„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

 

 

 
 

 

MINISTERSTWO EDUKACJI 
                i NAUKI 

 

 

 
 

Andrzej Szymczak 

 
 
 
 
 
 
Rozróżnianie materiałów stosowanych w elektrotechnice 
311[08].O2.02 

 
 
 
 
 
 
 
Poradnik dla ucznia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Wydawc a 

Instytut Technologii i Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy 
Radom 2005 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

1 

Recenzenci: 
mgr inż. Henryk Kucharski 
mgr inż. Edward Wilczopolski 
 
 
 
Opracowanie redakcyjne: 
mgr inż. Katarzyna Maćkowska 
 
 
 
 
Konsultacja: 
dr Bożena Zając 
 
 
 
Korekta: 
mgr inż. Jarosław Sitek 
 
 
 
 
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[08].O2.02 
„Rozróżnianie materiałów stosowanych w elektrotechnice” zawartego w modułowym 
programie nauczania dla zawodu technik elektryk. 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wydawca 

Instytut Technologii i Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2005

 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

2 

SPIS TREŚCI 

 

1.  Wprowadzenie 

3 

2.  Wymagania wstępne 

4 

3.  Cele kształcenia 

5 

4.  Materiał nauczania 

6 

4.1.  Materiały przewodzące 

6 

4.1.1.  Materiał nauczania 

6 

4.1.2.  Pytania sprawdzające 13 
4.1.3.  Ćwiczenia  

13 

4.1.4.  Sprawdzian postępów 15 

4.2.  Materiały półprzewodnikowe 

16 

4.2.1.  Materiał nauczania 

16 

4.2.2.  Pytania sprawdzające 18 
4.2.3.  Ćwiczenia 19 
4.2.4.  Sprawdzian postępów 21 

4.3.  Materiały izolacyjne  

21 

4.3.1.  Materiał nauczania 

19 

4.3.2.  Pytania sprawdzające 22 
4.3.3.  Ćwiczenia 23 
4.3.4.  Sprawdzian postępów 24 

4.4.  Materiały magnetyczne 

25 

4.4.1.  Materiał nauczania 

25 

4.4.2.  Pytania sprawdzające 26 
4.4.3.  Ćwiczenia 27 
4.4.4.  Sprawdzian postępów 28 

5.  Sprawdzian osiągnięć 

29 

6.  Literatura  

33 

 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

3 

1. WPROWADZENIE 

 

Poradnik, który Ci przekazujemy, będzie pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej 

pojęć z zakresu określania podstawowych właściwości elektrycznych, magnetycznych 
i mechanicznych 

materiałów przewodzących, izolacyjnych, półprzewodnikowych 

i magnetycznych stosowanych do budowy różnych elementów w elektrotechnice. 

W poradniku będziesz mógł znaleźć następujące informacje: 

−  wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać, abyś mógł bez 

problemów rozpocząć pracę z poradnikiem, 

−  cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia 

w ramach tej jednostki modułowej, 

−  materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści 

jednostki modułowej,  

−  zestaw pytań sprawdzających, czy opanowałeś już podane treści, 
−  ćwiczenia zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska pracy, 

które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne, 

−  sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu 

ćwiczeń, 

−  sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umożliwi Ci sprawdzenie Twoich 

wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu jednostki 
modułowej, 

−  literaturę związaną z programem jednostki modułowej, umożliwiającą pogłębienie Twej 

wiedzy z zakresu programu tej jednostki.  

Szczególną uwagę zwróć na przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy 

podczas wykonywania pomiarów. 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

4 

2. WYMAGANIA WSTĘPNE 

 

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: 

−  rozróżniać wielkości fizyczne, 

−  definiować jednostkę wielkości fizycznej, 

−  zestawiać właściwości charakterystyczne dla ciał przewodzących, 
−  formułować prawo Ohma, 

−  objaśniać, od jakich wielkości zależy rezystancja przewodnika, 

−  objaśniać, co to jest wyładowanie elektryczne, 
−  objaśniać istotę przewodnictwa elektrycznego półprzewodników, 

−  obliczać rezystancję dowolnej liczby rezystorów połączonych szeregowo, 

−  wskazywać przykłady elementów rezystancyjnych nieliniowych i ilustrować 

przykładowymi charakterystykami napięciowo-prądowymi tych elementów, 

−  charakteryzować właściwości dielektryków, 

−  charakteryzować pole elektryczne, 

−  objaśniać pojęcie gęstości ładunku elektrycznego i rodzaje gęstości ładunków, 
−  formułować pojęcie przenikalności elektrycznej względnej środowiska, 

−  objaśniać co to jest wytrzymałość elektryczna dielektryka i znaczenie praktyczne 

wytrzymałości, 

−  charakteryzować pole magnetyczne, 
−  objaśniać zjawisko histerezy, przedstawiać charakterystyczne punkty na pętli histerezy, 

−  stosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwporażeniowej na 

stanowisku pracy. 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

5 

3. CELE KSZTAŁCENIA 

 

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: 

−  sklasyfikować materiały przewodzące stosowane w elektrotechnice, 

−  rozpoznać materiały konstrukcyjne stosowane na elementy maszyn i urządzeń 

elektrycznych, 

−  scharakteryzować materiały konstrukcyjne i przewodzące, 
−  rozróżnić powłoki ochronne i wyjaśnić cel ich stosowania, 

−  rozróżnić materiały przewodzące (przewodowe i oporowe), 

−  uzasadnić wybór materiału do wykonania określonego podzespołu w maszynach 

i urządzeniach elektrycznych, 

−  dobrać materiały na elementy konstrukcyjne i przewody, uwzględniając ich jakość, cenę 

oraz ochronę środowiska, 

−  porównać właściwości mechaniczne i elektryczne materiałów przewodzących stosowanych 

w maszynach i urządzeniach elektrycznych, 

−  sklasyfikować materiały elektroizolacyjne stosowane w elektrotechnice, 
−  rozpoznać materiały izolacyjne stosowane na elementy maszyn i urządzeń elektrycznych, 

−  scharakteryzować materiały elektroizolacyjne, 

−  porównać  właściwości mechaniczne i elektryczne materiałów izolacyjnych stosowanych 

w maszynach i urządzeniach elektrycznych, 

−  rozróżnić materiały elektroizolacyjne, 

−  rozróżnić lakiery elektroizolacyjne i wyjaśnić cel ich stosowania, 

−  uzasadnić wybór materiału izolacyjnego do wykonania określonego podzespołu 

w maszynach i urządzeniach elektrycznych, 

−  dobrać materiały na izolację przewodów i maszyn elektrycznych, uwzględniając ich 

jakość, cenę oraz ochronę środowiska, 

−  sklasyfikować materiały magnetyczne stosowane w elektrotechnice, 

−  scharakteryzować materiały magnetyczne stosowane w elektrotechnice, 
−  rozróżnić materiały magnetycznie miękkie i twarde, 

−  uzasadnić wybór materiałów magnetycznych do wykonania określonych podzespołów 

stosowanych w maszynach i urządzeniach elektrycznych, 

−  dobrać materiały na obwody magnetyczne, uwzględniając ich jakość, cenę oraz ochronę 

środowiska, 

−  zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy obowiązujące na stanowisku pracy. 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

6 

4. MATERIAŁ NAUCZANIA 

 
4.1.  Materiały przewodzące 
 

4.1.1. Materiał nauczania 

 

O poprawnych rozwiązaniach konstrukcyjnych w dużej mierze decyduje znajomość 

właściwości i technologii przetwórstwa materiałów. 

Konstruktor i technolog powinien dysponować informacjami w zakresie: 

−  właściwości materiałów w stanie wyjściowym, 
−  sposobów przetwórstwa i ich wpływie na właściwości materiału, 

−  czynników narażeniowych w warunkach eksploatacji powodujących zmiany odwracalne 

i nieodwracalne (starzeniowe) zachodzące w zastosowanych materiałach, 

−  wzajemnego wpływu współpracujących ze sobą materiałów, 
−  czynników wpływających na różnorodne właściwości materiałów, 

−  czynników wpływających na wybór konkretnej technologii stosowanej dla danego 

materiału. 

