Физико химические свойства проводников: Основные физико-химические характеристики проводниковых материалов

Содержание

1.2 Проводниковые материалы.

1. К физико-химическим свойствам относят цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расширение, электропроводность, магнитные свойства, поглощение газов, коррозионную стойкость и др.

Физико-химические свойства оценивают удельным электрическим  сопротивлением , удельной электрической проводимостью , температурным коэффициентом удельного электрического сопротивления и коэффициентом теплопроводности.

2. К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся:  -удельная проводимость g или обратная ей величина – удельное сопротивление r,  -температурный коэффициент удельного сопротивления ТКr или ar,  -теплопроводность g т,  -контактная разность потенциалов и термо-э.д.с.,  -работа выхода электронов из металла,  -предел прочности при растяжении sr и относительное удлинение при разрыве Dl/l.

3. К наиболее широкораспрстраненным материалам высокой проводимости следует отнести медь и алюминий. В качестве проводникового материала чаще всего используется медь марок М1 и М0. Медь марки М1 содержит 99.9% Cu, а в общем количестве примесей (0.1%) кислорода должно быть не более 0,08%. Присутствие в меди кислорода ухудшает ее механические свойства. Лучшими механическими свойствами обладает медь марки М0, в которой содержится не более 0.05% примесей, в том числе не свыше 0.02% кислорода. Для электротехнических целей используют алюминий, содержащий не более 0.5% примесей, марки А1. Еще более чистый алюминий марки АВ00 (не более 0.03% примесей) применяют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты АВ0000 имеет содержание примесей не более 0ю004%. Добавки Ni, Si, Zn или Fe при содержании их 0.5% снижают γ отожженного алюминия не более, чем на 2-3%. Более заметное действие оказывают примеси Cu, Ag и Mg, при том же массовом содержании снижающие γ алюминия на 5-10%.

Очень сильно снижают электропроводность алюминия Ti и Mn.

Исчезновение электрического сопротивления, т.е. появление практически бесконечной  электрической проводимости материала, называется сверхпроводимостью, а температура, при охлаждении до которой совершается переход вещества в сверхпроводящее состояние – температурой сверхпроводникового перехода Т

с.  Помимо сверхпроводящих электромагнитов можно отметить возможности использования сверхпроводников для создания электрических машин, трансформаторов и тому подобных устройств малой массы и габаритов, но с высокими к.п.д.; линий электропередачи весьма больших мощностей на дальние расстояния; волноводов с особо малым затуханием; накопителей энергии и пр.

Помимо явления сверхпроводимости  в современной электротехнике все  шире используется явление криопроводимости , т.е. достижение некоторыми металлами весьма малой удельной проводимости при криогенных температурах (но более высоких, чем температура сверхпроводникового перехода, если данный металл вообще принадлежит к сверхпроводникам.

Материалы, обладающие особо благоприятными свойствами для применения в качестве проводников в условиях криогеннных температур, называются криопроводниками или гиперпроводниками. Криопроводники могут с успехом использоваться для обмоток электрических машин и трансформаторов, для токопроводящих жил кабелей и т.п.

4. Сплавы высокого сопротивления

Помимо высокого сопротивления  от таких материалов требуются высокая  стабильность ρ во времени, малый ТКρ и малый коэффициент термо-э.д.с. в паре данного сплава с медью. Желательно, чтобы такие сплавы были дешевыми и по возможности не содержали дефицитных компонентов.

 Манганин

Это наиболее типичный и широко применяемый  для образцовых резисторов сплав. Примерный его состав: Cu- 85%, Mn- 12% и Ni- 3%; название происходит от наличия в нем марганца; желтоватый цвет объясняется большим содержанием меди. ρ манганина 0.42-0.48 мкОм∙м, коэффициент термо-э.д.с. в паре с медью всего 1-2 мкВ/К, αρ весьма мал. Предельная длительно допустимая рабочая температура не более 200°С.

 Константан

Сплав, содержащий около 60% меди и 40% никеля; этот состав отвечает минимуму αρ в системе Cu-Ni при довольно высоком значении ρ. Название константан объясняется значительным постоянством ρ при изменении температуры. Нагревостойкость константана выше, чем манганина, а механические свойства близки. Существенным отличием последнего является высокая термо-э.д.с. в паре с медью и с железом. Широкому применению константана препятствует большое содержание дорогого и дефицитного никеля.

Сплавы на основе железа

Сплавы системы Fe – Ni – Cr называются нихромами или (при повышенном содержании железа) ферронихромами; сплавы системы Fe – Cr – Al называются фехралями и хромалями. Нихромы весьма технологичны: их можно легко протягивать в тонкую проволоку или ленту, они имеют высокую рабочую температуру. Однако, как и в костантане, в них велико содержание никеля. Нихромы применяются в качестве электронагревательных элементов.

Хромо-алюминиевые сплавы намного дешевле нихромов, однако эти сплавы менее технологичны, более тверды и хрупки. Они в основном используются для электронагревательных устройств большой мощности.

5. Неметаллические проводники

Из числа твердых неметаллических  проводниковых материалов наибольшее значение имеют материалы на основе углерода. Из угля изготавливают щетки электрических машин, электроды для прожекторов, электроды для дуговых электрических печей и электролитических ванн, аноды гальванических элементов. Угольные порошки используют в микрофонах, из угля делают высокоомные резисторы, разрядники для телефонных сетей.

