Zestaw 1:

1.Opisać właściwości ferromagnetyków.

Ferromagnetyki magnesują się bardzo silnie, w kierunku zgodnym do kierunku działania zewnętrznego pola magnetycznego. Występuje histereza – zachowanie magnetyzacji po zaniku zewnętrznego pola. Proces magnesowania jest odwrotnie proporcjonalny do T- (T – temperatura bezwzględna,  - temp. Curie). Przykłady: żelazo, nikiel, kobalt.

Warunkami wystąpienia ferromagnetyzmu jest istnienie niezapełnionych powłok elektronowych a także tzw. sił wymiany (skłonności do uporządkowania orientacji spinów) o odpowiedniej wielkości.

2.Materiały izolacyjne w elektroenergetyce (przykładowe, najczęściej spotykane).

Sześciofluorek siarki SF₆ (elegaz) – nietoksyczny, trwały do temp. 500 st. C, nie wywołuje korozji, gęstość 5x większa od powietrza, 3x lepsze własności izolacyjne od powietrza, niepalny, dobrze gasi łuk elektryczny, wymaga hermetycznej kadzi. Stosowany w nowszych transformatorach, wyłącznikach i rozdzielniach.

Oleje mineralne – głównie stosowane do gaszenia łuków elektrycznych, do izolacji w transformatorach (także konserwacji), jako chłodziwo

Wyroby ceramiczne – głównie ze względu na dużą odporność na warunki atmosferyczne, temperaturę, wytrzymałośc mechaniczną, niska cena (porcelana elektrotechniczna, kamionka) używane np. w izolatorach.

Kalafonia – żywica pochodzenia roślinnego, używana do zagęszczania olejów mineralnych, nasycania papieru izolacyjnego.

Papiery elektroizolacyjne – jedynie dobrze wysuszony i nasycony odpowiednim syciwem. Używany do izolacji w kablach (stosunkowo gruby, wytrzymały mechanicznie) , kondensatorach (bardzo cienki i wysokiej jakości), transformatorach.

Guma – materiał dość tani, używany do izolacji elementów pod niskim napięciem lub odzieży/narzędzi ochronnej

Polietylen (XLPE) – stosowany głównie do izolacji przy nap. do 30 kV. Odporny na działanie temperatury, kwasów, zasad, olejów

Polichlorek winylu PCW – jeden z najbardziej rozpowszechnionych tworzyw sztucznych, zastępuje gumę, może być barwiony na dowolne kolory, jedna z najczęściej stosowanych izolacji

3.Sposoby domieszkowania półprzewodników.

Domieszkuje się zazwyczaj fosforem lub borem w fazie ciekłej wytwarzania. Obecnie stosuje się metodę nowocześniejszą, tzw. transmutację. Polega na napromieniowaniu wałka monokryształu krzemu strumieniem neutronów w rdzeniu reaktora jądrowego (?). Ta skomplikowana metoda pozwala na uzyskanie półprzewodników na prądy rzędu 3 kA. Podczas tego procesu mogą powstawać ubytki sieci krystalicznej, które eliminuje się wyrzażaniem w temperaturze 850 st. C. Następnie elementy są cięte piłami diamentowymi na płytki o grubości ok. 0,1 mm.

Zestaw II:

1.Co ma wpływ na konduktywność

Generalnie ze wzrostem temperatury maleje konduktywność (przewodność), opisuje to temperaturowy współczynnik rezystywności/konduktywności. Im mniejszy współczynnik rezystywności, tym lepsza konduktywność. Najlepsza przewodność występuje w metalach czystych (bez domieszek). Każda domieszka wywołuje większy opór wobec przepływającego prądu.

2.Wpływ domieszek akceptorowych i donorowych na warystorach

(?) Domieszkowanie akceptorowe i donorowe zmniejsza pasmo zabronione w materiałach, co powoduje szerszy zakres przewodzenia (niższy próg dla którego w warystorze dojdzie do przepływu prądu).

3.Właściwości ferromagnetyków

(por. Z1/1)

Zestaw III:

1.Właściwości i zastosowanie gazów jako izolatorów.

Sześciofluorek siarki SF₆ (elegaz) – nietoksyczny, trwały do temp. 500 st. C, nie wywołuje korozji, gęstość 5x większa od powietrza, 3x lepsze własności izolacyjne od powietrza, niepalny, dobrze gasi łuk elektryczny, wymaga hermetycznej kadzi. Stosowany w nowszych transformatorach, wyłącznikach i rozdzielniach.