Podział materiałów elektrotechnicznych wynika z funkcji, jakie spełniają w urządzeniu 

elektrotechnicznym. 

 
Ze względu na wartość rezystywności w temperaturze 20°C (293 K) materiały te 

dzielimy na: 
−  przewodniki, 
−  półprzewodniki, 

−  dielektryki (izolatory). 

 
Ze względu na właściwości magnetyczne materiały te dzielimy na: 

−  ferromagnetyczne, 
−  paramagnetyczne, 

−  diamagnetyczne. 
 
MATERIAŁY PRZEWODZĄCE 

Przewodnik jest to materiał, którego rezystywność (w temperaturze 20° C) wynosi 

ρ ≤ 10

6

 Ω

⋅m. 

 
Stop jest to substancja o właściwościach metalicznych, składająca się z dwóch lub 

większej liczby pierwiastków, z których co najmniej jeden, użyty w przeważającej ilości, 
jest metalem. 

Metody uzyskiwania stopów: 

−  przez stapianie składników w piecu w odpowiednio wysokiej temperaturze, 

−  metodą elektrolizy, 
−  przez prasowanie, 

−  przez spiekanie odpowiednio wymieszanych proszków. W wyniku tego procesu otrzymuje 

się spieki. 

 
Stale są to plastycznie i cieplnie obrabiane stopy żelaza z węglem, krzemem, manganem, 

siarką i fosforem jak również innymi pierwiastkami wprowadzonymi w celu uzyskania 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

7 

żądanych właściwości. 
 

Do materiałów przewodzących zalicza się: 

−  metale, 

−  stopy metali, 

−  materiały węglowe, 
−  elektrolity. W przypadku elektrolitów rezystywność w temperaturze 20°C (293 K) jest 

mniejsza od 10

-4

 Ω

⋅cm. 

 
OGÓLNE WŁAŚCIWOŚCI METALI I STOPÓW 
 
ƒ  Właściwości mechaniczne 

Właściwości mechaniczne metali i stopów określają: 

−  charakterystyka naprężenia rozciągającego w funkcji wydłużenia aż do zerwania, 

−  twardość, 
−  udarność. 

 

Rys. 1. Zależność naprężenia metalu od wydłużenia [7]: 

R

r

 - wytrzymałość na rozciąganie wyrażona jako 

naprężenie, przy którym następuje zerwanie 
próbki, 

Q

r

 - granica plastyczności wyrażona jako 

naprężenie odpowiadające wydłużeniu 
trwałemu 0,2%, 

R

sp

 - granica sprężystości, przy której 

odkształcenia trwałe nie przekraczają 
pewnej wartości, 

R

H

 - granica proporcjonalności. 

 
ƒ  Twardość metali 

Twardości metali określa się metodami: 

−  Brinella, 
−  Rockwella, 

−  Vickersa. 

Każda metoda posiada odrębną swoją skalę twardości oznaczaną odpowiednio dla 

metody: HB, HR, HV. 
 
ƒ  Udarność 

Udarność – jest  to  odporność materiału na dynamiczne gięcie próbki o określonych 

kształtach. Udarność jest określona stosunkiem pracy zużytej na udarowe złamanie próbki do 
przekroju próbki w miejscu pęknięcia. 
 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

8 

ƒ  Rezystywność metali i stopów 

W metalach istnieją elektrony walencyjne niezwiązane z atomami. Wykonują one 

chaotyczne ruchy, których wypadkowa wartość przemieszczenia równa jest zeru. Pod 
wpływem zewnętrznego pola elektrycznego następuje uporządkowany ruch, który nazywamy 
prądem elektrycznym. 

Wielkością określającą właściwości przewodzące przewodnika jest konduktywność 

γ

: 

E

J

=

γ

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

gdzie:  

J – gęstość prądu A/m

2

, 

E – natężenie pola elektrycznego V/m, 
stąd wymiar 

γ

: S/m lub 1/Ω

⋅

m 

Odwrotnością konduktywności 

γ

 jest rezystywność 

ρ

: 

γ

1

ρ

=  

 

 

 

 

 

 

 

(2)

 

gdzie: 

ρ

 wyrażone jest w 

m

Ω

⋅

 lub w  

m

Ω

10

m

mm

Ω

6

2

⋅

=

⋅

−

. 

Rezystywność metali wzrasta z temperaturą. W granicach zmian temperatury od 

− 30°C 

do + 110°C zależność jest liniowa. 

 

Rys. 2. Zależność oporu właściwego metalu od temperatury [2].

 

 

Rezystancję w temperaturze T w K obliczyć można według wzoru: 

R

T

 = R

0

⋅

[1 + 

α⋅

(T – T

0

)] 

 

 

 

 

(3)

 

gdzie:  

R

0

 

− rezystancja przewodnika w temperaturze T

0

 = 293 K (+ 20

0

 C) 

α

  − współczynnik temperaturowy rezystancji. Jest on wielkością charakterystyczną 

dla metalu. 

 

Tabela 1. Przewodność właściwa i opór właściwy najważniejszych metali (w temperaturze 0

o

 C) [2] 

Przewodność 

właściwa 

γ

 

Opór właściwy 

ρ

 

Współczynnik 

temperaturowy oporu 

α

 

Metale 

10

6

S/m 

10

-6

⋅Ω⋅m 

1/K 

Aluminium 

35 ÷ 38 

0,026 ÷ 0,031 

0,0044 

Chrom 

38,5 

0,024 

0,0040 

Cyna 

8,8 

0,114 

0,0044 

Cynk 

16 ÷ 18 

0,060 ÷ 0,055 

0.0035 

Iryd 

18,9 

0,053 

0,0041 

Kadm 

13,1 

0,076 

0,0040 

Kobalt 

9,4 

0,106 

0,0051 

Magnez 

25 

0,040 

0,0039 

Mangan 

21,6 

0,048 

− 

 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

9 

Tabela 1 (c.d.). Przewodność właściwa i opór właściwy najważniejszych metali (w temperaturze 0

o

 C) [2]

 

Przewodność 

właściwa 

γ 

Opór właściwy 

ρ

 

Współczynnik 

temperaturowy oporu 

α 

Metale 

10

6

S/m 

10

-6

⋅Ω⋅m 

1/K 

Miedź elektrolityczna 

58,4 

0,017 

0,0042 

Molibden 

21 

0,049 

0,0048 

Nikiel 

11,5 

0,087 

0,0061 

Ołów 

4,8 

0,21 

0,0041 

Osm 

9,7 

0,103 

0,0040 

Platyna 

9 

0,110 

0,0031 

Rtęć 

1,04 

0,96 

0,00092 

Srebro 

62,5 

0,016 

0,0036 

Stalowe przewody 

4 ÷ 10 

0,250 ÷ 0,100 

0,0050 ÷ 0,0055 

Wolfram 

18 

0,055 

0,0052 

Złoto 

45 

0,021 

0,00377 

Żelazo elektrolityczne 

10,3 

0,097 

0,0047 

 
ƒ  Korozja metali 

Korozja metali polega na niszczeniu metalu począwszy od jego powierzchni pod 

wpływem oddziaływania środowiska. 

Rodzaje korozji: 

−  chemiczna, 

−  elektrochemiczna. 

Korozja chemiczna zachodzi wskutek bezpośredniego działania na metale suchych 

gazów, w tym również tlenu (korozja gazowa) oraz wskutek działania  środowiska ciekłego 
niewykazującego wyraźnego przewodnictwa elektrycznego (np. korozja żelaza i miedzi 
w przypadku  występowania aktywnej siarki w produktach naftowych pochodzących z rop 
zasiarczonych). Korozja gazowa występuje szczególnie przy wysokich temperaturach np. 
przy procesach wyżarzania metali. 

Korozja elektrochemiczna zachodzi w obecności elektrolitów. Woda lub wilgoć 

skroplona na powierzchni metalu tworzy z zanieczyszczeniami elektrolit. 

