Учебное пособие по материалке от Дистанционщиков (540408), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Из алюминиевых сплавов наиболее широкоиспользуется альдрей, высокие механические свойства которого достигаются за счетналичия в его составе соединения Mg2Si (сплав содержит 98% чистого алюминия). Егоσр=350 МПа, ρ =0.0317 мкОм . м.В линиях электропередачи широко применяют сталеалюминиевый провод стальные жилы, обвитые алюминиевой проволокой. Для сталеалюминиевого проводавоздушных линий используется особо прочная стальная проволока с σр=1200 - 1500МПа, покрытая цинком для защиты от коррозии в условиях повышенной влажности.Проводниковая стальСталь (железо с содержанием углерода 0.1 - 0.15%) как проводниковый материалиспользуется в виде шин, рельсов трамваев, электрических железных дорог и пр.Удельная проводимость стали в 6 - 7 раз меньше, чем у меди, р= 700 - 750 МПа,относительное удлинение перед разрывом 5 - 8%.
На переменном токе в сталипроявляется поверхностный эффект и появляются потери мощности на гистерезис.Такая сталь может использоваться для проводов воздушных линий электропередач,если передаются небольшие мощности и основную роль играет не удельноесопротивление провода, а его механическая прочность.Сплавы высокого сопротивления для резисторовизмерительных приборовМанганины — сплавы на медной основе, содержащие около 85% Cu , 12% Mn,3% Ni.Применяются для изготовления образцовых резисторов, шунтов, приборов и т.д.,имеют малую термо-э.д.с. в паре с медью (1 - 2 мкВ/К ), удельное сопротивление 0.42 0.48 мкОм . м, σр= 450 - 600 МПа, относительное удлинение перед разрывом 15 - 30%,максимальную длительную рабочую температуру не более 200оС.
Можно изготовлять ввиде проволоки толщиной до 0.02 мм с эмалевой и др. изоляцией.Константан — медно-никелевый сплав (средний состав 60% Cu, 40%Ni ),имеет ρ =0.648 - 0.52 мкОм . м, αρ =(5 - 25) . 10-6К-1, σр= 400 - 500 МПа, относительноеудлинение перед разрывом 20 - 40%. Термо-э.д.с. в паре с медью 45 - 55 мкВ/К, поэтому202константан можно использовать для термопар.
Реостаты и нагревательные элементыиз константана могут длительно работать при температуре 450оС.Жаростойкие сплавы - это сплавы на основе никеля, хрома и другихкомпонентов. Устойчивость этих сплавов к высоким температурам объясняетсяналичием на их поверхности оксидов хрома Cr2O3 и закиси никеля NiO . Сплавысистемы Fe-Ni-Cr называются нихромами, на основе никеля, хрома и алюминияфехралями и хромалями. В марках сплавов буквы обозначают: Х - хром, Н - никель, Ю алюминий, Т титан. Цифра, следующая за буквой, означает среднее процентноесодержание этого металла. Некоторые свойства жаростойких сплавов приведены втаблице.Марка сплаваТип сплаваρ, мкОм . мΤкρ.
105, 1/oCМаксимальнодопустимаятемпература, oCХ20Н80Нихром1.04 - 1.1791100Х13Ю4Фехраль1.2 - 1.3415960Х23Ю5ТХромаль1.3 - 1.551150Основная область применения этих сплавов - электронагревательные приборы,реостаты, резисторы. Для электротермической техники и электрических печей большоймощности используют обычно более дешевые, чем нихром, фехраль и хромаль сплавы.Контактные материалыДля разрывных контактов в слаботочных контактах, кроме чистых тугоплавкихметаллов вольфрама и молибдена применяют платину, золото, серебро, сплавы на ихоснове и металлокерамические композиции, например, Ag - CdO.Сильноточные разрывные контакты обычно изготовляют из металлокерамическихматериалов и композиций, например, серебро - никель, серебро - графит, медь вольфрам - никель и др.Для скользящих контактов часто используют контактные пары из металлического играфитосодержащего материалов, а также проводниковые бронзы, латуни (сплавымеди и цинка), твердую медь и медь, легированную серебром (для коллекторныхпластин) и др.
материалы.СверхпроводникиИзучая влияние примесей на остаточное сопротивление металлов в 1911 г.,голландский физик Каммерлинг-Оннес обнаружил скачкообразное исчезновениесопротивление ртути при Тс=4,15 К. Это новое состояние было названосверхпроводящим. Впоследствии выяснилось, что сверхпроводящее состояние принизких температурах наблюдается у многих химических элементов, у большого числасплавов и интерметаллических соединений, а также у некоторых полупроводников иполимеров.Рекордно высоким значением температуры перехода в сверхпроводящеесостояние обладало до недавнего времени соединение Νb3Ge (около 23 К). За 1987 и1988 гг.
температура сверхпроводящего перехода возросла с 23 К до 120 К, минуя приэтом весьма важный порог − температуру кипения жидкого азота, равную 77 К.Появление высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), как принято считать,начинается с публикации работы Беднорца и Мюллера, обнаружившими резкое203снижение сопротивления керамических материалов оксидной системы Ba-O-La2O3-CuOпри температурах 30-35 К. В результате интенсивных исследований в последующиегоды были получены керамические составы с высокими температурами перехода,например, в системе Tl2-Ca3-Ba2-Cu4-O12 Тc достигает 125 К. В научно-популярныхизданиях были сообщения о достижении критической температуры 250 К, однако этисоединения не обладали необходимой стабильностью свойств.Вернемся, однако в первую половину ХХ века и отметим наиболее заметные вехив изучении свойств сверхпроводников.В 1933 г.
