4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

4.1.Удельное объёмное электрическое сопротивление- [Oмм] Универсальный параметр

U = RI, где R- сопротивление материалов[Oм]

 = RS/l, где S- площадь поперечного сечения, l- длина.  может изменяться в пределах от 10^-8 до 10¹⁶ Омм

4.2. Температурный коэффициент электрического сопротивления _[Oмм/К] Универсальный параметр

_= /T _ > 0- для проводников _ < 0- для полупроводников

4.3. Диэлектрическая проницаемость -. Специальный параметр для диэлектриков

= C_м/C₀ , где C_м - ёмкость конденсатора , в котором между обкладками находится материал, С₀- ёмкость конденсатора , в котором между обкладками находится вакуум.

4.4. Тангенс угла диэлектрических потерь tg . Специальный параметр для диэлектриков

Характеризует ту часть энергии переменного электрического поля, которая рассеивается в диэлектрике в виде тепла.

4.5. Электрическая прочность-Е. [Мв/м] Специальный параметр для диэлектриков

Электрическая прочность - это та минимальная напряженность электрического поля, при котором происходит нарушение работы диэлектрика  пробой. Е_пр= U_пр/ h , где h- толщина (расстояние между электродами), U_пр- напряжение пробоя

5. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

5.1.Намагниченность -J_m[A/м] Универсальный параметр J_m=M/V, где М-магнитный момент единицы объема V материала.

5.2.Магнитная восприимчивость- k_mУниверсальный параметр k_m= J_m/H, где Н-напряженность магнитного поля. [А/м],

5

Рис.1.9. Петля магнитного гистерезиса

.3.Магнитная проницаемость-Универсальный параметр =В/(₀Н), где В-магнитная индукция [Тл], Н-напряженность магнитного поля [А/м], ₀-магнитная постоянная или проницаемость вакуума, равная 410^-7 Гн/м.

5.4.Индукция насыщения-B_s. [Тл] Специальный параметр для магнетиков.

Индукция насыщения -это максимальная индукция при намагничивании материала.

5.5. Остаточная индукция-B_r. [Тл] Специальный параметр для. магнетиков

Остаточная индукция- это та индукция , которая остаётся в материале после снятия внешнего магнитного поля (Рис.1.9).

5.6. Коэрцитивная сила-H_c [A/м] Специальный параметр для магнетиков

Коэрцитивная сила - это та напряженность магнитного поля, при которой магнитная индукция в материале исчезает, т.е. Н при B= 0.

6. ХИМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ Универсальный параметр

Химической стойкостью называется способность материала противостоять воздействию химически-активных сред. Химически-активными средами являются кислоты, щелочи, их водные растворы, окислители и т.д. Кислотность или щелочность водных растворов характеризуют с помощью так называемого водородного показателя pH, который отражает активность ионов водорода в данной среде. Диапазон изменения pH: от 0 до 14. Если pH =7, то это нейтральная среда (т.е. дистиллированная вода), если pH7-кислая среда, если pH7-щелочная среда. Как правило, чем больше pH отличается от 7, тем жидкость химически более активна.

Химическая стойкость-это комплексный и, в основном, качественный параметр, определяющий возможность нормального функционирования изделий в контакте с агрессивной средой.

7. ГОРЮЧЕСТЬ МАТЕРИАЛОВ. Специальный параметр для органических материалов.

Горючесть-это комплексная характеристика материала,включающая следующее: способность к воспламенению или самовоспламенению; скорость горения или распостранения пламени; параметры, определяющие условия, при которых возможен самоподдерживающийся процесс горения.

Одной из характеристик горючести является показатель горючести-К, равный отношению количества теплоты, выделившейся при горении материала, к количеству тепла, необходимому для его поддержания. По этому показателю все материалы подразделяются на: Негорючие (К0,1) Трудногорючие (0,1К0,5) Горючие (К0,5)

8. ОПТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ.

8.1. Цвет Универсальный параметр

Это универсальный параметр, определяющий спектр волн поглощения и отражения поверхности мателиала при воздействии оптического излучения.