Korozja elektrochemiczna jest wynikiem dwóch procesów: 

−  anodowego, polegającego na przechodzeniu metalu do roztworu w postaci uwolnionych 

jonów, 

−  katodowego, polegającego na zobojętnieniu elektronów w metalu przez atomy, cząsteczki 

lub jony mogące ulegać redukcji na katodzie. 

 

Wielkością charakteryzującą metal z punktu widzenia zdolności do ulegania korozji jest 

potencjał elektrochemiczny metalu. 

Potencjał elektrochemiczny elektrody metalowej zanurzonej w elektrolicie jest to zmiana 

skoku potencjału na krawędzi metalu. Przyjmuje się umownie potencjał tzw. normalnej 
elektrody wodorowej jako równy zeru i względem niej określa się potencjał dowolnej 
elektrody. Wartość potencjału elektrochemicznego danego pierwiastka charakteryzuje jego 
zdolność do przejścia do roztworu, przy czym im bardziej ujemny jest potencjał, tym większa 
skłonność metalu do przejścia do roztworu, a więc mniejsza odporność na korozję. Potencjały 
elektrochemiczne najważniejszych metali podano w tabeli 2. Odporność niektórych metali na 
działanie korodujące kilku związków podano w tabeli 3. 

Niejednorodności chemiczne i fizyczne na powierzchni metalu są zarodnikami korozji. 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

10 

Niejednorodności chemiczne wywołane są zanieczyszczeniami, niejednorodnością 

kryształów oraz obecnością różnych faz w stopach wielofazowych. 

 

Tabela 2. Potencjał metali względem elektrody wodorowej (,,+ " oznacza stopień jonizacji atomu) [7] 

Metal/jon 

Potencjał 

V 

Metal/jon 

Potencjał 

V 

Au/Au  + + + 

+ 1,42 

Pb/Pb  + + 

- 0,13 

Pt/Pt  + + + + 

+ 1,2 

Sn/Sn  + + 

- 0,135 

Ag/Ag  +  

+ 0,80 

Ni/Ni  + + 

- 0,20 

Hg/Hg   + + 

+ 0,79 

Fe/Fe  + + 

- 0,44 

Cu/Cu  + +  

+ 0,35 

Zn/Zn  + + 

- 0,77 

H

2

/H  + 

0,00 

Al/Al  + + + 

- 1,67 

   

 

Mg/Mg  + + 

- 2,34 

   

 

Na/Na  + 

- 2,7 

 
Tabela 3. Odporność niektórych metali na korozję (dane orientacyjne) [7] 

Kwas solny 

HCl 

Kwas 

azotowy 

HNO

2

 

Kwas 

siarkowy 

H

2

SO

4

 

Kwas fluoro-

wodorowy HF 

Kwas 

octowy 

CH

3

COOH 

Chlor Cl 

Roztwór 

soli 

NaCl i KCl 

Amoniak 

NH

3

 

5 

50 

5 

50 

5 

50 

– 

5 

50 

– 

– 

– 

Stężenie 

Materiał 

% 

% 

% 

% 

% 

% 

– 

% 

% 

– 

– 

– 

Aluminium 

V 

V  III 

V  IV 

V 

V 

IV  V 

III 

V 

V 

Brąz 

V 

V 

V 

V 

III 

V 

V 

IV  V 

V 

I 

V 

Cyna 

II 

III  III 

V 

III 

V 

V 

I 

I 

I 

III 

I 

Miedź 

III 

V 

V 

V 

III 

V 

V 

II 

V 

V 

II 

V 

Mosiądz 

I 

V 

IV 

V 

II 

V 

V 

II 

III 

IV 

II 

V 

Nikiel 

II 

III 

V 

V 

II 

II 

I 

IV  V 

I 

I 

III 

Ołów 

II 

V 

III 

V 

I 

I 

V 

I 

III 

III 

IV 

II 

Platyna 

I 

I 

I 

I 

– 

– 

– 

– 

– 

– 

– 

– 

Stal węglowa  V 

V 

V 

V 

III 

V 

V 

IV  V 

III 

III 

III 

Żeliwo 

V 

V 

V 

V 

V 

V 

V 

V 

V 

III 

III 

III 

Oznaczenia: I – doskonale odporny; II – dość odporny; III – średnio odporny; 

IV – mało odporny; V – nieodporny. 

 

Niejednorodności fizyczne wywołane są różnicami w odkształceniach i naprężeniach 

(korozja naprężeniowa) oraz chropowatością powierzchni. 

Sposoby ochrony przed korozją: 

−  dobór odpowiedniego metalu lub stopu; 

−  osłabienie agresywności środowiska; 

−  stosowanie ochrony katodowej; 

−  stosowanie powłok ochronnych metalicznych; 

−  stosowanie powłok ochronnych metalicznych wytworzonych na powierzchni metalu; 

−  stosowanie powłok ochronnych niemetalicznych nakładanych na powierzchnię metalu. 
 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

11 

MIEDŹ I JEJ STOPY 

Ważniejsze właściwości miedzi: 

−  bardzo duża przewodność elektryczna, 

−  duża przewodność cieplna, 

−  wysoka odporność na korozję, 

−  zdolność do tworzenia stopów z różnymi pierwiastkami o bardzo dobrych właściwościach 

mechanicznych. 

 

Podstawą klasyfikacji stopów miedzi jest skład chemiczny. 
W stopach miedzi miedź jest metalem podstawowym. Wyjątkiem są stopy miedzi ze 

srebrem i złotem, które są stopami, jeżeli zawartość tych metali w stopie wynosi 10% lub 
więcej. 

Zasadnicze grupy stopów: 

Mosiądze 

− stopy miedzi, w których głównym składnikiem stopowym (powyżej 2%) jest 

cynk. 

Nowe srebro 

− należy do mosiądzów specjalnych wysokoniklowych, wieloskładnikowych 

(Cu-Ni-Zn). 

Brązy 

− stopy miedzi, w których głównym składnikiem stopowym (powyżej 2%) jest cyna 

(brązy cynowe), lub inne metale, ale nie cynk i nie nikiel. 

Miedzionikle 

− stopy miedzi, w których głównym dodatkiem stopowym jest nikiel. 

Do miedzioniklów należą między innymi: 

− nikielina, 

− konstantan. 

Miedź stopowa, 

− gdy zawartość głównego dodatku stopowego nie przekracza w stopie 2%. 

Miedź jest materiałem najczęściej stosowanym do budowy przewodów. Ma również 

szerokie zastosowanie w elektrotechnice i elektronice do budowy różnego rodzaju 
przyrządów, aparatów, maszyn elektrycznych. 

Miedzionikiel jest materiałem najczęściej stosowanym do budowy elementów 

oporowych, drutów do termoogniw. 
 
ALUMINIUM I JEGO STOPY 

Właściwości fizyczne (między innymi konduktywność) aluminium zależą od czystości 

chemicznej metalu oraz od jego obróbki mechanicznej i cieplnej. 

Właściwości plastyczne aluminium umożliwiają rozwalcowywanie go na cienkie folie 

(do 6 mm),  jednak  ze  względu na zjawisko płynięcia są duże trudności przy wykonywaniu 
połączeń elektrycznych. 

Aluminium charakteryzuje się dużą odpornością na wpływy atmosferyczne. Tworząca się 

na skutek utleniania cienka warstewka tlenku glinowego, szczelnie i silnie przylegająca, 
chroni leżący pod nią metal przed dalszym utlenianiem, przed działaniem atmosferycznym, 
a także przed działaniem chemicznym wielu kwasów. Warstwa ta ma właściwości izolacyjne 
i dlatego przy wykonywaniu połączeń elektrycznych trzeba ją dokładnie usunąć. 

Ze względu na płynięcie aluminium, konieczne jest również stosowanie podkładek 

sprężynujących. Styk aluminium z miedzią w obecności elektrolitu powoduje szybką korozję. 
Konieczne jest zatem zabezpieczenie styku warstwą ochronną lakieru lub smaru. Stosowane 
są również specjalne podkładki wykonane ze sprasowanych ze sobą blach: miedzianej 
i aluminiowej o krawędziach pokrytych odpowiednią powłoką ochronną. 

