Электрическое поле: определение, характеристики, свойства

Электрическое поле, электрический ток

1. Понятие об электрическом поле. Силовая и энергетическая характеристики электрического поля

Электрическое поле – это вид материи, образующийся вокруг заряженных тел, посредством которого они взаимодействуют друг с другом.
Сила взаимодействия двух точечных зарядов определяется законом Кулона: F = k·q₁·q₂/r 2 . При этом если заряженные тела имеют одинаковые заряды, то они отталкиваются друг от друга, а разноимённые – притягиваются. Заряженные тела взаимодействуют друг с другом посредством их электрических полей.

Выделяют следующие характеристики электрического поля:
1. Силовая характеристика – напряжённость электрического поля – это сила, которая действует на единицу заряда, помещённого в данное электрическое поле: E = F/q . Измеряется в [В/м]
Если определённый точечный заряд Q образует электрическое поле, то напряжённость этого поля в точке, находящейся на расстоянии r от заряда вычисляется по формуле: E = Q/(4πεεr 2 ) где Q– заряд, образующий данное электрическое поле; ε = 8,84*10 -12 Ф/м- электрическая постоянная; ε- электрическая проницаемость среды, в которой образуется поле; r -расстояние от точечного заряда до точки, в которой исследуется напряжённость.
За направление напряжённости принимают направление силы, действующей на положительный заряд.
Величина напряжённости электрического поля графически изображается в виде силовых линий – тех линий, направление касательных к которым в любой точке совпадают с направлением напряжённости электрического поля. Чем больше линий – тем больше напряжённость.
2. Энергетическая характеристика электрического поля – потенциал.
В каждой точке электрического поля на внесённый в это поле заряд действует определённая сила. При перемещении заряда в электрическом поле будет совершаться работа. При этом каждая точка электрического поля будет характеризоваться потенциалом.
Потенциал поля в данной точке – это потенциальная энергия электрического поля в этой точке, приходящаяся на единицу помещённого в эту точку заряда: φ = W_p/q [В] Потенциал поля характеризует возможную работу, которую совершает электрическое поле или которая совершается над электрическим полем при перемещении этого заряда в точку с другим потенциалом: Δφ = A/q.
Поскольку работа будет совершаться только при перемещении заряда между точками, обладающими неодинаковыми потенциалами, то физический смысл имеет лишь разность потенциалов, или напряжение между двумя точками электрического поля. Поэтому, когда употребляют термин ″потенциал″, имеют в виду разность потенциалов между данной точкой, потенциал которой измеряют, и бесконечно удалённой точкой пространства, потенциал которой можно считать равным 0. При этом потенциал в данной точке поля, созданного точечным зарядом Q, равен: φ = Q/(4πεεγ) и , если потенциал создается большим числом зарядов, то φ = ∑φ.
Только разность потенциалов можно измерить с помощью вольтметра. Считают, что напряженность электрического поля – отрицательный градиент потенциала.

2. Действие электрического поля на вещества

Действие электрического поля на различные вещества неодинаково и зависит от их внутреннего строения. По этому действию все вещества делят на:
– проводники электрического тока
– полупроводники
– изоляторы, или диэлектрики.
Проводники характеризуются тем, что в них под действием электрического поля образуется электрический ток – направленное движение заряженных частиц. Это происходит благодаря тому, что в проводниках имеются свободные заряды. Существуют проводники 1 рода (металлы, в которых есть свободные электроны) и 2 рода (растворы электролитов, в которых свободными зарядами являются положительно заряженные ионы – катионы и отрицательно заряженные ионы – анионы).
Полупроводники при обычной температуре имеют мало свободных зарядов. Причём когда электроны в полупроводниках становятся свободными, то на их месте образуется дырка – избыток положительного заряда. Поэтому носителями заряда в полупроводниках являются электроны и дырки.
В диэлектриках нет свободных носителей зарядов, поэтому под действием электрического поля в них не возникает электрического тока, но возникает явление, называемое поляризацией диэлектрика – приобретение диэлектриком полярности за счёт разделения в нём положительных и отрицательных зарядов под действием электрического поля. Поляризация существует в 3 вариантах: ориентационная, электронная и ионная.
Указанные различия хорошо описываются зонной теорией твёрдых тел, или квантовой теорией энергетического спектра электронов в кристалле. Согласно теории в кристалле существуют запрещённые и разрешённые энергетические зоны для электронов. Нижние зоны заполнены полностью электронам. Физические свойства кристаллов определяются верхними зонами, содержащими электроны. Если между верхней зоной и следующей разрешённой зоной запрещённая зона узкая (энергетический интервал невелик), то вещество является проводником, а если запрещённая зона велика – то диэлектриком.

3. Электрический ток

Основной характеристикой электрического тока является

сила тока

– количество заряда, пересекающее поперечное сечение проводника за единицу времени. I

= Δq/Δt или для мгновенной силы тока : I

= dq/dt. Единицей измерения силы тока является ампер (

). 1 ампер – сила тока, когда заряд 1 кулон проходит через поперечное сечение проводника за 1 секунду. Часто используют миллиампер (

. Обычно за направление электрического тока в проводнике принимают направление движения положительных зарядов.

Другой величиной, характеризующей электрический ток, является плотность тока – сила тока, приходящаяся на единицу площади проводника. Измеряется в амперах на квадратный метр: J = I/S.

Различают:
– Постоянный ток – электрический ток, параметры которого (сила и направление) не изменяются во времени. Источниками постоянного тока являются генераторы, которые поддерживают постоянную разность потенциалов на концах проводника.
– Переменный ток – электрический ток, параметры которого изменяются во времени по закону синуса или косинуса. Электрический ток, передаваемый в потребительской электросети, представляет собой синусоидальное колебание частотой 50 Гц: I = I_max·cos(ωt + φ).
Основным законом, описывающим постоянный электрический ток, является закон Ома: сила тока в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов между его концами, или электрическому напряжению (U): I = U/R.
Величина R называется электрическим сопротивлением. Сопротивление является свойством проводников препятствовать прохождению через него электрического тока, при этом электрическая энергия превращается в тепловую энергию. Сопротивление возникает из-за столкновения заряженных частиц (носителей тока) с внутренними структурами проводника – атомами и молекулами. Единицей измерения сопротивления является Ом. Обратная величина сопротивлению называется электрической электропроводностью (D).
Для многих веществ сопротивление является постоянной величиной, независимой от силы тока. Сопротивление проводника является функцией его размера, формы, строения и температуры. Величина сопротивления провода: R = ρ(1/S) (5)
, где l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения проводника. Константа прямой пропорциональности ρ называется удельным сопротивлением [ом·м] . Она зависит только от свойств вещества и температуры. Обратной величиной удельному сопротивлению является удельная электропроводность (γ) [ом -1 ·м -1 ] .
На основе удельной электропроводности характеризуют свойство веществ проводить электрический ток. Хорошие проводники тока имеют высокую удельную электропроводность. Изоляторы, или диэлектрики, имеют низкую удельную электропроводность. Полупроводники имеют промежуточную удельную электропроводность. Используя удельную электропроводность, как характеристику вещества, можно представить закон Ома в другой форме: J = γE.
Из формулы следует, что плотность тока в проводнике прямо пропорциональна напряженности электрического поля (Е), создающего этот ток, и удельной электропроводности вещества проводника (γ).

Удельная электропроводность электролитов и биологических тканей

Плотность тока в растворе электролитов определяется электрическим зарядом положительных и отрицательных ионов, их концентрациями и скоростями движения в электрическом поле: J = q₊n₊v₊ + q_–n_–v.
Если принять, что концентрация и величина электрического заряда положительных и отрицательных ионов равны, то J = qn(v₊ + v_–)(8)
Скорость v ионов пропорциональна напряженности электрического поля E и зависит от подвижности ионов u, которая, в свою очередь, является функцией размера, степени гидратации ионов, вязкости растворителя:
v = uE (9)
Тогда J = qn(u₊ + u_–)·E (10).
Это выражение является законом Ома для растворов электролитов.
Хотя сопротивление биологических тканей постоянному электрическому току велико, и по удельной электропроводности биологические ткани близки к диэлектрикам, для объяснения различий в электропроводности различных тканей, их рассматривают как проводники 2 рода, носителями заряда в которых служат ионы.
Биологические ткани не различаются существенно по их ионному составу, но отличаются условиями ионного перемещения. Поэтому ткани разнородны с точки зрения их электрических свойств. Мембраны клеток препятствуют перемещению ионов. Их электрическое сопротивление является наибольшим. Кровь, лимфа, цереброспинальная жидкость характеризуются низким сопротивлением электрическому току. Внутренние органы, содержащие много воды (мышцы, печень, почки, и т.п.), также имеют сравнительно низкое сопротивление. Но сопротивление таких тканей, как кожа и кости, очень высокое. Постоянный электрический ток плохо проникает через сухую кожу. Он распространяется в теле человека, главным образом, вдоль кровеносных и лимфатических сосудов и через мышцы.
Причиной высокого сопротивления биологических тканей постоянному электрическому току – наличие статической ёмкости вследствие изоляционных свойств мембран и явления поляризации, происходящие в клетках, в результате которых возникает встречная эдс, препятствующая прохождению через ткань тока. Причём при малых значениях силы тока он не проходит через ткань вследствие влияния этой ЭДС, а при больших – происходит дезинтеграция (разрушение) клеточных структур, в результате чего сопротивление падает, однако дальнейшие исследования не имеют смысла.
Поляризация – разделение положительных и отрицательных зарядов. многие полагают, что явление поляризации связано с наличием полупроницаемых мембран. Под действием электрического поля ионы начинают перемещаться, но не могут проникнуть через мембрану, в результате у внутренней поверхности мембраны возникает разделение зарядов. Внутри клетки образуется поляризационное поле. Как только его напряженность компенсирует внешнее поле перемещение ионов прекращается. Соответственно этому на внешней стороне мембраны концентрируются противоположно заряженные частицы.
Другие, рассматривая клетки как слоистый диэлектрик, рассматривают явления поляризации как результат гетерогенности клеточных элементов по электропроводности, а также поляризацию связывают с дипольными молекулами (ориентация диполей вдоль силовых линий поля).
Постоянный ток используют в медицинской практике, для реализации двух методов – гальванизации и лекарственного электрофореза.

