Поляризация Диэлектриков

Вопросы-Ответы.

Общие сведения о строении вещества

Различают четыре основных типа связи: ионная, металлическая, ковалентная, связь Ван-дер-Вальса (молекулярная).

Кристаллическая решетка – это присущее кристаллическому состоянию вещества регулярное расположение частиц (атомов, молекул, ионов),характеризующееся периодической повторяемостью в трех измерениях. Полное описание кристаллической решетки дается пространственной группой, параметрами элементарной ячейки, координатами атомов ячейке. Кристаллы могут быть с упорядоченным и неупорядоченным состоянием. В энергетике используются и те и другие.

Дефекты строения кристаллической решетки, определяющие особые физические свойства вещества, широко применяются для получения самых различных материалов, например люминофоров.

К дефектам кристаллического твердого тела относятся любые нарушения периодичности электростатического поля кристаллической решетки, наличие посторонних примесей, механически напряженные участки, трещины, поры, включения посторонних примесей и т. д.

 

 

Классификация веществ по электрическим свойствам

Диэлектрики – такие материалы, у которых запрещенная зона настолько велика, что электронной проводимости не наблюдается.

Проводники – у которых запрещенная зона равна нулю и следовательно, электроны в проводниках свободны и могут переходить с одной зоны на другую по действием слабой напряженности электрического поля.

Полупроводники– будут соответственно вещества, занимающие промежуточное состояние по отношению к предыдущим, и у них более узкая запрещенная зона, которая может быть преодолена по действием внешних энергетических воздействий.

 

 

Поляризация Диэлектриков

Возникновение (индуцирование) электрического момента в единице объема образца диэлектрического материала или участка электрической изоляции может… ПоляризованностьJ — определяет интенсивность поляризации диэлектрика и… p = q • l , (1)

Диэлектрическая проницаемость

На первом (а) показан конденсатор, помещенный в вакуум. В этом случае на его пластинах возникнет заряд Q0. На втором (б) показан тот же конденсатор,… Q = Q0 + QД = ε • Q0 . (4)

Классификация диэлектриков на линейные и нелинейные

Для большинства диэлектриков в слабых электрических полях зависимость поляризованности от напряженности поля можно записать в виде

P = ε₀ • χ • E = ε₀ ( ε - 1 ) • E (6)

В сильных электрических полях линейная зависимость между поляризованностью и напряженностью поля нарушается. Пропорциональности между векторами Р и Е нет также у нелинейных диэлектриков. Характер изменения поляризованности и ε от напряженности поля для линейных диэлектриков, у которых Р и ε изменяются пропорционально изменению Е показан на рис. 2 а, для нелинейных — на рис. 2 б.

а)

б)

Рис. 2.

Линейные диэлектрики относят к ПАССИВНЫМ диэлектрикам. Они применяются в основном в качестве различных видов электрической изоляции или диэлектрика конденсаторов. НЕЛИНЕЙНЫЕ диэлектрики, параметры которых зависят от величины приложенной разности потенциалов, относят к АКТИВНЫМ диэлектрикам. Емкостью конденсатора с нелинейным диэлектриком можно управлять электрическим полем.

 

 

Диэлектрики полярные, неполярные и с ионной структурой

Неполярные диэлектрики (нейтральные) — состоят из неполярных молекул, у которых центры тяжести положительного и отрицательного зарядов совпадают.… Полярные диэлектрики (дипольные) — состоят из полярных молекул, обладающих… Ионные соединенияпредставляют собой твердые неорганические диэлектрики с ионным типом химической связи. Для этой…

Электронная поляризация

Электрический момент р, приходящийся на одну частицу (атом, ион) для не слишком больших полей, пропорционален напряженности поля p = αэ • E. (7) Коэффициент α э называется электронной поляризуемостью. Для многих диэлектриков, таких как газы, неполярные…

Ионная поляризация

Зависимость ε от температуры у твердых ионных линейных диэлектриков с ростом температуры может быть различной. У большинства ионных… αи = q2/kупр (9) Тогда поляризованность единицы объема Ри будет равна сумме всех элементарных моментов. ε увеличивается с ростом…

