1 / 192

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. прочность. КОНСТРУКЦИОННЫЕ. МАГНИТНЫЕ сильномагнитные слабомагнитные. МАТЕРИАЛЫ. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ. ПРОВОДНИКИ. ПОЛУПРОВОДНИКИ. ДИЭЛЕКТРИКИ. Состояния вещества. ГАЗООБРАЗНОЕ ЖИДКОЕ ТВЁРДОЕ:. монокристаллическое поликристаллическое

tameka
Download Presentation

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

  2. прочность КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАГНИТНЫЕ сильномагнитные слабомагнитные МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОВОДНИКИ ПОЛУПРОВОДНИКИ ДИЭЛЕКТРИКИ

  3. Состояния вещества • ГАЗООБРАЗНОЕ • ЖИДКОЕ • ТВЁРДОЕ: • монокристаллическое • поликристаллическое • аморфное (стекло) • смешанное (полимеры, ситаллы)

  4. Виды связей в веществе • МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ • Силы Ван-Дер-Ваальса • ~ 0,1÷1 кДж/моль • Водородная • ~ 10÷50 кДж/моль ХИМИЧЕСКИЕ энергия ~102кДж/моль: • Ионная • Ковалентная полярная • Ковалентная неполярная • Металлическая

  5. Электрический ток– направленное движение свободных носителей заряда (с.н.з.) qв электрическом поле напряженностью Е В/м. Плотность токаj– суммарный электрический заряд, переносимый в единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной E. j = qnvэ= qnЕ = Е (дифференциальная форма закона Ома) nконцентрация с.н.з.[м−3]; µподвижность с.н.з. м2/Вс; vэ =Е средняя дрейфоваяскоростьс.н.з.

  6. γ= qnСм/м, 1См=Ом1 удельнаяэлектрическая проводимость  =1/ [Омм] удельное электрическое сопротивление иγхарактеризуют электрические свойства материала Обычно относят: к проводникам вещества с ρ< 105Омм; к диэлектрикам – с  > 107 Омм; к полупроводников – с  ~106109Омм .

  7. Проводимость G[Cм] и сопротивление R[Ом] однородного изотропного образца зависят от его геометрии, а значит не являются характеристикой материала: • G = 1/R =  = / • ∆ – геометрический параметр. Например: • Для цилиндра длиной ℓ, сечением S : • = S/ℓ. • Для цилиндра с внешним и внутренним диаметрами D и d и осевой длиной ℓ : •  = 2πℓ/ln(D/d).

  8. ЭЛЕМЕНТЫ ЗОННОЙ ТЕОРИИ Возбуждённые (неустойчивые) энергетические уровни ЗП W ЗЗ вырождение уровней Энергетические уровни основного состояния (устойчивые) ВЗ зонная структура твёрдого тела линейчатый спектр излучения газа

  9. Классификация материалов согласно зонной теории проводники полупроводники диэлектрики ЗП ЗП ЗП W ЗЗ ЗЗ W ВЗ ВЗ ВЗ W до 3эВ W выше 3эВ W=0 Металлы металлическая связь Неметаллы ионная, ковалентная или смешанная связь

  10. Система единиц СИ Основные Длина L [м] Масса М [кг] Время t [с] Сила эл.тока I [А] Температура Т [ºК] Сила света [св] Вспомогательные Плоский угол[рад] Телесный угол [стер] Производные Скорость м/с Сила Н=кг·м/с2 Работа, энергия Н·м Мощность Вт=Дж/с Разн.потенц. В=Вт/А Заряд Кл=А·с Напр.эл.поля В/м Эл.сопр. Ом=В/А Эл.ёмкость Ф=Кл/В Магн.индукция Тл=Кл·Ом/м2 Напр.магн.поля А/м

  11. является векторной суммой орбитальных и спиновых магнитных моментов электронов, а также магнитного момента ядра, который составляет 10−3 магнитного момента электрона. n pm= iS· i pm Магнитные материалы Элементарныймагнитный момент атома

  12. Векторная сумма магнитных моментов атомов в единице объёма называется намагниченностьюМ [А/м]: М= χ·Н М= Σpm; χ−магнитная восприимчивость

  13. В= µ0·(Н+М)= µ0·(1+χ)Н Суммарное магнитное моле в объёме вещества называется магнитной индукциейВ[Тл] μ0 = 4π ∙10−7 [ Гн/м ] µ= 1+χ; µа= µ0µ Намагничиванием называется процесс ориентации магнитных моментов атомов вещества под влиянием внешнего магнитного поля, в результате которого намагниченность материала становится М≠0.