Переменный ток. Полное сопротивление

Электрические цепи переменного тока включают такие основные электрические компоненты как резисторы, конденсаторы и индукторы. Их специфические свойства – сопротивление, емкость и индуктивность.

Емкость. Если два проводника (пластины металла) разделены посредине изоляцией, они способны накапливать некоторое количество электрического заряда. Величина, равная отношению суммарного заряда, накопленного на пластинах, к разности потенциалов между пластинами называется емкостью (измеряется в Фарадах (F): C = q/U (13).

Индуктивность. Индуктивность L связана с наличием магнитного поля вокруг провода или катушки, через которые проходит электрический ток. Переменное магнитное поле порождает эдс (электродвижущую силу) самоиндукции, которая препятствует изменению силы тока в проводнике:
ε = -L·dl/dt (14), где ε – электродвижущая сила, dl/dt – мгновенная скорость изменения силы тока, L – индуктивность, которая зависит от геометрии цепи и от магнитных свойств вещества проводника и среды. Индуктивность измеряется в Генри (Г).

Реактанс (или реактивное сопротивление). Ранее упоминалось, что сопротивление является свойством электрической цепи препятствовать прохождению через нее электрического тока и что электрическая энергия при этом превращается в тепловую. Реактанс – мера сопротивления переменному электрическому току. Реактанс связан с емкостью и индуктивностью некоторых частей цепи. Он не превращает электрическую энергию в энергию тепла. Реактанс присутствует дополнительно к сопротивлению, если через проводники протекает переменный ток. Когда в цепи течет постоянный электрический ток, то он подвергается только активному сопротивлению, но не реактансу. Реактанс бывает двух типов: индуктивный и емкостной.

Емкостной реактанс X_C является обратной величиной произведения угловой (циклической) частоты тока и емкости этой части цепи: X_C = 1/(ω·C)(15).

Индуктивный реактанс X_L равен произведению угловой частоты переменного тока на индуктивность проводника: X_L = ωL (16).

Доказано, что индуктивный реактанс приводит к тому, что изменения напряжения в электрической цепи опережают изменения силы тока на четверть периода (π/2). Это можно объяснить тем, эдс самоиндукции препятствует нарастанию силы тока в цепи.
Наоборот, емкостной реактанс приводит к тому, что изменения напряжения в электрической цепи отстают от изменения силы тока на четверть цикла (π/2). На рис. 3. проиллюстрировано данное явление.
Поэтому общий реактанс X представляет собой разность индуктивного и емкостного реактансов: X = X_L – X_C.
Если суммировать активное сопротивление и общий реактанс, который препятствует прохождению переменного тока в электрической цепи, получим величину, которая называется полным сопротивлением Z – импедансом:

Электрическое поле и его характеристики.

Электрическое поле и его характеристики.

Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел иличастиц, обладающих электрическим зарядом, а также при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Напряжённость электрического поля-это отношение силы, действующей на заряд, к величине этого заряда. В электротехнике с помощью напряжённости электрического поля характеризуют его интенсивность. Напряжённость можно назвать основной характеристикой электрического поля, его «силу и мощность.

электрический потенциал – это характеристика электрического поля, которая выражает его напряжённость. Она определяет «потенциал», запас энергии, работу, которую можно будет совершить.

Электрическое напряжение – один из наиболее важных показателей электрической цепи, оно измеряется в Вольтах (В), по нему определяют работу и мощность.

Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона.

Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам отрицательно заряженные частицы. Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным.

Законы взаимодействия неподвижных электрических зарядов изучает электростатика.

Основной закон электростатики был экспериментально установлен французским физиком Шарлем Кулоном и читается так: модуль силы взаимодействия двух точечных неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению величин этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними:

где и — модули зарядов, — расстояние между ними, — коэффициент пропорциональности, который зависит от выбора системы единиц, в СИ.

Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силоЙ притяжения при разных знаках зарядов и силой отталкивания при одинаковых знаках зарядов.

Конденсаторы и их применение.

Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрические заряды. Простейшим конденсатором являются две металлические пластины (электроды), разделенные каким-либо диэлектриком. Конденсатор 2 можно зарядить, если соединить его электроды с источником 1 электрической энергии постоянного тока.

Емкость конденсатора. Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрические заряды характеризуется его емкостью. Чем больше емкость конденсатора, тем больше накопленный им заряд, так же как с увеличением вместимости сосуда или газового баллона увеличивается объем жидкости или газа в нем.

1.В радиотехнической и телевизионной аппаратуре – для создания колебательных контуров, их настройки, блокировки, разделения цепей с различной частотой, в фильтрах выпрямителей и т.д.

2.В радиолакационной технике – для получения импульсов большей мощности, формирования импульсов и т.д.

3. В телефонии и телеграфии – для разделения цепей переменного и постоянного токов, разделения токов различной частоты, искрогашения в контактах, симметрирования кабельных линий и т.д.

4. В автоматике и телемеханике – для создания датчиков на емкостном принципе, разделения цепей постоянного и пульсирующего токов, искрогашения в контактах, в схемах тиратронных генераторов импульсов и т.д.

5. В технике счетно-решающих устройств – в специальных запоминающих устройствах и т.д.

6. В электроизмерительной технике – для создания образцов емкости, получения переменной емкости (магазины емкости и лабораторные переменные конденсаторы), создания измерительных приборов на емкостном принципе и т. д.

7. В лазерной технике – для получения мощных импульсов.

Электроизоляционные материалы и их применение.

Электроизоляционные материалы, обладая большим удельным сопротивлением, высоким пробивным напряжением и малой диэлектрической проницаемостью, защищают от электрического тока и разделяют токопроводящие части, находящиеся под разными потенциалами.

Важное свойство всех электроизоляционных материалов – теплопроводность и влагонепроницаемость, для повышения которой необходимо пропитывать материалы синтетическими жидкостями, маслами и компаундами. К абсолютно влагостойким специалисты относят лишь глазурованный фарфор и стекло.

— диэлектрики, которые служат целям электрической изоляции. Фактически электроизоляционные материалы предназначены препятствовать протеканию — безразлично, постоянного и переменного тока.

Применяются электроизоляционные материалы в электротехнических, радиотехнических и электронных приборах и устройствах.

Активная, реактивная и полная мощности в трехфазной цепи. Коэффициент мощности.

Активная мощность

Среднее за период T значение мгновенной мощности называется активной мощностью: В цепях однофазного синусоидального тока гдеU и I — среднеквадратичные значения напряжения и тока, φ — угол сдвига фаз между ними. Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость gпо формуле В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью S активная связана соотношением

В теории длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отраженной мощностью.

[править]Реактивная мощность

Единица измерения — вольт-ампер реактивный (var, вар)

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью Рсоотношением: .

Физический смысл реактивной мощности — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Необходимо отметить, что величина sin φ для значений φ от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin φ для значений φ от 0 до −90° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой Q = UI sin φ, реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Когда устройство имеет положительную реактивную мощность, то принято говорить, что оно её потребляет, а когда отрицательную — то производит, но это чистая условность, связанная с тем, что большинство электропотребляющих устройств (например, асинхронные двигатели), а также чисто активная нагрузка, подключаемая через трансформатор, являются активно-индуктивными.

Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счёт этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения.

Измерительные преобразователи реактивной мощности, использующие формулу Q = UI sin φ, более просты и значительно дешевле измерительных преобразователей на микропроцессорной технике. [источник не указан 124 дня]

[Полная мощность

Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (V·A, В·А)

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: S = U·I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q

Электрическое поле. Виды и работа. Применение и свойства

Электрическое поле – это векторное поле, действующее вокруг частиц обладающих электрическим зарядом. Оно входит в состав электромагнитного поля. Для него характерно отсутствие реальной визуализации. Оно невидимо, и может быть замечено только в результате силового воздействия, на которое реагируют другие заряженные тела с противоположными полюсами.

Как устроено и действует электрическое поле

По сути, поле является особым состоянием материи. Его действие проявляется в ускорении тел или частиц, обладающих электрическим зарядом. К его характеризующим особенностям, можно отнести:

• Действие только при наличии электрического заряда.
• Отсутствие границ.
• Наличие определенной величины воздействия.
• Возможность определения только по результату действия.