Powietrze – w warunkach normalnych rezystywność skrośna wynosi ok. 10^18. Z uwagi na obecność pary wodnej i zanieczyszczeń, powoduje korozję. Powietrze jako izolację stosuje się głównie w sieciach energetycznych (przewody przesyłowe rozpięte na słupach z reguły nie posiadają zewnętrznej izolacji).

Azot – gaz niepalny, nietoksyczny, pod wysokim ciśnieniem (kilkanaście atm.) ma dużo większą wytrzymałość elektryczną. Służy do wypełniania kondensatorów, w niektórych przewodach jako chłodziwo.

2.Właściwości magnetyków miękkich.

Materiały magnetyczne miękkie mają bardzo wąską pętlę histerezy, co pozwala na wielokrotne na- i Roz- magnesowywanie materiałów bez większych strat. Stosuje się je w obwodach magnetycznych, jako rdzenie elektromagnesów, maszynach elektrycznych, transformatorach. Odznaczają się dużą indukcją nasycenia (B_n) i przenikalnością magnetyczną, małą stratnością magnet. Przykłady: czyste żelazo, stal krzemowa, stopy Fe-Ni, metglas.

3.Przyczyny strat energii w izolatorach stałych

Na straty energetyczne składają się wszelkie defekty struktury materiału (domieszki, zanieczyszczenia, ubytki sieci krystalicznej).

Jednym z parametrów opisujących straty jest współczynnik strat dielektrycznych tg . Wyrażony jest stosunkiem składowej prądu rzeczywistej do urojonej. Sam kąt  jest dopełnieniem do 90 st. Kąta przesunięcia fazowego.

Głównymi przyczynami są:

Straty upływnościowe (konduktywność) – w zależności od rezystywności danego materiału. Charakterystyczny jest tu prąd upływu (i_p).

Polaryzacja – polega na uporządkowywaniu dipoli magnetycznych. W jej wyniku występuje tzw. prąd absorpcji (i_a), będący jednym ze składowych elementów strat.

Zestaw IV:

1.Wpływ temperatury na konduktywność półprzewodników

Podobnie jak w przypadku metali, wzrost temperatury (większe drgania sieci krystalicznej) zmniejsza ruchliwość elektronów. W półprzewodnikach koncentracja elektronów nie jest stała, zależy silnie od temperatury (ze wzrostem T silnie rośnie koncentracja), co w rezultacie powoduje wzrost przewodności wraz ze wzrostem T – w półprz. samoistnych. W przypadku półprzewodników niesamoistnych (z domieszkami), charakterystyka jest skokowa – przy niższych temperaturach jest zależna od koncentracji elektronów, później – tak jak w metalach – od drgań struktury (wzrost konduktywności zahamowany). W trzecim etapie, znów rośnie ( z uwagi na przewodnictwo elektronowe, możliwe w wysokiej temperaturze)

2.Układ do pomiaru pętli histerezy metodą oscyloskopową .

3.Właściwości przewodników i izolatorów

Przewodniki - ₂₀  10^-6 [m] Charakteryzują się małą rezystywnością/dużą konduktywnością (w porównaniu do innych materiałów). Atomy metali w sieci krystalicznej pozbawione są elektronów walencyjnych, tworzących gaz elektronowy, umożliwiający przewodzenie.

Izolatory - ₂₀  10¹⁰ [m] Charakteryzują się dużą rezystywnością/mała konduktywnością (w porównaniu do innych materiałów). Podstawową właściwością jest brak elektronów swobodnych, umożliwiających przewodzenie (przy braku zewnętrznych bodźców jonizujących). Pole elektryczne nie powoduje rozerwania silnie związanych ze sobą ładunków +- (jedynie sprężyste przesunięcia).

Zestaw V:

1,Przyczyny powstawania strat w ferromagnetykach

Stratność magnetyczna jest sumą strat na histerezę i prądy wirowe [W/kg]:

Straty na histerezę – największe w magnetykach twardych, gdzie pętla histerezy jest szeroka.

Wzór: p_h = k_h-stała materiałowa, f-użyta częstotliwość, f₅₀-50Hz, Bm/B1 amplituda zmiennej indukcji w stos. Do B = 1T

Straty na prądy wirowe – straty na ciepło Joule’a wywołane przepływem prądu zmiennego przez cewkę z rdzeniem, spowodowane obecnością prądów wirowych. p_w ~ ²B²f^2 [W/m³]. Straty na prądy wirowe ogranicza się jak najmniejszą grubością rdzenia ferromagnetycznego.