Релаксационные виды поляризаций

Дипольно-релаксационная поляризация часто называется ориентационной, так как она проявляется в появлении некоторой упорядоченности в расположении… P(t) = Р0[1-e-t/τ] , (10) где P(t)-поляризованность в момент времени t, а после снятия внешнего поля уменьшается по закону

Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры, давления, влажности, напряжения

TKε = 1/ε • dε/dT, K -1 . (14) Влияние давления на ε учитывается барическим коэффициентом BKε = 1/ε • dε/dP, Па -1 . (15)

Диэлектрическая проницаемость смесей

Для расчета эффективной ε* смеси положим, что отдельные компоненты не вступают друг с другом в химические реакции, т. е. смесь чисто… Рис.8.

Электропроводность диэлектриков

Сквозной ток - Iскв (ток утечки) обусловлен наличием в диэлектриках, указанных в табл. 1 свободных носителей заряда различной природы.

Таблица 1

Вид диэлектрика	Носители заряда (область слабых полей)	Природа носителей заряда (происхождение)
Газообразные	Положительные и отрицательные ионы	Ионизация молекул газа
В сильных полях также электроны	Главным образом ударная ионизация и фотоионизация молекул газа
Жидкие	Ионы	Диссоциация молекул примесей (реже собственных молекул)
Коллоидные заряженные частицы	Характерны для коллоидных растворов - эмульсий (коллоидные частицы - жидкость) и суспензий (взвешенное фаза - твердое вещество)
Твердые	Ионы	Диссоциация примесей или собственных молекул
Точечные дефекты кристаллической решетки: вакансии (пустые узлы), межузельные ионы	Зависят от структуры кристаллического диэлектрика
Электроны проводимости или дырки в заполненной зоне	В диэлектриках с электронным механизмом проводимости

 

 

Токи абсорбции

Таблица 2

Условия возникновения Iабс	Механизм или причина уменьшения проводимости
При ионной проводимости наличие блокирующих контактов с электродами (БК)	БК препятствуют прохождению носителей заряда через границу электрод-диэлектрик или разряду носителей, подходящих из объема диэлектрика на границе с электродом.
Неоднородная структура диэлектрика	Накопление заряда на границах раздела, что вызывает перераспределение электрического поля.
Ионная или молионная проводимость в жидком диэлектрике	Необратимое удаление носителей заряда и разрядка их на электродах (электроочистка)
Инжекция электронов или дырок в диэлектрик	Захват носителей заряда на ловушки (дефекты решетки) и исключение их из процесса переноса тока
Наличие в диэлектрике замедленной поляризации	Установление релаксационной поляризации с течением времени

 

 

Общее выражение для удельной объемной электропроводности

j = γυ E, (19) где γυ - удельная объемная проводимость вещества. Эта формула… Для оценки параметров диэлектриков обычно используют величину обратную γυ - удельное объемное…

Поверхностное сопротивление твердых диэлектриков

ρs = Rs b / a (26) ρs - твердых диэлектриков является параметром диэлектрика и зависит от…  

Электропроводность газообразных диэлектриков

Рис.9  

Электропроводность жидких диэлектриков

В неполярных и слабополярных жидкостях носителями заряда в основном являются ионы, возникающие при диссоциации молекул примесей. Степень диссоциации… Электронная электропроводность может наблюдаться в сильных полях при эмиссии… Молионная электропроводность характерна для коллоидных растворов, например, для многих электроизоляционных лаков в…

Электропроводность твердых диэлектриков

Согласно Я. И. Френкелю под действием тепловых флуктуаций ионы получают иногда энергию, достаточную, чтобы покинуть нормальные положения в решетке и… μ / D = q / kT , (28) где μ - подвижность, q - заряд, k - постоянная Больцмана, Т - температура. Коэффициенты диффузии, вычисленные по…

Зависимость удельной электропроводности от напряженности электрического поля

γ = γ0 exp(β1 • E), (31) а в некоторых случаях формулой Френкеля γ = γ0 exp(β2 • Ц E ), (32)

Диэлектрические потери

Нагрев диэлектрика в постоянном электрическом поле зависит от значений удельных объемного и поверхностного сопротивлении (или удельной… P = U 2 / R, (33) где U - напряжение, В.