Stop aluminiowo-magnezowo-krzemowy stosowany jest do wyrobu przewodów 

elektroenergetycznych. 

Dużą odporność na korozję posiadają stopy aluminium z magnezem i manganem. 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

12 

CYNA 

Cynę stosuje się na spoiwa oraz jako dodatek do stopów (głównie z miedzią). Cyna jest 

odporna na działanie atmosferyczne, wodę zwykłą i morską, kwasy i substancje organiczne. 
Cyna reaguje z kwasami i zasadami nieorganicznymi.  
 
OŁÓW 

Ołów stosuje się do wyrobu powłok kablowych oraz płyt akumulatorowych (ołów czysty 

i stopy z antymonem), anod do elektrolizy, armatury kwasoodpornej, podkładek i uszczelek. 

Ważniejsze cechy ołowiu: 

−  duży ciężar właściwy, 

−  mała twardość, 

−  mała wytrzymałość na rozciąganie, 

−  wrażliwość na drgania mechaniczne, 

−  mała odporność na działanie kwasów organicznych i zasad, 

−  mała odporność na działanie niektórych kwasów nieorganicznych, 

−  właściwości trujące. 
 
WĘGIEL I GRAFIT 

Podział materiałów z węgla i grafitu: 

−  grafitowe 

ρ

 = (0,06 ÷ 0,15 10

-2

)

⋅Ω⋅m, 

−  węglowo-grafitowe 

ρ

 = (0,15 ÷ 0,30 10

-2

)

⋅Ω⋅m, 

−  węglowe 

ρ

 = (0,3 ÷ 0,7  10

-2

)

⋅Ω⋅m. 

Rezystywność tych materiałów nie zmienia się w szerokim zakresie. 

 
Ważniejsze cechy węgla i grafitu: 

−  wysoka temperatura sublimacji rzędu 3900 K, 

−  zachowanie dobrych właściwości mechanicznych w temperaturze do 3500 K, 

−  nieaktywność chemiczna do temperatury ok. 900 K, 

−  możliwość uzyskania tworzyw o porowatości do 70% i powierzchni rozwiniętej do 

kilkuset m

2

/g, 

−  dobre przewodnictwo cieplne (zwłaszcza grafitu), 

−  mały ciężar właściwy, 

−  dobra obrabialność mechaniczna. 

 
Zastosowanie węgla i grafitu: 

−  styki ślizgowe (szczotki), 

−  masy elektrodowe samospiekających się elektrod ciągłych i termoelektrolizerów 

aluminium (masa anodowa), 

−  elektrody stosowane w przemyśle hutniczym, 

−  elementy do elektrolizy, 

−  elektrody do lamp łukowych, 

−  elektrody spawalnicze, 

−  elementy oporowe do pieców elektrycznych, 

−  zbieracze prądu w trakcji elektrycznej, 

−  elementy prostowników rtęciowych, 

−  oporniki specjalne (bezindukcyjne). 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

13 

4.1.2. Pytania sprawdzające 

 

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz czy, jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 
1.  Jakie są podstawowe metale stosowane do budowy przewodów i kabli? 
2.  Jakie są właściwości elektryczne metali stosowanych do budowy przewodów i kabli? 
3.  Jaki jest sposób obliczenia rezystancji przewodów uwzględniając własności fizyczne 

metalu? 

4.  Jaka jest różnica między rezystancją i rezystywnością? 
5.  Jakie jest zastosowanie podstawowych materiałów przewodzących? 

 
4.1.3. Ćwiczenia 

 

Ćwiczenie 1 

Określ podstawowe cechy materiałów przewodzących oraz ich zastosowanie na 

podstawie informacji z różnych źródeł. 

 
Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  wykazać się umiejętnością wyszukiwania materiałów  źródłowych do określenia 

podstawowych właściwości materiałów przewodzących, 

2)  określić właściwości materiałów na podstawie materiałów źródłowych, 
3)  uzasadnić wybór materiału do wykonania określonego elementu, 
4)  porównać właściwości różnych materiałów przewodzących. 

 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

−  teksty przewodnie, 

−  zestawienia tabelaryczne właściwości materiałów, 

−  czasopisma specjalistyczne, 

−  katalogi i materiały reklamowe, 

−  dostęp do Internetu, 

−  zeszyt do ćwiczeń, 

−  ołówek. 
 
Ćwiczenie 2 

Rozpoznaj próbki materiałów przewodzących i określ ich zastosowanie. 
 
Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  zapoznać się z opisanymi próbkami materiałów stosowanych na przewody, 
2)  zapoznać się z nieopisanymi próbkami materiałów stosowanych na przewody, 
3)  rozpoznać nieopisane próbki materiałów stosowanych na przewody, 
4)  rozpoznać nieopisane próbki materiałów stosowanych na elementy oporowe i grzejne, 
5)  określić zastosowanie konkretnych próbek materiałów, 
6)  porównać ze sobą różne materiały przewodzące. 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

14 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

−  instrukcje do ćwiczeń, 

−  zestawy opisanych próbek różnych materiałów, 

−  zestawy nieopisanych próbek różnych materiałów, 

−  zestawienia tabelaryczne właściwości materiałów, 

−  czasopisma specjalistyczne, 

−  Polskie Normy, 

−  katalogi i materiały reklamowe, 

−  kartki papieru, 

−  linijka, 

−  ołówek. 

 

Ćwiczenie 3 

Dobierz materiał do wykonania końcówki lutowniczej dla diody prostowniczej średniej 

mocy. Sposób montażu końcówki przedstawiony jest na rysunku (na rysunku 
nieuwzględnione są: podkładka zwykła i sprężysta, które powinny być pod nakrętką): 

 

 

Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  wykazać się umiejętnością wykorzystania różnych właściwości elektrycznych materiałów 

przewodzących do konkretnych zastosowań, 

2)  wykazać się umiejętnością wykorzystania różnych właściwości przewodnictwa cieplnego 

materiałów przewodzących do konkretnych zastosowań, 

3)  określić właściwości elektryczne jakie powinna posiadać końcówka lutownicza, 
4)  określić jakie przewodnictwo cieplne powinna posiadać końcówka lutownicza, 
5)  dobrać właściwy materiał, 
6)  uzasadnić wybór materiału. 

 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

−  instrukcje do ćwiczeń, 

−  zestawy próbek różnych materiałów przwodzących, 

−  zestawienia tabelaryczne właściwości materiałów, 

−  czasopisma specjalistyczne, 

−  Polskie Normy, 

−  katalogi i materiały reklamowe, 

−  kartki papieru, 

−  linijka, 

−  ołówek. 

 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

15 

Ćwiczenie 4 

Zaprojektuj rezystor ograniczający prąd znamionowy I

N

 żarówki do wartości I = 0,5 I

N

. 

Dane do ćwiczenia: 

− napięcie zasilania: 230 V, 50 Hz; 

− moc żarówki: 100 W. 

 

Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 
 

1)  obliczyć prąd żarówki, 
2)  obliczyć rezystancję rezystora ograniczającego prąd żarówki, 
3)  wybrać właściwy materiał oporowy, 
4)  przyjąć średnicę drutu oporowego, 
5)  dokonać obliczenia długości drutu, 
6)  dokonać analizy wykonanej pracy. 

 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

−  instrukcje do ćwiczenia, 

−  zestawy próbek różnych materiałów, 

−  zestawienia właściwości materiałów oporowych, 

−  katalogi drutów oporowych, 

−  czasopisma specjalistyczne, 

−  Polskie Normy, 

−  kartki papieru, 

−  kalkulator, 

−  linijka, 

−  ołówek. 
 

4.1.4. Sprawdzian postępów 

 

Czy potrafisz: 

Tak  Nie

1) wymienić źródła informacji o właściwościach materiałów przewodzących? 

 

 

2) wymienić podstawowe właściwości elektryczne materiałów przewodzących? 