2.Czynniki wpływające na wytrzymałość elektryczną materiałów izolacyjnych.

Kształt elektrod (najwyższa dla płaskich, dużych elektrod), stan zawilgocenia izolacji, temperatura, grubość warstwy izolacyjnej i jej stan techniczny, rodzaj napięcia (najwyższa dla U udarowego, najniższa dla stałego – wiąże się to z czasem działania).

E_p = U_p/l (wytrzymałość elektryczna = napięcie przebicia / grubość dielektryka)

3..Sposoby domieszkowania półprzewodników.

Por. Z1/3

Zestaw VI:

1.Miedź vs aluminium

Miedź – jeden z częstszych materiałów przewodzących. W stanie czystym duża plastyczność, duża przewodność cieplna i elektryczna. Na przewody stosuje się miedź o czystości 99,9% . Każda domieszka znacznie obniża konduktywność. Miedź ma kond. Ok. 58 MS/m., gęstość 8,9 g/cm3. Miedź silnie koroduje pod wpływem kontaktu z gumą (dlatego żyły powleka się warstwą cyny przed kontaktem z izolacją gumową). Zielona warstwa patyny skutecznie ogranicza degradację miedzi. Materiał łatwy do gięcia, spawania, lutowania, odporny na ścieranie. Jest droga (droższa od aluminium). Stosuje się ją w przewodach giętkich, stałych instalacjach, kolejnictwie, transformatorach, uzwojeniach silników. Stosuje się stopy z cynkiem (mosiądz - słabsza konduktywność ale niższa cena, lepsza wytrzymałość na rozciąganie). Brąz – lepsza odporność na ścieranie, twardość.

Aluminium – mała gęstość 2,7 g/cm3. Duża przewodność, odporność na korozję, niewielka cena (w por. do miedzi). Konduktywność ok. 38 MS/m. Domieszki nie „psują” aluminium tak bardzo jak miedź. Stosuje się głównie na liniach napowietrznych oraz wszędzie tam, gdzie miedź okazuje się zbyt droga. Folie w kondensatorach

2.Przenikalność magnetyczna normalna i różniczkowa.

Normalna – zwana statyczną, odnosi się do pierwotnej krzywej magnesowania.

Wartość zmienia się od minimum (nachylenie w początkowym punkcie charakterystyki)

Różniczkowa – zwana dynamiczną. . Wartości początkowe obu przenikalności są takie same

3.Podział materiałów przewodzących

Przewodowe – kable, przewody, szyny przewodzące (wysoka konduktywność, wytrzymałość mechaniczna na rozciąganie, wysoka przewodność cieplna i temperatura pracy, łatwa lutowalność i spawalność, odporność na korozję, niski koszt).

Oporowe:

Mat. Na rezystory pomiarowe (niewielki współczynnik temperaturowy rezystancji, stabilność własności elektrycznych, niezmienność rezystancji w czasie)

Mat. Na rezystory regulacyjne (zazwyczaj z konstantanu, duża rezystywność, właściwości j.w.)

Mat. Na rezystory grzejne (odporność na działanie temperatury, duża rezystywność, wysoka T topnienia.) wykorzystuje się nichromy, ferrochromy.

Stykowe:

Rozłączne – odporność na opalanie, wysoką temperaturę, na erozję mechaniczną, odporność na łuk elektryczny.

Ślizgowe – odporność na ścieranie

Specjalne:

Ołów – głównie jako szczelne powłoki kabli

Cynk – ochrona przed korozją

Cyna – pokrycie miedzi, jako lut i składnik stopów.

Wolfram – żarówki, lampy elektronowe, styki elektryczne

Węgiel – surowiec do wytwarzania tworzyw sztucznych

Zestaw VII:

1.Zależność rezystywności przewodników i dielektryków od temperatury

Ze wzrostem temperatury wzrasta amplituda drgań atomów w sieci krystalicznej, co wpływa na obniżenie ruchliwości elektronów a w konsekwencji – rosnąca rezystywność. Opisuje to temperaturowy współczynnik rezystywności. Dla  > 0 rezystywność rośnie ze wzrostem temperatury. Do praktycznych obliczeń stosuje się wzór  = ₂₀[1+₂₀(t-20)]. W temperaturach bardzo niskich i wysokich obserwuje się skokowe zmiany rezystywności (przy niskich – nadprzewodnictwo).

W przypadku dielektryków, straty mocy powodują wzrost temperatury która w skrajnych przypadkach może doprowadzić do przebicia. Jeśli materiał izolacyjny pracuje w wysokiej temperaturze, z czasem ulega degradacji (starzenie cieplne).