Тангенс угла диэлектрических потерь

Рис. 11. Угол δ, дополняющий угол сдвига фаз между током и напряжением до 90°, называется углом диэлектрических потерь.…

Полные и удельные диэлектрические потери

P = U 2 ω C tgδ , (39) где ω = 2 π f - угловая частота. В системе СИ Р выражается в ваттах, если f - в герцах (в рад/с), С - в фарадах. Формулу для удельных диэлектрических…

Потери на электропроводность

Протекание сквозного тока через диэлектрик как в постоянном, так и в переменном электрическом поле приводит к диэлектрическим потерям на… tgδ = Ia / Iс = U/R· (1/UωC) = 1/RωC, (48) т. е. tgδ будет обратно пропорционален частоте. Потери на электропроводность будут наблюдаться также и в полярных…

Релаксационные потери

Основные причины, вызывающие протекание через диэлектрик абсорбционных токов, приводящих к релаксационным потерям, перечислены в разделе об… В вязких жидкостях полярные молекулы - диполи, ориентируясь во внешнем поле… Зависимость tgδ от частотыдля релаксационных поляризаций имеет наибольшую физическую ясность для полярных…

Диэлектрические потери полимеров

Рис. 17.  

Диэлектрические потери неорганических диэлектриков

Рис.18.  

Диэлектрические потери в неоднородных диэлектриках

Диэлектрические потери в композиционных диэлектриках можно рассчитать, используя параллельную или последовательную схему замещения диэлектрика.… tgδ = (C1tgδ1 + C2tgδ2) / (C1 + C2). (52) Для последовательной схемы при некоторых упрощающих предположениях можно получить аналогичным путем формулу

Пробивное напряжение и электрическая прочность диэлектриков

Электрический пробой - разрушение диэлектрика, обусловленное ударной ионизацией электронами или разрывом связей между атомами, ионами или молекулами…

Электротепловой пробой

Если не учитывать распределение температуры по толщине диэлектрика, то можно легко получить приближенное выражение для анализа зависимости Uпр от… Q1 = U 2 ω C tgδ, (54) Если в диэлектрике будут только потери проводимости (неполярный диэлектрик), то tgδ = tgδ0 exp[a(T- T0)],…

Пробой газообразных диэлектриков

Пробивное напряжение газов существенно снижается в неоднородных полях, например для воздуха при h=l см от 30 кВ до 9 кВ. В неоднородном поле влияет… Рис.20

Пробой жидких диэлектриков

На электрический пробой жидких диэлектриков влияют многие факторы, числу которых относятся материал электродов, примеси, загрязнение жидкости;… В неочищенных жидкостях пробивное напряжение определяется действующим… Для многих жидкостей в зависимости пробивного напряжения от температуры имеется максимум при температурах 30-80°С,…

Пробой твердых диэлектриков

Ионизационный пробой можно наблюдать в полимерных диэлектриках, содержащих газовые поры, в которых развиваются процессы ионизации - так называемые… Электротермический пробой характерен для хрупких диэлектриков и пористых… Электромеханический пробой - механическое разрушение полимера при высоком напряжении в результате того, что полимер…

Природа проводимости и основные характеристики проводниковых материалов

Из проводниковых материалов - твердых тел, жидкостей и газов в электротехнике наиболее часто применяют металлы и сплавы. Согласно классической теории металлы можно рассматривать как кристаллический…

Теплопроводность металла

(1) - число Лоренца, , - температура. Этот закон выполняется для электронной составляющей теплопроводности, если считать, что столкновение электронов носит…

Классификация проводниковых материалов

Общепринятая классификация проводниковых материалов отсутствует. Будем рассматривать следующие группы проводниковых материалов:

· материалы высокой проводимости;

· материалы с высоким удельным сопротивлением для резисторов и точных приборов;

· жаростойкие материалы;

· контактные материалы;

· сверхпроводники и криопроводники.

