125243 (Основы материаловедения), страница 2

расширение а*10в 6 степени * на градус

в -1степени (20-t*на градус Цельсии)

Вопрос № 3

Расскажите об электропроводности жидких диэлектриков и влиянии на неё различных факторов

В неполярных жидких диэлектриках диссоциация молекул на ионы незначительна, поэтому число носителей заряда в единице объёма невелико и проводимость мала источникам ионов в неполярной жидкости могут быть примеси: влага, различные полярные жидкости, частицы твёрдых веществ молекулы которые диссоциируют на ионы. Молекулы полярных жидкостей диссоциируют на ионы в большой степени, поэтому их проводимость большая. Если в полярной жидкости содержится даже небольшое количество полярной примеси, то её молекулы практически все диссоциируют, возрастает и количество диссоциировавших молекул жидкости и проводимость сильно увеличивается. Ион совершает тепловые колебание, в положении временного закрепления с частотой:10в 12 – 10в 13 степени Гц. В результате ион преодолевает силы взаимодействия с соседними молекулами и перемещается в новое положение временного закреплено, которое отстоит на расстояние, равному межмолекулярному расстоянию.

В электрическом поле перемешение становится направленным и обуславливает перенос заряда. Электропроводимость, удельная проводимость жидких диэлектриков с ростом температуры увеличиваются, а удельное сопротивление уменьшается по экспоненциальному закону. Увеличение проводимости с ростом температуры связано с увеличением подвижности. Подвижность увеличивается так как растет скорость упорядоченного движение иона, что связано с уменьшением вязкости жидкости.

Ещё в большей степени проводимость увеличивается за счёт роста числа носителей заряда. С увеличением температуры по экспоненциальному закону растёт диссоциация молекул жидкостей и примесей. Тщательно очищенные жидкие диэлектрики имеют большое удельное сопротивление. В неочищенных жидких диэлектриках удельная сопротивление сильно уменьшается при увеличении температуры.

Жидкие металлы, непрозрачные жидкости с характерным блеском, обладающие большой теплопроводностью, электропроводностью и др. особенностями, свойственными твёрдым металлам. Ж. м. являются все расплавленные металлы и сплавы металлов, а также ряд интерметаллических соединений. Некоторые полуметаллы и полупроводники в жидком состоянии превращаются в типичные металлы: одни — сразу после плавления (Ge, Si, GaSb и др.), другие — при нагревании выше температуры плавления (Te — Se, PbTe, PbSe, ZnSb и др.). Некоторые неметаллы (Р, С, В) становятся Ж. м. при высоких давлениях.

При атмосферном давлении и комнатной температуре в жидком состоянии находится лишь ртуть (температура плавления — 38,9°С).

Ж. м. по таким свойствам, как вязкость, поверхностное натяжение и диффузия, сходны с др. жидкостями, но в то же время резко отличаются от них значительно большей теплопроводностью, электропроводностью, способностью отражать электромагнитные волны, а также меньшей сжимаемостью. По этим особенностям Ж. м. близки к твёрдым металлам.

Электропроводность Ж. м., как и твёрдых металлов, является электронной. Для чистых металлов электропроводность при плавлении уменьшается в 1,5—3 раза в зависимости от рода металла и при дальнейшем нагревании убывает линейно с температурой. Исключение составляют двухвалентные Ж. м. — их электропроводность при повышении температуры слегка падает и проходит через минимум. Коэффициент термоэдс (см. Термоэлектрические явления) скачком меняется при Ж. м. является линейной функцией температуры (для многих Ж. м. он пропорционален абсолютной температуре). Коэффициент Холла RH (cм. Холла эффект) при плавлении меняется; для Ж. м. он отрицателен и может быть вычислен с помощью модели свободных электронов по формуле RH = (ne)-1 где n — электронная плотность (вычисленная по плотности и валентности), е — заряд электрона (из этих общих правил имеются исключения). Электрические свойства Ж. м. могут быть поняты только на основе строгой квантовомеханической теории кинетических электронных процессов в жидкостях, однако разработка такой теории пока только начата.

При плавлении металлов теплопроводность изменяется почти так же как электропроводность. Это справедливо также и для Bi, теплопроводность и электропроводность которого при плавлении увеличиваются, а не уменьшаются, как у др. металлов. Свободные электроны переносят большую часть теплового потока; поэтому Ж. м. имеют более высокую теплопроводность, чем жидкие диэлектрики. Некоторые Ж. м. соединяют значительную теплопроводность с высокой теплоёмкостью. Это позволяет использовать Ж. м. в теплотехнике в качестве теплоносителей. Наиболее подробно изучены одноатомные Ж. м. — натрий и калий. Они обладают достаточно низкими точками плавления и применяются либо отдельно, либо в виде сплавов для отвода теплоты в ядерных реакторах.

Ж. м., так же как и твёрдые металлы, мало сжимаемы (значительно хуже, чем др. жидкости), т. к. для уменьшения объёма в обоих случаях нужно сконцентрировать электроны в меньшем объёме. Поэтому скорость звука в Ж. м. обычно выше, чем в др. жидкостях. Ж. м., как и др. жидкости, неспособны оказывать сопротивление статическим сдвигам, однако ультразвуковые волны очень высокой частоты могут распространяться в Ж. м. как сдвиговые возмущения (см. Жидкость).

Вопрос №4

По каким признакам можно систематизировать электротехнические материалы? Приведите классификацию основных групп и подгрупп

Электротехническими называются материалы, характеризуемые определёнными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применяемые в технике с учётом этих свойств. На практике различные материалы подвергаются воздействием как отдельно электрических и магнитных полей, так и их совокупности.

Электротехнические материалы в магнитном поле подразделяются на сильномагнитные и слабомагнитные ( магнитные и немагнитные).

В электрическом поле на проводниковых, диэлектрические и полупроводниковые.

В нутрии этих групп есть ещё подгруппы. Например - слабомагнитные делятся на диамагнитные и парамагнитные. Сильномагнитные на ферромагнитные и ферримагнитные. Ещё сильномагнитные материалы делятся на магнитомягкие и магнитотвёрдые.

Магнитомягкие материалы должны иметь высокую магнитную проницаемость, большую индукцию насыщение, узкую петлю гистерезиса и малую коэрцитивную силу.

Магнитотвёрдые материалы имеют существенно большую коэрцитивную силу.

К проводниковым материалам относятся твёрдые тела, жидкости и газы. Проводники бывают с малым и большим.

Диэлектриками называют вещества, основным электрическим свойством которых является поляризоваться в электрическом поле.

Диэлектрики разделяются на диэлектрические материалы и электроизоляционные материалы.

Вопрос № 5

Расскажите о видах, свойствах и областях применения неметаллических проводниковых материалов

К твёрдым неметаллическим проводниковым материалом относится электротехнический уголь. Сырьём для его производства могут служить сажа, графит, антрацит. Электротехнический уголь хорошо проводит электрический ток, не окисляется и не пригорает.

Он применяется для изготовления щёток электрических машин; электродов для прожекторов; дуговых электрических печей и электролитических ванн; анодов гальванических элементов.

Угольные порошки используются в микрофонах для создание сопротивление.

Используют уголь при изготовлении непроволочных высокоумных резисторов, различных разрядников для телефонных сетей, электровакуумных приборов.

Основа сажи и графита используется для экранирования жил силовых кабелей.