По мере того как человек овла­девал природой и подчинял ее себе, он все шире применял встречающие­ся в ней разнообразные материалы, все полнее использовал их для раз­личных целей.

Век каменных орудий сменился бронзовым веком. Человек научился добывать и обрабатывать важней­шие цветные металлы — медь, брон­зу и латунь. Бронзовый век, в свою очередь, уступил место железному. Железо заняло господствующее место, оттеснив цветные металлы на второй план.

Стекло, фарфор и глина оказались более «стойкими» материалами. Они с древних времен и по настоящее время сохранили свое значение как основной материал для хозяйствен­ной утвари.

Однако древний горшечник, об­жигавший фарфоровую вазу, или стеклодув, плавивший стекло в при­митивном горне, не имели ни малей­шего понятия о том, что фарфор и стекло обладают не только ценными для хозяйственной утвари свойства­ми — водонепроницаемостью, про­зрачностью, твердостью и т. п., но являются высококачественными изо­ляционными материалами. Точно так же древний кузнец, ковавший брон­зовый меч или топор, не подозревал, конечно, что обрабатываемый им ма­териал, помимо ковкости и механи­ческой прочности, обладает еще вы­сокой электрической проводимостью. Такие свойства материалов еще не были известны людям на той ступе­ни развития, как не были им изве­стны электрические явления во­обще.

По мере развития науки и техни­ки не только обнаруживаются но­вые материалы, но и в старых, дав­ным-давно известных открываются новые свойства.

В XIX в., с развитием практиче­ской электротехники, появляются первые электрические машины. Электрический ток начинают переда­вать на расстояние по проводам. Возникает новая отрасль промыш­ленности — электротехническая. К материалам начинают предъявлять­ся новые требования, и в них обна­руживаются новые свойства.

Чистая медь, которая из-за своей чрезмерной мягкости и вязкости раньше почти совершенно не приме­нялась в машиностроении, становит­ся одним из основных материалов электротехнической промышленно сти, так как она лучше других ме­таллов проводит электрический ток, Фарфор, слюда, шелк, бумага, рези на, стекло, для которых раньше в машиностроении почти не находи­лось применения, становятся незаменимыми как электроизолирующие материалы.

Появляются новые изоляционные материалы — лаки, смолы, масла, эмали, порошки для прессовки изо­ляционных деталей. Возникает целая наука об изоляции.

Что такое изоляция? Почти каждому из нас приходилось иметь де­ло с проводами хотя бы осветитель­ной сети. Изготовлены такие прово­да весьма просто: внутри проводов проходит пучок медных проволок, по которым течет ток; эти проволо­ки покрыты слоем резины, образую­щим вокруг них плотную трубку; снаружи резина покрыта оплеткой из пряжи..

Такие провода обычно бывают сплетены попарно. По одному из проводов ток поступает в электри­ческую лампочку, по другому — те­чет обратно. Несмотря на то, что провода касаются друг друга, ток не проходит непосредственно из од­ного в другой, а течет через элек­трическую лампочку. Резиновая трубка является изоляцией: электри­ческий ток не может пройти сквозь нее.

Однако выражение «не может» условно. Не может при данном напряжении электрического тока, при хорошем состоянии изоляции. Но если состояние изоляции плохое или если напряжение на проводах выше того, на которое изоляция рассчитана, произойдет разрушение изоляции, так называемый “эле­ктрический пробой”, и ток пой­дет кратчайшим путем из провода в провод, минуя электрическую лам­почку. При этом величина тока не­допустимо возрастает, количество тепла, выделяемого в проводах, рез­ко увеличивается, и, если не перего­рит соответствующий предохрани­тель, может произойти авария.

Во всех электрических машинах и аппаратах основными частями кон­струкции являются провода или дру­гие изолированные друг от друга токопроводящие детали, между ко­торыми образуется электрическое напряжение.

В качестве изоляции применяется не только резина, но и хлопчато­бумажная пряжа, шелк, пропитанная смолой или лаком ткань, слюда, бу­мага и другие материалы.