 

Материалы высокой проводимости

Серебро - один из наиболее дефицитных матералов, достаточно широко применяемый в электротехнике и электронике для высокочастотных кабелей, защиты… Медь - наиболее широко применяется в качестве проводникового материала. В… Наиболее нежелательными примесями в меди являются висмут и свинец, сера, кислород. Наиболее чистые сорта проводниковой…

Сплавы и их свойства

Бронзы - сплавы меди с оловом (оловянные), алюминием (алюминиевые), бериллием (бериллиевые) и др. легирующими элементами. Бронзы по… Бронзовые детали для упрочнения подвергаются термической обработке - закалке и… · БрО10 (10% олова, остальное медь);

Сплавы высокого сопротивления для резисторов измерительных приборов

Константан - медно-никелевый сплав (средний состав 60% Cu, 40%Ni ), имеет =0.648 - 0.52 мкОм . м, =(5 - 25) . 10-6К-1, бр= 400 - 500 МПа,… Жаростойкие сплавы - это сплавы на основе никеля, хрома и других компонентов.… Жаростойкие сплавы

Стали

Сталью называют сплавы железа с углеродом при содержании углерода до 2,14%. Стали углеродистые промышленного производства — сложные по химическому составу сплавы. Кроме углерода в их состав входит ряд примесей.

Сталь как проводниковый материал используется в виде шин, рельсов трамваев, электрических железных дорог и пр. Удельная проводимость стали в 6 - 7 раз меньше, чем у меди, б_р= 700 - 750 МПа, относительное удлинение перед разрывом 5 - 8%. На переменном токе в стали проявляется 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 удельное сопротивление провода, а его механическая прочность.

При охлаждении большинства сталей кристаллизация жидкой фазы заканчивается образованием аустенита.

Аустенит — твердый раствор углерода в У-железе, с максимальной растворимостью углерода 2,14% при температуре 1147 С. Со снижением температуры растворимость углерода в С-железе уменьшается и при температуре 727°С составляет 0,8%. Аустенит обозначают А или Fey(С); он имеет твердость НВ = 1600 ... 2000 МП.

При дальнейшем охлаждении доэвтектоидных сталей (0,8% углерода) происходит превращение аустенита в феррит. За эвтектоидными сталями (00,8% и мене 2,14% углерода) из аустенита выделяется цементит. Для всех сталей при уменьшении температуры происходит превращение аустенита в перлит.

Феррит (обозначают Ф или Fe(C) — твердый раствор углерода в а-железе. Феррит может быть высокотемпературный, с максимальной растворимостью углерода 0,1% при температуре 1499° С, и низкотемпературный, с максимальной растворимостью углерода 0,02% при температуре 727° С и растворимостью менее 0,01% при температуре ниже 600° С. Феррит имеет хорошие пластические свойства, но невысокие прочность и твердость (НВ ° 800 ... 1000 МПа).

Цементит (обозначают Ц) — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа - Fе_зО с содержанием углерода 6,67%. Он имеет сложную ромбическую решетку. Последними исследованиями при нагреве лазерным лучом установлено, что температура его плавления равна 1260° С. Цементит обладает высокой твердостью (8000 МПа), хрупок и выступает в сплавах как отдельная фаза.

Цементит может быть первичный (Щ), кристаллизующийся из расплава, вторичный (Цп), выделяющийся из аустенита; третичный (Цщ), выделяющийся из феррита.

Перлит (обозначают П) — механическая смесь (эвтектоид) феррита с цементитом, образующаяся при распаде астенита с содержанием углерода 0,8% (точно 0,81%) при температуре 727°С. Структура перлита представляет собой эвтектоидную смесь тонких пластинок феррита и цементита (Ф + Ц) или округлых зерен цементита в ферритной основе. Твердость перлита близка к твердости аустенита (НВ = 2000 МПа).

Феррит — очень пластичная, но малопрочная фаза, цементит очень тверд и статически прочен, но практически непластичен. Поэтому увеличение содержания углерода в стали (или, что то же, увеличение содержания перлита и цементита) приводит к повышению прочности и твердости стали и уменьшению ее пластичности.

В зависимости от назначения предусмотрено изготовление и поставка углеродистой стали по нескольким государственным стандартам — ГОСТ 380-88. ГОСТ 1050-88, ГОСТ 1435-90 и др.

Кроме того, в зависимости от вида продукции и способа ее изготовления предусмотрены государственные стандарты и технические условия на отдельные виды продукции.

По ГОСТ 380-88, изготавливают двадцать марок стали углеродистой обыкновенного качества, имеющих широкое применение в машиностроении, строительстве и т.д.