2.Czynniki wpływające na wytrzymałość elektryczną gazów i cieczy

Każde zanieczyszczenie powoduje mniejszą wytrzymałość elektryczną. Obecność wody pod różną postacią również działa negatywnie. Wzrost temperatury powoduje wzrost współczynnika strat dielektrycznych. Znaczenie ma skład chemiczny, ciśnienie, odległość między elektrodami.
3.Materiały magnetyczne miękkie i twarde

Materiały magnetyczne miękkie por. Z3/2

Materiały magnetyczne twarde – charakteryzują się szeroką pętlą histerezy, czyli namagnesowywanie i rozmagnesowywanie jest w ich przypadku trudne, są stosowane jako magnesy trwałe (szczególnie większych rozmiarów). Najstarszym i jednym z najtańszych tego typu materiałów jest stal węglowa (zaw. Ok. 1% C). Lepszą trwałość zapewnia stal wolframowa (kilka % wolframu). Stosuje się je w licznikach indukcyjnych, jest stosunkowo droga. Stosuje się również stopy typu Fe-Al.-Ni oraz Fe-Al.-Ni-Co. Są twarde i kruche ale stabilne magnetycznie, nawet w wysokich temperaturach.

Zestaw VIII

1.Sposoby zmniejszania strat w ferromagnetykach

Straty na prądy wirowe ogranicza się jak najmniejszą grubością rdzenia ferromagnetycznego. Należy również unikać wielokrotnego namagnesowywania i rozmagnesowywania, szczególne w przypadku materiałów o szerszej pętli histerezy.

2.Właściwości materiałów przewodzących i izolacyjnych.

Por. Z4/3

3.Schemat do badania rezystywności powierzchniowej

Zestaw IX

1.Czynniki wpływające na wytrzymałość elektryczną ciał stałych.

Kształt elektrod (najwyższa dla płaskich, dużych elektrod), stan zawilgocenia izolacji, temperatura, grubość warstwy izolacyjnej i jej stan techniczny, rodzaj napięcia (najwyższa dla U udarowego, najniższa dla stałego – wiąże się to z czasem działania).

E_p = U_p/l (wytrzymałość elektryczna = napięcie przebicia / grubość dielektryczna)

Istotny jest również czas pracy, z biegiem lat wytrzymałość maleje (zwłaszcza w wyższych temperaturach czy też niekorzystnych warunkach środowiska).

2.Właściwości materiałów przewodzących i półprzewodzących.

Przewodniki - ₂₀  10^-6 [m] Charakteryzują się małą rezystywnością/dużą konduktywnością (w porównaniu do innych materiałów). Atomy metali w sieci krystalicznej pozbawione są elektronów walencyjnych, tworzących gaz elektronowy, umożliwiający przewodzenie. Są bardziej stabilne i odporne od półprzewodników.

Półprzewodniki – 10^{-4 } ₂₀  10⁶ [m]. Silna zależność konduktywności od czystości danego materiału oraz czynników zewnętrznych – temperatury, pola elektrycznego i promieniowania. Ogólnie, półprzewodniki nie są ani dobrymi przewodnikami ani izolatorami. Ich własności wykorzystuje się, ponieważ stanowią dobry materiał „decyzyjny” albo przewodzą albo nie, co odpowiada reprezentacji 0 lub 1 w informatyce.

3.Polaryzacja – mechanika procesu i skutki

Polaryzacja polega na uporządkowywaniu się ładunków ujemnych z dodatnimi. Zjawisko to ma miejsce w dielektrykach, pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego. Efektem polaryzacji jest tworzenie się dipoli. Wyróżnia się kilka typów polaryzacji:

Elektronowa – we wszystkich dielektrykach, polega na przesunięciu powłok elektronowych (zewnętrznych) w stronę dodatniego jądra atomu. Przebiega bardzo szybko, w czasie rzędu 10^-15 s.

Jonowa – występuje tylko w materiałach, których cząsteczki zbudowane są z jonów. Ustępuje po usunięciu zewnętrznego pola elektrycznego (podobnie jak elektronowa). Polega na sprężystym rozsuwaniu się przeciwnych jonów. Czas relaksacji wynosi ok. 10^-13 s.

Dipolowa – występuje w dielektrykach ciekłych i gazowych z cząsteczkami o charakterze trwałych dipoli elektrycznych. Bez pola elektrycznego cząsteczki poruszają się chaotycznie, pod jego wpływem, dipole dążą do uporządkowania wzdłuż linii sił pola.

