого суммарный эффект поляризации совола, а следовательно, и значения его диэлектрической проницаемости намного выше, чем у нейтральных диэлектриков. Значение диэлектрической проницаемости совола при температуре 20 °С находится в диапазоне от 5 до 5,2.

4. Виды диэлектрических потерь в соволе. Значение тангенса угла диэлектрических потерь. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от температуры и частоты приложенного напряжения

Дипольно-релаксационные поляризации вызывают потери энергии в соволе, так как электрическое поле затрачивает энергию на поворот полярных молекул (диполей). Эта энергия рассеивается в соволе в виде тепла, которое вызывает нагрев последнего. Потери мощности в соволе оцениваются тангенсом угла диэлектрических потерь .

У тщательно очищенных нейтральных диэлектриков диэлектрические потери обусловлены преимущественно токами проводимости, величины которых возрастают с повышением температуры диэлектрика. В связи с этим возрастает и . У совола наблюдается максимум при такой величине вязкости диэлектрика, когда в процессе дипольной поляризации принимает участие наибольшее количество полярных молекул. Понижение величины с дальнейшим повышением температуры обусловлено ростом интенсивности беспорядочного теплового движения полярных молекул. Вторичный подъем вызван увеличением тока проводимости в соволе.

Рисунок 3 - Частотная зависимость совола

На рис. 3 представлена частотная зависимость для совола. Максимум здесь соответствует частоте , с которой начинается снижение величины (рис. 2) и . Это объясняется тем, что большинство полярных молекул выходит из процесса дипольной поляризации в связи с уменьшением времени одного полупериода при дальнейшем увеличении частоты электрического поля.

Значение тангенса угла диэлектрических потерь при 20 °С температуры и 50 Гц приложенного напряжения находится в диапазоне от 0,002 до 0,004.

5. Значение удельного сопротивления. Электрическая прочность. Возможный механизм пробоя

Значение удельного объёмного сопротивления совола при 20 °С - 10¹⁴ - 10¹⁵. Совол имеет электрическую прочность 150 - 200 кВ/см. Под действием электрического поля в соволе возникает электрический ток. Носителями электрических зарядов являются ионы самого диэлектрика, а также примесей. С увеличением температуры усиливается диссоциация молекул совола на ионы, увеличивается подвижность ионов. В результате этого с повышением температуры удельное сопротивление совола падает.

При наличии сильных электрических полей в соволе возникают электрические разряды. В сравнительно равномерных полях при повышении напряжения, приложенного к электродам, вначале происходят единичные слабые искровые пробои промежутка. С повышением напряжения пробои учащаются и, наконец, переходят в устойчивый пробой.

В неравномерных полях пробою предшествует появление короны у одного или обоих электродов в виде неустойчивых незавершенных искр.

6. Механические свойства, физико-химические свойства (нагревостойкость, рабочий диапазон температур, гигроскопичность, химостойкость)

При выборе изоляционного материала следует учитывать не только электрические свойства, но и влажностные, тепловые, химические, механические свойства, химическую стойкость и активность диэлектрика, его радиационную стойкость.

Совол можно охарактеризовать следующим набором свойств.

Повышенная влагостойкость. Влагостойкость - это надежность эксплуатации изоляции при нахождении ее в атмосфере водяного пара близкого к насыщению. Влагостойкость оценивают по изменению электрических, механических и других физических свойств после нахождения материала в атмосфере с повышенной и высокой влажностью; по влаго- и водопроницаемости; по влаго- и водопоглощаемости.

Малая влагопроницаемость. Влагопроницаемость - способность материала пропускать пары влаги при наличии разности относительных влажностей воздуха с двух сторон материала.

Низкая влагопоглощаемость. Влагопоглощаемость - способность материала сорбировать воду при длительном нахождении во влажной атмосфере близкой к состоянию насыщения. Относительная плотность совола больше 1, поэтому избыточная вода, если таковая имеется, всплывает на его поверхность.

Невысокий уровень водопоглощаемости. Водопоглощаемость - способность материала сорбировать воду при длительном погружении его в воду.

Высокая нагревостойкость. Совол обладает довольно высокой температурой застывания (-8°С), что свидетельствует о высоком уровне нагревостойкости. Нагревостойкость - способность электроизоляционных материалов и изделий без вреда для них выдерживать воздействие высокой температуры и резких смен температуры. Определяют по температуре, при которой наблюдается существенное изменение механических и электрических свойств, например, в органических диэлектриках начинается деформация растяжения или изгиба под нагрузкой.

Диапазон рабочих температур совола - от температуры застывания -8 °С до 145 °С.

Ввиду своего химического состава и низкой влагопоглощаемости совол обладает малой гигроскопичностью, т.е. процент поглощаемой соволом влаги из окружающей среды стремится к нулю.

Также совол характеризуется повышенной химостойкостью. Химостойкость - это способность электроизоляционных материалов противостоять химически активным веществам.

7. Применение в электротехнике

Совол находит применение для пропитки бумажных конденсаторов, причем благодаря повышенному значению диэлектрической проницаемости получается увеличение емкости на 50% по сравнению с пропиткой нефтяным, так называемым трансформаторным, маслом. В конденсаторах большая вязкость не является препятствием для использования совола. Вместе с тем эта особенность мешает применению его в качестве негорючей и взрывобезопасной жидкости для заливки трансформаторов, так как большая вязкость ухудшает условия охлаждения трансформаторов.

Размещено на Allbest.ru