Поле неразрывно связано с зарядами, которые находятся в определенной частице или теле. Оно может образовываться в двух случаях. Первый предусматривает его появление вокруг электрических зарядов, а второй при перемещении электромагнитных волн, когда меняется электромагнитное поле.

Электрические поля воздействуют на неподвижные относительно наблюдателя электрически заряженные частицы. В результате они получают силовое влияние. Пример воздействия поля можно наблюдать и в быту. Для этого достаточно создать электрический заряд. Учебники физики предлагают для этого простейший пример, когда диэлектрик натирается о шерстяное изделие. Получить поле вполне возможно, взяв пластиковую шариковую ручку и потерев ее о волосы. На ее поверхности образуется заряд, что приводит к появлению электрического поля. Как следствие ручка притягивает мелкие частицы. Если ее преподнести к мелко разорванным кусочкам бумаги, то они будут притягиваться к ней. Такой же результат можно достигнуть и при использовании пластиковой расчески.

Бытовым примером проявления электрического поля является образование мелких световых вспышек при снятии одежды из синтетических материалов. В результате нахождения на теле диэлектрические волокна накапливают вокруг себя заряды. При снятии такого предмета одежды электрическое поле подвергается различным силам воздействия, что и приводит к образованию световых вспышек. Особенно это характерно для зимней одежды, в частности свитеров и шарфов.

Свойства поля

Для характеристики электрического поля применяется 3 показателя:

• Потенциал.
• Напряженность.
• Напряжение.

Потенциал

Данное свойство является одним из главных. Потенциал указывает на количество накопленной энергии применяемой для перемещения зарядов. По мере их сдвига энергия расточается, постепенно приближаясь к нулю. Наглядной аналогией данного принципа может выступить обыкновенная стальная пружина. В спокойном положении она не обладает никаким потенциалом, но только до того момента, пока не будет сжата. От такого воздействия она получает энергию противодействия, поэтому после прекращения влияния обязательно разогнется. Когда пружина отпускается, то моментально распрямляется. Если на ее пути окажутся предметы, она начнет их двигать. Возвращаясь непосредственно к электрическому полю потенциал можно сравнить с приложенными усилиями на выпрямление назад.

Электрическое поле обладает потенциальной энергией, что и делает его способным выполнять определенное воздействие. Но перемещая заряд в пространстве, оно истощает свой ресурс. В том же случае если передвижение заряда внутри поля осуществляется под воздействием сторонней силы, то поле не только не теряет свой потенциал, но и пополняет его.

Также для большего понимания данной величины можно привести еще один пример. Предположим, что незначительный положительно заряженный заряд располагается далеко за пределами действия эл.поля. Это делает его совершенно нейтральным и исключает взаимный контакт. Если же в результате воздействия любой сторонней силы заряд будет двигаться по направлению к электрическому полю, то достигнув его границы, будет втянут в новую траекторию. Энергия поля, затраченная на влияние относительно заряда в определенной точке воздействия, и будет называться потенциалом на этой точке.

Выражение электрического потенциала осуществляется через единицу измерения Вольт.

Напряженность

Этот показатель применяется для количественного выражения поля. Данная величина рассчитывается как отношение положительного заряда воздействующего на силу действия. Простым языком напряженность выражает силу эл.поля в определенном месте и времени. Чем выше напряженность, тем более выраженным будет влияние поля на окружающие предметы или живые существа.

Напряжение

Этот параметр образуется от потенциала. Он применяется для демонстрации количественного соотношения действия, которое производит поле. То есть, сам потенциал показывает объем накопленной энергии, а напряжение демонстрирует потери на обеспечение движения зарядов.

В электрическом поле положительные заряды перемещаются от точек с высоким потенциалом в места, где он ниже. Что касается отрицательных зарядов, то они движутся противоположно. Как следствие осуществляется работа с использованием потенциальной энергии поля. Фактически напряжение между точками качественно выражает работу, совершенную полем для переноса единицы противоположно заряженных зарядов. Таким образом, термины напряжение и разность потенциалов это одно и то же.

Наглядное проявление поля

Электрическое поле имеет условное визуальное выражение. Для этого применяются графические линии. Они совпадают с линиями воздействия силы, которые излучают заряды вокруг себя. Помимо линии действия сил, также важно их направление. Для классификации линий за основу определения направлений принято использовать положительный заряд. Таким образом, стрелка движения поля идет от положительных частиц к отрицательным.

Чертежи, изображающие эл.поля, на линиях имеют направление в виде стрелки. Схематически в них всегда есть условное начало и конец. Таким образом, они не замыкаются сами на себе. Силовые линии берут свое начало на точке нахождения положительного заряда и заканчиваются на месте отрицательных частиц.

Электрическое поле может иметь различные типы линий в зависимости не только от полярности заряда, который способствует их образованию, но и наличию сторонних факторов. Так, при встрече противоположных полей они начинают действовать друг на друга притягательно. Искаженные линий приобретают очертания гнутых дуг. В том же случае, когда встречаются 2 одинаковых поля, то они отталкиваются в противоположные стороны.

Сфера применения

Электрическое поле обладает рядом свойств, которые нашли полезное применение. Данное явление используется при создании различного оборудования для работы в нескольких весьма важных сферах.

Использование в медицине

Воздействия электрического поля на определенные участки тела человека позволяет повышать его фактическую температуру. Это свойство нашло свое применение в медицине. Специализированные аппараты обеспечивают воздействия на необходимые участки поврежденных или больных тканей. В результате чего улучшается их кровообращение и возникает заживляющий эффект. Поле воздействует с высокой частотой, поэтому точечное влияние на температуру дает свои результаты и вполне ощутимо для больного.

Применение в химии

Данная сфера науки предусматривает использования различных чистых или смешанных материалов. В связи с этим работа с эл.полями не могла обойти эту отрасль. Компоненты смесей взаимодействуют с электрическим полем по-разному. В химии это свойство применяется для разделения жидкостей. Данный метод нашел лабораторное применение, но встречается и в промышленности, хотя и реже. К примеру, при воздействии полем осуществляется отделения в нефти загрязняющих компонентов.

Электрическое поле применяется для обработки при фильтрации воды. Оно способно отделить отдельные группы загрязняющих веществ. Такой способ обработки намного дешевле, чем использование сменных картриджей.

Электротехника

Использование электрического поля имеет весьма интересное применение в электротехнике. Так, был разработан способ беспроводной передачи электричества от источника до потребителя. До недавнего времени все разработки имели теоретический и экспериментальный характер. Уже имеется эффективная реализация технологии зарядки телефона без применения непосредственного гибкого кабеля вставляемого в USB разъем смартфона. Данный способ пока не позволяет передавать энергию на продолжительное расстояние, но он совершенствуется. Вполне возможно, что в ближайшем будущем надобность в зарядных кабелях с блоками питания отпадет полностью.

При выполнении электромонтажных и ремонтных работ применяется светодиодная индикаторная отвертка, действующая на основе схемы полевого транзистора. Помимо ряда функций, она может реагировать на электрическое поле. Благодаря этому при приближении пробника к фазному проводу индикатор начинает светиться без фактического касания к токопроводящей жиле. Он реагирует на поле исходящие от проводника даже сквозь изоляцию. Наличие электрического поля позволяет находить токопроводящие провода в стене, а также определять точки их разрыва.

Защититься от воздействия эл.поля можно при помощи металлического экрана, внутри которого его не будет. Это свойство широко применяется в электронике, чтобы исключить взаимное влияние электрических схем, которые расположены довольно близко друг к другу.

Возможности применения в будущем

Имеются и более экзотические возможности для электрического поля, которыми на сегодняшний день еще не обладает наука. Это коммуникации быстрее скорости света, телепортация физических объектов, перемещение за один миг между разомкнутыми местоположениями (червоточины). Однако для осуществления подобных планов будут нужны куда более сложные исследования и эксперименты, чем проведение экспериментов с двумя возможными исходами.

Однако наука все время развивается, открывая все новые возможности применения электр.поля. В будущем его сфера использования может значительно расшириться. Возможно, что оно найдет применение во всех значимых областях нашей жизни.

Что такое электрическое поле: объяснение простыми словам

Сам термин электрическое поле появилось в научном лексиконе очень давно, около 200 лет назад. Оно образуется только вокруг электрического заряда, чем больше сам заряд, тем сильнее поле. Поле имеет две физические характеристики – напряженность в данной точке и потенциал. Другими словами, электрическое поле можно назвать особым типом материи, существующая вблизи электронов и протонов (заряженных частиц). Именно через поле происходит взаимодействие одной частицы на другую.

Далее рассмотрим, что такое электрическое поле, как оно образуется и какие физические величины оно имеет. В статье подробно рассказано об устройстве и его сферах применения, добавлена пара полезных видеороликов по теме, а также вниманию читателю предложен интересный материал для скачивания.

История открытия электрического поля

Мыслителям прошлого трудно было принять концепцию «действия на расстоянии». И правда, как может один заряд действовать на другой, если они не соприкасаются? Даже Ньютону, применившему эту идею в теории всемирного тяготения, нелегко было свыкнуться с нею.