немецкие физики В. Мейсснер и Р. Оксенфельд установили, чтомагнитное поле выталкивается из сверхпроводящего образца (эффект Мейсснера Оксенфельда). Это означает, что в присутствии магнитного поля такой образец ведетсебя как идеальный диамагнетик.Немецкие ученые Х. и Ф. Лондоны, работавшие в Англии, в 1934 г. пришли кзаключению, что сверхпроводящее состояние является макроскопическим квантовымсостоянием металла. Основываясь на этом представлении, они разработалии отсутствиефеноменологическую теорию, объясняющую эффект Мейсснерасопротивления.Многие свойств сверхпроводников были систематизированы в рамкахфеноменологической электродинамической теории, предложенной в 1935 г.
Ф. и Г.Лондонами и развитой Пиппардом, Гинзбургом и Ландау в 1950-1953 гг.Последовательная микроскопическая теория сверхпроводников была созданатолько в 1957 г. Дж. Бардиным, Л. Купером и Дж. Шриффером (теория БКШ).Значительный вклад в эту теорию внес советский академик Н.Н Боголюбов.Возникновение сверхпроводящего состояния связывается с тем, что притемпературах ниже точки перехода электрон локально искажает решетку, создаваяобласть притяжения для другого электрона, при этом силы притяжения между нимибудут превосходить силы отталкивания.
Такие электронные пары (куперовские парыэлектронов) будут находиться в одном квантовом состоянии. Результатомколлективного поведения пар является рассеяние отдельного электрона на примесях ипереход в сверхпроводящее состояние.Рис. 9.5. Электрон-электронное взаимодействие,передаваемое виртуальным фонономОбразование электронных пар можно объяснить квантово-механическимобменным взаимодействием электронов посредством обмена виртуальными фононами.Такое взаимодействие схематически изображено на рисунке. При определенныхусловиях, выполняющихся в сверхпроводниках, притяжение между электронами можетпревышать электростатическое отталкивание электронов.Куперовская пара будет состоять из двух электронов с равными и противоположнонаправленными импульсами и противоположными спинами.
Обменные виртуальные204фононы существуют только при переходе от одного электрона к другому и в отличие отреальных фононов не могут распространяться в решетке независимо от этихэлектронов.В отличие от электронов, подчиняющихся статистике Ферми-Дирака и имеющихспин 1/2, куперовские пары имеют нулевой суммарный спин и подчиняются статистикеБозе-Эйнштейна. Вследствие образования куперовских пар нормальное состояниестановится энергетически невыгодным, что приводит к конденсации электронных пар(бозе-частиц) на нижнем энергетическом уровне с понижением энергии основногосостояния.
Согласно теории БКШ характерный размер куперовской пары задаетсяvF− фермиевская скорость электронов, h−длиной когерентностиξ0=hvF/k, гдепостоянная Планка, k−постоянная Больцмана. Во всем образце сверхпроводникапроисходит перекрытие волновых функций пар, длина которых ξ0 намного большерасстояния между соседними парами, что приводит к возникновению макроскопическихквантовых когерентных явлений, обусловленных возникновением дальнего порядка.Таким образом, электроны сверхпроводника образуют единое квантовое состояние,которое в каждой точке пространства описывается амплитудой волновой функцииконденсата и ее фазой.Критическое магнитное поле и критический токКритическое магнитное поле.
Сверхпроводящее состояние разрушается, еслимагнитное поле превысит некоторое критическое значение, зависящее от материаласверхпроводника и температуры. Как показано на рис. зависимость критического поля,Hc, при котором разрушается сверхпроводимость, от температуры достаточно хорошоаппроксимируется параболами типа⎡ ⎛TH c = H 0 ⎢1 − ⎜⎜⎢⎣ ⎝ Tc⎞⎟⎟⎠2⎤⎥,⎥⎦где H0= Ηс при Т=0 К. Кривую рис. можно назвать фазовой диаграммойсверхпроводника.
Образец будет находиться в сверхпроводящем состоянии при любойкомбинации температуры и приложенного магнитного поля дающей точку (например,точку Р), лежащую внутри заштрихованной области. Металл можно перевести внормальное состояние, как указывают стрелки, увеличивая либо температуру, либомагнитное поле, либо то и другое одновременно. Каждый сверхпроводникхарактеризуется своими собственными значениями H0 и Tc, по которым с помощьюприведенного выше уравнения можно найти критическое поле при любой температуре.Рис.
9.6. Фазовая диаграмма сверхпроводника Ηс(T)У сверхпроводников второго рода наблюдаются два критических поля HC1 и HC2.Зависимость B(H) для сверхпроводников второго рода показана на рис. 6. Внешне205магнитное поле начинает частично проникать в сверхпроводник, начиная с нижнегокритического значения HC1. Полное проникновение происходит, если магнитное полепревысит верхнее критическое значение HC2. В этом случае весь образец переходит вHC2 происходит частичноенормальное состояние.
В интервале между HC1 ипроникновение магнитного потока, возникает смешанное состояние, котороепоявляется, как это впервые предположил А.А. Абрикосов, в результате проникновенияполя в сверхпроводящий образец в виде тонких вихревых нитей. Иногда это смешанноесостояние в сверхпроводнике второго рода называют фазой Шубникова.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