Правильный выбор изоляции под­час бывает очень труден. У изоля­ционных материалов много «врагов». Влага, грязь, высокая температура, электрическая дуга, повышенное против нормального напряжение — к этим факторам в большей или мень­шей степени чувствительны все изо­ляционные материалы. Конструктор в каждом отдельном случае учиты­вает, какая изоляция больше подхо­дит для данных условий. Например, изоляторы в высоковольтной пере­даче, к которым подвешиваются провода высокого напряжения, должны быть сделаны из материала, изоляционные свойства которого не снижаются от длительного воздей­ствия дождя, снега, солнечного све­та. Поверхность этих’ изоляторов должна быть чрезвычайно гладкой, чтобы на ней не задерживались пыль и грязь. Кроме того, изолято­ры должны быть механически проч­ными, так как на них висят тяже­лые провода.

Наиболее подходящим материа­лом для изоляторов высоковольтной передачи является фарфор, покры­тый глазурью.

Но при конструировании электри­ческих нагревательных печей от фарфора приходится отказаться и применять вместо него другие мате­риалы, так как фарфор от нагрева­ния теряет свои изоляционные свой­ства.

Для проводов осветительной сети, для силовых кабелей, прокладывае­мых в металлических трубах, самой подходящей изоляцией является ре­зина. Она гибка, не теряет своих изоляционных свойств от воздейст­вия влаги и механически довольно прочна.

Но резина боится нагрева. Уже при температуре в 60—70° она бы­стро теряет упругость, ссыхается, трескается, как говорят в технике, «стареет». Конечно, при этом она теряет и свои изоляционные свой­ства.

Электрические кабели обычно на­греваются очень мало. Но вот, например, обмотки электрических ма­шин и аппаратов нагреваются при нормальной работе до 120 и даже до 150°. Уже по одному этому здесь нельзя применять для изоля­ции резину.

Бумага, хлопчатобумажная и ас­бестовая пряжа гигроскопичны. Это изоляторы только до тех пор, пока они сухи. Но сухими в полном смыс­ле этого слова они почти никогда не бывают, так как жадно впитыва­ют влагу даже при соприкосно­вении с атмосферным воздухом. Чтобы уменьшить гигроскопичность этой изоляции, ее обычно пропиты­вают лаками или смолами. Но чув­ствительность бумаги и хлопчато­бумажной пряжи к высокой темпе­ратуре при этом не уменьшается.

А между тем очень часто бывает, что электрическая машина подвер­гается перегрузке, когда по ее об­моткам длительно проходит повы­шенный ток. Тепло, выделяющееся , при этом, возрастает пропорционально квадрату силы тока. Для такой изоляции температура по­рядка 140—150° означает уже быстрое разрушение. Изоляция ста­новится хрупкой, ломкой и теряет свои изоляционные качества, а вслед за тем наступает пробой ее и ава­рия.

Весьма ценный изолирующий ма­териал — слюда. Тончайший лепе­сток слюды толщиной в несколько 1 сотых миллиметра может выдержать напряжение в тысячи вольт и тем­пературу до 300—400°. Слюда гиб­ка, негигроскопична и была бы пре­красным изоляционным материалом для обмоток электрических машин, если бы встречалась в природе в ви­де больших однородных листов. Но большие куски слюды встречаются редко и стоят очень дорого.

Можно отдельные маленькие ле­пестки слюды склеивать между собой и наклеивать на тонкий шелк или бумагу. Так в промышленности получают слюдяные листы и ленты. Но склеивание снижает теплостой­кость изоляции и ее электрические качества. Между лепестками слюды остаются пустоты, не заполненные лаком «коридорчики», в которые мо­жет проникнуть влага. Поэтому клееная слюда несколько гигроско­пична. Кроме того, лак, которым склеены лепестки слюды, а тем бо­лее бумага или ткань, на которую они наклеены, не выносят высокого нагрева. Поэтому такая изоляция выдерживает температуру не боль­ше 50—70°.

Похожие статьи:

1. НАПЫЛЕННЫЕ НАНОПРОВОДА
2. Нанокристаллические материалы
3. НАНОПРОВОДА
4. Схема биологического обмена энергии
5. Умные материалы