ELEKTROTEHNIČKI MATERIJALI Ciljevi nastave je da studenti upoznaju: - elektrotehničke materijale, - mehanička, kemijska i fizikalna svojstva elektrotehničkih materijala, - standarde, - pojmove i definicije vezane.
Download ReportTranscript ELEKTROTEHNIČKI MATERIJALI Ciljevi nastave je da studenti upoznaju: - elektrotehničke materijale, - mehanička, kemijska i fizikalna svojstva elektrotehničkih materijala, - standarde, - pojmove i definicije vezane.
ELEKTROTEHNIČKI MATERIJALI Ciljevi nastave je da studenti upoznaju: - elektrotehničke materijale, - mehanička, kemijska i fizikalna svojstva elektrotehničkih materijala, - standarde, - pojmove i definicije vezane za tehnologiju elektrotehničkih materijala. Nužno je da studenti ovladaju ispravnom primjenom istih. U sklopu kolegija pruža se uvod u moderne tehnologije, poput LCD-a i nanotehnologije. NAČIN PROVJERE ZNANJA STUDENATA: Znanje studenata provjerava se tijekom nastave putem četiri kolokvija i 2 domaća rada (seminarska rada). Studenti moraju prijeći prag na svakom kolokviju. Studenti koji ne zadovolje na kolokvijima izlaze na ispit koji se sastoji od pismenog i usmenog dijela. Nakon izvršenih laboratorijskih vježbi polaže se kolokvij. Odrađene laboratorijske vježbe i nazočnost predavanjima uvjeti su za dobivanje drugog potpisa. U indeks se upisuju odvojeno ocjena iz vježbi (kolokvij) i predavanja (kolokviji i domaći radovi ili ispit). Svaki kolokvij ima 15 bodova, a domaći rad 10. uspješnost = zbroj bodova na svim kolokvijima x 4/3 + zbroj bodova domaćih radova Uspješnost (bodovi) 0 - 45 46 - 60 61 - 70 71 - 85 86 - 100 ocjena 1 2 3 4 5 Literatura: 1. I. Vujović, Elektrotehnički materijali i komponente, udžbenik s multimedijskim sadržajem za 2. razred četverogodišnjih strukovnih škola u području elektrotehnike, Neodidacta d.o.o, Zagreb, 2010., 2 recenzenta, ISBN 987-953250-139-1 (Narudžbe na: http://letecaknjizara.com.hr/ proizvodi/udzbenici/4-godstrukovne-skole-drugi-razred/) 2. I. Kuzmanić, R. Vlašić, I. Vujović, Elektrotehnički materijali, Visoka pomorska škola u Splitu, Split, 2001. 3. I. Vujović, I. Kuzmanić, R. Vlašić, Elektrotehnički materijali - laboratorijske vježbe, Pomorski fakultet, Split, 2004. 4. I. Kuzmanić, I. Vujović, Elektrotehnički materijali (radni materijal) Visoka pomorska škola u Splitu, Split,1999. 5. Ž. Spasojević, Z. Popović, Elektrotehnički i elektronski materijali, Naučna knjiga, Beograd, 1979. 6. V. Bek, Tehnologija elektromaterijala, Sveučilište u Zagrebu, Elektrotehnički fakultet, Zagreb, 1991. 7.R. Vlašić, I. Kuzmanić, Elektrotehnički materijali -Laboratorijske vježbe (radni materijal), Split, 1996. 8. T. Luetić, Tehnologija elektrotehničkog materijala, Školska knjiga, Zagreb, 1983. 9. V. Knapp, P. Colić, Uvod u električna i magnetska svojstva materijala, Školska knjiga, Zagreb, 1990. SAT 1-2. 3-4. 5-6. 7-8. 9-10. PLAN 1.Uvod u predmet, način ocjenjivanja i izvođenja nastave, osnovni pojmovi 2. Elektrotehnički materijali: svojstva, definicije i podjela 2.1. Atomska struktura tvari 2.2. Agregatna stanja 2.3. Kristalične slagaline 2.4. Tehnološka, kemijska i fizikalna svojstva materijala 2.5. Ispitivanje i normiranje materijala 2.6. Podjela elektrotehničkih materijala 3. Svojstva i primjena vodiča 3.1. Električna provodnost 3.2. Osnovna svojstva vodiča 3.3. Bakar 3.4. Legure bakra 3.5. Lemovi 3.6. Aluminij 3.7. Legure aluminija 3.8. Željezo 3.9. Materijali za otpornike i žarne elemente 3.10. Materijali za električne kontakte 3.11. Materijali za termobimetale 3.12. Materijali za termoelemente 3.13. Materijali za rastalne osigurače 3.14. Materijali za provode kroz staklo 3.15. Materijali za posebne primjene 3.16. Supravodljivost i supravodiči 3.16. Supravodljivost i supravodiči 4. Svojstva i primjena poluvodiča 4.1. Podjela poluvodičkih materijala 4.2. Vođenje struje u poluvodičima 4.3. Tipovi i spojevi poluvodiča 4.4. Pojave u poluvodičima 4.5. Materijali za poluvodičke diode 4.6. Materijali za tranzistore 4.7. Materijali za nelinearne otpornike 4.8. Fotoelektrični materijali 4.9. Fluorescentni materijali 4.10. Ugljični proizvodi 11-12. 13-14. 15-16. 17-18. 19-20. 