Как мы видели, однако, эти трудности можно преодолеть с помощью понятия поля, которое ввел английский ученый Майкл Фарадей (1791-1867). Согласно Фарадею, от каждого заряда исходит электрическое поле, пронизывающее все пространство. Когда к одному заряду подносят другой, он испытывает действие силы, которая обусловлена электрическим полем первого заряда.

Поле, создаваемое одним или несколькими зарядами, можно исследовать с помощью небольшого положительного пробного заряда, измеряя действующую на него силу. Под пробным зарядом мы понимаем достаточно малый заряд, собственное поле которого не меняет существенно распределения остальных зарядов, создающих исследуемое поле.

Сила в точке b меньше, чем в a, из-за большего расстояния между зарядами (закон Кулона); в точке с сила еще меньше. Во всех случаях сила направлена радиально от заряда Q.
По определению напряженность электрического поля, (или просто электрическое поле) E в любой точке пространства равна отношению силы F, действующей на малый положительный пробный заряд q, к величине этого заряда:

Из вышеописанного определения следует, что направление напряженности электрического поля в любой точке пространства совпадает с направлением силы, действующей в этой точке на положительный пробный заряд. Напряженность электрического поля представляет собой силу, действующую на единицу заряда; она измеряется в ньютонах на кулон (Н/Кл).

Более строго Е определяется как предел отношения F/q при q, стремящемся к нулю. Напряженность электрического поля Е определяется через отношение F/q, чтобы исключить зависимость поля Е от величины пробного заряда q. Иначе говоря, Е учитывает только те заряды, которые создают рассматриваемое в данной точке электрическое поле. Поскольку Е – векторная величина, электрическое поле является векторным полем.

Что собой представляет этот вид поля

Чтобы это понять, давайте с Вами прежде разберёмся в его свойствах и проявлениях. Как Вы должны знать, электрическое поле проявляет себя тогда, когда возникает перераспределение электрических зарядов между телами. Точнее, когда в силу некоторых обстоятельств одного вида заряда становится больше или меньше, по отношению к противоположному. Тогда одни тела начинают притягиваться либо отталкивать другие на расстоянии.

Поскольку в промежутке этого расстояния нет плотных тел, то, следовательно, можно утверждать о существовании невидимого поля. Ну, а поскольку данное поле связанно с электрическими явлениями, то и поле стали называть электрическим. В целом же, электрическое поле (как и другие виды полей) существуют везде и вокруг всего, только из-за их скомпенсированости взаимодействия друг на друга и невидимости невооруженным глазом создаётся впечатление, будто они появляются.

К свойствам электрического поля можно отнести:

• невидимость (их определение происходит через поведение пробного электрического заряда);
• электрические поля взаимодействуют только лишь с электрическими полями;
• оно имеет векторное направление;
• может притягивать либо отталкивать;
• существует всегда вокруг заряженных частиц (в отличие от магнитного поля);
• обладает свойством концентрации и неоднородности (напряженность).

Как было упомянуто выше, электрическое поле определяется при помощи пробного точечного заряда. Если электрический заряд (пробный заряд) обладает электрическим полем внести в интересующую нас точку пространства, можно выяснить — если в данном месте электрическое поле. Если начнёт действовать электрическая сила, то значит, в этой точки поле есть. Интенсивность данного электрического поля будет характеризовать напряженность поля.

Поэтому и было целесообразно ввести силовую характеристику любой точки данного поля, созданного зарядом. К сожалению, сила «F» (Кулона) подобной характеристикой послужить не может, поскольку для одной точки поля эта сила будет прямо пропорциональна величине точечного заряда.

Было принято считать силовой характеристикой точки электрического поля «E». Она стала называться напряжённостью электрического поля. Напряжённость измеряется силой, с которой электрическое поле действует на единичный положительный заряд, что был внесён в некую точку определяемого поля в пространстве.

Напряженность является векторной величиной. Напряжённость электрического поля измеряется в Ньютонах на Кулон или в Вольтах на метр. Электрические поля, это неотъемлеммая составляющая всего существующего в мироздании, и лишь в силу нашей ограниченности восприятия мира, поля воспринимаются нами, как нечто загадочное и непонятное.

Примеры электрических полей

Основными электрическими свойствами материалов физических объектов, проявляющимися при взаимодействии объектов с электрическим полем, являются электрическая проводимость и поляризуемость. Оба свойства определяются наличием или отсутствием в материале свободных носителей электрических зарядов – электронов или ионов, что, в свою очередь, обусловлено следующим строением атомов вещества, объединенных в молекулы и кристаллы.

Электроны атомов, вращающиеся вокруг ядра по определенным (разрешенным) орбитам, обладают некоторой энергией или, иначе говоря, занимают определенные энергетические уровни. Совокупностью этих уровней образуются энергетические зоны разрешенных уровней, а между ними находятся зоны запрещенных уровней.

Нижние разрешенные зоны до конца заполнены электронами, располагающимися ближе к ядру и подверженными меньшему воздействию со стороны атомов. Для объяснения электрических свойств твердых тел эти зоны существенного значения не имеют. С этой точки зрения представляет интерес валентная зона, заполненная валентными электронами, испытывающими наибольшее воздействие других атомов, большое расщепление уровней. Эти электроны относительно легко переходят от одного атома к другому, обусловливая образование разноименно заряженных ионов и создание химических соединений отдельных атомов в молекулы и кристаллы.

Закон Кулона

Сила взаимодействия двух зарядов зависит от величины и взаимного расположения зарядов, а также от физических свойств окружающей их среды. Для двух наэлектризованных физических тел, размеры которых пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между телами, хила взаимодействия математически определяется следующим образом:

где F – сила взаимодействия зарядов в ньютонах (Н), k – расстояние между зарядами в метрах (м), Q1 и Q2 – величины электрических зарядов в кулонах (к) , k — коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от свойств среды, окружающей заряды. Приведенная формула читается так: сила взаимодействия между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (закон Кулона). Для определения коэффициента пропорциональности k служит выражение k = 1/(4πεε_о).

Потенциал электрического поля

Электрическое поле всегда сообщает движение заряду, если силы поля, действующие на заряд, не уравновешиваются какими-либо сторонними силами. Это говорит о том, что электрическое поле обладает потенциальной энергией, т. е. способностью совершать работу. Перемещая заряд из одной точки пространства в другую, электрическое поле совершает работу, в результате чего запас потенциальной энергии поля уменьшается. Если заряд перемещается в электрическом поле под действием какой-либо сторонней силы, действующей навстречу силам поля, то работа совершается не силами электрического поля, а сторонними силами.

В этом случае потенциальная энергия поля не только не уменьшается, а, наоборот, увеличивается. Работа, которую совершает сторонняя сила, перемещая в электрическом поле заряд, пропорциональна величине сил поля, противодействующих этому перемещению. Совершаемая при этом сторонними силами работа полностью расходуется на увеличение потенциальной энергии поля. Для характеристики поля со стороны его потенциальной энергии принята величина, называемая потенциалом электрического поля.

Сущность этой величины состоит в следующем. Предположим, что положительный заряд находится за пределами рассматриваемого электрического поля. Это значит, что поле практически не действует на данный заряд. Пусть сторонняя сила вносит этот заряд в электрическое поле и, преодолевая сопротивление движению, оказываемое силами поля, переместит заряд в данную точку поля. Работа, совершаемая силой, а значит, и величина, на которую увеличилась потенциальная энергия поля, зависит всецело от свойств поля. Следовательно, эта работа может характеризовать энергию данного электрического поля.

Из сказанного следует, что потенциал электрического поля в данной его точке численно равен работе, совершаемой сторонней силой при перемещении единицы положительного заряда из-за пределов поля в данную точку. Потенциал поля измеряется в вольтах (В). Если при переносе одного кулона электричества из-за пределов поля в данную точку сторонние силы совершили работу, равную одному джоулю, то потенциал в данной точке поля равен одному вольту: 1 вольт = 1 джоуль / 1 кулон.

Основные параметры

Потенциал – φ – это отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду. Основная единица потенциала ровна 1в. Разность потенциалов между двумя точками называется напряжение.

• U – напряжение
• φ₁ – φ₂ = U
• U = 1в

• 1в = 10 3 мв = 10 6 мкв
• 1кв = 10 3 в

Разность потенциалов бывает между одноимёнными зарядами и разноимёнными.

• φ₁ – φ 2 = +10 – (+3) = +7ед
• φ₂ – φ 1 = 3 – (+10) = –7ед
• φ₁ – φ 3 = 10 – (–7) = 17ед

На управляющей сетке U относительно катода имеет отрицательный знак, так как напряжение на сетке меньше, а 25в чем на катоде.

Напряжённость – это отношение силы, с которой электрическое поле действует на заряд к величине этого заряда.

• Если E ровняется cons+ то поле называется однородное.
• Если E ровно не cons+ то поле называется не однородное.

Закон Кулона – сила взаимодействия между двумя зарядами прямо пропорционально произведению этих зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними и зависит от среды, в которой происходит взаимодействие.

• F – сила взаимодействия (H);
• q 1 – q 2 – заряды (K);
• r – расстояние (M);
• ε – диэлектрическая проницаемость вещества.