В качестве сырья для производства электроугольных изделий можно  использовать сажу, графит и антрацит. Природный графит – одна из модификаций  чистого углерода слоистой структуры с большой анизотропией как электрических, так и механических свойств. Сажи представляют собой мелкодисперсный углерод с примесями слоистых веществ. Лаки, в состав которых в качестве пигмента добавлена сажа, обладают малым удельным сопротивлением и могут быть использованы для выравнивания электрического поля в электрических машинах высокого напряжения.

Мир современных материалов — Физические свойства проводников

Информация о материале
Опубликовано: 14 марта 2014 14 марта 2014
Просмотров: 4287 4287

 Физические свойства металлов

 

Металл

Символ

Атомный номер

Плотность,

Мг∙м-3

Температура плавления, 0С

с,

Дж/(кг∙К)

λ, Вт/(м∙К)

α∙106, К-1

Число Бриннеля

Е, ГПА

ρ, мкОм∙м

αρ∙103, К-1

Работа выхода, эВ

S, мкВ∙К-1

Тк, К

Магнитные свойства

Символ

Алюминий

Аl

13

2,7

660

923

218

21,0

25

70,8

0,026

4,1

4,25

-1,3

1,20

П

Al

Барий

Ва

56

3,75

710

285

19,0

4,2

12,6

0,50

3,6

2,49

П

Ba

Бериллий

Be

4

1,84

1280

1800

184

12,0

61

287

0,041

6,6

3,92

-3,0

0,03

Д

Be

Ванадий

V

23

6,11

1900

503

31

8,3

64

147

0,248

3,6

4,12

+0,9

5,13

П

V

Висмут

Bi

83

9,80

271

126

8,4

13,3

9,6

34,1

1,16

4,2

4,4

-75,0

Д

Bi

Вольфрам

W

74

19,3

3400

142

167

4,4

262

407

0,055

5,0

4,54

+2,0

0,01

П

W

Гадолиний

Gd

64

7,89

1310

8,8

9,7

56,2

1,40

1,8

3,07

-1,0

Ф18

Gd

Галлий

Ga

31

5,92

30

336

29,3

18,1

6,1

0,136

3,9

3,96

+1,0

1,09

Д

Ga

Гафний

Hf

72

13,29

2220

138

22,0

5,9

173

78,3

0,351

3,8

3,53

+6,0

0,35

П

Hf

Железо

be

26

7,87

1540

453

73,3

10,7

50

211

0,097

6,2

4,31

+16,6

Ф769

Fe

Золото

Au

79

19,30

1063

134

312

14,0

18

77,5

0,0225

3,9

4,3

+1,5

Д

Au

Индий

In

49

7,30

156

239

72

28,4

0,9

10,5

0,090

4,9

3,8

+1,0

3,41

Д

In

Иридий

Ir

77

22,4

2410

130

146

6,5

170

528

0,054

4,1

4,7

+1,0

0,14

П

Ir

Иттрий

Y

39

4,47

1525

310

14,6

9,3

60

66,4

0,650

3,6

3,3

+0,6

П

Y

Кадмий

Cd

48

8,65

321

231

92,8

29,0

21

62,3

0,074

4,2

4,10

+2,1

0,52

Д

Cd

Калий

К

19

0,86

63

754

97,0

83,3

0,04

0,065

5,8

2,22

-12

П

К

Кальций

Ca

20

1,53

851

650

98

18,5

17

19,6

0,04

4,0

2,8

П

Ca

Кобальт

Co

27

8,85

1500

445

69,5

13,5

102

209

0,064

6,0

4,41

-20,1

Ф1120

Co

Лантан

La

57

6,18

920

188

13,8

5,2

37

39

0,568

2,2

3,3

+2,0

4,9

П

La

Литий

Li

3

0,53

180

3285

71

56

4,9

0,086

4,5

2,39

+12,2

П

Li

Магний

Mg

12

1,74

651

1040

170

27

30

44,3

0,045

4,0

3,64

+4,5

П

Mg

Марганец

Mn

25

7,44

1244

477

66,7

22,3

196

198

1,85

1,0

3,83

-9,5

A

(—178)