  14. Виды магнетизма: • Различают следующие механизмы намагничивания: • Диамагнетизм • Парамагнетизм • Ферромагнетизм • Антиферромагнетизм • Ферримагнетизм

  15. Диамагнетизм – свойство вещества слабо намагничиваться противоположно внешнему магнитному полю Магнитная восприимчивость χ -10−5  -10−7 Магнитная проницаемость µ 0,9999 Диамагентики Cu, Ag, Au, Be, Zn, Ga, B, Pb, Sb

  16. Парамагнетизм – свойство вещества слабо намагничиваться согласованно с внешнем магнитным полем Магнитная восприимчивость χ 10−2  10−6 Магнитная проницаемость µ 1,0001.. Парамагентики Al, O, Pt, Mg, Pd, Cr, Ca, Mo

  17. Ферромагнетизм – свойство вещества сильно намагничиваться согласованно с внешнем магнитным полем Магнитная восприимчивость χ 103  107 Магнитная проницаемость µот 103 до 107 Ферромагентики Fe, Co, Ni Сd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm

  18. Антиферромагнетики – материалы, в которых в результате обменного взаимодействия соседних атомов происходит антипараллельная ориентация равных по величинемагнитных моментов Магнитная восприимчивость χ 10−2  10−5 Магнитная проницаемость µ 1,0001.. Антиферромагентики Ce, Nd, Pr, Sm, Eu, Mn, Cr

  19. Ферримагнетики (ферриты) – материалы, в которых обменное взаимодействие соседних атомов приводит к антипараллельной ориентации различных по величине(нескомпенсированных) магнитных моментов Магнитная восприимчивость χ до 107 Магнитная проницаемость µ до 107 Ферриты Fe2O3·MeO где Me− Mg, Fe, Zn, Co, Cu, Cd, Mn и др.

  20. Намагничивание ферромагнетиков Доменом называется макроскопическая область материала, внутри которой намагниченность спонтанно (Н=0) достигает насыщения, т. е. внутри домена магнитные моменты практически всех атомов ориентированы в одном направлении.

  21. Условия возникновения доменной структуры (ферромагнетизма) Наличие внутренних незаполненных электронных оболочек (dили f) атома; Величина интеграла обменной энергии А>0, что выполняется если диаметр незаполненных оболочек мал по сравнению с межатомным расстоянием кристаллической решетки: a/d>1,5.

  22. В,µ µmax ВS III IV I II µнач Н

  23. НАМАГНИЧИВАНИЕ ФЕРРО- И ФЕРРИМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПЕРЕМЕННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ • Вs– индукция насыщения • НС – коэрцитивная сила • Вr– остаточная индукция • Потери на гистерезис (на перемагничивание) – площадь петли гистерезиса

  24. Зависимость магнитной проницаемости μ ферромагнитных материалов от температуры Т. m T TК

  25. Особенность ферромагнетиков: Наличие доменной структуры Зависимость магнитного состояния от предшествующей магнитной истории Наличие температуры Кюри

  26. μa = B/H( 1 ) μ = μa /μо( 2 ) μmax = Bmax / Hmax( 3 ) Величина магнитной проницаемости зависит от вида приложенного внешнего магнитного поля μ~ = Bm / Hm( 4 ) В переменном магнитном полеµ зависит от частоты f

  27. ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ПРИЛОЖЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ fНА ОТНОСИТЕЛЬНУЮ МАГНИТНУЮ ПРОНИЦАЕМОСТЬ   1 2 3 f С повышением частоты магнитные моменты доменов не успевают переориентироваться вслед за быстроизменяющимся магнитным полем

  28. ∫ ∫ Pr= HdB; Дж/м3 Виды потерь1. Потери на гистерезис За один цикл к единице объема: Или к единице массы при перемагничивании с частотой f : Pr=(f/D)HdB; Вт/м3 f – частота [Гц] D – плотность вещества [кг/см3]

  29. 2. Потери на вихревые токи для листового сердечника

  30. ВИДЫ МАГНИТНЫХ ПОТЕРЬ • ПОТЕРИ НА ГИСТЕРЕЗИЗ 2. ПОТЕРИ НА ВИХРЕВЫЕ ТОКИ 3. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ

  31. МАГНИТОСТРИКЦИЯ - - ИЗМЕНЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ МАТЕРИАЛА ПОД ДЕЙСТВИЕМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Генераторы УЗ – колебаний.