5. Osnove tehnologije integriranih i tiskanih veza 5.1. Stupanj integracije monolitnih integriranih sklopova 5.2. Izrada monokristala 5.3. Integrirani sklopovi: podjela 5.4. Planarni proces 5.5. Hibridni integrirani sklopovi: tehnike tankog i debelog filma 5.6. Nanotehnologija i molekularna elektronika 6. Svojstva i primjena izolacijskih i dielektričnih materijala 6.1. Podjela izolacijskih i dielektričnih materijala 6.2. Polarizacija 6.3. Dielektrični gubici 6.4. Dielektrična čvrstoća 6.5. Ostala fizikalna i kemijska svojstva 6.6. Plinoviti izolacijski materijali 6.7. Tekući izolacijski materijali 6.8. Čvrsti izolacijski materijali 6.8.1. Anorganski materijali: tinjac, azbest, kvarc, staklo, keramike, tanki slojevi 6.8.2. Organski materijali: voskovi, bitumeni i asfalti, smole, kaučuk i guma, vlaknaste strukture, tekstilni materijali, lakovi, kitovi, ljepila 6.8.3. Silikoni 6.9. Tekući kristali 6.10. LCD ekrani i tehnologija 6.11. Plazma TV-tehnologija 21-22. 23-24. 25-26. 27-28. 29-30. 7. Svojstva i primjena optoelektričnih materijala 7.1. Svjetlost: monokromatska, koherentna, nekoherentna 7.2. Optička svojstva materijala: boja, prozirnost, refleksija, lom, apsorpcija 7.3. Materijali za optoelektrične elemente 7.4. Optička vlakna i optički kabeli 7.5. Materijali za optička vlakna i kabele 7.6. Proizvodnja optičkih kabela 7.7. Instalacija optičkih kabela 7.8. Testovi optičkih kabela 8. Svojstva i primjena magnetskih materijala 8.1. Magnetska svojstva materijala 8.2. Dijamagnetski materijali 8.3. Paramagnetski materijali 8.4. Feromagnetski materijali 8.4.1. Curieva feromagnetska temperatura 8.4.2. Permeabilnost feromagnetskih materijala 8.4.3. Gubici usljed histereze i vrtložnih struja 8.4.4. Magnetostrikcija 8.4.5. Mekomagnetski materijali 8.4.6. Tvrdomagnetski materijali 8.5. Antiferomagnetski materijali 8.6. Ferimagnetski materijali 9. Magnetske i optičke memorije i sustavi pohrane podataka 10. Degradacija materijala 11. Pakiranje i toplinsko upravljanje elektroničkim i elektrotehničkim uređajima 12. Sažetak kolegija UVOD U TEHNOLOGIJU ELEKTROMATERIJALA Tehnologija je nauka o načinima prerade sirovina u gotove proizvode. Tehnologija elektromaterijala je grana tehnologije kojoj su područje razmatranja materijali iz kojih se izrađuju električni proizvodi i sami električni proizvodi. Tehnolozi nalaze rješenja koja su najpovoljnija, a ne najbolja. Npr. srebro je najbolji (standardni) vodič, ali se električni vodovi prave uglavnom od bakra ili aluminija, jer je srebro skuplje. UVOD U TEHNOLOGIJU ELEKTROMATERIJALA Klasifikacija materijala koji se rabe u elektrotehnici s obzirom na funkciju: elektrotehnički materijali (omogućuju ostvarivanje osnovne zadaće električnih proizvoda), konstrukcijski materijali (uobličavaju proizvod u jednu cjelinu prikladnu s funkcionalnoh i estetskog motrišta), pomoćni materijali (obavljanje naizgled manje važnih zadaća, kao zaštita od korozije, podmazivanje, itd). ATOMSKA STRUKTURA TVARI Materija je sastavljena od kemijskih elemenata – osnovnih postojanih supstanci koje se razlikuju po svojim svojstvima. Pojedini elementi su srodni po svojstvima. Misao o srodnosti kemijskih elemenata povezao je ruski kemičar Dimitrij Mendeljejev u zakon o periodičnosti kemijski elemenata. Objavio je periodni sustav elemenata 1871. godine. ATOMSKA STRUKTURA TVARI Svaki kemijski element ima svoj karakterističan atom. Atomi se udružuju u molekule, tvoreći jednostavnije i složenije spojeve od kojih se sastoji cijeli materijalni svijet. Ideja o nedjeljivosti atoma održala se sve do XX. stoljeća, kada je 1903. britanski fizičar Ernest Rutherford utvrdio suprotno proučavajući radioaktivnost. ATOMSKA STRUKTURA TVARI Prema Rutherfordovom modelu, atom se sastoji od pozitivno nabijene jezgre i elektrona (nositelji elementarnog negativnog naboja). Naboj elektrona e = - 1,6021892 10-19 C Masa elektrona me = 9,1059534 10-31 kg Elektroni kruže oko jezgre. Između elektrona i jezgre vladaju privlačne električne sile. Pitanje: ako se elektron giba, “troši” energiju. Da li to znači da će pasti u jezgru i neutralizirat se????!!!!!!!! ATOMSKA STRUKTURA TVARI Rutherfordov model atoma usavršio je Danac Niels Bohr primjenivši kvantnu teoriju njemačkog fizičara Max Plancka, prema kojemu se energija apsorbira i emitira isključivo u diskretnim iznosima – kvantima. Prema Bohrovom modelu, elektroni kruže oko jezgre po kvantiziranim stazama (ljuskama) i tada ne zrače energiju. Sedam je staza po kojima se elektroni gibaju i svaka ima svoju energijsku razinu. Unutarnje staze su na nižoj, a vanjske na