8.2. Коэффициент преломления-n. Специальный параметр для оптически прозрачных тел.

n_D²⁰= sin /sin ,

где sin - угол падения лучей, sin  угол преломления, D- полоса излучения атома Na, длина волны которого равна 582 нм, 20-это температура измерения в ⁰С.

8.3. Коэффициент пропускания- Специальный параметр для оптически прозрачных тел.

Коэффициент пропускания равен отношению интенсивности проходящего света, к интенсивности падающего света:

I_пр/I_0.

Если  = 0, то это - непрозрачный материал, если 1- оптически прозрачный материал.

9. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ. Специальные параметры для жидких материалов (Реология -это наука о течении).

9.1. Динамическая вязкость- [Пас].

Сила внутреннего трения между слоями жидкости F выражается уравнением Ньютона:

F=S(dV/dx),

где S-поверхность трущихся слоев, (dV/dx)-градиент скорости в направлении x, перпендикулярном напрвлению движения жидкости.

9.2. Кинематическая вязкость- [м²/с].

Иногда вместо динамической вязкости используют так называемую кинематическую вязкость  под которой понимают отношение  к плотности жидкости т.е. =/d.

9.3. Энергия активации вязкого течения- Е [кДж/моль].

Вязкость жидкости зависит от температуры. Температурная зависимость является экспоненциальной

=₀exp(E/RT),

где Е-энергия активации вязкого течения, ₀-предэкспоненциальный множитель, R-универсальная газовая постоянная, равная 8,3110^-3 кДж/(мольград), T-абсолютная температура, т.е. температура, выраженная в градусах Кельвина.

10. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

10.1. Работа выхода электрона -А_е [эВ] Специальный параметр для металлов.

Это та энергия,которую необходимо подвести к материалу, чтобы удалить электроны на бесконечное расстояние от поверхности материала.

1

Рис. 1.10. Схема определения краевого угла смачивания.

0.2. Ширина запрещенной зоны-Hg [эВ] Универсальный параметр

Шириной запрещённой зоны называют ту энергию,которую необходимо подвести к материалу, чтобы создать в нём дополнительные носители заряды - электроны , дырки.

Hg = 0 – проводники Hg <2 эВ – полупроводники Hg >2 эВ – диэлектрики

10.3. Поверхностное натяжение- [Hм]. Универсальный параметр.

Характеризует энергию поверхностного слоя материала.

10.4. Краевой угол смачивания-. Специальный параметр для твердых материалов.

Краевой угол смачивания характеризует взаимодействие поверхности данного материала с каким- либо жидким веществом.  []- в градусах. Если 0- капля жидкости полностью растекается по поверхности , что говорит о хорошей смачиваемости данного материала. Если> /2- материал имеет плохую смачиваемость данной жидкостью.

10.5. Дипольный момент- Клм, Специальный параметр для молекул и молекулярных фрагментов.

 = q  l, где q- заряд диполя, l - расстояние между зарядами

Если дипольный момент молекул вещества равен нулю, то такой материал называют неполярным. Если дипольный момент больше нуля –материал полярный и полярность тем выше, чем больше .

11. ДИФФУЗИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Проницаемост характеризует способность материала пропускать через себя другое вещество, атомы и молекулы. Если происходит перемещение вещества как единого целого, то говорят о фазовом потоке, который описывается законами аэро- и гидродинамики. Если же наблюдается перемещение в материале отдельных частиц (атомов, молекул, ионов и др.), то говорят о диффузионном потоке, который описывается двумя уравнениями Фика.

Первый закон Фика (для стационарной диффузии) I=DgradC=D(dC/dx) где Iдиффузионный поток, Dкоэффициент диффузии, Сконцентрация диффузанта, хкоордината

Второй закон Фика (для нестационарной диффузии) где tвремя

Коэффициент диффузии D является важным техническим параметром материала. Он зависит от температуры по экспоненциальной зависимости: D=D₀exp(U/RT) где D₀предэкспоненциальный множитель, U энергия активации, Rуниверсальная газовая постоянная, Табсолютная температура

2.СТРУКТУРА МАТЕРИАЛОВ

Химические связи.