Mn

Медь

Cu

29

8,92

1083

386

406

16,6

35

129

0,017

4,3

4,4

+1,8

Д

Cu

Молибден

Mo

42

10,2

2620

272

150

5,3

153

294

0,05

4,3

4,3

+6,3

0,93

Г1

Mo

Натрий

Na

11

0,97

98

1220

134

72,0

0,07

10

0,042

5,5

2,35

—8,7

П

Na

Никель

Ni

28

8,96

1453

440

75,5

13,2

68

196

0,068

6,7

4,5

-19,3

Ф358

Ni

Ниобий

Nb

41

8,57

2470

268

50

7,2

75

100

0,15

3,9

3,99

-0,7

9,2

П

Nb

Олово

Sn

50

7,29

232

226

63,1

23,0

5,2

54,0

0,113

4,5

4,38

-1,1

3,72

П

Sn

Осмий

Os

76

22,5

3000

129

4,6

400

580

0,095

4,2

4,7

-4,0

0,71

П

Os

Палладий

Pd

46

12,02

1550

243

70,7

9,5

46

121

0,108

3,6

4,8

-10,3

П

Pd

Платина

Pt

78

21,45

1770

134

71,1

9,5

40

170

0,098

3,9

5,32

-5,1

П

Pt

Рений

Re

75

21,02

3180

138

52

6,7

135

465

0,214

3,2

5,0

-7,5

1,7

П

Re

Родий

Rh

45

12,48

1970

247

88

8,5

102

275

0,043

4,3

4,75

+1,6

П

Rh

Ртуть

Hg

80

13,5

-39

138

7,9

182,0

0,958

0,9

4,52

+8,1

4,15

Д

Hg

Рубидий

Rb

37

1,53

39

335

35,6

90

0,022

2,3

0,12

6,0

2,13

—8,2

П

Rb

Рутений

Ru

44

12,4

2250

239

9,1

220

472

0,075

4,5

4,6

-1,4

0,47

П

Ru

Свинец

Pb

82

11,34

327

130

35

28,3

3,9

15,7

0,190

4,2

4,0

-1,2

7,2

Д

Pb

Серебро

Ag

47

10,49

961

235

453

18,6

25

80

0,015

4,1

4,3

+1,5

Д

Ag

Скандий

Sc

21

3,00

1540

545

11,3

11,4

75

0,66

2,5

3,3

-6,0

П

Sc

Стронций

Sr

38

2,63

770

737

21

14

16

0,227

4,0

2,35

П

Sr

Таллий

Tl

81

11,85

303

147

35

28

2,7

8

0,180

5,2

3,7

+0,4

2,39

Д

Tl

Тантал

Та

73

16,6

3000

150

50

6,6

45

177

0,124

3,8

4,12

-2,5

4,5

П

Та

Титан

Ti

22

4,52

1670

550

21,9

8,1

73

104

0,47

5,5

3,95

+4,5

0,39

П

Ti

Торий

Th

90

11,6

1750

113

37

11,5

41

79,2

0,13

3,4

3,36

-3,0

1,37

П

Th

Уран

U

92

19,05

1130

26,7

14,0

244

208

0,30

2,7

3,3

+8,3

0,7

П

U

Хром

Cr

24

7,19

1900

462

88,6

6,2

114

245

0,13

2,4

4,58

+18

A38

Cr

Цезий

Cs

55

1,90

28

220

18,4

97

0,015

1,8

0,19

5,0

1,93

+0,2

П

Cs

Церий

Ce

58

6,78

795

210

10,9

7,1

20

30

0,75

0,9

2,7

+4,4

П

Ce

Цинк

Zn

30

7,14

419

336

113

30

42

92,2

0,059

4,1

4,25

+1,5

0,88

Д

Zn

Цирконий

Zr

40

6,5

1855

277

29,5

6,3

66

68,4

0,41

4,4

3,9

+5,2

0,55

П

Zr

  Обозначения в таблице:

с — удельная теплоемкость,

λ — удельная теплопроводность,

α — температурный коэффициент линейного расширения,

ρ — удельное электрическое сопротивление,

Е — модуль упругости,

αρ — температурный коэффициент удельного сопротивления,

S — абсолютная удельная термо-ЭДС,

Тк – температура перехода в сверхпроводящее состояние.

Примечания: I. В графе, обозначающей температуру перехода в сверхпроводящее состояние, незаполненная графа означает что сверхпроводимость не обнаружена. Другие графы не заполнены при отсутствии данных о соответствующих свойствах. 2. Значения твердости приведены по возможности для наиболее чистых металлов в ненаклепанном состоянии. 3. Чтобы получить значение удельной термо-ЭДС относительно меди, нужно из приводимого в таблице значения абсолютной удельной термо-ЭДС этого металла вычесть алгебраически, т. е. с учетом знака, величину + 1.8 мкВ∙К-1. Термо-ЭДС относительно платины получится при алгебраическом вычитании из абсолютного значения термо-ЭДС величины —5,1 мкВ∙ К-1. 4. При наличии нескольких полиморфных модификаций металла с разными температурами перехода в cверхпроводящее состояние в таблице приведена температура для модификации, равновесной при низких температурах. 5. П — парамагнетик. Д — диамагнетик. Ф — ферромагнетик. А — антиферромагнетик. Числа после букв «А» и «Ф» обозначают температуру магнитного разупорядочения (в градусах Цельсия).

 

Вас также может заинтересовать:

 

Классификация проводниковых материалов по агрегатному состоянию — MOREREMONTA

Проводники бывают первого и второго рода. К проводникам первого рода относят те проводники, в которых имеется электронная проводимость (посредством движения электронов). К проводникам второго рода относят проводники с ионной проводимостью (электролиты).

Проводниковые материалы можно разбить по агрегатному состоянию:

2. Жидкие проводники.

3. Твёрдые проводники.

Все газы и пары, в том числе и пары металлов, при низких напряжённостях электрического поля не являются проводниками. Однако, если напряжённость электрического поля превзойдёт некоторое критическое значение Екр, обеспечивающее начало ударной ионизации, то газ становится проводником с электронной и ионной проводимостью. Сильно ионизированный газ при равенстве числа электронов числу положительных ионов в единице объёма представляет собой особую проводящую среду, носящую название плазмы.

К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Правда, большинство металлов (за исключением ртути) имеют высокую температуру плавления, поэтому их трудно использовать в качестве проводников.