  32. Классификация магнитных материалов: • Магнитомягкие (НС< 4 кА/м) – высокая µ, малая НС, узкая петля гистерезиса, малые потери на перемагничение. • Магнитотвердые (НС> 4 кА/м) – большая Br, широкая петля гистерезиса, большие потери на перемагничение • 3. Магнитные материалы специального назначения

  33. По механизму образования свободных носителей заряда (с.н.з.) ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ - I рода Металлы и сплавы, электронная электропроводность с.н.з. – электроны II рода Водные растворы кислот, солей, щелочей - ЭЛЕКТРОЛИТЫ с.н.з. –ионы вещества, основным свойством которых является сильная электропроводность

  34. ЭЛЕМЕНТЫ ЗОННОЙ ТЕОРИИ полупроводники диэлектрики ЗП ЗП W ЗЗ ЗЗ W ВЗ ВЗ W до 3эВ W выше 3эВ ~ 105 1017Ом·м ~ 10-6  10-8Ом·м ~ 10-4 109Ом·м

  35. СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ Металлическая связь –взаимодействие между положительно заряженными ионами в узлах кристаллической решетки и коллективизированными электронами (электронным газом)

  36. -длинасвободногопробегас.н.з.,определяетподвижность µс.н.з.  - это расстояние, которое проходит электрон под действием внешнего электрического поля между двумя соударениями с ионами кристаллической решетки. µ- показывает среднюю скорость, которую приобретает с.н.з. в единицу времени в электрическом поле Е=1В/м

  37. F= qE • υ = υT + υEυT>> υE • υT~ 105м/с, • υE~ 10−3м/с при E=1В/м • υE = µE • µ - подвижность [м2/В·с] υT υЕ

  38. j = qnυ =qnµE γ = qnµудельная эл. проводимость [См/м] j = γE = E/ρзакон Ома, ρ = 1/γудельное эл. сопротивление [Ом·м], 1См = 1Ом−1 R = ρ·ℓ/S [Ом], или ρ = R·S/ℓ

  39. ρ Τ,°С ΤКР ΤПЛ Зависимость = f (Т)для металлов и сплавов в широком интервале температур В металлах концентрация с.н.з. = const! ρ = ρОСТ +ρТ

  40. λ λ ●ē ●ē Т1 < Т2 Причины увеличения ρудельного сопротивления с ростом Т

  41. 1 dА ТКА = А dT dρ 1 ρ ТКρ = α = dT Температурный коэффициент любойфизической характеристикиА: Температурный коэффициент удельного сопротивления ρT = ρ0[1+α(T – T0)]

  42. КРИОПРОВОДИМОСТЬ Явление сильного снижения при Т <–1730 С. Обусловлено уменьшением рассеивания электронов за счет тепловых колебаний решетки. Сохраняется остаточный вклад в удельное сопротивление ρОСТ. КРИОПРОВОДНИКИ- Cu, Al, Be • Требования к криопроводникам: • минимальное содержание примесей; • правильная (без дефектов) кристаллическая решетка

  43. Нg Т, К 4,2 СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ Явление ИЗЧЕЗНОВЕНИЯ  , т.е. появления бесконечной электропроводности при температурах близких к абсолютному нулю. 1911 год. Камерлинг - Оннес

  44. i Если в кольце из сплава Nb3Sn путем электромагнитной индукции возбудить ток он будет протекать примерно 5104 лет Это соответствует величине порядка 10-26 Омм

  45. В объеме сверхпроводника нет магнитного поля Сильное магнитное поле разрушает явление сверхпроводимости!!! УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ • Сверхнизкие температуры Тi<Tкр 2. Слабые магнитные поля Нi<Hкр

  46. Критические температуры TKРперехода в сверхпроводящее состояние Al = 1,19 °K Cd = 0,56 °K Sn = 3,722 °K Zn = 0,875 °K Nb3Ge = 23,2 °K

  47. СВЕРХПРОВОДНИКИ II рода (твёрдые) Характеризуются при переходе в сверхпроводящее состояние двумя значениями Нкр1 и Нкр2. Между Нкр1и Нкр2наблюдается смешанное состояние проводимости и сверхпроводимости, а также частичное вытеснение магнитного поля из объема сверхпроводника I рода (мягкие) резкий переход в сверхпроводящее состояние при одном фиксированном значении Нкр. Полное вытеснение магнитного поля из объема сверхпроводника

  48. ЗП ВЗ W=0 ПРИРОДАСВЕРХПРОВОДИМОСТИ Согласно теориям Л.Купера, Д.Бардина, Дж.Шриффера При Т0 К меняется характер взаимодействия электронов между собой и атомной решеткой т.о., что становиться возможным притягивание электронов с одинаковыми спинами и образование т.н. электронных (куперовских) пар. Куперовские пары образуются из электронов, расположенных ниже поверхности Ферми Эти пары в состоянии сверхпроводимости обладают большой энергией связи, перемещение электронов происходит без взаимодействия с атомами кристаллической решеткой!!!

More Related