Makroskopowa – gdy w dielektryku znajduje się niewiele ładunków swobodnych. Wędrują one w materiale pod wpływem pola elektrycznego, osadzając się na niedoskonałościach sieci krystalicznej. Czas relaksacji wynosi kilka minut

Zestaw X

1.Parametry ferromagnetyków na podstawie pętli histerezy

Na jej podstawie możemy dokonać podziału na ferromagnetyki miękkie/twarde, określić stratność energii przy Roz- i na- magnesowywaniu, określić przenikalność magnetyczną

2.Wpływ temperatury na rezystywności przewodników i dielektryków

Por. Z7/1

3.Właściwości warystorów

Warystor jest elementem półprzewodnikowym, którego rezystancja jest uzależniona od przyłożonego napięcia (gwałtownie maleje przy dużym napięciu), jest bardzo nieliniowa. Stosuje się je głównie jako ograniczniki przepięć (nagłych skoków napięcia), zaworach odgromnikowych. Warystory mają strukturę ziarnistą (ziarna są półprzewodzące, przestrzenie między nimi dielektryczne). Do opisu warystorów stosuje się zależności:

U = CI , gdzie C jest stałą danego warystora,  współczynnikiem nieliniowości (dla  = 1 char. liniowa, dla  = 0 równoległa do osi OX)

 = (dU / dI)*(I/U). Warystory buduje się głównie jako spieki ZnO z innymi metalami (m.in., tlenek bizmutu)

EXTRA

Cęgi Ditza to jest rodzaj amperomierza prądu zmiennego z przekładnikiem prądowym, którego obwód magnetyczny może być otwierany dla wprowadzenia do okna przewodu, w którym mierzy się prąd. Przewód z prądem mierzonym (jako uzwojenie pierwotne przekładnika), otwierany obwód magnetyczny (magnetowód), zbudowany z blach z materiału magnetycznie miękkiego, oraz uzwojenie wtórne - cewka o dużej liczbie zwojów, umieszczona na nieotwieranej części magnetowodu. Zasada pracy przyrządu jest taka: prąd mierzony, płynący w pojedynczym przewodzie powoduje, że przewód jest otoczony wyindukowanym polem magnetycznym. To pole jest "łapane" przez magnetowód, na którym jest umieszczona cewka - jest to uzwojenie wtórne przekładnika. Prąd wyindukowany w cewce jest doprowadzony do amperomierza, który jest wyskalowany w/g pradu w uzwojeniu pierwotnym (czyli w przewodzie przechodzącym przez okno). Podczas pomiaru magnetowód musi być zamknięty. W ten sposób można zmierzyć prąd w przewodzie bez rozcinania go i bez naruszania izolacji.

Termopara składa się z dwóch cienkich drucików metalowych (termoelektrod), różniących się potencjałami termoelektrycznymi, zespawanych lub zlutowanych ze sobą na jednym końcu, zaizolowanych elektrycznie i umieszczonych w obudowie. Różnica potencjałów powstająca na styku metali nazywana jest kontaktową różnicą potencjałów, a jej wartość zależy od rodzaju stykających się metali oraz temperatury złącza. Zasada działania termopar opiera się na zjawisku Seebecka. Główną zaletą tych urządzeń jest przetwarzanie bezpośrednio wielkości nieelektrycznej -temperatury, na wielkość elektryczną - napięcie. Pozwala to przesyłać sygnały na duże odległości, przetwarzanie i gromadzenie danych o temperaturze badanego obiektu, a także sterowanie różnymi procesami. Ponadto termopary są niezawodne, proste i tanie.

Konwekcja – proces przekazywania ciepła związany z makroskopowym ruchem materii a także ruchem związanym z różnicami temperatur w gazie lub cieczy, który prowadzi do przenoszenia ciepła. Konwekcja jest jednym z kilku mechanizmów transportu energii cieplnej (wymiany ciepła), Konwekcja jest wydajnym sposobem przekazywania ciepła, ale jednocześnie silnie zależnym od substancji i warunków w jakich zachodzi. Wyróżniamy: Konwekcję swobodną – ruch płynu jest wywołany różnicami gęstości wywołanymi konwekcją. Konwekcję wymuszoną – występuje ruch niewynikający z konwekcji, wywoływany przez czynniki zewnętrzne np. wentylator.

Promieniowanie termiczne jest to emisja fal elektromagnetycznych kosztem energii wewnętrznej ciała. Promieniowanie termiczne emitują wszystkie ciała, których temperatura jest wyższa od zera bezwzględnego (0 K). Promieniowanie to jest w określonym widmie częstotliwości.