Среди твёрдых проводников наиболее часто в электротехнике применяются металлы и сплавы. У твердых металлических проводников высокая электро- и теплопроводность, характерный металлический блеск и высокая пластичность. Высокая электро- и теплопроводность металлических проводников обусловлена большой концентрацией n электронов проводимости. Удельное электрическое сопротивление ρ металлических проводников изменяется в относительно узком интервале − от 1,6∙10 -8 (Аg) до

1∙10 -5 Ом∙м при нормальной температуре.

2. Основные свойства проводниковых материалов.

1. Удельное электрическое сопротивление.
2. Температурный коэффициент сопротивления.
3. Теплопроводность.
4. Контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила.
5. Временное сопротивление разрыву и относительное удлинение при растяжении.

1. Удельное электрическое сопротивление р — величина, характеризующая способность материала оказывать сопротивление электрическому току.

2. Температурный коэффициент сопротивления — величина, характеризующая изменение сопротивления проводника в зависимости от температуры.

3. Теплопроводность — величина, характеризующая количество тепла, проходящее в единицу времени через слой вещества.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9028 — | 7255 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

По агрегатному состоянию проводниковые материа­лы разделяют на газообразные, жидкие и твердые.

К газообразным проводниковым материалам относят все газы и пары, в том числе и пары металлов. При достаточно малых значениях напряженности электрического поля Е они являются диэлект­риками и обладают очень высоким удельным электрическим сопро­тивлением ρ. Однако при напряженности электрического поля, ко­торая обеспечивает начало ионизации, газ может стать проводником, в котором перенос электрических зарядов осуществляется элек­тронами и ионами. Если в единице объема сильно ионизированно­го газа наступает равенство между числом электронов и положи­тельных ионов, то такой газ представляет собой особую проводя­щую среду, называемую плазмой.

Проводимость газов и паров используют в различных газоразрядных приборах.

К жидким проводникам относят расплавы металлов и растворы (в частности, водные) и расплавы солей, кислот и других веществ с ионным строением молекул.

Механизм прохождения электрического тока через твердые и жидкие металлы обусловлен направленным движением свободных электронов под воздействием электрического тока, который созда­ется приложенным извне напряжением. Поэтому твердые и жидкие металлы называют проводниками с электронной (металлической) электропроводностью или проводниками первого рода.

Растворы и расплавы солей, кислот и щелочей, проводящие элек­трический ток, называют электролитами или проводниками вто­рого рода. При прохождении электрического тока через электро­лит, в который погружены электроды, электрические заряды пере­носятся вместе с частицами молекул (ионами) электролита. На элек­тродах происходит выделение веществ из раствора. Большинство металлов имеют высокую температуру плавления (таблица 2.1). Толь­ко ртуть и некоторые специальные сплавы (например, сплавы сис­темы индий-галлий) могут быть использованы в качестве жидких проводников при нормальной температуре.

Таблица 2.1 – Температура плавления металлов

Металл Температура плавления Tпл, °С Металл Температура плавления Тпл, °С
Ртуть Hg -38,9 Никель Ni 1455
Галлий Ga 29,7 Кобальт Co 1490
Натрий Nd 97,7 Железо Fe 1535
Индий In 156 Палладий Pd 1554
Олово Sn 232 Титан Ti 1680
Кадмий Cd 321 Платина Pt 1773
Свинец РЬ 327 Торий Th 1850
Цинк Zn 420 Цирконий Zr 1860
Магний Mg 651 Ниобий Nb 2415
Алюминий Al 657 Молибден Мо 2620
Серебро Ag 961 Тантал Та 2970
Золото Аи 1063 Рений Re 3180
Медь Си 1083 Вольфрам W 3380
Бериллий Be 1284

Продолжение таблицы 2. 1

Электролиты используют в технологии изготовления различных элементов радиоэлектронных устройств.

К твердым проводникам относят металлы и сплавы. В Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева 75% эле­ментов — металлы. В твердом состоянии металлы имеют кристаллическую структуру, для которой характерен особый вид металли­ческой связи между атомами. При прохождении электрического тока через контакт различных металлов не происходит переноса веще­ства одного металла в другой, как это имеет место при прохожде­нии тока в электролитах, поскольку перенос электрических заря­дов осуществляется только электронами.

По характеру применения в радиоэлектронных приборах металлические материалы разделяют на материалы высокой проводимости (удельное электрическое сопротивление ρ≤0,1 мкОм·м) и материалы с высоким сопротивлением (удельное электрическое сопротивление ρ≥0,3 мкОм·м).

Материалы с высокой проводимостью (железо, медь, алюминий, золото, серебро и др. ) используют как основу в контактных мате­риалах и припоях, для изготовления проводов, микропроводов, проводящих покрытий и пленок, различных токопроводящих деталей, обкладок конденсаторов, тонкопленочных проводников и контактных площадок в ИМС, выводов радиоэлементов

Материалы с высоким сопротивлением используют в качестве резистивных материалов, материалов для нагревательных элементов и материалов для термопар. Наиболее известные сплавы с высоким сопротивлением: медно-марганцевые (манганины), медно-никелевые (константаны), сплавы ни­келя и хрома (нихромы).