višoj energijskoj razini. ATOMSKA STRUKTURA TVARI Ljuske (od najniže prema višim) su: K, L, M, N, O, P, Q. Ljuska K je popunjena s 2 elektrona Ljuska L je popunjena s 8 elektrona Ljuska M je popunjena s 18 elektrona Ljuska N je popunjena s 32 elektrona Ljuska O je popunjena s 50 elektrona Ljuska P je popunjena s 72 elektrona Ljuska Q je popunjena s 98 elektrona Općenito, ljuska je popunjena s 2n2 elektrona, gdje n broj ljuske. Komentari Virtuelna emisija fotona - ilustrirana u JAVA appletu Dualna priroda svjetlosti i čestica - neka svojstva koja posjeduju svjetlost ili elementarne čestice su svojstva čestica, a neka valova. Govori se o njihovoj dualnoj prirodi. Samo 7 ljuski, jer još nema elemenata s više elektrona do sada u periodnom sustavu. To je 2 + 18 + 32 + 50 + 72 + 98 = 272 elektrona. Komentari Atom je u principu “prazan”. Udaljenosti pojedinih nabijenih čestica su nekoliko desetaka tisuća veće od vlastitih dimenzija. Fizikalana i kemijska svojstva određena su elektronima u vanjskoj ljuski. Četiri su osnovne sile u prirodi: - gravitacijska, - elektromagnetska, - slaba nuklearna sila, - jaka nuklearna sila. Postoje razne teorije, ali danas se nastoji dokazati ona o tome da je samo jedna sila. Fundamentalna istraživanja današnjice razbijaju elementarne čestice u mnoštvo sitnijih. Tako se protoni i neutroni sastoje od po tri kvarka, a među njima djeluju gluoni kao nositelji sile. ATOMSKA STRUKTURA TVARI Elektroni se gibaju po stazama koje mogu biti kružne i elitične, te ujedno rotiraju oko sebe – to je spin elektrona. Elektron se giba oko jezgre kao val i njegova staza može biti samo cjelobrojni umnožak njegovih valnih duljina, . Kada atom prima energiju, njegov elektron može prijeći s neke od unutarnjih staza prema nekoj od vanjskih. Apsorbirani kvant energije tada iznosi: E = h = En - Em m<n, n = 2, 3, 4, … h = 6,626176 10-34Js Planckova konstanta - frekvencija (c = ) En – energijska razina više staze Em – energijska razina niže staze Komentari S obzirom na spin, sve se te čestice mogu razvrstati u dvije skupine: bozone i fermione. Čestice koje imaju cjelobrojni spin, s kutnim momentom 0, 1, 2, itd. u jedinicama reducirane Planckove konstante h/2, nazivaju se bozonima (foton je bozon). Čestice koje imaju polucjelobrojni spin (1/2, 3/2, 5/2, itd.) nazivaju se fermionima (elektroni, neutroni, protoni, npr.). Imena su dobili po funkcijama koje opisuju njihove raspodjele po energijskim stanjima: Bose - Einsteinova (Satyendra Nath Bose, 1894-1974, indijski matematičar i fizičar; Albert Einstein, 1879-1955, njemački fizičar, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 1921. godine) raspodjela i Fermi – Diracova (Enrico Fermi, 1901-1954, talijanski fizičar, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 1938. godine; Paul Adrien Maurice Dirac, 1902-1984, engleski fizičar, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 1933. godine) raspodjela. Kvantni brojevi, periodni sustav elemenata MOGUĆE KOMBINACIJE KVANTNIH BROJEVA ZA PRVE ČETIRI LJUSKE Broj kombinacija Glavni Sporedni kvantnih brojeva Ljuska kvantni Magnetski kvantni broj Podljuska kvantni broj (uključujući spinski broj kvantni broj) K L M N 1 0 0 1s 2 0 1 0 –10 + 1 2s 2p 3 0 1 2 0 –10 + 1 –2 – 10 + 2 3s 3p 3d 4 0 1 2 3 0 –10 + 1 –2 –10 + 1 + 2 – 3 – 2 – 10 +1 + 2 + 3 4s 4p 4d 4f 2 2 8 6 2 6 18 10 2 6 32 10 14 Ljuske se popunjavaju sljedećim redom: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p... Primjeri: Inertni element je onaj kojem je zadnja ljuska puna. To je vodik, H: 1s1 zadnji stupac periodnog sustava. Svi ti elementi su helij, He: 1s2 plinovi, te se zovu plemenitim. Prema Paulijevom litij, Li: 1s2 2s1… principu u atomu se ne mogu nalaziti dva elektrona s 4 jednaka kvantna broja. PERIODNI SUSTAV ELEMENATA IZOTOPI Izotopi su atomi istog kemijskog elementa različite atomske težine. Da bi dva atoma imala ista kemijska svojstva, moraju imati isti broj elektrona u zadnjoj ljusci. Ako im je ukupan broj elektrona jednak, onda je riječ o istom kemijskom elementu. Atom je kao cjelina električki neutralan, a iz toga slijedi da mora imati isti broj protona kao i elektrona. Ako atomi istog kemijskog elementa imaju različite mase, onda je uzrok jedino u broju neutrona. Neki izotopi su stabilni, a neki nisu. Teorijski mogu postojati sve kombinacije broja neutrona s određenim brojem