Rezystywność to opór elektr. przewodnika wykonanego z danego materiału o przekroju poprzecznym 1m² i długości 1m. Można ją uważać za sumę rezystywności idealnej (zależy od temp) i resztkowej (wpływ zanieszczysczeń)

Domieszki metali powodują zakłócenia regularnej budowy siatki krystalicznej metalu podstawowego co zwiększa opory swobodnego ruchu elektronów swobodnych z zew. powłok walencyjnych. Domieszki odgrywają tym większą rolę im większa różnica między masą atomów metalu głównego a masą atomową pierwiastka stopowego.

Stopy: Rozróżnia się stopy jednorodne i nie jednorodne. Te pierwsze to takie kiedy metale składowe rozpuszczają się w sobie nieorganicznie tworząc jednolite siatki krystaliczne, rezystywność zawsze wyższa w stosunku do metali składowych. Dla niejednorodnych są to mieszaniny kryształów metali składowych, rezystywność stopu jest prop. do procentowego udziału w nim poszczególnych składników.

Rezystywności materiałów: srebro 1,6 · 10⁻⁸, miedź 1,7 · 10⁻⁸, aluminium 2,82 · 10⁻⁸, żelazo 10 · 10⁻⁸, cyna 10,9 · 10⁻⁸, german 0,46, krzem 640, guma 1013

Oleje transformatorowe w transformatorach energetycznych, obok funkcji izolujących, spełniają bardzo istotną funkcję chłodzącą. Mają najostrzejsze warunki pracy z uwagi na b. duże wartości natężenia pola elektrycznego, dochodzącego do 1000kV/cm oraz z uwagi na konieczność ograniczenia strat dielektrycznych. Muszą być starannie oczyszczone, odgazowane, odporne na starzenie, o małej wartości tg d i możliwie dużej przenikalności elektrycznej. Na własności elektryczne olejów mineralnych wpływają w zasadniczy sposób zawarte w nim zanieczyszczenia w postaci: wilgoci, zawiesin mechanicznych (włókna papieru i bawełny), pęcherzyków powietrza, produktów utleniania oleju.

Nadprzewodnictwo obserwowane jest w niskich temperaturach, mniejszych od pewnej, charakterystycznej dla danego materiału tzw. temperatury krytycznej Tk. Polega na zmnijszeniu rezystancji do bliskiej zera oraz skupianie pola magnetycznego w wiry. Do substancji takich należą np. aluminium, cyna, spieki i związki miedzi i tlenu. Stosuje się do budowy silnych magnesów i elektromagnesów, Budowa przewodów oraz kabli służących do wydajnego, bezstratnego transportu prądu. Niestety, koszt takiego transportu energii jest jak dotychczas dość duży i niezbyt opłacalny.

Wymiana ciepła między metalem a cieczą zależy od: ciśnienia cieczy chłodzącej, powierzchni metalu (mniej nagrzewa się powirzchnia chropowata),

Kryterium podziału przewodników (przy temp. 20 i wilgotności 65%) W przewodniku występują swobodne elektrony lub jony (w elektrolitach).Dzięki temu przewodnik łatwo przewodzi prąd elektryczny. Opór właściwy poniżej 10^-6 [Ωm] Półprzewodniki -ciała o przewodności właściwej pośredniej między przewodnością metali i izolatorów (w temperaturze pokojowej),szybko rosnącej wraz ze wzrostem temperatury (krzem,german i in.), Opór właściwy -10^-6 do 10^6 Izolatory - materiał, w którym bardzo słabo przewodzony jest prąd elektryczny. Może to być rezultatem niskiej koncentracji ładunków swobodnych (ładunki związane), niskiej ich ruchliwości, lub obu tych czynników równocześnie. Opór właściwy powyżej 10^6