Материалы, обладающие ничтожно малым удельным электри­ческим сопротивлением ρ при очень низких температурах называ­ются сверхпроводниками. Свойством сверхпроводимости обладают ртуть, алюминий, свинец, ниобий, соединения ниобия с оловом, титаном и др.

Дата добавления: 2018-10-15 ; просмотров: 81 | Нарушение авторских прав

По агрегатному состоянию проводниковые материалы разделяют на газообразные, жидкие и твердые.

К газообразным проводниковым материалам относят все газы и пары, в том числе и пары металлов. При достаточно малых значениях напряженности электрического поля Е они являются диэлектриками. При высоких Е газ может стать проводником. Если в единице объема сильно ионизированного газа наступает равенство между числом электронов и положи­тельных ионов, то такой газ представляет собой особую проводящую среду, называемую плазмой.

К жидким проводникам относят расплавы металлов и растворы (в частности, водные) и расплавы солей, кислот и других веществ с ионным строением молекул.

Механизм прохождения электрического тока через твердые и жидкие металлы обусловлен направленным движением свободных электронов. Поэтому твердые и жидкие металлы называют проводниками с электронной (металлической) электропроводностью или проводниками первого рода.

Растворы и расплавы солей, кислот и щелочей, проводящие электрический ток, называют электролитами или проводниками второго рода. При прохождении электрического тока через электролит, в который погружены электроды, электрические заряды переносятся вместе с частицами молекул (ионами) электролита. На электродах происходит выделение веществ из раствора.

По характеру применения металлические материалы разделяют на материалы высокой проводимости (удельное электрическое сопротивление ρ≤0,1 мкОм×м) и материалы с высоким сопротивлением (удельное электрическое сопротивление ρ≥0,3 мкОм×м).

Материалы с высокой проводимостью (железо, медь, алюминий, золото, серебро и др.)

Материалы с высоким сопротивлением используют в качестве резистивных материалов и материалов для термопар. Наиболее известные сплавы с высоким сопротивлением: медно-марганцевые (манганины), медно-никелевые (константаны), сплавы железа, никеля и хрома (нихромы).

Материалы, обладающие ничтожно малым удельным электрическим сопротивлением ρ при очень низких температурах называются сверхпроводниками. Свойством сверхпроводимости обладают ртуть, алюминий, свинец, ниобий, соединения ниобия с оловом, титаном и др.

3.2. Основные свойства и характеристики проводниковых материалов

Твердые металлические проводники характеризуются высокой электро- и теплопроводностью, механическими, физико-химическими и технологически­ми свойствами.

К механическим свойствам относят твердость, упругость, вязкость, пластжчмость. линейное расширение, хрупкость, прочность, усталость.

Твердость — это способность материала сопротивляться проникновению в него другого,более твердого тела.

Существуют различные методы определения твердости: вдавливание, царапание, упругая отдача. Наибольшее распространение получил метод вдавливания в материал стального шарика (твердость по Бриннелю), вдавливания конуса (по Роквеллу), вдавлива­ния пирамиды (по Виккерсу).

Упругость – это свойство материала восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил, которые вызывают их изменение.

Вязкость – это способность материала оказывать сопротивление динамическим (быстровозрастающим) нагрузкам.

Ударная вязкость – это способность материала оказывать сопротивление ударным нагрузкам.

На ударную вязкость не испытывают такие хрупкие материалы, как чугун, силумин, закаленная инструментальная сталь.

Пластичность – это свойство материала деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия этих сил. Для количественной оценки пластичности используют относительное удлинение образца при разрыве Δl/l и относительное сужение площади поперечного сечения образца Δs/s.

Важной механической характеристикой материала является температурный коэффициент линейного расширения ТКl,который позволяет определять изменения любых геометрических размеров изделий (длины, ширины, толщины) при нагревании.

; (5)

Значение ТКl твердых металлов возрастает при повышении температуры и приближении ее к температуре плавления.

Хрупкость — это способность материалов разрушаться при приложении резкого динамического усилия. У таких хрупких материалов явление пластической деформации не наблюдается, т.е. разрушение образца происходит при равенстве предела текучести σt и предела прочности при растяжении σр. Значения относительного удлинения и относительного сужения для хрупких материалов близки к нулю.

К хрупким материалам относят стекло, керамику, фарфор, хром, марганец, кобальт, вольфрам.

Прочность — это способность материала сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

Усталость — это разрушение материала под действием неболь ших повторных или знакопеременных нагрузок (вибраций). Металл разрушается при напряжениях, значительно меньших чем предел прочности

К физико-химическим свойствам относят цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расширение, электропроводность, магнитные свойства, поглощение газов, коррозионную стойкость и др.

Физико-химические свойства оценивают удельным электричес­ким сопротивлением ρ, удельной электрической проводимостью γ, температурным коэффициентом удельного электрического сопротивления ТКρ и коэффициентом теплопроводности.

Удельное электрическое сопротивление для образцов постоянного сечения S

; (6)

где R — сопротивление образца, Ом: S — площадь поперечного сечения образ­ца, м 2 ; l — длина образца, м.

Величину ρ измеряют в омах на метр (Ом×м), но чаще в микроомах на метр. Диапазон значений ρ металлических проводников (при нормальной температуре) от 0,016 для серебра до 10 мкОм×м для некоторых сплавов.