protona, ali u praksi svaki kemijski element ima mali broj stabilnih izotopa. Za npr. helij su najčešći izotopi s 1 ili 2 neutrona i 2 protona. MOLEKULA VODE Elektronski omotač + + Jedna od reakcija na Suncu Jezgra +Jezgra + Atom vodika osnovni izotop + + MOLEKULA TEŠKE VODE Deuterij Elektronski omotač Sudar pri energijama većim od odbojne elektrostatske Deuterij + + Jezgra + + +Jezgra + Atom vodika izotop - deuterij tzv. teški vodik MOLEKULA SUPERTEŠKE VODE + + Elektronski omotač + Helij - 4 + +Jezgra Jezgra + Atom vodika izotop - tricij tzv. superteški vodik AGREGATNA STANJA Stalan oblik i volumen. Ako su čestice povezane nepravilno, govori se o amorfnim tvarima (staklo, smola, plastične mase...). Ako su čestice raspoređene pravilno, govori se o kristalima. ČVRSTO SUBLIMACIJA Oblik i obujam su nestalni. KRISTALIZACIJA PLINOVITO TALJENJE KRISTALIZACIJA ISPARAVANJE TEKUĆE KONDENZACIJA Obujam je stalan, a oblik nestalan. TALIŠTE - temperatura pri kojoj se čvsto tijelo počinje talit VRELIŠTE - temperatura pri kojoj tekuća tvar burno prelazi u plinovito stanje KAPLJIŠTE (ROSIŠTE) - temperatura na kojoj tvar prelazi iz plinovitog u tekuće stanje Na vrlo visokim temperaturama inonizirani plin, koji je dobar vodič elektriciteta, izvrgava se utjecaju jakog magnetskog polja.U takvim uvjetima spominje se i četvrto agregatno stanje: PLAZMA. Ona je značajna u pokusima s nuklearnom fuzijom, procesom koji se odvija na zvijezdama. KRISTALI KRISTALI Teseralni ili kubični sustav obuhvaća kristale koji imaju tri međusobno okomite i jednako duge osi. Imaju oblik oktaedra ili heksaedra (kocke). Tetragonski sustav obuhvaća one kristale koji imaju tri međusobno okomite osi, od kojih su dvije jednake i leže u vodoravnoj ravnini, a treća, dulja ili kraća, os stoji okomito (tetragonska bipiramida ili tetragonska prizma). Rompski sustav obuhvaća one kristale koji imaju tri osi nejednake duljine i koje se sijeku pod pravim kutom (rompska piramida, rompska prizma: baze su im rombovi). Monoklinski sustav obuhvaća one kristale koji imaju tri osi nejednake duljine. Dvije od njih su međusobno okomite, a treća je kosa (monoklinska bipiramida, monoklinska prizma). Triklinski sustav obuhvaća kristale koji imaju tri nejednake i međusobno nagnute osi (triklinska bipiramida, triklinska prizma). Heksagonski sustav obuhvaća kristale koji imaju četiri osi. Tri su jednake duljine, sijeku se pod kutom od 60 i leže u jednoj ravnini, dok je četvrta os, koja je dulja ili kraća, okomita na ostale osi (heksagonska bipiramida, heksagonska prizma). KRISTALI Neki metali kristaliziraju u dvije ili više kristaličnih slagalina. Tako ugljik na visokoj temperaturi i visokom tlaku kristalizira kao dijamant, a pri normalnim uvjetima kao grafit. Ta se pojava naziva polimorfijom. Polimorfne promjene najčešće dovode do promjene obujma, a kod metala su povratne. Alotropnim se promjenama nazivaju takve povratne promjene koje nastaju promjenom temperature. Kod kristala osobine mogu, ali i ne moraju, biti podjednako izražene u pravcima njihovih kristalografskih osi. Kada su osobine podjednako izražene u pravcima svih kristalografskih osi za kristale se kaže da su izotropni. U suprotnom, kristali su anizotropni. TEHNOLOGIJSKA, KEMIJSKA I FIZIKALNA SVOJSTVA MATERIJALA Fizikalna svojstva su: - opća (gustoća, vrelište, talište, viskoznost, radioaktivnost...), -ELASTIČNOST mehanička (elastičnost, plastičnost, čvrstoća,da tvrdoća, krhkost,djelovanjem žilavost...), sile - svojstvo materijala se oblikuje - toplinska (topl. rastezanje, topl. kapacitet, topl. provodnost...), i vrati u prvobitni oblik kada se opterećenje ukloni - električna (el. provodnost, dielektričnost, otpornost...), - svojstvo materijala da se trajno oblikuje Važnija tehnologijska svojstva su: -PLASTIČNOST magnetska (permeabilnost, koercitivnost, remanencija...), sposobnost lijevanja, sile -djelovanjem optička -(boja, prozirnost, refleksija, lom, apsorpcija...). - kovnost, - zavarljivost, Važnija kemijska svojstva su: - otpornost prema koroziji, - rezljivost, - otpornost - otpornost prema habanju,prema kiselinama, - otpornostuprema lužinama, - sposobnost oblikovanja hladnom stanju, - otpornost prema zapaljivosti i (u novije vijeme) - toplinska čvrstoća, - toksičnost . - toplinska stabilnost. TEHNOLOGIJSKA, KEMIJSKA I FIZIKALNA SVOJSTVA MATERIJALA Deformacije krutih