 

 

3) wymienić podstawowe właściwości mechaniczne materiałów 

przewodzących? 

 

 

4) wymienić podstawowe właściwości fizyczne materiałów przewodzących? 

 

 

5) zastosować wybrane materiały przewodzące do konkretnych celów? 

 

 

6) uzasadnić celowość stosowania podkładek sprężystych przy wykonywaniu 

połączeń przewodów aluminiowych? 

 

 

 
 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

16 

4.2.  Materiały półprzewodnikowe 

 

4.2.1. Materiał nauczania 

 

Półprzewodniki są to materiały, których rezystywność w temperaturze 20°C zawarta jest 

w granicach 10

-7

 ÷10

-3

 Ω·m. 

Do półprzewodników należą: 

−  krzem, 

−  german, 

−  selen, 

−  tellur, 

−  tlenki i siarczki metali (CuO

2

, PbS, ZnS, CdS), 

−  związki selenu, telluru, fosforu, arsenu z metalami. 

 
Półprzewodniki są to ciała stałe o budowie krystalicznej, dla których szerokość pasma 

zabronionego w modelu pasmowym określającym energetyczne stany elektronów wynosi: 

− dla germanu Ge: 0,67 eV, 

− dla krzemu Si: 1,12 eV. 

Dziura jest to nieobsadzony stan energetyczny w paśmie podstawowym. Dziurze 

przypisuje się ładunek dodatni. 

Przewodnictwo elektronowe jest ruchem elektronów, znajdujących się w paśmie 

przewodnictwa, zachodzącym pod wpływem pola elektrycznego. 

Przewodnictwo dziurowe jest ruchem elektronów, znajdujących się w paśmie 

podstawowym, interpretowanym jako ruch dziur pod wpływem pola elektrycznego. 

 
Struktura czystego krzemu ma postać przestrzennej sieci, w której znajdują się atomy 

powiązane z czterema innymi za pomocą par elektronów (rys. 3). 

 

Rys. 3. Sieć krystaliczna krzemu [3]. 

 
Domieszkami są obce pierwiastki, świadomie dodawane w niewielkich ilościach do 

półprzewodnika. Atomy tych domieszek mają z reguły inną liczbę elektronów walencyjnych 
niż atomy półprzewodnika, do którego są wprowadzane. Powoduje to powstanie lokalnych, 
dodatkowych poziomów energetycznych obsadzonych lub nieobsadzonych w paśmie 
wzbronionym, zwanych również poziomami domieszkowymi. 

Poziom donorowy jest to poziom domieszkowy obsadzony przez elektron; odstęp 

energetyczny pomiędzy nim a pasmem przewodnictwa jest zazwyczaj rzędu dziesiętnych 
części elektronowolta. 

Domieszki donorowe są to domieszki pierwiastków (np. antymon, arsen, fosfor) 

o większej liczbie elektronów walencyjnych od półprzewodnika, do którego są wprowadzane. 
Uzyskuje się w ten sposób półprzewodnik typu N (nadmiarowy). Niektóre atomy krzemu 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

17 

zostają zastąpione w sieci krystalicznej atomami domieszki (donorami) (rys. 4). Piąte 
elektrony walencyjne tych atomów nie biorą udziału w wiązaniach sieci i są słabo związane 
z jądrem. Dlatego potrzeba niewielkiej energii do zerwania wiązania elektronu z jądrem. 

 

Rys. 4. Sieć krystaliczna krzemu z domieszką atomów fosforu [3]. 

 

Poziom akceptorowy jest to poziom domieszkowy nieobsadzony przez elektron; odstęp 

energetyczny pomiędzy nim a pasmem podstawowym jest zazwyczaj rzędu dziesiętnych 
części elektronowolta. 

Domieszki akceptorowe są to domieszki pierwiastków o mniejszej liczbie elektronów 

walencyjnych od półprzewodnika (akceptory), do którego są wprowadzane (np. glin, ind, gal). 
Uzyskuje się w ten sposób półprzewodnik typu P (niedomiarowy). W wiązaniach sieci 
krystalicznej występuje brak elektronu (rys. 5). Ten brak zostaje uzupełniony przez pobranie 
elektronu z jednego z sąsiednich wiązań, w którym powstaje dziura – puste miejsce 
niezapełnione przez elektron. 

 

Rys. 5. Sieć krystaliczna krzemu z domieszką atomów indu [3]. 

 

Po utworzeniu złącza (złącze, to ścisły styk dwóch różnych kryształów, gdzie odległość 

między nimi porównywalna jest z odległościami między atomami tych kryształów) z dwóch 
obszarów P i N, w pobliżu płaszczyzny ich „zetknięcia” istnieją gradienty koncentracji dziur 
i elektronów.  Różnica koncentracji nośników  ładunku powoduje ich dyfuzję do sąsiedniego 
obszaru. Elektrony z obszaru P przechodzą do obszaru N, dziury natomiast w przeciwną 
stronę. W obszarach przyłączowych powstaje obszar ładunku przestrzennego, zwany również 
warstwą zaporową. Po utworzeniu tej warstwy zaporowej, przepływ  ładunków zostaje 
zahamowany. Tworzy się bariera potencjału, której miarą jest napięcie dyfuzyjne U

D

 

o wartości dla złącza germanowego U

D

 ≈ 0,1 ÷ 0,3 V, a dla krzemu U

D

 ≈ 0,6 ÷ 0,8 V. 

Złącze P-N jest podstawą budowy większości przyrządów półprzewodnikowych. 
 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

18 

Ładunek większościowy jest rodzajem ładunku (elektrony lub dziury), którego udział ze 

względu na zastosowany rodzaj i liczbę domieszek decyduje o wartości przewodności. 

Przewodnictwo samoistne jest przewodnictwem chemicznie czystego półprzewodnika 

o regularnej budowie krystalicznej. W półprzewodniku, w którym występuje jedynie 
przewodnictwo samoistne, stężenie (koncentracja) elektronów w paśmie przewodnictwa jest 
równa stężeniu dziur. Ze względu jednak na większą ruchliwość elektronów półprzewodnik 
ten zachowuje się tak, jakby większościowymi ładunkami były elektrony. 

Przewodnictwo niesamoistne (domieszkowe, wymuszone) jest przewodnictwem 

półprzewodnika wynikającym z obecności domieszek. 

Półprzewodnik typu N jest to półprzewodnik wykazujący przewodnictwo niesamoistne, 

w którym ładunkami większościowymi są elektrony. 

Półprzewodnik typu P jest to półprzewodnik wykazujący przewodnictwo niesamoistne, 

w którym ładunkami większościowymi są dziury. 

Fotoprzewodnictwo jest to zjawisko polegające na zwiększeniu przewodności 

półprzewodnika pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego. 

Luminescencja jest to zjawisko absorpcji energii przez półprzewodnik, a następnie jej 

emitowanie w postaci promieniowania widzialnego. 

Rodzaje luminescencji: 

−  fotoluminescencja  luminescencja wywołana światłem widzialnym, 

−  luminescencja katodowa  wywołana bombardowaniem elektronami, 

−  elektroluminescencja  powstaje pod wpływem prądu i pola elektrycznego, 

−  chemiluminescencja  powstaje w wyniku przemian chemicznych. 

Fluorescencja jest to luminescencja zanikająca bezpośrednio po usunięciu czynników ją 

wywołujących. 

Fosforescencja jest to luminescencja trwająca po usunięciu czynników wzbudzających. 
Luminofory są to substancje podlegające zjawisku luminescencji. 

 

Półprzewodniki stosowane są do wytwarzania: 

−  elementów prostowniczych, 

−  elementów wzmacniających, 

−  elementów optoelektronicznych, 

−  układów scalonych różnej skali integracji, 

−  elementów przełączających, 

−  innych elementów. 

 
4.2.2. Pytania sprawdzające 
 

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 
1.  Jakie są rodzaje materiałów stosowanych na półprzewodniki? 
2.  Jakie są różnice we właściwościach podstawowych materiałów półprzewodnikowych? 
3.  Jakie jest zastosowanie różnych materiałów półprzewodnikowych? 