Сопротивление проводников Rs на высоких частотах существенно больше их сопротивления на постоянном токе вследствие того, что высокочастотное поле проникает в проводник на небольшую глубину. Чем выше частота поля, тем на меньшую глубину оно проникает в проводник. Это явление получило название поверхностного эффекта.

Удельное электрическое сопротивление металлов зависит от температуры. Эта зависимость определяется температурным коэффициентом удельного электрического сопротивления (1/град), который при данной температуре вычисляют по формуле

, (7)

где Δρ – приращение удельного сопротивления проводника, соответствующее приращению температуры ΔТ.

Средний температурный коэффициент удельного электрического сопротивления металлов (1/град) в диапазоне температур

; (8)

где ρо, ρт – значения ρ, соответствующие температурам То и Т.

Если через пластину площадью S и толщиной Δl за время Δt проходит тепловой поток энергией θ, то между поверхностями противоположных граней создается разность температур ΔТ, связанная с θ соотношением

; (9)

где — градиент температуры

Параметр λ называют коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности проводников прямо пропорционален их удельной проводимости.

К технологическим свойствам относятся ковкость, свариваемость, обрабатываемость резанием, жидкотекучесть, усадка и др. Технологические свойства определяются комплексом физико-химических свойств материала. Для определения свойств мате­риала проводят соответствующие лабораторные испытания.

Дата добавления: 2015-06-17 ; просмотров: 2942 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Механические свойства проводников — Энциклопедия по машиностроению XXL

Механические свойства проводников  [c.20]

Механические свойства проводников. Обычно их характеризуют пределом прочности при растяжении Ор и относительным удлинением при разрыве Л1/1.  [c.290]

Зажимные контакты должны иметь низкое удельное электросопротивление материала, из которого изготовлен контакт, низкое контактное сопротивление, зависящее от механических свойств материала, одинаковые коэффициенты теплового расширения материала контакта и проводника, способность противостоять атмосферной коррозии. В качестве материала для зажимных контактов  [c.247]


Алюминий применяется в качестве материала для проводников, а также для изготовления штамповкой и глубокой вытяжкой деталей, не подвергающихся большим нагрузкам. Обработка давлением повышает механические свойства алюминия.  [c.122]

Причиной отрицательного влияния пропиточных составов на свойства изоляции являются различия в физико-химических и физико-механических свойствах компонентов систем. Пропиточный состав, эмалевая пленка и сам проводник связаны друг с другом силами адгезии. При изменении температуры или воздействии внешних нагрузок они вынуждены деформироваться совместно, однако деформации затруднены вследствие разности теплофизических и физико-механических параметров отдельных компонентов изоляционной системы, таких как термический коэффициент линейного расширения, модуль упругости и др. Вследствие этого в изоляционных системах неизбежно возникают внутренние напряжения, которые могут привести к разрушению межвитковой изоляции и снижению ее пробивного напряжения. Нарушение механической целостности и сплошности изоляции облегчает проникновение влаги, кислорода, агрессивных сред внутрь обмотки, в результате чего интенсифицируется процесс старения материалов межвитковой изоляции.  [c.141]

Механические свойства металлических проводников в весьма большой степени зависят от механической и термической обработки, от наличия примесей и т. п. Отжиг приводит к существенному уменьшению Ор и увеличению А/// это можно видеть на примере меди (см. рис. 2.1).  [c.20]

Широко распространенные резиновые смеси, содержащие в качестве наполнителя сажу, придающую резине черный цвет, обладают хорошими механическими свойствами, но электроизоляционные свойства их плохи, так как сажа является проводником электрического тока. Поэтому сажевые резины используются лишь в тех случаях, когда от резины не требуется высоких электроизолирующих свойств.  [c.147]

Для изготовления различных деталей конструкций чистая медь применения почти не имеет, так как она обладает низкими механическими свойствами. Медь МО и М1 применяется для изготовления проводников тока, для сплавов высокой чистоты. Медь М2 и МЗ — для сплавов, обрабатываемых давлением, а М4 — для литейных бронз и неответственных сплавов. Сплавы меди с цинком, оловом, алюминием и т. д. обладают гораздо более высокими механическими и технологическими свойствами, чем чистая медь. Они нашли щирокое применение в промышленности.  [c.359]


Явление коррозии обычна начинается с поверхности и затем распространяется в глубину металлов, снижая этим их механические свойства. Среда, в которой протекают коррозийные процессы, оказывает большое влияние на их характер, в связи с чем различают два основных вида коррозии химическую и электрохимическую. Химическая коррозия возникает в результате воздействия на металлы сухих газов и жидкостей, которые не являются проводниками электрического тока (бензин, масла, смо-  [c.62]

Стабильность механических свойств соединений, получаемых при применении сварочной головки с зазором 50 мкм, возросла при одновременном увеличении средней разрушающей нагрузки до 50 Г. Дальнейшие исследования процесса сварки показали, что с целью увеличения площади контакта проводник — пленка, повышения стабильности свойств соединений, их вибростойкости, а также увеличения средней величины разрушающих нагрузок желательно получать подплавление поверхности проводника в месте его контакта с пленкой. Однако объем металла, который должен быть нагрет до температуры плавления, для головок с зазором 10—50 мкм настолько мал, что небольшие изменения количества выделяющегося тепла вызывают значительные колебания температуры металла привариваемого проводника.  [c.146]