Практика применения

Удивительное явление получило правильное объяснение только тогда, когда физики поняли, что вокруг каждого наэлектризованного тела существует что-то такое, что воздействует на другие заряды. Это «что-то» ученые стали называть электрическим полем. Электрическое поле неразрывно связано с зарядом, однако это не сам заряд. Поле составляет как бы своеобразное продолжение заряда в окружающем его пространстве. Поле отлично от заряда, но оно не менее реально, не менее материально, чем сам заряд. Обнаружить существование электрического поля возле заряда можно весьма простым опытом.

Для этого надо наклеить на стеклянную пластинку кружочек из станиоля или фольги, наэлектризовать его и посыпать мелкими игольчатыми кристалликами гипса или хинина. Кристаллики разложатся по линиям расходящимися лучами во все стороны от заряженного кружка. Если вырезать из фольги два кружка и им сообщить электрические заряды — одному положительный, а другому отрицательный, затем на стекло насыпать мелкие игольчатые кристаллики гипса, то под воздействием электрического поля иголочки гипса улягутся в определенном порядке; их расположение отчасти напоминает размещение железных опилок возле полюсов магнита.

Академик А. Ф. Иоффе рассказывал, какой случай ему однажды пришлось наблюдать. Вместе с известным физиком К. Рентгеном Иоффе работал на вершине горы. И вдруг длинные волосы Рентгена распушились, а его большая борода взъерошилась так, что Рентген стал похожим на Черномора.

Внезапное превращение Рентгена в Черномора было вызвано большой тучей, проходившей в это время над вершиной горы. Туча несла с собой большой электрический заряд; между тучей и горой образовалось электрическое поле. Под влиянием этого поля волосы Рентгена расположились так же, как и кристаллики гипса между станиолевыми наэлектризованными кружочками, то есть вдоль так называемых силовых линий электрического поля.

Принцип суперпозиции

Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое несколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности. Следовательно, напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряжённостей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности:

Потенциальная энергия взаимодействия зарядов

Электрические заряды взаимодействуют друг с другом и с электрическим полем. Любое взаимодействие описывает потенциальной энергией. Обратите внимание на отсутствие модулей у зарядов. Для разноименных зарядов энергия взаимодействия имеет отрицательное значение.

Такая же формула справедлива и для энергии взаимодействия равномерно заряженных сфер и шаров. Как обычно, в этом случае расстояние r измеряется между центрами шаров или сфер. Если же зарядов не два, а больше, то энергию их взаимодействия следует считать так: разбить систему зарядов на все возможные пары, рассчитать энергию взаимодействия каждой пары и просуммировать все энергии для всех пар.

Задачи по данной теме решаются, как и задачи на закон сохранения механической энергии: сначала находится начальная энергия взаимодействия, потом конечная. Если в задаче просят найти работу по перемещению зарядов, то она будет равна разнице между начальной и конечной суммарной энергией взаимодействия зарядов. Энергия взаимодействия так же может переходить в кинетическую энергию или в другие виды энергии. Если тела находятся на очень большом расстоянии, то энергия их взаимодействия полагается равной 0.

Если в задаче требуется найти минимальное или максимальное расстояние между телами (частицами) при движении, то это условие выполнится в тот момент времени, когда частицы движутся в одну сторону с одинаковой скоростью. Поэтому решение надо начинать с записи закона сохранения импульса, из которого и находится эта одинаковая скорость. А далее следует писать закон сохранения энергии с учетом кинетической энергии частиц во втором случае.

Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение

Электростатическое поле обладает важным свойством: работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда. Следствием независимости работы от формы траектории является следующее утверждение: работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.

Свойство потенциальности (независимости работы от формы траектории) электростатического поля позволяет ввести понятие потенциальной энергии заряда в электрическом поле. Потенциал φ является энергетической характеристикой электростатического поля. В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала (а значит и разности потенциалов, т.е. напряжения) является вольт [В]. Потенциал – скалярная величина.

Во многих задачах электростатики при вычислении потенциалов за опорную точку, где значения потенциальной энергии и потенциала обращаются в ноль, удобно принять бесконечно удаленную точку. В этом случае понятие потенциала может быть определено следующим образом: потенциал поля в данной точке пространства равен работе, которую совершают электрические силы при удалении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.

Для наглядного представления электрического поля наряду с силовыми линиями используют эквипотенциальные поверхности. Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала. Силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям. Эквипотенциальные поверхности кулоновского поля точечного заряда – концентрические сферы.

Во всех предыдущих формулах речь шла именно о работе электростатического поля, но если в задаче говорится, что «работу надо совершить», или идет речь о «работе внешних сил», то эту работу следует считать так же, как и работу поля, но с противоположным знаком.

Производство шлаковой ваты из доменных шлаков Текст научной статьи по специальности « Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Русских Владимир Петрович, Кравченко Владимир Петрович

Шлаковая вата ценный и самый дорогой продукт переработки доменных шлаков . В статье выделены факторы, влияющие на качество шлаковой ваты : химический состав , определяющий модуль кислотности , температура шлакового расплава и постоянство требуемой толщины струи шлака. Установлено, что для получения качественной ваты из шлаков металлургических комбинатов ММК им. Ильича и«Азовсталь» необходимо вводить добавки для уменьшения основности шлаков. В связи с подорожанием топливно-энергетических материалов для снижения себестоимости необходима разработка новой технологии получения шлаковой ваты с использованием огненно-жидких шлаков , а также удаление из шлакового расплава соединений железа и серы для повышения качества шлаковой ваты . Хорошие показатели по теплопроводности (0,03 ккал/м∙ч∙°С) и по другим показателям (огнестойкость, объемный вес) позволяют использовать материалы из шлаковой ваты (маты, жесткие и полужесткие плиты) в качестве теплои звукоизолирующих материалов

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Русских Владимир Петрович, Кравченко Владимир Петрович

Виробництво шлакової вати з доменних шлаків

Slag wool is the most expensive and valuable product of blast furnace slag processing. Slag wool is in great demand nowadays. The article highlights the factors influencing the mineral wool quality: chemical composition that determines the acidity of the module, the temperature of the molten slag and the required slag jet thickness consistency. Mineral wool is produced by blowing air or steam into a jet of molten slag. As a result of it the slag crushes into droplets stretching. The resulting wool contains 5% slag and 95% air. The quality of the obtained slag wool depends on the module acidity of the slag. The blast furnace slags of «Ilyich iron and steel works of Mariupol» and «Azovstal iron & steel works» are the main (short) slags they give short fibers. To obtain high-quality long fiber wool it is necessary to add admixtures into basic blast furnace slag to reduce its basicity. As a result of the fuel and energy rising prices and the necessity to reduce the slag wool cost it is necessary to develop a new technology with fiery-liquid slag, with the removal of iron compounds and sulphur from the melts and the introduction of corrective additives to improve the quality of slag wool . Good thermal conductivity (about 0,03 kcal/m∙h∙°C) and other indicators (resistance, volume weight) make it possible to use the materials from slag wool (pads, rigid and semi-rigid plates) as heat and sound insulating materials

Текст научной работы на тему «Производство шлаковой ваты из доменных шлаков»

Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733

© Русских В.П.1, Кравченко В.П.2

ПРОИЗВОДСТВО ШЛАКОВОЙ ВАТЫ ИЗ ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ

Шлаковая вата – ценный и самый дорогой продукт переработки доменных шлаков. В статье выделены факторы, влияющие на качество шлаковой ваты: химический состав, определяющий модуль кислотности, температура шлакового расплава и постоянство требуемой толщины струи шлака. Установлено, что для получения качественной ваты из шлаков металлургических комбинатов ММК им. Ильича и «Азовсталь» необходимо вводить добавки для уменьшения основности шлаков. В связи с подорожанием топливно-энергетических материалов для снижения себестоимости необходима разработка новой технологии получения шлаковой ваты с использованием огненно-жидких шлаков, а также удаление из шлакового расплава соединений железа и серы для повышения качества шлаковой ваты. Хорошие показатели по теплопроводности (0,03 ккал/м^ч^°С) и по другим показателям (огнестойкость, объемный вес) позволяют использовать материалы из шлаковой ваты (маты, жесткие и полужесткие плиты) в качестве тепло- и звукоизолирующих материалов.

Ключевые слова: доменные шлаки, шлаковая вата, химический состав, модуль кислотности, огненно-жидкие шлаки, теплопроводность.

Руських В.П., Кравченко В.П. Виробництво шлаковог вати з доменних шлатв.

Шлакова вата – коштовний i найдорожчий продукт переробки доменних шлаюв. У статт1 видтет фактори, що впливають на яюсть шлаковог вати: хiмiчний склад, що визначае модуль кислотностi, температура шлакового розплаву й сталiсть не-обхiдног товщини струменя шлаюв. Установлене, що для одержання яюсног вати зi шлаюв металургтних комбiнатiв ММК iм. Iллiча i «Азовсталь» необхiдно вво-дити добавки для зменшення основностi шлаюв. У зв’язку з подорожчанням палив-но-енергетичних матерiалiв для зниження собiвартостi необхiдна розробка новог технолог^ одержання шлаковог вати з використанням вогненно^дких шлаюв, а також видалення з шлакового розплаву з’еднань залiза й арки для тдвищення яко-стi шлаковог вати. Гарн показники по теплопровiдностi (0,03 ккал/мгод°С) i за тшими показниками (вогнесттюсть, об’емна вага) дозволяють використовувати матерiали з шлаковог вати (мати, твердi й напiвтвердi плити) у якостi тепло- й зву^золюючих матерiалiв.