 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

19 

4.2.3. Ćwiczenia 

 

Ćwiczenie 1 

Zbadaj wpływ temperatury na rezystancję  złącza P-N w kierunku zaporowym 

i przewodzenia. Do badań użyj prostowniczej diody germanowej i krzemowej. 

 
Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 

1)  wskazać właściwości elektryczne różnych materiałów półprzewodnikowych, 
2)  zapoznać się z typem i parametrami badanej diody prostowniczej, 
3)  dokonać dla diody germanowej i krzemowej po trzy pomiary rezystancji omomierzem lub 

metodą techniczną dla temperatur: 20, 40, 60 80 i 100

0

 C, 

4)  obliczyć średnią rezystancję dla każdej temperatury, 
5)  wykreślić zależność rezystancji od temperatury, 
6)  sformułować wnioski z przeprowadzonych pomiarów, 
7)  przestrzegać przepisów bezpieczeństwa pracy. 

 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

−  instrukcje do ćwiczeń, 

−  katalogi diod prostowniczych, 

−  dioda prostownicza germanowa i krzemowa, 

−  stanowisko pomiarowe, 

−  przyrządy pomiarowe, 

−  kartki papieru, 

−  kalkulator, 

−  linijka, 

−  ołówek. 
 
Ćwiczenie 2 

Zbadaj zależność prądu przewodzenia od napięcia dla diody germanowej i krzemowej w 

kierunku przewodzenia. 

 
Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 

 

1)  wskazać właściwości elektryczne różnych materiałów półprzewodzących, 
2)  zapoznać się z typem i parametrami badanej diody prostowniczej, 
3)  zaplanować przebieg pomiarów, 
4)  zmontować układ pomiarowy według poniższego schematu: 

 

 

 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

20 

5)  wykonać po osiem pomiarów prądu, zwiększając napięcie zasilania U od wartości 0 V 

do 1,5 V, zwracając jednocześnie uwagę, aby nie przekroczyć prądu  I

FM

  (I

FM

 - prąd 

graniczny oznaczający największą dopuszczalną wartość średnią prądu płynącego przez 
diodę w stanie ustalonym). Do ograniczenia prądu zastosowany został rezystor R. 
Wyniki pomiarów wpisz do tabeli: 

 

Dioda germanowa 

typ: ……......……………..

Dioda krzemowa 

typ: ……......…………….. 

I

F

 

U

F

 

I

F

 

U

F

 

Lp. 

A V A V 

1 

    

2 

    

 

 

 

 

 

8 

    

 

6)  wykreślić na podstawie pomiarów dla diody germanowej i krzemowej zależności 

I

F

 = f(U

F

): 

 

Wykresy wykonaj na papierze milimetrowym, dla obu diod na wspólnym układzie 
współrzędnych, 

7)  określić na podstawie wykonanego wykresu wartość napięcia  U

TO

.  U

TO

 

− napięcie 

progowe, poniżej którego prąd ma bardzo małą wartość. 

8)  porównać wartości napięcia  U

TO

 określonego z charakterystyk z wartościami  U

D

 

podanymi w punkcie 4.2.1, 

9)  sformułować wnioski z przeprowadzonych pomiarów, 

10)  przestrzegać przepisów bezpieczeństwa pracy. 

 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

−  instrukcje do ćwiczeń, 

−  katalogi diod prostowniczych, 

−  diody prostownicze: germanowa i krzemowa, 

−  stanowisko pomiarowe, 

−  przyrządy pomiarowe, 

−  rezystor R ograniczający prąd, 

− 

źródło regulowanego napięcia 0 ÷ 5 V i prądzie 1A,

 

−  kartki papieru, 

−  kalkulator, 

−  linijka, 

−  ołówek. 
 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

21 

4.2.4. Sprawdzian postępów 

 

Czy potrafisz: 

Tak  Nie

1)  zinterpretować podstawowe parametry diod półprzewodnikowych? 

 

 

2)  wskazać właściwości elektryczne różnych materiałów 

półprzewodnikowych? 

 

 

3)  wyznaczyć charakterystyki materiałów półprzewodnikowych na podstawie 

pomiarów? 

 

 

4)  porównać właściwości elektryczne różnych materiałów 

półprzewodnikowych? 

 

 

5)  wymienić różnice w charakterystykach prądowo-napięciowych złącza P-N 

spolaryzowanego w kierunku przewodzenia dla Ge i Si? 

 

 

6)  wymienić różnice w charakterystykach prądowo-napięciowych złącza P-N 

spolaryzowanego w kierunku zaporowym dla Ge i Si? 

 

 

7)  wyjaśnić wpływ temperatury na właściwości złącza P-N dla Ge i Si? 

 

 

8)  wskazać zastosowanie przyrządów półprzewodnikowych wykonanych z Ge 

i Si? 

 

 

 
4.3.  Materiały izolacyjne 

 

4.3.1. Materiał nauczania 

 

Materiały izolacyjne (dielektryki) składają się z cząsteczek elektrycznie obojętnych, 

w których ładunki elektryczne (poza sporadycznymi przypadkami) są związane i nie mogą się 
przemieszczać pod wpływem pola elektrycznego. Niedoskonałością dielektryków jest 
zjawisko upływności, polegające na przewodzeniu prądu. Przewodzenie wynika ze 
skończonej, choć bardzo dużej wartości rezystywności. 

Rodzaje rezystywności dielektryków: 

−  skrośna − zależna od właściwości materiału, 

−  powierzchniowa  − zależna w dużym stopniu od czynników zewnętrznych, głównie 

zawilgocenia i zanieczyszczeń powierzchni. 

 

Główne zastosowanie dielektryków to izolowanie obwodów elektrycznych. Z tego 

powodu ważnym parametrem dla dielektryków jest ich wytrzymałość elektryczna. 
 
Parametry dielektryków 
− Wytrzymałość elektryczna – jest to stosunek wartości napięcia powodującego przebicie 

warstwy dielektryka do grubości tej warstwy. 
Wytrzymałość elektryczna dla wybranych materiałów: 

− powietrza 30 kV/cm, 

− porcelany elektrotechnicznej 200 ÷ 300 kV/cm, 

− lakieru izolacyjnego 500 kV/cm. 

−  Wytrzymałość doraźna – wyznacza się  ją przy równomiernym wzroście napięcia w krótkim 

czasie (kilkunastu sekund) aż do przebicia izolacji. 

−  Napięcie wytrzymywane – jest to takie napięcie, przy którym próbka nie ulega przebiciu 

w ustalonym czasie (1 ÷ 30 min). 

−  Przenikalność elektryczna względna 

ε

0

 (stała dielektryczna) – jest to bezwymiarowy 

współczynnik, który wskazuje ile razy pojemność kondensatora, zawierającego dany 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

22 

dielektryk, jest większa od pojemności kondensatora próżniowego. 

−  Współczynnik strat dielektrycznych tg 

δ

 

− jest to moc rozproszoną w 1 cm

3

 dielektryka. 

Stratność dielektryczna wyraża się tangensem kąta 

δ

 dopełniającego do 90° kąt 

ϕ

 

przesunięcia fazowego między prądem a napięciem (rys. 7.b). 

 

Rys. 6. Schemat zastępczy dielektryka (a) i przesunięcie fazy prądu w układzie 

z dielektrykiem ze stratami (b) [2]. 

 

Im większy jest kąt 

δ

 i współczynnik strat dielektrycznych tg 

δ

, tym dielektryk jest gorszy. 

Stratność dielektryczna uwarunkowana jest prądem skrośnym oraz polaryzacją dielektryka. 

−  Klasa izolacji (wskaźnik temperaturowy) jest to najwyższa dopuszczalna temperatura pracy 

ciągłej materiału izolacyjnego pozostającego w kontakcie z powietrzem. 

−  Rezystywność skrośna (opór właściwy skrośny) w Ω⋅cm – dotyczy wyłącznie 

przewodnictwa wewnątrz dielektryka a odnosi się liczbowo do 1 cm

2

 powierzchni elektrod 

i 1 cm grubości próbki. 