Внутреннее строение каждого материала характеризуется взаимным расположением структурных частиц, которое поддерживается силами взаимодействия, возникающими между этими частицами при их сближении на достаточно малые расстояния. Эти силы, называемые силами связи, представляют собой результат действия сил притяжения, препятствующих удалению частиц друг от друга, и сил отталкивания, не позволяющих частицам слиться.

Обычно выделяют четыре типа таких связей. Три из них — ионная (гетерополярная), ковалентная (гомеополярная) и металлическая — возникают в результате обмена или объединения валентных электронов. Эти связи относительно прочны. Четвертый вид связи, молекулярная (ван-дер-ваальсовская), возникает под действием более слабых сил притяжения, играющих, однако, весьма важную роль.

Рис.2.1. Изменение энергии E(г) и силы связи F(r) в зависимости от расстояния между частицами

Ионная связь. В этом случае силы притяжения — кулоновские электростатические силы. Противоположно заряженные ионы под действием кулоновских сил притягиваются друг к другу. Энергия притяжения E_пр=q²Z₁Z₂r, где q—заряд электрона; Z₁ и Z₂— заряды взаимодействующих ионов; r — расстояние между ионами. Однако существуют силы, мешающие ионам сблизиться на расстояние, определяемое диаметром ядра. Эти силы возникают вследствие отталкивания электронных оболочек соседних атомов, а также одноименно заряженных ядер при достаточно малых межатомных расстояниях. Энергия отталкивания увеличивается при сближении атомов и может быть найдена из выражения Е_от=brⁿ, где b — постоянная, 6 < n < 12. Таким образом, полная энергия при сближении пары разноименных ионов описывается выражением: E=q²Z₁Z₂r+ brⁿ.

Кривая полной энергии (рис. 2.1) имеет резкий минимум Е_с, который определяет величину межатомного расстояния, соответствующего максимальной устойчивости системы, и энергию сублимации (значение энергии, которое должно быть затрачено для полного разделения двух атомов или ионов). Величина энергии сублимации характеризует силу (жесткость) связи: чем больше Е_с, тем сильнее связь. Продифференцировав значение Е по координате, можно найти действующую силу F = q²Z₁Z₂r²nbr⁽ⁿ⁺¹⁾. Она также показана на рис. 2.1. При г и r = a_о результирующая сила равна нулю. Крутизна кривой результирующей силы в точке a_о связана с величиной модуля упругости. Крутизна кривой в этой точке весьма большая — это означает, что для отклонения от положения равновесия требуются значительные усилия. Поэтому межатомные расстояния остаются постоянными с точностью до 0,1 %.

Примером ионной связи может служить кристалл NaCl. Связь между атомами возникает следующим образом. Сначала оба атома перезаряжаются: единственный электрон с оболочки 3s атома металла переходит к атому галоида, у которого не хватает именно одного электрона для укомплектования оболочки 3s. Образовавшиеся ионы взаимодействуют между собой так, как это описано выше. Возникает ионная связь. Необходимо подчеркнуть, что подобный переход электрона происходит потому, что он энергетически выгоден: вследствие взаимного притяжения ионов Na⁺ и С1^- общая энергия системы оказывается меньше, чем в случае нейтральных атомов Na и С1. Энергия ионной связи может достигать 300 кДж/моль. Поскольку кулоновские силы не имеют избирательности, то каждый ион будет притягивать все противоположно заряженные ионы, находящиеся в непосредственной близости от него. Иногда говорят, что ионы имеют тенденцию максимально координироваться. Очевидно, что большой ион может удерживать больше противоположно заряженных ионов, чем ион меньших размеров. Например, ион цезия с радиусом 0,16 нм может удерживать 8 ионов хлора так, чтобы последние не соприкасались друг с другом; меньших же размеров ион натрия (радиус около 0,1 нм) может удерживать лишь 6 ионов хлора без установления контактов между ними, т. е. без возникновения сил отталкивания между электронными оболочками хлора. Число находящихся в контакте ионов называется координационным числом, оно зависит от соотношения размеров ионов. Например, если их радиусы одинаковы, то координационное число равно 12 (плотнейшая упаковка); если же они неодинаковы, то оно будет меньше.