Все марки стали, изготовляемые по настоящему стандарту, имеют буквенно-цифровое обозначение. Первые две буквы "Ст" обозначают сталь, цифры 0; 1;... 6 — условный номер марки, буквы кп. пс и сп — способ раскисления ( поведение стали при разливке и кристаллизации) и буква Г — повышенное содержание марганца. Для большинства марок (кроме СтО) массовая доля серы не более 0,05%, фосфора — не более 0,04%.

Поведение стали при разливке и кристаллизации (кп — кипящая, пс — полу спокойная и сп — спокойная) связано со степенью удаления из стали кислорода (степенью раскисления). При разливке малораскисленной стали в изложнице происходит бурное выделение пузырьков окиси углерода — сталь как бы кипит (кп); чем полнее удален из стали кислород, тем спокойнее (пс и сп) проходит процесс кристаллизации.

Углеродистые качественные конструкционные стали (ГОСТ 1050-88) во всех обозначениях марок содержат цифры, указывающие среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы кп и пс — степень раскисления. Если после цифры буквы отсутствуют, то эта сталь является спокойной.

В сталях всех марок содержание серы допускается не более 0,04%, а фосфора — не более 0,035%.

Углеродистую инструментальную сталь (ГОСТ 1435-90) применяют для изготовления режущего инструмента, работающего при малых скоростях резания и не подвергаемого существенному разогреву в процессе эксплуатации.

Все инструментальные углеродистые стали относятся к качественным (S<0.028%, P<0,03%) или высококачественным (S<0,018%, Р<0,025 .более чистые по примесям других элементов).

В обозначениях марок (У7, У8, У10А, У8ГА и др.) углеродистой инструментальной стали буквы и цифры обозначают: У — углеродистая, цифры — среднее содержание углерода в десятых долях процента; если в стали содержание марганца превышает обычное (0.17...0,33%), то после цифры ставят букву Г (Мп = 0,33...О,58%). если сталь высококачественная, то в конце марки ставят букву А (табл.1.2).

 

Диаграмма состояния железо-цементит

Цементит (Fe₃C) — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), со сложной ромбической решеткой, содержит 6,67 % углерода. Он твердый (свыше 1000 HВ), и очень хрупкий. Цементит фаза метастабильная и при длительным нагреве самопроизвольно разлагается с выделением графита.

Контактные материалы

Сильноточные разрывные контакты обычно изготовляют из металлокерамических материалов и композиций, например, серебро - никель, серебро - графит,… Для скользящих контактов часто используют контактные пары из металлического и…

Явление сверхпроводимости

Возникновение сверхпроводящего состояния связывается с тем, что при температурах ниже точки перехода электрон локально искажает решетку, создавая… Критическая температура. У чистых монокристаллов переход в сверхпроводящее… Критическое магнитное поле (критическая индукция). Сверхпроводящее состояние разрушается магнитным полем, когда…

Сверхпроводники первого, второго и третьего рода

Рис. 3. Диаграмма плотности тока от напряженности магнитного поля

Эффект Мейсснера

  44. Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП)

Наиболее интересные перспективы применения сверхпроводников приведены на рис. 4.

 

Рис. 4. Перспективы применения сверхпроводников

 

Сверхпроводящие магниты. С помощью обычного электромагнита, представляющего собой катушку из медного провода, размещенной на железном сердечнике, можно создавать поля до 2Тл, причем медные провода выдерживают плотность тока до 400А/см². Сверхпроводники позволяют отказаться от железного сердечника за счет увеличения плотности тока до 100000А/см². Такие плотности тока позволяют получать сплавы из ниобия-3 и олова и ниобия с титаном при температуре жидкого гелия (4К).

Объемные образцы иттрий - барий - оксид меди выдерживают плотность тока до 4000А/см² при температуре жидкого азота (77К) в поле 1Тл. В отсутствие магнитного поля плотность тока может достигать 17000А/см².

Генераторы и линии электропередач. Сверхпроводящие магниты могут повысить КПД генераторов большой мощности до 99.5%, хотя у обычных генераторов он уже достигает 98.6%. Ежегодная экономия топлива составит 1%. Экономически рентабельными сверхпроводниковые линии электропередач могут стать только при передаче по ним большого количества энергии.