−  Rezystywność powierzchniowa w Ω – odpowiada rezystancji powierzchni dowolnego 

kwadratu, którego dwa przeciwległe boki stanowią elektrody. 

 

Tabela 4. Podział materiałów elektroizolacyjnych [7] 

Gazy 

nieszlachetne występujące w atmosferze, syntetyczne, szlachetne 

Ciecze 

oleje mineralne, oleje syntetyczne, oleje naturalne 

nieorganiczne  szkło, ceramika, mika, azbest 
organiczne 
naturalne 

celuloza, asfalty, woski, żywice naturalne 

plastomery  termoplasty, duroplasty 
elastomery  kauczuki: naturalne, syntetyczne 

Materiały stałe 

organiczne 
syntetyczne 

półwyroby 

emalie i lakiery, żywice lane, materiały 
warstwowe, tłoczywa, tkaniny sycone, 
taśmy, koszulki, folie 

 
4.3.2. Pytania sprawdzające 

 
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 
1.  Jakie są najważniejsze parametry dielektryków? 
2.  Jakie materiały izolacyjne stosowane są do budowy przewodów i kabli? 
3.  Jakie są  właściwości elektryczne materiałów izolacyjnych stosowanych do budowy 

przewodów i kabli? 

4.  Jakie są podstawowe materiały stosowane do budowy izolatorów linii napowietrznych? 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

23 

5.  Jakie są materiały stosowane do budowy różnych kondensatorów? 
6.  Jakie zastosowanie mają podstawowe materiały przewodzące o różnych stanach 

skupienia? 

 

4.3.3. Ćwiczenia 

 

Ćwiczenie 1 

Określ podstawowe cechy materiałów izolacyjnych oraz ich zastosowanie na podstawie 

informacji z różnych źródeł. 

 
Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  wykazać się umiejętnością wyszukiwania materiałów  źródłowych do określenia 

podstawowych właściwości materiałów izolacyjnych, 

2)  określić podstawowe właściwości materiałów izolacyjnych na podstawie materiałów 

źródłowych, 

3)  uzasadnić wybór materiału do określonego zastosowania, 
4)  porównać właściwości różnych materiałów izolacyjnych. 

 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

−  instrukcje do ćwiczeń, 

−  teksty przewodnie, 

−  zestawy próbek różnych materiałów, 

−  zestawienia tabelaryczne właściwości materiałów, 

−  czasopisma specjalistyczne, 

−  Polskie Normy, 

−  dostęp do Internetu. 

−  katalogi i materiały reklamowe, 

−  kartki papieru, 

−  ołówek. 
 
Ćwiczenie 2 

Rozpoznaj próbki materiałów i określ ich zastosowanie. 
 
Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 

1)  wykazać się umiejętnością rozpoznawania materiałów na podstawie badań organoleptycznych, 
2)  określić właściwości materiałów, 
3)  wskazać i uzasadnić zastosowanie określonych materiałów z przedstawionych próbek, 
4)  porównać ze sobą różne materiały izolacyjne. 

 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

−  instrukcje do ćwiczeń, 

−  zestawy podpisanych próbek różnych materiałów, 

−  zestawy niepodpisanych próbek różnych materiałów, 

−  zestawienia tabelaryczne właściwości materiałów, 

−  czasopisma specjalistyczne, 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

24 

−  Polskie Normy, 

−  katalogi i materiały reklamowe, 

−  kartki papieru, 

−  ołówek. 
 
 
Ćwiczenie 3 

Dobierz materiały izolacyjne do wykonania uzwojeń jednofazowego transformatora 

sieciowego. 

 
Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 

1)  zapoznać się z budową i sposobem umieszczenia na rdzeniu uzwojeń transformatora, 
2)  określić wymagania stawiane izolacji między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym, 
3)  określić wymagania stawiane izolacji między uzwojeniami a rdzeniem, 
4)  dobrać  właściwe izolacyjne materiały konstrukcyjne do budowy korpusu (karkasu) dla 

uzwojeń, 

5)  dobrać  właściwe izolacyjne materiały do izolacji między uzwojeniem pierwotnym 

a wtórnym. 

 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

−  instrukcje do ćwiczeń, 

−  rdzeń transformatora jednofazowego, 

−  zestawy próbek różnych materiałów izolacyjnych, 

−  zestawienia tabelaryczne właściwości materiałów, 

−  czasopisma specjalistyczne, 

−  Polskie Normy, 

−  katalogi transformatorów jednofazowych, 

−  katalogi i materiały reklamowe, 

−  kartki papieru, 

−  linijka, 

−  ołówek. 

 
4.3.4. Sprawdzian postępów 
 

Czy potrafisz: 

Tak Nie

1)  wymienić źródła informacji o właściwościach materiałów izolacyjnych? 

 

 

2)  wymienić podstawowe właściwości elektryczne materiałów izolacyjnych? 

 

 

3)  wymienić podstawowe właściwości mechaniczne materiałów izolacyjnych? 

 

 

4)  wymienić podstawowe właściwości fizyczne materiałów izolacyjnych? 

 

 

5)  zastosować wybrane materiały przewodzące do konkretnych celów? 

 

 

 

 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

25 

4.4.  Materiały magnetyczne 

 

4.4.1. Materiał nauczania 

 

Materiały ze względu na właściwości magnetyczne dzielimy się na: 

− diamagnetyki, 

− paramagnetyki, 

− ferromagnetyki. 

 
W materiałach diamagnetycznych pole magnetyczne prądów elementarnych przeciwdziała 

polu magnetycznemu przyłożonemu z zewnątrz. Wypadkowa indukcja magnetyczna B jest 
mniejsza niż w próżni, tzn. 

B < 

μ

0

H 

   

 

(4)

 

Do materiałów diamagnetycznych należą m.in. woda, kwarc, srebro, bizmut, miedź. 

 

W materiałach paramagnetycznych pole magnetyczne prądów elementarnych 

współdziała z polem magnetycznym przyłożonym z zewnątrz i wobec tego wypadkowa 
indukcja magnetyczna B jest większa niż w próżni, tzn. 

B > 

μ

0

H 

   

 

(5)

 

Do materiałów paramagnetycznych należą m.in. platyna (

μ

r

 = 1,00027), aluminium 

(

μ

r

 = 1,000020), powietrze i inne. 

 
W materiałach ferromagnetycznych pole magnetyczne prądów elementarnych 

współdziała z polem magnetycznym przyłożonym z zewnątrz, wypadkowa indukcja 
magnetyczna B jest dużo większa niż w próżni, tzn. 

B >> 

μ

0

H 

   

 

(6)

 

Do materiałów tych należą żelazo, kobalt, nikiel i ich stopy. 

 

Podział materiałów ferromagnetycznych używanych w technice: 
Materiały magnetycznie twarde charakteryzują się szeroką, stromą  pętlą histerezy 

o dużych wartościach natężenia powściągającego (rys. 8a). Wartość natężenia koercji wynosi 
od 400 do setek tysięcy A/m. Materiały te stosuje się do wyrobu magnesów trwałych. 

Materiały magnetycznie miękkie charakteryzują się dużą przenikalnością magnetyczną, 

wąską i stromą  pętlą histerezy oraz małym natężeniem koercji odpowiadającym dużej 
pozostałości magnetycznej (rys. 8b). Stosuje się je jako elementy rdzeni elektromagnesów, 
transformatorów, dławików, przekaźników oraz do wyrobu części wchodzących w skład 
obwodu magnetycznego silników elektrycznych. 

Materiały ferromagnetyczne o stałej przenikalności posiadają  pętlę histerezy o małym 

nachyleniu oraz niewielki stosunek pozostałości magnetycznej do indukcji nasycenia. 
Natężenie koercji waha się w dość znacznych granicach - od kilku do kilkuset A/m (rys. 8c). 
Stosuje się je do wyrobu rdzeni cewek indukcyjnych, których indukcyjność nie powinna 
ulegać zmianie pod działaniem różnych czynników, a 

w 

szczególności silnych pól 

magnetycznych. 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

26 

 

Rys. 8. Charakterystyczne krzywe histerezy dla materiałów o: 

a) dużym natężeniu koercji, 
b) dużej przenikalności, 
c) niezmiennej (stałej) przenikalności [2]. 