Kable elektroenergetyczne: przeznaczone do przesyłania energii lub sygnałów (w sieciach telekom.) Elementy konstrukcyjne to: żyła robocza, izolacja, wypełniacz, powłoka, osłona powłoki, pancerz, osłona zewnętrzna. Żyły wykonuje się z miedzi lub aluminium. Są jedno lub wielo żyłowe. Kształ żyły może być kołowy, owalny lub sektorowy . Izolacja może być wykonana z papieru kablowego, gumy lub tworzyw sztucznych. Izolacja papierowa jest w postaci taśmy. Jest ona impregnowana syciwem elektroizolacyjnym składającym się z oleju kablowego, kalafonii sosnowej i włosków syntetycznych. Kable o izolacji gumowej do 1kV. Druty miedziane przeznaczone do izolacji gumowej powleka się sopem cyny ze względu na koryzyjne działanie siarki z izolacji gumowej. Izolacja z tworzyw sztucznych jest z PVC lub PE. Są one odporne na wilgoć i czynniki chemiczne, mają dużą elastyczność, są lekkie i tańsze Wadą jest mała odporność na podwyższoną temperaturę oraz wydzielanie toksycznych gazów w razie pożaru. Osłona powłoki wykonana jest materiału włóknistego, papieru, tworzyw sztucznych, wełny itp. i chroni powłokę przed uszkodzeniami mechanicznymi pancerza. Zadaniem pancerza jest przenoszenie odkształceń mechanicznych przede wszystkim podczas zwijania kabla na bęben oraz ochrona kabla przed zewnętrznymi uszkodzeniami, Pancerz wykonuje się z drutów lub taśm stalowych, które nakłada się spiralnie na osłonę powłoki. Osłona zewnętrzna kabla ma za zadanie chronić jego wnętrze przed penetracją przez wilgoć lub czynniki chemiczne. Jest to zazwyczaj włókno lub tworzywo sztuczne. Przewody elektroenergetyczne gołe mają zastosowanie w liniach napowietrznych. Wykonuje się je z miedzi, aluminium, stali lub stopów jako pojedyncze druty (D). W liniach elektroenergetycznych napowietrznych jako materiał przewodowy częściej stosuje się aluminium i to w postaci linek (AL). Należy wyraźnie pokreślić, że pod względem własności mechanicznych takich jak wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie przy rozerwaniu czy też ścieralność zdecydowanie lepsze własności ma miedź.

Oporowe elementy grzejne to platyna, molibden, wrolfram. Platyna (1770°C, gęstość 21,4 [kg/m3]) jest twardsza od srebra i złota. Można ją jednak walcować na folie grubości 0,0025mm i druty o średnicy 0,015mm. Stosowana jest jako elementy oporowa w piecach do obróbki cieplnej i topienia metali. Wymagana jest tu atmosfera ochronna ze względu na szkodliwe ewentualne działanie siarki.

Molibden (2023C, gęstość 10,2 [kg/m3]), jest bardziej-miękki od wolframu a zatem łatwiejszy do obróbki. Produkuje się go w postaci- spieczonych prętów mających zastosowanie jako elektrody w piecach szklarskich. Wolfram (3410C, gęstość 19,29 [kg/m3]), może być stosowany bez atmosfery ochronnej do +400C. Powyżej tej temperatury tworzy z tlenem WO₃. Jest prawie wyłącznie wyrabiany w postaci spiekanych prętów.

Narażenia eksploatacyjne w warunkach znamionowych stanowią: pole elektryczne w układzie izolacyjnym urządzenia przy jego napięciu znamionowym lub najwyższym dopuszczalnym napięciu, stanowiące narażenie elektryczne, podwyższona temperatura, której głównym źródłem są straty mocy w elementach przewodzących urządzenia Przyczyną dodatkowych narażeń elektrycznych w warunkach pracy urządzenia sa zakłócenia, w tym chwilowe zwyżki napięcia, posiadające przebieg impulsowy Są to tzw. Przepięcia.

Wytrzymałość elektryczna jest miarą odporności na narażenia. Graniczna wartość natężenia pola elektrycznego przy której następuje zniszczenie własności izolacyjnych daneuo materiał tzn. w materiałach stałych występuje przebicie elektryczne, w gazach i cieczach - przeskok.

Przebicie elektryczne i przeskok stanowią wyładowanie zupełne, które jeśli wystąpi w układzie izolacyjnym urządzenia, oznacza dla niego zwarcie elektryczne. Następstwem przebicia elektrycznego jest trwała utrata własności izolacyjnych materiału stałego.

Wytrzymałość elektryczna doraźna E_prz: jest to iloraz napięcia przebicia lub przeskoku i odstępu między elementami przewodzącymi do których doprowadzone jest napięcie w znormalizowanych warunkach badania

Warunki znormalizowane badań - układ elektrod zapewniający jednostajny rozkład natężenia pola elektrycznego w badanym materiale, częstotliwość napięcia w zakresie od 4S Hz do 62 Hz, normalne warunki atmosferyczne lub dokładnie określone warunki rzeczywiste (warunki normalne temperatura 293K, ciśnienie 1013 hPa. wilgotność względna 17,3 g/m^3 w temp. 293 K)

Zastosowanie warystorów: Głównie zabezpieczanie urządzeń przed przepięciami, do ochrony linii wysokiego napięcia, stosuje się je w liniach telefonicznych do zabezpieczania telefonów, modemów i innych urządzeń podłączonych do linii telefonicznej, służą jako odgromniki, zabezpieczenie transformatorów.