Аккумулирование электроэнергии. Сверхпроводящие накопители энергии с охлаждением жидким азотом обошлись бы на 3% дешевле, чем обычные, а общие капитальные затраты уменьшаются еще на 5%.

Поезда на магнитной подушке - наиболее перспективное применеие сверхпроводников для скоростных поездов. Стоимость сооружения пути длиной 500км обойдется в 1.5 - 4.5 млрд долл. Стоимость самих поездов составит не более 10% от общей суммы затрат, а система охлаждения всего 1%.

Сверхнизкие температуры до 10^-6К достигнуты в магнитных холодильниках при использовании магнитоэлектрического эффекта. Такие системы важны для космических и оборонных программ.

Компьютеры и сверхпроводники. В будущем может быть создан суперкомпьютер на ВТСП с быстродействием в 1000 раз больше, чем у компьютеров, проектируемых в настоящее время. Время переключения на переходах Джозефсона (два сверхпроводника, разделенных тонким слоем диэлектрика) составит не более 10^-13с для Т_кр=10К и 10^-14с для материала с Т_кр=100К.

СКВИДы (сверхпроводящий квантовый итерференционный детектор). С помощью СКВИДа можно измерять падение напряжения до 10^-18В, токи 10^-18А (несколько электронов в секунду) и магнитные поля меньшие 10^-14Тл. Аналогов подобной чувствительности нет. Новые сверхпроводники позволяют регулировать частоты до 10¹²Гц (близко к квантовому пределу). Чувствительность обычных приборов не превышает 10¹⁰Гц. Применение СКВИДов - магнитоэнцефалография, элементы памяти. СКВИДы используются физиками для исследования кварков, магнитных монополей, гравитонов, геологами для поисков нефти, воды, минералов, разрабатываются детекторы для обнаружения подводных лодок.

 

Криопроводники

Применяются криопроводники в основном для изготовления жил кабелей, проводов, работающих при температурах жидкого водорода (-252.6оС), неона…  

Термоэлектродвижущая сила

, (3) где - относительная дифференциальная (удельная) термо - э.д.с. (рис. 5).

Зависимость удельного электрического сопротивления металлов от температур

· - температура плавления; · - температура Дебая; · -температура перехода в сверхпроводящее состояние.

Электрические характеристики сплавов

а - различные варианты систем непрерывных твердых растворов металлов А и Б; б - механическая смесь двух металлов; в - правило Курнакова Нордгейма… Рис. 7. Зависимость удельного сопротивления сплавов от соотношения компонентов

Природа ферромагнетизма

Атомы или ионы приобретают магнитный момент, как правило, если они имеют нескомпенсированные спины электронов. Например, в атомах железа на… По Я.И.Френкелю и В.Гейзенбергу главную роль в возникновении ферромагнитного…  

Доменная структура магнитного материала

Рис. 8. Структура магнитного материала  

Структура ферромагнетиков

Зависимости B=f(H) показывают, что кристаллы являются магнитоанизотропными. На рисунке эта зависимость показана для железа. Направления… Энергию естественной кристаллографической магнитной анизотропии - Ек… ,

Магнитные свойства вещества

(4). Намагниченность зависит от намагничивающего поля : (5)

Магнитная проницаемость

Абсолютная проницаемость,относительная проницаемость. Зависимость показана на рисунке. Начальнаяи максимальная проницаемости являются частными… , (7) (8).

Магнитный гистерезис

  Рис. 11. Магнитная проницаемость

Потери в магнитных материалах

(10).   При перемагничивании с частотой (Гц)

Классификация веществ по магнитным свойствам

Диамагнетики - вещества, в которых в «чистом» виде проявляется диамагнитный эффект, являющийся результатом воздействия внешнего магнитного поля на молекулярные токи. Магнитный момент, возникающий при этом эффекте, направлен навстречу внешнему полю. Для диамагнетиков

= -(10^-6 - 10^-7), <1 (13)

- слабо изменяется от температуры. Диамагнетизм присущ всем веществам, однако в большинстве случаев он маскируется другими типами магнитного состояния.

