Электрофизические процессы в мет проводниках. Удельная электропр Металлов. Влияние примеси



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Электрофизические процессы в мет проводниках. Удельная электропр Металлов. Влияние примеси



Электрофиз процессы в метал проводниках Влияние температуры на уд сопротивление

Удельное сопротивление металлов при нагревании увеличивается (вследствие повышения скорости движения атомов в материале проводника

с возрастанием температуры). Удельное сопротивление электролитов и угля при нагревании, наоборот, уменьшается, так как у этих материалов не только

увеличивается скорость движения атомов и молекул, но и возрастает число свободных электронов и ионов в единице объема. Удельное сопротивление

некоторых сплавов (константан, манганин и др.) обладающих большим удельным сопротивлением, чем составляющие их металлы, почти не зависит

от температуры.

 

 

Электрофиз процессы в метал проводниках Влияние размеров проводника на уд сопр

Влияние материала проводника, его размеров и окружающей температуры на величину электрического сопротивления. Удельным сопротивлением

называется сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2. Каждый материал, из которого изготовляется проводник,

обладает своим удельным сопротивлением. Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, т. е. чем длиннее проводник, тем больше его

электрическое сопротивление. Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, т. е. чем толще проводник,

тем его сопротивление меньше, и, наоборот, чем тоньше проводник, тем его сопротивление больше.

 

 

Электрофиз процессы в метал проводниках Влияние частоты напряжения на сопротивление метал проводников

Влияние частоты напряжение на сопротивление металлических проводников. Вихревые токи, возникающие в металлических проводниках, по которым течет

переменный ток, направлены таким образом, что ослабевают ток внутри проводника и усиливают его вблизи поверхности. В результате высокочастотный

ток оказывается распределенным по сечению проводника неравномерно – большая его часть сосредотачивается у поверхности проводника. Это явление называют скин-эффектом. Скин-эффект характеризуется глубиной проникновения электромагнитного поля в металлический проводник: чем выше частота поля, тем на меньшую глубину оно проникает в проводник. С увеличением глубины проникновения поля плотность тока уменьшается по экспоненте. Глубину, на которой амплитуда электромагнитной волны затухает до величины 1/е своего значения на поверхности проводника, называют глубиной проникновения поля.

 

 

10) электрофиз процессы в метал проводниках. Эмиссионые и контактные явления в металлках

Если сообщить электронам в металлах энергию, необходимую для преодоления рабо­ты выхода, то часть электронов может покинуть металл, в

результате чего наблюдает­ся явление испускания электронов, или электронной эмиссии. В зависимости от способа сообщения электронам энергии различают термоэлектронную, фотоэлектронную, вто­ричную электронную и автоэлектронную эмиссии. Термоэлектронная эмиссия –это испускание электронов нагретыми металлами. Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах вследствие распределения электронов по скоростям (по энерги­ям) некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенци­ального барьера на границе металла. С повышением температуры число электронов, кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растет, и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным. Фотоэлектронная эмиссия –это эмиссия электронов из металла под действием света, а также коротковолнового электромагнитного излучения (например, рентгеновс­кого). Основные закономерности этого явления будут разобраны при

рассмотрении фотоэлектрического эффекта. Вторичная электронная эмиссия –это испускание электронов поверхностью ме­таллов, полупроводников или диэлектриков при бомбардировке их пучком электронов. Вторичный электронный поток состоит из электронов, отраженных поверхностью (упруго и неупруго отраженные электроны), и «истинно» вторичных электронов - эле­ктронов, выбитых из металла, полупроводника или диэлектрика первичными электро­нами. Автоэлектронная эмиссия – это эмиссия электронов с поверхности металлов под действием сильного внешнего электрического поля. Эти явления можно наблюдать в откачанной трубке, конфигурация электродов которой (катод — острие, анод — вну­тренняя поверхность трубки) позволяет при

напряжениях примерно 103 В получать электрические поля напряженностью примерно 107 В/м. При постепенном повышении напряжения уже при напряженности поля у поверхности катода примерно 105 —106 В/м возникает слабый ток, обусловленный электронами, испускаемыми катодом. Сила этого тока увеличивается с повышением напряжения на трубке. Токи возникают при холодном катоде, поэтому описанное явление называется также холодной эмиссией. Объяснение механизма этого явления возможно лишь на основе квантовой теории. При контакте двух разных металлов между ними возникает разность потенциалов, которую называют контактной разностью потенциалов. Явление открыто в 1797 г. итальянским ученым Алессандро Вольта (1745–1827), который установил и два закона, носящие его имя:

1. При контакте двух разных металлов между ними возникает разность потенциалов, зависящая от их химического состава и температуры;

2. Разность потенциалов между концами разомкнутой цепи, составленной из нескольких, последовательно соединенных металлических проводников, которые находятся при одинаковой температуре, не зависит от промежуточных проводников и полностью определяется контактной разностью потенциалов крайних проводников. Возникновение контактной разности потенциалов удовлетворительно объясняет классическая теория электропроводности, согласно которой существуют две причины ее возникновения:

1) различная работа выхода электронов из металлов;

2) различная концентрация в проводниках свободных электронов.