Zastosowania termistorów: w układach kompensujących zmiany parametrów obwodów przy zmianie temperatury, w układach zapobiegających nadmiernemu wzrostowi prądu, do pomiarów temperatur elementy kompensujące zmianę oporności innych elementów elektronicznych np. we wzmacniaczach i generatorach bardzo niskich częstotliwości, ograniczniki natężenia prądu (bezpieczniki elektroniczne) – termistory typu CTR, np. w układach akumulatorów telefonów, zapobiegając uszkodzeniu akumulatorów w wyniku zwarcia lub zbyt szybkiego ładowania. czujniki tlenu.

Ładunek elektryczny w ruchu wytwarza trwały magnetyczny moment dipolowy. W atomie ładunek zawierają elektrony i jądro. Każdy elektron obiega jądro po orbicie i obraca się wokół własnej osi, wytwarzając moment pędu - spin. Na wypadkowy magnetyczny moment dipolowy składają się dodawane wektorowo:

Jądrowy moment magnetyczny - wynika z momentu pędu jądra związanego z jego spinem i jest wielkością tego samego rzędu co spin elektronu. Masa jądra jest większa od masy elektronu stąd magnetyczny moment dipolowy związany ze spinem jądra jest mniejszy od spinowego momentu magnetycznego elektronu i jego wpływ na wypadkowy moment magnetyczny atomu może być pominięty

Orbitalne momenty magnetyczne - wynikają z ruchu elektronu po orbicie kołowej wokół jądra. Modelem krążącego po orbicie elektronu może być zamknięta pętla z prądem. W powłokach zapełnionych całkowicie elektronami wypadkowy moment magnetyczny

Spinowe momenty magnetyczne - wynikają z ruchu obrotowego elektronów wokół własnej osi. Temu ruchowi odpowiada moment pędu zwany spinem. W atomach wieloelektronowych spinowe momenty magnetyczne dodają się i wypadkowy spinowy moment magnetyczny atomów z powłokami całkowicie zapełnionymi = 0, jednak w niektórych pierwiastkach obserwuje się silne niezrównoważenie spinowych atomowych momentów magnetycznych.

Indukowane dipole magnetyczne – jeśli swobodna naładowana cząstka o ładunku q i masie m poruszająca się z prędkością v wejdzie w obszar pola magnetycznego o indukcji B zacznie na nią działać siła skierowana prostopadle do kierunku poruszania się cząstki i prostopadle do wektora B (siła Lorentza F=q(vxB) [J/m]), Cząstka zostanie schwytana przez pole i rozpocznie zataczać krąg (lub jeśli prędkość v miała składową równoległą do B, poruszać się po torze śrubowym) wokół linii sił pola magnetycznego z częstotliwością omegaL, zwaną częstotliwością Larmora.

Diamagnetyki - Materiały, które nie mają stałych dipolowych momentów magnetycznych. Dla większości przypadków przyjmujemy podatność magnetyczna równą 0

Paramagnetyki - mają stałe momenty magnetyczne. Gdy nie ma zewnętrznego pola magnetycznego te momenty ustawiają się chaotycznie, czyli nie oddziałują wzajemnie na siebie. W polu magnetycznym dochodzi do porządkowania tych dipoli w kierunku pola, czyli powstaje wypadkowe magnesowanie. Momenty ustawiają się w kierunku pola, wypadkowe pole rośnie i podatność magnetyczna jest większa od 0. Stopień uporządkowania zależy od temperatury - im wyższa temperatura tym bardziej chaotyczna orientacja dipoli.

Ferromagnetyki - Fe, Ni, Co mają bardzo wysoką wartość podatności magnetycznej wiele rzędów wyższą niż podatność materiałów paramagnetycznych. Warunkiem istnienia ferromagnetyzmu jest istnienie w materiale nieskompensowanych spinowych momentów magnetycznych oraz występowania w krysztale materiału tzw. sił wymiany, występujących najczęściej w ciałach krystalicznych. Wszystkie materiały ferromagnetyczne charakteryzuje temperatura Curie, przy której energia drgań cieplnych atomów jest tak duża, że całkowicie niszczy efekt magnesowania materiału.