tijela su: TEHNOLOGIJSKA, KEMIJSKA I FIZIKALNA SVOJSTVA MATERIJALA HOMOGENOST - svojstvo tvari datijela je suprostavljaju po cijeloj svojoj masi ČVRSTOĆA - otpornost kojom se čvrsta odvajanju jedinstvene građe (strukture) i karakteristika. svojih djelova Miješanjem - homogenih tvari,prodiranju uvijek se nekog dobijadrugog jednaka tvar, jednakih TVRDOĆA otpornost prema predmeta. Po karakteristika. postupku određivanja, razlikuju se: tvrdoća po Brinellu, Mohsu, HETEROGENE tvari predstavljaju smjesu različitih homogenih tvari Rockwellu i Vickersu. od kojih svaka unutar svojabrojevima karakteristična Prema Mohsovoj skali,smjese tvrdoćazadržava se označava 1 - 10:svojstva. 1 - talk 2 - slankamen 3 - vapnenac 4 - fluorit 5 - apatit 6 - glinenac 7 - kremen 8 - topaz 9 - korund 10 - dijamant Neka svojstva tvari: KRHKOST - svojstvo tvari da se slomi bez promjene oblika ŽILAVOST - bitno mijenjanje oblika prije loma, suprotno od krhkosti TOPLINSKO RASTEZANJE - povećanje obujma pri porastu temperature TOPL. KAPACITET - količina topline potrebna za zagrijavanje neke tvari OTPORNOST PREMA HABANJU - otpornost prema nenamjernom skidanju čestica materijala s površine nekog predmeta (npr. trenjem) PODJELA ELEKTROTEHNIČKIH MATERIJALA Kod većine vodiča vrsta veze u kristalnoj rešetki je METALNA. Metal se može smatrati sustavom koji je izgrađen od pozitivnih iona okruženih slobodnim elektronima koji se oko njih kreću. Elektrostatska sila drži metal na okupu. Kod izolatora i poluvodiča, veze su IONSKE i KOVALENTNE. Ionska veza nastaje kad se spajaju atomi I i II stupca periodnog sustava (Li, K, Na, Mg...), koji otpuštanjem jednog elektrona postaju pozitivni kationi, s atomima VI i VII stupca, koji primanjem elektrona postaju anioni. Kovalentnu vezu ostvaruju neutralni atomi nemetala. Svaki atom posudi elektron drugome i oni postanu zajednički oblikujući zajedničku orbitu. Ovakvi materijali su uglavnom izolatori. Diskretnim energijskim razinama, svojstvenim atomima, određene su dopuštene energije elektrona u atomima. Kad atomi čine kristal, diskretne energijske razine postaju energijski pojasi (zone). Između pojasa dopuštenih energija nalaze se pojasi zabranjenih energija. Ovisno o obliku tih pojasa, ovisi da li je materijal/tijelo vodič, poluvodič ili izolator. Komentar Kod materijala koji se vezuju metalnom vezom atomi su smješteni u čvorovima kristalne rešetke, a valentni elektroni slabo su vezani uz jezgru, te se slobodno gibaju po kristalu. Ti su slobodni elektroni uzrok velike provodnosti metala. Kod ionske veze, čiji je tipični predstavnik natrijev klorid, NaCl, neki elektroni vanjske ljuske jednog elementa prelaze na atome drugog elementa. Na primjeru natrijeva klorida: natrij daje elektron kloru i postaje pozitivni ion Na+, a klor prima taj elektron i postaje negativni ion Cl-, te se međusobno privlače električnom (Coulombovom) silom. Sada svaki od ova dva elementa ima popunjene ljuske. Materijali koji se tvore opisanim načinom vrlo slabo vode električnu struju, posebno na nižim temperaturama. Kod kovalentne veze ostvaruju se sile kristalne veze dijeljenjem valentnih elektrona između susjednih atoma, tako da ti elektroni postaju zajednički. Na taj način tvore veze važni materijali u elektronici: germanij i silicij. Materijali s kovalentnim kristalima loši su vodiči električne struje. PODJELA ELEKTROTEHNIČKIH MATERIJALA Podjela tvari prema električnim svojstvima: 3-vodljivi pojas 2- zabranjeni pojas 1-valentni pojas ISPITIVANJE I NORMIRANJE MATERIJALA Da se što točnije odrede svojstva materijala, nužna su ispitivanja. Temeljna vrsta ispitivanja su ispitivanja prema standardima koji su točno propisani. Zbog velikih mogućnosti različitih ispitivanja, nužne su jednoobrazne metode i uvjeti prilikom ispitivanja. O normama i standardima u Hrvatskoj, brine se DZNM - Državni zavod za normizaciju i mjeriteljstvo. Uspostavljene su i hrvatske norme (HRN). U Njemačkoj se time bavi DIN (Deutsches Institut für Normung) ORGANIZACIJE ZA STANDARDIZACIJU Standard je dokument usvojen koncenzusom i odobren od odgovarajućeg tijela, koji pruža, za običnu i ponovljenu upotrebu, pravila, vodilje i svojstva za aktivnosti ili njihove rezultate, s ciljem postignuća optimalnog stupnja reda u datom kontekstu. Standardi mogu postati obveza ako se administrativnim djelovanjem to postigne. Služe za usporedbu