 

Биметаллические проводники. Назначения, свойства

В некоторых ЭТ конструкциях (контактные подвески, шины распределительных устройств, разрывные контакты) применяют биметаллические проводники. Биметаллический контактный провод для электрифицированного транспорта представляет собой стальную проволоку круглого, овального или прямоугольного сечения, снаружи покрытую слоем меди или алюминия. При этом оба металла соединены друг с другом прочно и непрерывно по всей поверхности соприкосновения. Каждая часть провода выполняет свою функцию. Медная или алюминиевая оболочка осуществляет электропроводность,

стальная сердцевина обеспечивает повышенную прочность на растяжение. В электроснабжении широко используют биметаллические провода круглого сечения, поскольку они позволяют натяжение, а значит, можно увеличить расстояние между опорами линий электропередачи. Производимые биметаллические проводники имеют профили фасонный, фасонный овальный, круглый и прямоугольный. Из биметаллических проводников прямоугольного сечения изготавливают шины для распределительных устройств, полосы для рубильников.

 

 

Магнитострикция.

Намагничивание ферромагнитных материалов всегда сопровождается изменением их линейных размеров. Это явление получило название магнитострикции. Количественно магнитострикцию характеризуют величиной, называемой константой магнитострикции, которая фактически является относительным удлинением образца при намагниченности до состояния технического насыщения. Численное значение величины магнитострикции, невелико, и к тому же она не является постоянной величиной данного материала. С изменением напряженности магнитного поля изменяется и ее знак. Необычайно высокая магнитострикция у редкоземельных элементов и их соединений. Эффект магнитострикции обратим: механическая деформация материала вызывает изменения состояния его намагниченности. Прямой и обратный магнитострикционные эффекты широко применяют в приборостроении (реле, фильтры, преобразователи). Магнитострикционными называют магнитные материалы, применение которых основано на явлении магнитострикции и магнитоупругом эффекте, т. е. изменении размеров тела в магнитном поле и изменении магнитных свойств материала под влиянием механических воздействий. Магнитострикция наблюдается и в поликристаллических материалах, причем наибольшая – у никеля. Он сохраняет свое значение и в настоящее время, хотя вытесняется другими магнитострикционными материалами. Ценными свойствами никеля являются высокая стойкость к коррозии и малый температурный

коэффициент модуля упругости. Среди магнитострикционных материалов есть как чистые металлы, так и сплавы, и ферриты. Ферриты являются

магнитострикционными материалами для высоких частот. При эксплуатации магнитное состояние сердечника магнитострикционного преобразователя

определяется одновременным воздействием переменного и постоянного полей. Сплав платины с железом обладает большой константой магнитострикции, однако он дорогой и поэтому имеет весьма ограниченное применение. Недостатком железокобальтовых и железоалюминиевых сплавов являются низкая пластичность, затрудняющая механическую обработку, и низкая антикоррозионная устойчивость, препятствующая использованию таких преобразователей в водной среде. Широкое применение находит ферритовая керамика. По сравнению с никелем и металлическими сплавами магнитострикционные ферриты имеют ряд преимуществ. Благодаря высокому удельному сопротивлению в них малы потери на вихревые токи, поэтому отпадает необходимость расслаивать материал на отдельные пластины. В отличие от металлических сплавов ферриты не подвержены действию химически агрессивных сред. С помощью керамической технологии можно изготовить преобразователи практически любых форм и размеров. Из магнитострикционных материалов изготавливают сердечники электромеханических преобразователей (излучателей и приемников) для электроакустики и ультразвуковой техники, сердечники электромеханических и магнитострикционных фильтров и резонаторов, линий задержки. Их используют также в качестве чувствительных элементов магнитоупругих преобразователей, применяемых в устройствах автоматики и измерительной техники. Применяются в качестве преобразователей электромагнитной энергии в другие виды (например, в механическую.), датчиков давления и т. п.

 

 

электрофизические процессы в мет проводниках. Удельная электропр Металлов. Влияние примеси

Металлический проводник – это медные провода, ленты, трубки и медные пленки. Различные металлы и, конечно, сплавы из них, относятся к твердым

проводниковым материалам. Свойство металлов объясняется хорошей проводимостью электрического тока, а это значит металл обладает большой

плотностью свободных электронов. Сплавы по сравнению с чистыми металлами обладают большим удельным сопротивлением. С повышением

температуры сопротивление металлов увеличивается. Удельная электропроводность - электрическое сопротивление куска однородного материала длиной 1 метр и поперечным сечением 1 метр. . Табличная величина, одна из основных характеристик металла. Единица измерения – Ом × метр. Влияние примесей и структурных дефектов на удельное сопротивление. Чем больше примесей тем больше сопротивление, чем меньше примесей тем меньше сопротивление. Примеси и структурные дефекты увеличивают удельное сопротивление металлов. При малом содержании примесей удельное сопротивление возрастает пропорционально концентрации примесных атомов. Кроме примесей некоторый вклад в остаточное сопротивление вносят собственные дефекты структуры – вакансии, атомы внедрения, дислокации, границы зерен. Остаточное сопротивление представляет собой характеристику химической чистоты и структурного

совершенства металла.