Все вещества с ковалентной химической связью, щелочно-галоидные кристаллы, неорганические стекла, полупроводниковые соединения А₃В₅, А₂В₆, кремний, германий, бор и другие. Ряд металлов: медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и других веществ, водород, азот, вода и другие.

Магнитомягкие материалы способны намагничиваться до насыщения в слабых полях, обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на перемагничивание. Условно к магнитомягким относят материалы с Н_с>800 А/м. Применяются в основном в качестве магнитопроводов дросселей, трансформаторов, электромагнитов, электрических машин и т.д.

Магнитотвердые материалы отличаются большой удельной энергией, которые тем больше, чем чем больше остаточная индукция B_r и коэрцитивная сила Н_с материала. К магнитотвердым относят материалы с Н_с>4 кА/м. Используются главным образом для постоянных магнитов.

Намагничивание магнитомягких материалов происходит в основном за счет смещения междоменных границ, а в магнитотвердых - за счет вращения вектора намагниченности (в магнитотвердых материалах на основе редкоземельных элементов преобладают процессы смещения).

 

Магнитомягкие материалы

Низкоуглеродистая электротехническая сталь (другое название "армко-железо") обладает высокими значениями магнитной проницаемости и…    

Электротехнические стали

Основные вредные примеси: углерод, сера, кислород, марганец. Свойства стали существенно улучшаются при создании магнитной текстуры,… При ребровой текстуре наилучшие магнитные свойства получаются в направлении прокатки, наихудшие - под углом 55о к…

Пермаллои

 

Особенности технологии пермаллоя

  Рис. 15. Магнитные характеристики пермаллоев в зависимости от содержания Ni (для показана качественная зависимость) …

Применение пермаллоев

Сплавы с повышенным удельным сопротивлением реализуют для сердечников импульсных трансформаторов и аппаратуры звуковых и высоких частот, работающих… С увеличением частоты следует применять более низконикелевые пермаллои тонкого…  

Альсиферы

Область применения - магнитные экраны, корпуса приборов и аппаратов, фасонные детали магнитопроводов и другие изделия, работающие в постоянных…  

Магнитомягкие ферриты

Самопроизвольная намагниченность ферритов обусловлена спиновыми магнитными моментами трехвалентных ионов железа и двухвалентных ионов металла, между…

Применение магнитомягких ферритов

- длямагнитопроводов, работающих в слабых, сильных магнитных полях до 100 МГц и в импульсном режиме; -для изготовления магнитных усилителей, сердечников трансформаторов, катушек… Механические свойства как и у керамики - твердость, хрупкость, недопустимость обработки резанием. При спекании -…

Магнитотвердые материалы. Основные параметры.

Условие W=(Bд . Hд)/2=Wmax, Дж/м3 определяет наилучшее использование магнита и является важнейшим параметром, характеризующим качество материала.… Коэффициент выпуклости характеризует форму кривой размагничивания - степень прямоугольности. Для магнитотвердых материалов, используемых в…

Магнитные материалы специального назначения

Материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), магнитострикционные, термомагнитные, ферриты СВЧ и другие (детальная классификация приведена в книге "Материалы электронной техники" В.П.Пасынкова и В.С.Сорокина).

 

Специальные магнитные материалы

  Материалы для ЦМД устройств Таблица 4 Материал Свойства, oсобенности технологии или применения Ортоферриты RFeO3 R…

Полупроводники. Определение и классификация

Полупроводники при комнатной температуре занимают по удельному сопротивлению, имеющему значения 10^-6 - 10⁹ Ом ^. м, промежуточное положение между металлами и диэлектриками. По ширине запрещенной зоны к полупроводникам относят вещества, ширина запрещенной зоны которых лежит в диапазоне 0.1 - 3.0 эВ.

Приведенные данные следует считать ориентировочными, так как они относятся к нормальным условиям, но могут сильно отличаться в зависимости от температуры.

Удельная проводимость полупроводников в сильной степени зависит от вида и количества содержащихся в них примесей и дефектов. Для них характерна чувствительность к свету, электрическому и магнитному полю, радиационному воздействию, давлению и др.