 

Materiały stosowane na obwody magnetyczne: 

a)  magnetycznie miękkie: 

− stal niskowęglowa – blachy magnetyczne gorszej jakości, 

− stal krzemowa (do 5,0 % Si) – blachy do budowy rdzeni transformatorów, generatorów, 

silników i innych, 

b)  o stałej przenikalności: 

− permalloy, 

− ferryty, 

c)  magnetycznie twarde: 

− stal węglowa (stosowana bardzo rzadko), 

− stal wolframowa, 

− stal chromowa, 

− stal kobaltowa, 

− stopy Al-Ni, 

− magnesy proszkowe, 

− magnesy tlenkowe, 

− inne materiały. 

 
 

4.4.2. Pytania sprawdzające 

 
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 
1)  Jakie są podstawowe właściwości magnetyczne diamagnetyków, paramagnetyków 

i ferromagnetyków? 

2)  Jakie są podstawowe wielkości fizyczne charakteryzujące materiały magnetyczne? 
3)  Jakie są podstawowe materiały stosowane do budowy magnesów trwałych? 
4)  Jakie właściwości magnetyczne powinny posiadać materiały stosowane do budowy 

obwodów magnetycznych różnych maszyn elektrycznych? 

 
 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

27 

4.4.3. Ćwiczenia 

 

Ćwiczenie 1 

Określ podstawowe cechy materiałów magnetycznych oraz ich zastosowanie na 

podstawie informacji z różnych źródeł. 

 
Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  wykazać się umiejętnością wyszukiwania materiałów źródłowych do określenia podstawowych 

właściwości materiałów magnetycznych, 

2)  określić właściwości materiałów na podstawie materiałów źródłowych, 
3)  uzasadnić wybór materiału do określonego zastosowania, 
4)  porównać właściwości różnych materiałów magnetycznych. 

 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

–  tekst przewodni. 
–  zestawienia tabelaryczne właściwości materiałów magnetycznych. 
–  czasopisma specjalistyczne. 
–  Polskie Normy, 
–  katalogi i materiały reklamowe, 
–  dostęp do Internetu, 
–  kartki papieru, 
–  ołówek. 

 

Ćwiczenie 2 

Rozpoznaj próbki materiałów magnetycznych i określ ich zastosowanie. 
 
Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  rozpoznać przedstawione próbki materiałów magnetycznych, 
2)  wykazać się umiejętnością rozpoznania materiałów magnetycznie twardych i miękkich, 
3)  określić właściwości magnetyczne materiałów, 
4)  ustalić rodzaj materiału magnetycznie miękki czy twardy, 
5)  wskazać zastosowanie materiałów przedstawionych na próbkach. 

 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

–  tekst przewodni, 
–  zestawy próbek różnych materiałów magnetycznych, 
–  zestawienia tabelaryczne właściwości materiałów magnetycznych, 
–  czasopisma specjalistyczne, 
–  Polskie Normy, 
–  katalogi i materiały reklamowe, 
–  kartki papieru, 
–  ołówek. 

 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

28 

4.4.4. Sprawdzian postępów 
 

Czy potrafisz: 

Tak  Nie 

1) wymienić źródła informacji o właściwościach materiałów magnetycznych? 

 

 

2) wymienić podstawowe właściwości magnetyczne materiałów stosowanych 

na obwody magnetyczne? 

 

 

3) zastosować wybrane materiały magnetyczne do konkretnych celów? 

 

 

4) ustalić rodzaj materiału magnetycznego: miękki czy twardy? 

 

 

 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

29 

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ 

 
INSTRUKCJA DLA UCZNIA 

 
1.  Przeczytaj uważnie instrukcję – masz na tę czynność 5 minut. Jeżeli są  wątpliwości, 

zapytaj nauczyciela. 

2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 
3.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 
4.  W czasie rozwiązywania zadań nie możesz korzystać z żadnych pomocy. 
5.  Zaznacz poprawną odpowiedź, zaczerniając właściwe pole w karcie odpowiedzi. 
6.  W przypadku pomyłki weź złą odpowiedź w kółko i zaznacz właściwą. 
7.  W każdym zadaniu jest tylko jedna poprawna odpowiedź. 
8.  Po zakończeniu testu podnieś rękę i zaczekaj, aż nauczyciel odbierze od Ciebie pracę. 
9.  Na rozwiązanie zadań masz 20 minut. 

 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

30 

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 

 

Test pisemny z zakresu „Materiały izolacyjne” 
 
Zadanie 1 
Do nieorganicznych materiałów izolacyjnych należą: 
a)  mika, 
b)  asfalty, 
c)  tłoczywa. 
 
Zadanie 2 
Wytrzymałość elektryczna bibułki kondensatorowej wynosi: 

a)  10 V/

μm, 

b)  25 V/

μm, 

c)  40 V/

μm. 

 
Zadanie 3 
Żywotność materiałów izolacyjnych przy przekroczeniu dopuszczalnej temperatury dla danej 
klasy izolacji o 8

0 

C skraca się o: 

a)  1/4, 
b)  1/3, 
c)  1/2. 
 
Zadanie 4 
Na izolatory wysokiego napięcia stosuje się: 
a)  porcelanę radiotechniczną, 
b)  wyroby kamionkowe, 
c)  ceramikę glinokrzemianową. 
 
Zadanie 5 
Ze wzrostem ciśnienia powietrza, jego wytrzymałość dielektryczna: 
a)  maleje, 
b)  pozostaje bez zmian, 
c)  wzrasta. 
 
Zadanie 6 
Najlepsze właściwości dielektryczne mają lakiery: 
a)  silikonowe, 
b)  poliestrowe, 
c)  poliamidowe. 
 
Zadanie 7 
Preszpan otrzymywany jest z: 
a)  włókien roślinnych, 
b)  czystej celulozy siarczanowej, 
c)  jedwabiu octanowego. 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

31 

Zadanie 8   
Na podłoże obwodów drukowanych stosuje się: 
a)  laminat szklano-epoksydowy, 
b)  preszpan, 
c)  polichlorek winylu. 
 
Zadanie 9   
W liniach wysokiego napięcia na izolację przewodów jednodrutowych izolowanych stosuje 
się: 
a)  polietylen usieciowany, 
b)  polwinit, 
c)  polietylen termoplastyczny. 
 
Zadanie 10 
Wielkość  kąta stratności dielektrycznej 

δ

 materiału dielektryka zastosowanego do budowy 

kondensatora powinna być: 
a)  jak największa, 
b)  nie ma znaczenia, 
c)  jak najmniejsza. 
 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

32 

KARTA ODPOWIEDZI 

 
Imię i nazwisko ………………………………………………………………………………… 
 

Materiały izolacyjne 

 
Zaznacz poprawną odpowiedź: 
 

Odpowiedź 

Nr zadania 

a 

b 

c 

Punktacja 

1.   

 

 

 

 

2.   

 

 

 

 

3.   

 

 

 

 

4.   

 

 

 

 

5.   

 

 

 

 

6.   

 

 

 

 

7.   

 

 

 

 

8.   

 

 

 

 

9.   

 

 

 

 

10.   

 

 

 

 

Razem:  

 

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

33 

6. LITERATURA

 

 

1.  Bolkowski S., Elektrotechnika, WSiP, Warszawa 1999 
2.  Borowski M., Materiałoznawstwo dla elektryków i elektroników, PWSZ, Warszawa 1973 
3.  Chwaleba A. i inni, Elektronika, WSiP, Warszawa 1994 
4.  Potyński A., Podstawy technologii i konstrukcji mechanicznych, WSiP, Warszawa 1995 
5.  Praca zbiorowa, Poradnik inżyniera elektryka, WNT, Warszawa, 1974