proizvoda kako bi se moglo znati što je povoljnija kupnja. Kao dodatak standardima postoje mnogi sustavni standardi i terminologija standarda. Najznačajnija međunarodna tijela za standardizaciju su ISO (International Standardization Organization) i IEC (International Electrotechnical Commission). ISO se bavi općenitim standardima, a IEC sa standardima iz područja elektrotehnike i elektronike. Značajne su još i: CENELEC (Comite European de Normalisation Electrotechnique), ITU (International Telecomunication Union)... STANDARDI Standardi se izdaju kako bi se postavile minimalne razine sigurnosti za električnu opremu. Sigurnosne standarde mogu izdati priznati laboratoriji za ispitivanje ili agencije kao što su UL, CSA, VDE ili druge specijalizirane agencije kao što su ANSI, IEC, itd. Sigurnosni standard je pisani dokument koji sadrži ukupnost zahtjeva za određenu kategoriju proizvoda, a ti se zahtjevi koriste kao temelj određivanja prihvatljivosti jednog proizvoda za dalju procjenu testiranje i odobrenje. Sigurnosni standard sastoji se od slijedećih glavnih dijelova: uvod (predgovor), svrha i ciljevi, opći zahtjevi, testovi, označavanje i upute. STANDARDI Uvod pruža informacije o primjenjivosti standarda (najnoviji datum izdavanja, najnoviji datum povlačenja suprotnih standarda). Kod svake procjene moramo koristiti posljednje izdanje standarda kako bi izbjegli potrebu ponavljanja postupka procjene i/ili izdavanja odobrenja nakon kratkog vremenskog razdoblja. Uvod nabraja područja na koja se standard odnosi (npr. električni udar, energetske opasnosti, itd.). Unutar sigurnosnog standarda susrećemo slijedeće izraze: mora znači obvezno, treba znači preporučuje se, ali nije obvezno, može znači dozvoljeno je. Kao što je definirano od strane ISO- a, pet standarda su dokumenti koji se odnose na standarde kvalitete menadžmenta. Pojedinačno, oni su: 1. ISO 9000: Standardi osiguranja kvalitete menadžmenta - vodič za selekciju i upotrebu. Ovaj standard se koristi kao smjernica za olakšavanje odluka u odnosu na selekciju i upotrebu drugih standarda u seriji ISO 9000. 2. ISO 9001: Kvalitetni sistemi – model za osiguranje kvalitete dizajna/razvoja, proizvodnje, instaliranja i usluga. Ovo je najopsežniji ISO standard, koji se koristi kod prilagodavanja specificiranim zahtjevima koje treba osigurati dobavljac za vrijeme nekoliko faza dizajna, razvoja, proizvodnje, instaliranja i usluga. 3. ISO 9002: Kvalitetni sistemi – model za osiguranje kvalitete u proizvodnji i instalaciji. Ovaj se standard koristi kada prilagodavanje specificiranim standardima treba osigurati dobavljac za vrijeme proizvodnje i instalacije. 4. ISO 9003: Kvalitetni sistemi – model za osiguranje kvalitete u konacnoj inspekciji i testu. Ovaj se standard koristi kod prilagodavanja specificiranim standardima koje treba osigurati dobavljac samo u konacnoj inspekciji i testu. 5. ISO 9004: Kvalitetni menadžment i elementi kvalitetnog sistema. Ovaj standard se koristi kao model za razvoj i prilagodbu sistema kvalitetnog menadžmenta. Temeljni elementi sistema kvalitetnog menadžmenta su vec opisani. Veliki je naglasak na udovoljavanju potreba kupaca. Od ovih definicija, ISO kaže da su samo ISO 9001,9002 i 9003 ugovorni po prirodi i mogu biti potrebni u dogovoru pri kupnji. ISO 9000 i 9004 su smjernice, za ISO 9000 koji služi kao indeks cijeloj seriji ISO 9000 i ISO 9004 služi kao okvir za razvoj kvalitetnih i službeno odobrenih sistema. NAČELA SIGURNOSTI ELEKTRONIČNE OPREME Sigurnosti opreme odnosi se na svojstva ugrađene u određenu opremu kako bi se spriječila nezgoda. Nezgoda može biti posljedica jedne ili više opasnosti koje se mogu javiti za vrijeme ugrađivanja ili uporabe u normalnim ili izvanrednim uvjetima djelovanja opreme. Osnovno načelo sigurnosti je da sigurnosne mjere moraju biti uključene još u fazi projektiranja opreme, što se nastavlja kroz proizvodnju, isporuku, instaliranje i djelovanje opreme. Pri projektiranju moraju se identificirati sve potencijalne opasnosti te ispraviti i/ili eliminirati bez utjecaja na izvedbu opreme i uz što manje novčane izdatke. NAČELA SIGURNOSTI ELEKTRONIČNE OPREME S obzirom na sigurnost, pri projektiranju se mogu uočiti četiri važna koraka: 1. identificiranje svih mogućih opasnosti u normalnim uvjetima rada i u svim predvidljivim uvjetima kvara, 2. projektiranje sigurnosnih mjera