Перед входом в головку пресса металлическая жила провода обычно подогревается. Предварительный подогрев проводника улучшает физико-механические свойства изоляции, уменьшает внутренние напряжения в полимере, возникающие в результате разности температур жилы и расплава, обеспечивает необходимую адгезию пластиката и жилы. Провода небольшого сечения лучше всего нагреваются при пропускании по ним электрического тока. Провода большого сечения подогреваются газовым пламенем, которое одновременно способствует удалению с поверхности жилы влаги и масла. Рекомендуется нагревать жилу до 130—150° С.  [c.124]

Собственно схемы производятся путем наложения масок на подложки. Сначала тем же методом фотолитографии и травления на поверхности вытравливают рисунок проводников схемы. Далее, установив контактную маску сопротивлений на подложку, через нее наносят материал, обладающий достаточным удельным сопротивлением и механическими свойствами, обеспечивающими должные прочность и долговечность.  [c.75]

Хорошо известно, что металлы—хорошие проводники электрического тока. Причина этого заключается в том, что внешние электронные оболочки атомов, составляющих металл, в значительной степени перекрываются. Поэтому электроны этих оболочек (они называются валентными) легко перемещаются от одного атома к другому, так что даже нельзя сказать, какому атому они в действительности принадлежат. Такая коллективизация внешних электронов приводит к возникновению большой энергии связи металлов и объясняет их специфические механические свойства.  [c.9]

Биметалл имеет механические и электрические свойства, промежуточные между свойствами сплошного медного и сплошного стального проводника того же сечения прочность биметалла больше, чем меди, но электрическая проводимость меньше. Расположение меди в наружном слое, а стали внутри конструкции, а не наоборот, весьма важно с одной стороны, при переменном токе достигается более высокая проводимость всего провода, в целом, с другой — медь  [c.204]

Удаление тонких изоляционных пленок с проводников. Зачистка изоляции с тонких проводников является одной из проблем технологии радиоприборостроения. Существующие способы удаления изоляции (механический, химический и др.) не обеспечивают надежной зачистки. Технология зачистки проводников от изоляции с помощью СОа Лазера основана на свойствах излучения с длиной волны 10,6 мкм хорошо поглощаться диэлектриками и отражаться от металлов.  [c.168]

Электрический ток может быть получен при вращении замкнутого проводника между магнитными полюсами. Затрачиваемая на это вращение механическая энергия превращается в электрическую. На этом свойстве основано устройство генератора.  [c.48]

В механике полимеров с самого ее зарождения существовала тесная связь между подходом механики твердого тела и физико-химическими соображениями. Поскольку многие конструкционные элементы находятся в сильном магнитном поле, для их расчета приходится совместно рассматривать уравнения теории упругости и уравнения электродинамики. В этом случае поведение конструкционных элементов зависит не только от механических, но и от электропроводящих свойств. Это способствует развитию теории магнито-упругости проводников и диэлектриков.  [c.280]


Через проводник пропускается ток. Устройство для испытания сконструировано так, что как только полоска под действием механических напряжений треснет, электрическая схема разрывается и счет циклов прекращается. Число циклов, выдержанных образцом до отказа схемы, определяется прежде всего свойствами фольги при растяжении. Поэтому из двух вырезанных в одном направлении образцов один закрепляется медным проводником снаружи петли, второй — внутри.  [c.454]

Средство труда есть вещь или комплекс вещей, которые человек помещает между собой и предметом труда и которые служат для него в качестве проводника его воздействий на этот предмет. Он пользуется механическими, физическими, химическими свойствами вещей для того, чтобы в соответствии со своей целью применить их как орудия воздействия на другие вещи (Маркс К. и Энгельс Ф. Сочинения. Изд. 2-е, т. 23, с. 190).  [c.10]

Биметалл имеет механические и электрические свойства, промежуточные между свойствами сплошного медного и сплошного стального проводника того же сечения прочность биметалла больше, чем меди, но электропроводность его меньше.  [c.264]

Как видно, алюминий обладает по сравнению с медью пониженными свойствами как механическими, так и электрическими. При одинаковых сечении и длине сопротивление алюминиевого провода больше, чем медного, в 0,0285 0,0175 = 1,68 раза. Следовательно, чтобы получить алюминиевый провод такого же сопротивления, как и медный, нужно взять его сечение в 1,68 раза большим, т. е. диаметр в l/l, 68 1,3 больше диаметра медного провода. Отсюда понятно, что, если мы ограничены габаритами, замена меди алюминием затруднена так, для обмоток электрических машин и аппаратов алюминий находит себе применение редко. В этом случае играет роль и то обстоятельство, что стоимость изоляции, зависящая от периметра сечения проводника, в случае алюминия будет выше, чем в случае меди.  [c.281]

Подложка—диэлектрическое основание, на поверхности которого выполняются или размещаются все рабочие элементы схемы (резисторы, конденсаторы, транзисторы, диоды, соединительные проводники, контактные площадки). Материал подложек—ситалл, стекло, керамика Основные требования к материалам подложек — высокие механические и диэлектрические свойства, хорошее согласование по температурному коэффициенту расширения с материа-  [c.685]