5) электрофизические процессы в мет проводниках. Зависимость Между свойствами сплавов

Сплавы, макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже металлов и неметаллов) с характерными металлическими свойствами. Свойства сплавов зависят не только от состава, но и от способов их тепловой и механической обработки: закалки, ковки и др. К основным свойствам металлов и сплавов относятся физические (в том числе механические), химические, технологические и функциональные. К физическим

свойствам относятся: температура плавления, цвет, плотность, магнитная восприимчивость, электропроводность, теплоемкость и др. Особую группу

составляют механические свойства: прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость и др. Химические свойства металлов определяются способностью их атомов легко отдавать валентные электроны и переходить в состояние положительно заряженных ионов. Указанное определяет особенности

химического взаимодействия металлов и сплавов с агрессивными средами. К технологическим свойствам металлов и сплавов относится их способность к

формоизменению (ковкость, свариваемость и т.д.). Важное значение имеет жидкотекучесть – свойство расплавленного металла заполнять и точно

воспроизводить литейную форму. Функциональные или эксплуатационные свойства включают в себя хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость,

антифрикционность и другие характеристики материалов, определяемые условиями их работы. Диаграмма состояния показывает изменение состояния

сплавов в зависимости от их концентраций и температуры. По диаграмме состояния можно судить о структурных превращениях, происходящих в любом

сплаве данной системы при нагревании и медленном охлаждении. Имея диаграмму состояния, можно заранее определить технологические свойства

всех сплавов данной системы. Позволяет определить температуру начала и конца кристаллизации, что имеет большое практическое значение. Диаграмма

состояния позволяет выбрать из данной системы сплавы определенного состава, наиболее удовлетворяющие требованиям практики.

Связь между свойствами сплавов и типом диаграмм состояния.

Между составом и структурой сплава (рис. 1), определяемой типом диаграммы состояния и свойствами сплава, имеется определенная зависимость (правило Н. С. Курнакова). В механических смесях свойства (твердость Н, электропроводность Е и др.) изменяются линейно (рис. 1, а). В твердых растворах свойства изменяются по криволинейной зависимости (рис. 1, 6). В химических соединениях свойства выражаются ломаными линиями (рис. 1, в). При концентрации, соответствующей химическому соединению, отмечается характерный перелом на кривой свойств. Это объясняется тем, что химические соединения обладают индивидуальными свойствами, обычно резко отличающимися от свойств образующих их компонентов. По диаграммам состояния можно определять и технологические свойства сплавов, что облегчает выбор материала для изготовления изделий. Так, твердые растворы имеют низкие литейные свойства (плохую жидкотекучесть, склонны к образованию пористости и трещин). В свою очередь эвтектические сплавы имеют хорошую жидкотекучесть.

Рис. 1. Диаграмма состав-свойства для сплавов типа:

а - механической смеси, б - твердого раствора, в – химического соединения; А и В компоненты сплава, АmВn - химическое соединение, Н - твердость,

Е – электропроводность.

6) электрофиз процессы в метал проводниках Влияние деформации на удельное сопротивление.

Из­менение р при упругом растяжении или сжатии можно приближенно оце­нивать формулой р = ро(1 ± sσ) где р — удельное сопротивление ме­талла при механическом напряжения σ; ро — удельное сопротивление ме­талла, не подверженного механическо­му воздействию; s — коэффициент, характеризующий данный металл. Знак «плюс» в (1.4) соответствует растяжению, «минус» — сжатию. Изменение р при упругих дефор­мациях объясняется изменением ам­плитуды колебаний узлов кристаллической решетки металла. При растяжении эти амплитуды увеличиваются, при сжатии — уменьшают­ся. Увеличение амплитуды колебаний узлов обусловливает уменьшение подвижности носителей зарядов и, как следствие, возрастание р. Уменьшение амплитуды колебаний, наоборот, приводит к уменьшению р. Пластическая деформация, как правило, повышает р металлов в результате искажения кристалли­ческой решетки.

При рекристалли­зации путем термической обработ­ки (отжига) р может быть вновь снижено до первоначального зна­чения. Иногда наблюдающееся при де­формациях сжатия уменьшение удельного сопротивления объяс­няется вторичными явлениями — уплотнением металла, разрушением оксидных пленок и т. д. При воздействии высоких гид­ростатических давлений характер изменения р у различных металлов может быть весьма различным: при этом могут наблюдаться повышения, понижения и обусловлен­ные полиморфическими переходами (изменениями кристаллической структуры вещества) скачкообразные изменения р. Такие скачки р (висмута, бария, таллия, свинца и др.) при изменении гидростатичес­кого давления используют в качестве реперных точек при измерениях вы­соких давлений.



Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.55.22 (0.014 с.)