Ключовi слова: доменн шлаки, шлакова вата, хiмiчний склад, модуль кислотностi, вогненно^дю шлаки, теплопровiднiсть.

V.P. Ruskih, V.P. Kravchenko. Slag wool manufacturing from blast furnace slag. Slag wool is the most expensive and valuable product of blast furnace slag processing. Slag wool is in great demand nowadays. The article highlights the factors influencing the mineral wool quality: chemical composition that determines the acidity of the module, the temperature of the molten slag and the required slag jet thickness consistency. Mineral wool is produced by blowing air or steam into a jet of molten slag. As a result of it the slag crushes into droplets stretching. The resulting wool contains 5% slag and 95% air. The quality of the obtained slag wool depends on the module acidity of the slag. The blast furnace slags of «Ilyich iron and steel works of Mariupol» and «Azovstal iron & steel works» are the main (short) slags – they give short fibers. To obtain high-quality long fiber wool it is necessary to add admixtures into basic blast furnace slag to reduce its basicity. As a result of the fuel and energy rising prices and the necessity to reduce the slag wool cost it is necessary to develop a new technology with fiery-liquid slag, with the re-

1 канд. техн. наук, профессор, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь

2 канд. техн. наук, гл. инженер, «Эра плюс», г. Мариуполь

Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733

moval of iron compounds and sulphur from the melts and the introduction of corrective additives to improve the quality of slag wool. Good thermal conductivity (about 0,03 kcal/mh°C) and other indicators (resistance, volume weight) make it possible to use the materials from slag wool (pads, rigid and semi-rigid plates) as heat and sound insulating materials.

Keywords: blast furnace slag, slag wool, chemical composition, module of acidity, fiery liquid slag conductivity.

Постановка проблемы. Шлаковая вата, лучшие сорта которой производят впечатление настоящей ваты, является ценным и наиболее дорогим продуктом, получаемым из доменных шлаков. Ее достоинствами, как материала, является гигиеничность, несгораемость и тепло-звукоизолирующие свойства, что позволяет использовать ее для бетонного и сталекаркасного жилищного строительства как тепло- и звукоизолирующий материал, который находит применение и для технических целей, таких как изоляция паропроводов, паровых котлов, водопроводных труб, ледников, холодильников, изотермических вагонов для перевозки пищевых продуктов и т. п. [1]. Но существующие технологии производства шлаковой ваты не обеспечивают получение качественной шлаковой ваты, например, из высокоосновных доменных шлаков металлургических комбинатов ММК им. Ильича и «Азовсталь».

Анализ последних исследований и публикаций. Как известно из источников [1, 2], получение шлаковой ваты производится продуванием жидкого шлака струей воздуха и пара при определенном давлении для дробления шлака на множество мелких капелек, которые преобразуются (вытягиваются) в более или менее тонкие волокна. При малом давлении образуется граншлак, при высоком – волокна. В результате этого процесса объем массы увеличивается в 13 раз и получающаяся вата содержит 5% шлака и 95% воздуха. Однако в то время как часть капелек при продувании вытягивается в тонкие волокна (каждая капля дает одно волокно), в других капельках этот процесс может не доходить до конца, и они дают волокна с висящими на концах преждевременно застывшими шариками (корольками). А часть капелек вовсе не вытягиваются в волокна и присутствуют в шлаковой вате в виде «корольков» (см. рис. 1). Чем меньше «корольков», тем выше качество ваты (см. рис. 2).

Рис. 1 – Обычная шлаковая вата (х50) [2] Рис. 2 – Качественная шлаковая вата (х50) [2]

Обычные сорта состоят, как видно на рис. 1, из стеклянных волокон и «корольков», лучшие сорта – почти из очень тонких волокон (рис. 2).

Следовательно, для получения качественной шлаковой ваты является важным установить факторы, влияющие на волокнообразование.

Цель статьи – исследовать факторы, влияющие на производство качественной ваты из высокоосновных доменных шлаков.

Изложение основного материала. Проанализировав литературные источники [1, 2] и опыт работы Мариупольского завода изоляционных материалов (ЗИМ), работающего на шлаках ММК им. Ильича, можно выделить следующие основные факторы, влияющие на волокно-образование: химический состав шлаков, температура шлакового расплава, постоянство требуемой толщины струи шлака.

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2016р. Серiя: Техшчш науки Вип. 32

Химический состав шлаков имеет большое значение для процесса волокнообразования. Основным показателем, определяющим пригодность сырья для образования минеральной (шлаковой) ваты, служит модуль кислотности, определяемый по формуле [1]:

SiO2 + Al2O3 CaO + MgO

Минеральная (шлаковая) вата лучшего качества получается при модуле кислотности 1,4^1,5. Химический состав и модуль кислотности доменных шлаков комбинатов ММК им. Ильича и «Азовсталь» приведены в таблице 1.

Химический состав и модуль кислотности доменных шлаков комбинатов ММК им. Ильича и «Азовсталь»

Доменные шлаки SÍO2 AI2O3 СаО MgO MnO FeO S TÍO2 Na2O K2O Модуль кислотности, mk

ЧАО «ММК им. Ильича» 39,44 6,88 44,78 7,63 0,23 0,33 0,88 0,29 0,54 0,41 0,88

ЧАО «МК «Азовсталь» 38,16 7,65 47,17 6,11 0,26 0,48 1,68 – – – 0,86

Из таблицы 1 следует, что доменные шлаки комбинатов ММК им. Ильича и «Азовсталь» являются основными шлаками и их модули кислотности не соответствуют требованиям стандартов (1).

Исправление богатых известью и магнезией шлаков, которые обычно содержат вредные для потребителя шлаковой ваты сернистые соединения, возможно путем присадки материалов, богатых кремнеземом. Несмотря на то, что точка плавления таких материалов высока, получение в результате высококачественной шлаковой ваты экономически оправдано.

Образование волокон происходит только до известной температуры. При правильном ведении процесса длина волокон достигает 3 метров. Использованный вместо холодного воздуха подогретый воздух или перегретый пар, как показали эксперименты на Мариупольском ЗИМе, положительных результатов не дали, что вполне коррелирует с изысканиями Langa, который установил, что процесс не поддается правильному тепловому расчету [2].

Экспериментально установлено, что при слишком низкой температуре, даже при присадке богатых кремнеземом материалов, волокна получаются короткими, при слишком высокой температуре шлаковая вата получается твердой и ломкой. Хорошие результаты были получены при температуре расплава 1100±20°С.

Исходя из полученных экспериментальных результатов на заводе ЗИМ, можно сделать вывод, что необходимые условия для получения качественной шлаковой ваты не могут быть выполнены, если вести продувание непосредственно у доменных печей, где невозможно проводить соответствующие добавки для корректировки химического состава, не соответствует температура выпускаемой из печи струи шлака, равномерность и постоянство ее необходимой толщины.

Установлено, что с увеличением содержания соединений железа в шлаке увеличивается количество «корольков», а при предельном содержании, зависящем от степени кислотности шлака, а также от исходной температуры и давления воздуха при продувке, образование волокон прекращается. Решающее значение для образования волокон с точки зрения химического состава шлака имеет влияние различных его составных частей на вязкость шлака. Установлено экспериментально, что температура спекания тонких волокон была намного ниже, чем у образцов с более толстым волокном, а температура плавления была наивысшей, и разница температур спекания и плавления составила 500°С (см. табл. 2).

Причина здесь не только в химическом составе, но и в структуре (тонкое волокно). Чем больше температурный интервал между точкой размягчения и точкой плавления, тем больше область пластичности и тем длиннее образующиеся волокна. Это обуславливает получение ваты хорошего качества. Чем тоньше волокна, тем длиннее они вытягиваются, а, следовательно, уменьшается вероятность образования «корольков».

Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733

Более длинные волокна образуются у «кислых» шлаков. Поэтому у основных (коротких) шлаков комбинатов ММК им. Ильича и «Азовсталь» волокна толще (см. табл. 2). Следовательно, существует связь между химическим составом шлаков и процессом волокнообразования. Анализируя влияние химического состава шлака на волокнообразование, можно заключить, что кислые шлаки «длинные» более пригодны для производства шлаковой ваты, чем основные «короткие», которые вследствие их повышенной температуры плавления требуют большего расхода топлива или добавок, понижающих точку плавления. Следовательно, для производства шлаковой ваты из основных доменных шлаков мариупольских комбинатов с целью снижения энергозатрат требуется разработка новой технологии получения шлаковой ваты, в которой также необходимо предусмотреть удаление из шлакового расплава соединений железа и серы, что позволит уменьшить образование «корольков» и предотвратит при отсыревании ваты выделение неприятного запаха сероводорода.