koje će se ugraditi u opremu, 3. određivanje sigurnosnih naprava koje se ne mogu ugraditi u opremu, što vodi do procesa projektiranja zaštitne opreme, 4. izrada sigurnosnih uputa, uputa za instaliranje, označavanje, upozorenja itd., kako bi se obuhvatile sve opasnosti identificirane za vrijeme koraka 1. i 3. U svim gore navedenim koracima odgovornost za postignut stupanj sigurnosti opreme leži na proizvođaču. Važno je razumjeti kako je kroz uporabni vijek opreme za njezin način rada odgovoran samo proizvođač. NAČELA SIGURNOSTI ELEKTRONIČNE OPREME Opasnosti povezane uz sigurnost električne opreme su: - električni udar, - mehaničke opasnosti, - toplina, - vatra, - vlaga, - opasnosti hrđanja, - radijacija, - toksičnost, - opasnosti zvučnog i ultrazvučnog tlaka, - opasnosti eksplozije i implozije, - opasnosti ljudskog faktora, - ergonomske opasnosti. NAČELA SIGURNOSTI ELEKTRONIČNE OPREME Kako bi se osigurala prihvatljiva razina sigurnosti opreme potrebno je već pri projektiranju primjeniti odgovarajuća državna pravila i norme i/ili zahtjeve jednog ili više industrijskih standarda. Dvije su kategorije osoba koje se u normalnim uvjetima bave električnom opremom: operateri (djelatnici koji rade s određenom opremom) i osoblje koje je uposleno na održavanju opreme. Osoblje za održavanje opreme mora posjedovati odgovarajuću tehničku obuku i iskustvo te je stoga svjesno opasnosti kojoj je izloženo kod obavljanja zadataka i upoznato je s mjerama za smanjivanje opasnosti prema njima samima i drugim osobama. OVJERA PROIZVODA Kako bi osigurala sigurnost, zaštitu okoline i zaštitu potrošača Europska zajednica (EU) je donijela Upute novog pristupa za industrijske proizvode. Te upute utvrđuju zahtjeve koje proizvođači elektroničke opreme moraju ispuniti kako bi dobili oznaku CE (u skladu s europskim zahtjevima) na svojim proizvodima. Kakve su to upute? U suštini te upute su serija pravila koje države članice i proizvođači moraju slijediti kako bi dokazali da su proizvodi sigurni za uporabu. Poštovanjem uputa proizvođač može dobiti pravo da na svoj proizvod stavi oznaku CE. U ovom trenutku postoji nekoliko stotina uputa, ali samo otprilike 20 su upute za CE označavanje. CE označavanje je način kojim EU regulira i ujednačava tehničke i regulacijske standarde u svezi sa sigurnošću, zdravljem i zaštitom okoline. To ujednačavanje znači da proizvođači moraju dobiti samo jedno odobrenje za sve zemlje u EU i EFTA (Europsko udruženje slobodne trgovine), osim Švicarske. OVJERA PROIZVODA Osobe odgovorne za plasman naprave na tržište moraju biti ovlaštene u državi članici EU. Sva pojedinačna električna i elektronička oprema mora imati oznaku CE kako bi se mogla prodavati unutar EU. Prototipovi se ne moraju označavati CE, ali moraju biti sigurni. Elektronički dijelovi ne moraju biti označeni. Oznaka CE je ključ za ulazak na europsko tržište i ključ za slobodno kretanje robe unutar EU. Neeuropski proizvođači nemaju automatsko pravu stavljanja svojih proizvoda na europsko tržište. • Oznaka CE nije oznaka sigurnosti, kakvoće ili ovjere; to je izjava proizvođača da su ispunjeni svi promjenjivi zahtjevi iz uputa koji se odnose na taj proizvod. To je pravno obvezujuća izjava. Na proizvođaču je odgovornost osigurati usklađenost za zahtjevima. Oznaka CE dodjeljuje se nakon izjave proizvođača koja se temelji na testovima obavljenima radi usklađivanja sa određenim zahtjevom ili na temelju uvjerenja koje je izdalo ovlaštena europska organizacija, a u svezi sa kategorijom proizvoda (medicina telekomunikacije, EMC, itd.) Veliki broj naputaka EU zahtjeva od proizvođača da imaju ovlašten sistem kakvoće koji je u skladu sa ISO 9000. Dokumentirani sistem kakvoće značajan je put prema CE oznaci. Ovlaštene organizacije i stručna tijela određuje vlada zemlje članice EU u kojoj su smješteni i oni su uključeni u popis organizacija kompetentnih za provođenje navedenih testova. OVJERA PROIZVODA Procjena usklađenosti s uvjetima jednog proizvoda ili grupe proizvoda može, ali i ne mora zahtijevati ovjeru ovlaštenog tijela, prema tome kako je određeno u odnosnoj normi. Lista ovlaštenih tijela, zadataka i odgovornosti koje su im dodijeljene te njihov jedinstven identifikacijski broj od četiri znamenke objavljuje se zajedno sa svim promjenama u Službenom listu (OJ) Europske zajednice. Ako je kao dio postupka procjene