 

Основные параметры полупроводников

К фундаментальным параметрам относятся плотность, постоянная кристаллической решетки, коэффициент теплопроводности, температура плавления и др. Бинарные соединения - соединения А3В5 классифицируют по металлоидному… Соединения А2В6, к которым относятся халькогениды цинка, кадмия, ртути, сульфиды, селениды, теллуриды применяются для…

Собственные и примесные полупроводники, типы носителей заряда. Собственная проводимость

Для собственного полупроводника концентрация носителей определяется шириной запрещенной зоны и значением температуры по уравнению Больцмана , 1/м3 , (14) то есть при переброс через запрещенную зону возможен. В собственном полупроводнике концентрация электронов равна…

Зависимость подвижности носителей заряда от температуры в полупроводниках

· тепловых колебаниях атомов или ионов кристаллической решетки; · на атомах или ионах примесей; · на дефектах решетки (пустых узлах, искажениях, связанных с внедрением иновалентных ионов, дислокациями, трещинами и…

Полупроводники. Зависимость концентрации носителей заряда от температуры

, (17) где - концентрация носителей заряда; - ширина запрещенной зоны; - постоянная… Для примесных полупроводников:

Полупроводники. Зависимость удельной проводимости от температуры

(19) В области примесной электропроводности удельная проводимость определяется… (20).

Полупроводники. Время жизни носителей заряда и диффузионная длина

, (21) где тепловая скорость носителей заряда, сечение захвата, концентрация… Значения и могут находиться в зависимости от типа полупроводника, носителей, температуры и других факторов в диапазоне…

Основные эффекты в полупроводниках и их применение

Электронно-дырочный p-n переход. Выпрямительными свойствами обладает лишь p-n переход и контакт полупроводника с другими металлами. p-n переход… (22) где - ток насыщения (при обратном включении p-n перехода этот ток равен обратному току); U - приложенное напряжение.…

Простые полупроводники

Метод бестигельной зонной плавки позволяет получать кристаллы кремния до 100 мм. Схема этого метода показана на рисунке. Кремниевые приборы… Селен - элемент группы таблицы Менделеева, обладающий рядом интересных…  

Полупроводники. Бинарные соединения.

Карбид кремния применяется для изготовления варисторов (нелинейных резисторов), светодиодов, высокотемпературных диодов, транзисторов,…

Материалы применяемые в электроэнергетике

В таблице 9 приведены отношения электрической прочности некоторых газов к электрической прочности воздуха , которое принято за единицу, а также даны…

Газообразные диэлектрики

Наилучшим образом требованиям к газам, применяемым в электроизоляционных конструкциях, удовлетворяет элегаз и фреон. Зависимость от произведения (-… Рис. 10. Зависимость от произведения давления на расстояния между электродами

Следует отметить нежелательность использования фторсодержащих газов из-за их отрицательного воздействия на озоновый слой Земли.

Жидкие диэлектрики

Электроизоляционные жидкости по химической природе можно классифицировать на нефтяные электроизоляционные масла и синтетические жидкости различных… Нефтяные электроизоляционные масла являются горючими жидкостями и представляют… Из характеристик трансформаторного масла следует отметить кинематическую вязкость при температуре 20 и 50оС, знание…

Полимеры

-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl- повторяющимся звеном является группировка: -CH2-CHCl-. Полимеры получают из мономеров - веществ, каждая молекула которых способна образовывать одно или несколько составных…

Металлические резистивные материалы

Применение этих сплавов для нагревателей и резисторов обусловлено двумя главными обстоятельствами. Во первых, их удельное сопротивление примерно в…  

Графит. Бетэл

Вторым по значению резистивным материалом является графит. Здесь стоит упомянуть, как изменение структуры материала ведет к принципиальным… Например существует кристаллическая модификация углерода - алмаз. Это твердый,… Графит - также кристаллическая модификация углерода. Это непрозрачный, мягкий, электропроводный материал. Структура у…

Материалы с нелинейной проводимостью. ОЦК, силит, вилит.

Для того, чтобы эффект был значимым, нелинейность должна быть как можно выше. Она характеризуется коэффициентом нелинейности : отношением… (25). Если считать, что коэффициент постоянен, можно получить, что ток с напряжением в нелинейном элементе связан простым…

Новые электроизоляционные материалы

Испытания материалов

Электрические испытания

Тепловые испытания

Механические испытания