Характеристики доменных шлаков комбинатов ММК им. Ильича и «Азовсталь»

Показатели Доменные шлаки металлургических комбинатов Из источника [2]

ММК им. Ильича «Азовсталь» а1 s

Химический состав SlO2 39,44 38,16 32,31 33,95

АЬОз 6,88 7,65 19,02 13,63

СаО 44,78 47,17 39,69 44,37

MgO 7,63 6,11 5,01 2,50

Модуль кислотности 0,86 0,88 1,15 1,02

Толщина нитей, мкм 6,5 7,0 3,8 11,0

Огнестойкость Температура спекания, °С 1100 1110 830 950

Температура плавления, °С 1280 1280 1350 1230

Разница между Ъп. и tпл., С 180 180 500 280

Поглощение воды сухой шлаковой ватой % за 24 ч 0,50 0,50 0,59 0,51

Большое значение имеет теплопроводность шлаковой ваты. Для сравнения укажем, что

коэффициент теплопроводности воздуха составляет 0,2-, а других теплоизолирующих

материалов см. рис. 1.

Из рис. 3 видно, что шлаковая вата (наряду с древесными опилками) обладает наименьшим коэффициентом теплопроводности (0,03) из всех теплоизоляционных материалов, причем ряд органических теплоизоляторов (войлок, пробковые материалы, торфяные материалы и др.) имея меньший объемный вес, обладают большей теплопроводностью, чем шлаковая вата, которая при этом еще отличается от них огнестойкостью и малой гигроскопичностью (см. табл. 2).

Шлаковая вата с тонкими волокнами является не только самым лучшим теплоизолирующим материалом, но и наилучшим антикоррозийным материалом из всех теплоизоляторов [2].

Дальнейшим развитием технологии шлаковой ваты является производство теплоизолирующих плит (полужестких, жестких) путем смешивания с вяжущими веществами, минеральными или органическими, и последующим прессованием в плиты. При этом должно соблюдаться условие: чтобы плиты имели хорошие теплоизоляционные свойства, волокна ваты не

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2016р. Серiя: Техшчш науки Вип. 32

должны быть при прессовании разрушены (сломаны), и плита должна состоять из мелких замкнутых ячеек.

Обзор шлаковаты

Содержание статьи:

• Описание и производство
• Технические характеристики
• Достоинства
• Недостатки
• Критерии выбора
• Цена и производители
• Инструкция по монтажу

Шлаковата — это разновидность минеральной ваты, которая применяется для утепления жилых и нежилых зданий. В качестве сырья для этого материала выступает доменный шлак, переработанный в микроволокна.

Описание и особенности производства шлаковаты

Шлаковату изготавливают из доменного шлака, который представляет собой отход металлургического производства. В годы СССР практически при всех крупных металлургических предприятиях функционировали цеха по выпуску шлаковаты. Инвестиции в это производство — минимальные, а практическая польза — очевидная, можно избавиться от отходов и изготовить утеплитель для нужд как самого завода, так и гражданского строительства.

Для производства шлаковаты используют, как правило, кислые (тягучие) доменные шлаки. В них есть такие вредные соединения, как окислы железа, сернистые вещества, марганец. Если содержание серы больше одного процента, а извести — свыше сорока, то готовый утеплитель будет со временем разлагаться. Кроме того, присутствие серы будет способствовать появлению ржавчины на железных элементах, соприкасающихся с теплоизолятором, особенно при его намокании.

Утеплитель шлаковата состоит из тонкого минерального волокна диаметром примерно 0,002-0,005 миллиметров и длиной до 60 миллиметров. Также в состав могут входить шлаковая пыль и мелкие шарики. Впрочем, их наличие в структуре теплоизолятора свидетельствует о низком качестве материала.

Получают такие нити посредством продувания струи огненного жидкого шлака мощной струей пара или сжатого воздуха. Кроме того, часто шлак проходит еще и этап миксеризации и обогащения кремнеземом. После формирования волокон они прессуются и обрабатываются связывающим веществом. Далее происходит формирование материала в листы.

Технические характеристики шлаковаты

В настоящее время шлаковата используется намного реже, чем во времена советского строительства. На смену ей пришли волокнистые теплоизоляторы нового поколения. Однако этот материал обладает в целом неплохими техническими характеристиками, что позволяет его применять до сих пор.

Рассмотрим характеристики шлаковаты:

Теплопроводность. Этот параметр зависит от плотности укладки утеплителя. В среднем он составляет 0,46-0,48 ватта на метр на Кельвин. Самый меньший коэффициент достигается при плотности монтажа в 350-450 килограммов на кубометр. Теплопроводность шлаковаты — наибольшая среди всех видов минеральных волокнистых теплоизоляторов.

Гигроскопичность. Коэффициент сорбционного увлажнения составляет 1,9%. Это значит, что шлаковата хорошо впитывает воду и практически не обладает влагоотталкивающей способностью.

Звукоизоляция. По этому показателю шлаковата подобна всем остальным разновидностям минеральной ваты — 0,75-0,82. Это значит, что материал вполне подходит для создания звукопоглощающего слоя. А вот вибрации этот утеплитель поглощать не в состоянии.

Огнеустойчивость. Материал относится к категории НГ, то есть не способен гореть.

Температура спекания. Несмотря на то, что шлаковата не горит, она имеет довольно низкую температуру спекания. При воздействии 250-300 градусов выше нуля по Цельсию утеплитель начинает плавиться. В результате такого воздействия материал утрачивает свои теплоизоляционные качества.

Экологичность. В составе шлаковаты присутствуют фенолформальдегидные смолы. У качественного утеплителя их концентрация минимальна. Однако важно соблюдать технику безопасности при работе с этим материалом и технические условия использования.

Биологическая устойчивость. Шлаковата не привлекает грызунов, насекомых, микроорганизмы.

Достоинства шлаковаты

В целом преимущества использования в качестве теплоизолятора шлаковаты такие же, как и у всех остальных волокнистых утеплителей. К плюсам можно отнести следующие факторы:

Хорошая теплоизоляция. Материал обладает неплохими теплосберегающими свойствами. Шлаковата немного уступает по этому параметру каменной и стекловате, однако при правильном монтаже также надежно защищает строение от холодного ветра и промерзаний.

Высокий коэффициент звукопоглощения. В качестве звукоизоляционного материала шлаковату можно укладывать как на наружные стены, так и на межэтажные перекрытия. Она надежно защитит от проникновения посторонних звуков извне благодаря собственной волокнистой структуре, в которой задерживается воздух, а звуки подавляются.

Невысокая цена. Шлаковата — это довольно бюджетный материал. Это объясняется тем, что для его производства используются отходы металлургической отрасли.

Простота монтажа. Укладывать утеплитель можно как на ровные, так и на криволинейные поверхности. Также легко справиться и с монтажом теплоизолятора на круглые объекты. Он достаточно гибкий. Кроме того, вес шлаковаты — небольшой, поэтому работа по установке по силам даже одному человеку.

Длительный срок эксплуатации при оптимальных условиях. Если шлаковата не будет намокать и подвергаться воздействию высоких температур, то она способна сохранять отличные звуко- и теплоизоляционные характеристики в течение 50 лет и более.

Недостатки шлаковаты

Это специфический материал, в котором велик процент остаточной кислотности доменного шлака, что делает утеплитель не таким практичным, как другие виды минеральной ваты.

Кроме того, к недостаткам шлаковаты относят следующее:

Плохая устойчивость перед резкими перепадами температуры. Утеплитель может терять теплоизоляционные свойства, если часто подвергается колебаниям температуры.

Хорошая способность впитывать воду. Этот фактор провоцирует ряд негативных моментов. Так, намокая, шлаковата перестает выполнять функции теплоизолятора. Кроме того, при попадании влаги на материал образовывается кислота, которая разъедает металлические детали, крепежи и элементы.

Ограниченная сфера использования. Шлаковату не рекомендуют укладывать в качестве утеплителя на постройки, где присутствует высокий уровень влажности (бани, сауны), фасады зданий из-за риска намокания. Кроме того, изолировать этим материалом деревянные дома также не следует. Если она намокнет, то дерево под слоем теплоизолятора будет гнить.

Высокая ломкость и колкость волокон. Подобно стекловате имеет острые и хрупкие волокна, которые опасны при попадании на открытые участки кожи и слизистой. Поэтому работать с материалом нужно с обязательным использованием средств защиты.

Низкая виброустойчивость. При сильных вибрационных нагрузках шлаковата будет оседать, а ее теплопроводность увеличиваться.

Наличие в составе вредных веществ. Многие утеплители не очень высокого качества содержат химические летучие соединения, например, фенолформальдегид.

Критерии выбора шлаковаты

Выбирая шлаковату, следует, прежде всего, обратить внимание на материал от известных производителей, который имеет хорошие отзывы. Ни в коем случае не покупайте утеплитель от малоизвестных брендов в сомнительных точках продажи, где вам не могут предоставить на товар весь перечень документов, сертификатов и лицензий.

Кроме того, учитывайте такие рекомендации:

Самые качественные минеральные волокнистые утеплители предлагают немецкие производители. Только у них самые придирчивые органы сертификации, которые не выпустят на рынок некачественный или потенциально опасный товар.