usklađenosti potrebno provesti ovjeru proizvoda, proizvođač može izabrati bilo koje od ovlaštenih tijela u bilo kojoj zemlji članici Europske zajednice. Ovlaštena tijela su i moraju ostati treće strane, neovisne o svojim klijentima i drugim zainteresiranim stranama. OVJERA PROIZVODA Postupak dodjeljivanja CE oznake počinje sa pitanjem koje se upute odnose na proizvod kojeg se razmatra. Kada je riječ o električnoj opremi možemo primijeniti neke ili sve od slijedećih uputa: • naputak o niskom naponu 73/23/EEC, nadopunjen naputkom 93/465/EEC, • EMC naputak 89/336/EEC, nadopunjen naputkom 92/31/EEC, • aktivne ugradbene medicinske naprave 90/385/EEC, • naputak o opremi telekomunikacijskih terminala 91/263/EEC, • naputak o medicinskim napravama 93/42/EEC, • naputak o satelitskoj opremi zemaljske stanice 93/97/EEC, • naputak o eksplozivnim atmosferama 94/9/EEC, • naputak o in vitro medicinskim napravama 98/79/EEC. OVJERA PROIZVODA LISTED Oznaka "CE" Oznaka CENELEC ENEC Oznaka "UL" popisivanja Oznaka Keymark Oznaka "UL" klasifikacije OVJERA PROIZVODA Nakon potpisivanja deklaracije o usklađenosti proizvođač svom proizvodu dodaje "CE" oznaku. CE oznaka mora imati okomitu dimenziju ne manju od 5 mm i mora biti jasno izložena, čitljiva i neizbrisiva. Alternativa stavljanju oznake CE na proizvod je prema naputcima LVD i EMC mogućnost da se oznaka stavi na pakovanje ili spise koji se nalaze uz opremu (upute za uporabu ili garantni list). Underwriters Laboratories Inc. (UL) je vodeća organizacija ovjere sigurnosti proizvoda treće strane u SAD. UL oznaka daje se za popisivanje, klasifikaciju i priznavanje proizvoda. UL popisivanje znači da je UL testirao i procijenio primjerke proizvoda i odlučio kako je proizvod u skladu sa UL standardima sigurnosti (proizvodi koji nose oznaku UL za Kanadu testirani su i procijenjeni prema primjerenim kanadskim standardima za sigurnost). OVJERA PROIZVODA • UL klasifikacija znači da je UL testirao i procijenio primjerak proizvoda u pogledu određenih svojstava proizvoda, s obzirom na određen opseg opasnosti ili primjerenost uporabe pod ograničenim ili posebnim okolnostima. UL klasificira proizvod prema primjenjivim UL zahtjevima i sigurnosnim standardima kao i prema standardima drugih nacionalnih i međunarodnih organizacija kao što je NFPA, ASTM, ISO i IEC. • UL priznavanje pokriva procjenu sastavnih dijelova ili materijala (npr. plastika, itd.) koji će se koristiti u završenom proizvodu ili sistemu. Te komponente su proizvodi koji su nedovršene konstrukcije, imaju ograničene sposobnosti rada ili su na drugi način namijenjene samo za ugradnju u druge završene proizvode koji mogu spadati pod UL popis ili klasifikaciju. OVJERA PROIZVODA • Za sve sastavne dijelove razmatraju se "uvjeti prihvatljivosti" s obzirom na uključivanje tih komponenti u krajnji proizvod. ULov Popis priznatih komponenti (Žuta knjiga) sadrži priznanje različitih komponenti. Taj popis je izvor kojim se služe projektanti proizvoda, proizvođači krajnjih proizvoda i druge osobe kako bi mogli izabrati (vrlo rano u razdoblju razvoja proizvoda) odgovarajuće komponente koje ispunjavaju njihove specifične potrebe. • Recipročna shema ovjere može se utvrditi kada se ovjera o ispunjavanju uvjeta (ili dozvola za označavanje proizvoda znakom ovjere) dodjeljuje u jednoj od zemalja sudionica, a priznaje se i u drugoj državi koja učestvuje u toj recipročnoj shemi. Te sheme mogu biti utvrđene na regionalnom nivou ili na međunarodnoj razini. Nabrojiti ćemo neke primjere regionalnih shema: OVJERA PROIZVODA • sporazum CENELEC HAR je sporazum o uporabi sheme označavanja za električne kabele i veze koji ispunjavaju usklađene specifikacije, • sistem CELENEC komisije za elektroničke komponente (CECC) prema kojem učesnici moraju prihvatiti ovjerene elektroničke komponente proizvedene prema toj shemi i bez daljeg testiranja, • oznaka CENELEC ENEC (ovjera elektrotehnike prema europskim normama) je dragovoljna oznaka sigurnosti koju izdaje 20 ovlaštenih europskih organa i koja se koristi za opremu informacijske tehnologije i poslovnu električnu opremu, transformatore i proizvode za osvjetljavanje. • Keymark, oznaka CEN (Europskog odbora za standardizaciju) / CENELEC europska oznaka, dragovoljna registrirana oznaka proizvoda ovjere treće strane kojom se prikazuje usuglašenost sa EN – ovim europskim standardima.