Уточните у продавца, в каком направлении располагаются волокна теплоизолятора. При вертикальном расположении шлаковата будет хорошо хранить тепло и поглощать звук. При хаотичном — будет более прочной и выдерживать динамическую нагрузку.

Проверьте ГОСТ изделия на упаковке, если шлаковата отечественного производства. Его наличие гарантирует качество продукции.

Подбирайте материал, который оптимально подойдет под ваши нужды. Плотность шлаковаты может быть разной, а от этого зависит сфера ее использования. Плотность 75 килограммов на кубометр подходит для утепления кровли, чердаков. Материал с плотностью 125 кг/м 3 применяется на полу, потолках, внутренних стенах.

Цена и производители шлаковаты

Многие крупные производители минеральных утеплителей постепенно отказываются от изготовления шлаковаты. Те же, которые до сих пор ее выпускают, имеют ограниченный ассортимент.

Достойны внимания такие отечественные производители этого утеплителя: ЗАО «Минвата», ООО «Завод Техно», ЗАО «Завод Минплита», ООО «Комбинат Теплоизоляционных изделий».

Кроме того, местные представительства крупных брендов, таких как Rockwool, Isoroc, выпускают серии теплоизоляторов технического предназначения на основе доменного шлака.

Цена шлаковаты составляет около 500 рублей за упаковку.

Краткая инструкция по монтажу шлаковаты

Учитывая то, что этот утеплитель может критически реагировать на воздействие влаги, его не рекомендовано устанавливать на фасад здания. Также не стоит крепить шлаковату на металлический каркас. Если вы планируете утеплять вертикальные или наклонные поверхности, то используйте деревянную обрешетку.

Схема монтажа теплоизолятора такая:

Подготавливаем деревянные брусья размером 50х50 или 50х100 миллиметров. Толщину и ширину подбираем с учетом ширины утеплителя.

Крепим на поверхность гидроизоляцию, используя строительные скобы, с нахлестом в 10 сантиметров.

Чтобы не кроить лишний раз шлаковату и не поднимать вредную пыль из микрочастиц волокон, рекомендовано устанавливать обрешетку с шагом под ширину мата. Обычно это около 50 сантиметров.

Плиты должны плотно входить в отверстия между соседними брусьями и укладываться встык.

Дополнительного крепления утеплитель не требует.

Сверху шлаковаты укладываем пароизолятор. Его крепим также внахлест и проклеиваем стыки специальным скотчем.

Сверху такой конструкции можно устанавливать дополнительную обрешетку для дальнейшей обшивки стены. В процессе работы следите, чтобы шлаковата не соприкасалась с металлическими элементами. Также нужно быть внимательными и не допускать открытых участков утеплителя. Во-первых, он может намокнуть. Во-вторых, шлаковата пылит и будет создавать неблагоприятный микроклимат в помещении.

Смотрите видео о производстве каменной ваты:

BrickNews.ru

Новости строительства и архитектуры

• Главная
• »
• Отделка
• » Шлаковата: технические характеристики и преимущества

Шлаковата: технические характеристики и преимущества

На сегодняшний день существует несколько видов минеральной ваты, и шлаковата является одним из них. Как и понятно из названия, основой денного рулонного утеплителя является шлак, отходы металлургической отрасли. И сегодня мы хотим познакомить вас с этим способом утепления жилых и нежилых строений.

С чего все начиналось

Интерес к шлаковате проснулся еще в советские времена. Тогда в доменных печах отечественных металлургических заводах образовывалось огромное количество шлака, и необходимость его переработки стала очевидной. В качестве выхода было предложено создание шлаковаты, которое способствовало не только улучшению экологии, но и получению эффективного утепляющего материала, который использовался не только на самих предприятиях, но и шел на продажу.

Насчитывающая уже несколько десятилетий история применения шлаковаты продолжается и сейчас. Впрочем, на данный момент появились куда более совершенные волокнистые утеплители из семейства минеральной ваты. Однако шлаковату все равно покупают, применяя в различных направлениях преимущественно нежилого утепления.

Как производится шлаковата

Доменные шлаки превращаются в волокно, которое имеет длину до 60 миллиметров при предельной низкой толщине в 0,002-0,005 миллиметров. Такие волокна получаются при продувании паром или сжатым воздухом горячего жидкого шлака. После получения волокна обрабатываются связующим веществом и формируются в гибкие листы, удобны для перевозки и хранения в форме рулонов.

Технические характеристики шлаковаты

• Класс горючести – материал относится к негорючим. При этом при воздействии температуры более 300 градусов по Цельсию такая вата может начать плавиться;
• Коэффициент звукопоглощения – 0,75-0,82;
• Теплопроводность — 0,46-0,48 Вт/(м*К);
• Доля связующего вещества – от 2 до 10 процентов от общей массы;
• Теплоемкость — 1000 Дж/(кг*К).

Преимущества шлаковаты

• Низкая стоимость. Основное преимущество материала, которое и делает его столь популярным. Обусловлена тем, что шлаковата изготавливается из отходов металлургической отрасли, а ее производство довольно простое и развивающееся несколько десятилетий;
• Высокие изоляционные способности. Шлаковата немного уступает каменной или стекловате по этому показателю, но отставание совсем небольшое, и при правильном монтаже разница не ощущается. В целом данный показатель для этого утеплителя типичен для любого вида минеральной ваты;
• Простой монтаж. Опять же – общее качество любой минеральной ваты. Материал легкий, так что с ним можно справиться даже в одиночку. При этом гибкость позволяет монтировать утеплитель не только на прямые, но и на изогнутые поверхности. Разрезание ваты происходит просто и для этого применяются подручные материалы;
• Звукопоглощение. Структура шлаковаты позволяет ей успешно использоваться в качестве слоя, задерживающего звуковые волны. В этом случае применять материал можно как на стенах, так и на межэтажных перекрытиях;
• Долгий срок эксплуатации. При правильном использовании и отсутствии внешних воздействий, вроде высокой влажности, срок эксплуатации утеплителя составляет полвека и более. Но для этого лучше доверить процесс монтажа и изоляции специалистам;
• Биологическая устойчивость. Шлаковата, в отличие от многих других утеплителей, не интересна насекомым или грызунам.

Недостатки

Низкая экологичность. В составе материала в качестве соединителя используются фенолформальдегидные смолы. Количество последних очень сильно зависит от качества материала, и у лучших образцов может быть весьма незначительным. Но все же лучше применять такой материал снаружи здания, а также носить средства индивидуальной защиты во время монтажа. К таким средствам относятся очки, респиратор, перчатки и плотная одежда. Находящиеся в составе доменные шлаки также имеют высокие показатели кислотности, и при попадании на них воды образуется кислота, которая может оказывать разрушительное воздействие на металлы.

В целом материал имеет крайне слабую сопротивляемость воде и высокой влажности, и это является главным недостатком, снижающим утеплительные качества, технические характеристики и срок службы. Также подверженность воздействию влаги ограничивает сферу применения утеплителя. Так, деревянные строения, утепленные таким образом, могут начать покрываться плесенью, ну а для утепления бани шлаковату использовать и вовсе нельзя. При этом впитавшая влагу вата становится слишком подверженной вредному воздействию резких перепадов температур.

Важно! Процесс монтажа такой ваты профессионалами должен проводиться еще и потому, что закрепление ее должно быть надежным и не допускать провисаний. Все дело в том, что шлаковата сильно подвержена вибрационным воздействиям и со временем может осесть, оставив без изоляции целый участки стены.

Как правильно выбирать шлаковату

• Постарайтесь изучить рынок, известных производителей. Не покупайте материал сомнительного производства, так как в этом случае качество конечного продукта не гарантируется. А качество, как мы упоминали выше, в случае с данным материалом может иметь сильные разрывы. На данный момент самыми качественными являются немецкие производители, которые хорошо следят за техническими характеристиками и безопасностью своей продукции;
• Отечественные производители, такие, как ООО «Комбинат Теплоизоляционных изделий», ЗАО «Завод Минплита», ЗАО «Минвата» и несколько других также производят этот продукт с высокими показателями качества. При этом их цена намного ниже тех же немецких аналогов;
• Определитесь, что вам необходимо – изоляционные качества или долговечность. В последнем случае приобретайте вату с хаотичным расположением волокон. Если же волокна располагаются вертикально, то срок службы материала будет меньшим, но при этом такая вата будет лучше поглощать звуки и не пропускать тепло;
• В зависимости от разной плотности материала различными будут сферы применения. Более плотная идеально подойдет для стен и потолков, а менее плотная – для тех же чердаков.

Советы по монтажу шлаковаты своими руками

Монтаж материала проходит на деревянную обрешетку, которая монтируется из брусьев, соответствующих шириной ширине самого утеплителя. Недостаток ширины деревянных элементов приведет к тому, что последующая отделка сдавит утеплитель, кардинально снизив его утепляющие качества.

В процессе укладки необходимо добиться прочность прилегания краев изолятора к обрешетке, не оставляя открытых участков. В противном случае на стенах появятся «мостики холода», которые значительно снизят показатели теплоизоляции.

Сама вата устанавливается по принципу своеобразного сэндвича, когда с одной стороны материал обкладывается слоем гидроизоляции, а с другой – пароизолятором.