Детали из пластмасс широко используются как электроизоляционные, конструктивно-изоляционные и чисто конструкционные. Особенно большое значение нашло их применение в производстве электрических аппаратов и приборов низкого напряжения, сильного тока и слабого тока, в том числе высокочастотных, а также мелких электрических машин. Широкому применению пластмасс способствует все увеличивающаяся их номенклатура и разнообразные ценные свойства, а также особенность технологии получения деталей из пластмасс. Некоторые пластмассы имеют весьма высокие электроизоляционные свойства и могут применяться при сравнительно высоких значениях напряжения и частоты другие имеют настолько высокие механические характеристики, что могут применяться взамен конструкционных деталей из различных металлов и сплавов. При этом облегчается вес изделий, повышается эксплуатационная надежность аппаратуры с точки зрения вероятности пробоя изоляции, повышается коррозионная стойкость. Очень ценным технологическим свойством пластмасс является возможность получения за одну операцию прессования деталей весьма сложной формы, в случае необходимости — с ребрами жесткости, выемками, отверстиями без резьбы и с резьбой, с запрессованными металлическими деталями болтами, гайками, пружинами, соединительными проводниками и пр. При рациональной конструкции за одну операцию прессования можно получить целый конструктивный узел, заменяющий собой группу подлежащих сборке деталей. Таким путем в технологию производства аппаратов и приборов вносятся элементы существенного упрощения и уменьшения трудоемкости. Отпадает много операций механической обработки деталей, сокращается количество узлов и операций сборки.  [c.191]

Механические свойства проводников характеризуют пределом прочности при растяжении Стр и относительным удлинением перед [)азрывом А1/1, а также хрупкостью, твердостью и тому подобными свойствами. Механические свойства металлических проводников  [c.197]

Существует большое разнообразие конструкционных клеев, отличающихся физико-механическими свойствами и технологией их применения. Наибольшее применение в машиностроении и приборостроении имеют органические клеи на основе синтетических полимеров, например универсальные клеи БФ, технические условия на которые стандартизованы, и эпоксидные клеи с наполнителем и без наполнителя. При необходимости повышенной теплостойкости (до 1000 С) применяют элемеи-тоорганические клеи, обладающие сравнительно меньшей эластичностью. Клеи не являются проводниками, поэтому при необходимости обеспечить электропроводность в них добавляют порошкообразное серебро.  [c.26]

Механические свойства металлических проводников в основном зависят от механической и термической обработки, от наличия примесей и т. п. Отжиг приводит к существенному умепьщению Ор и увеличению Д///.  [c.17]

Чистая медь имеет розовато-красный цвет, плотность ее 8,93 г/см , температура плавления 1083 °С. В отожженном состоянии а = 250 МПа, 5 = 45-60 %, твердость 60 НВ. Кристаллизуется в кубической гранецент-рированной решетке и полиморфных превращений не имеет. Благодаря высокой электропроводности около половины всей произведенной меди используют в элек-тро- и радиотехнической промышленности для изготовления проводников, монтажных и обмоточных проводов, токопроводящих деталей приборов, аппаратов, в электровакуумной технике. Как конструкционный материал медь не используется из-за высокой стоимости и низких механических свойств. Маркируется буквой М и цифрами, зависящими от содержания примесей. Медь марок МОО (0,01 % примесей), МО (0,05 % ) и Ml (0,1 %) используется для изготовления проводников электрического тока, медь М2 (0,3 % ) — для производства высококачественных сплавов меди, М3 (0,5 % ) — для сплавов обыкновенного качества. Широкое использование в промышленности имеют сплавы меди с другими элементами — латуни и бронзы.  [c.198]


Электропроводность проводников и диэлектриков. Удельное электрическое сопротивление. Потери моыдаости в диэлектриках. Понятие о тангенсе угла диэлектрических потерь. Оценка состояния изоляции по tg 5. Физико-механические свойства диэлектриков.  [c.319]

На основе составленной программы M L2 была разработана также программа, позволяющая на основе работ [98—100] рассчитывать погонные потери в рассматриваемой структуре СПЛ. Кроме того, составлена программа для определения функций чувствительности [101] погонных параметров к отклонению размеров проводников и физико-механических свойств и с п ол ьз уем ы х. м а те р и а J ов,  [c.113]

Чистая медь имеет характерный красный цвет. Температура плавления 1083°, удельный вес 8,93. В отон женном состоянии медь имеет следующие механические свойства (в среднем) —25 кг/лш , б — 45%, Яд—60 кг/мм . Медь имеет наименьшее (после серебра) удельное сопротивление (0,0175 ом ммУм) и широко применяется для проводников.  [c.35]

Всякого рода примеси к меди — железо, свинец и другие металлы — даже в очень малых количествах ухудшают электропроводность меди. В некоторых случаях помимо чистой меди в качестве проводников применяют сплавы меди с небольшим содержанием кадмия, бериллии, хрома, магния, олова, фосфора. Эти сплавы имеют значи тельно более высокие механические свойства. Особенно удачной оказалась присадка кадмия к меди. Из кадмлевой меди изготовляют контактные (троллейные) провода. Прочность на разрыв кадмиевой меди достигает 80—  [c.30]

Ультразвуковая сварка обладает рядом принципиальных преимуществ. Прежде всего она не сопроволвидам сварки плавлением (появление трещин, поводок, резкого изменения механических свойств на границе литое ядро—основной металл, насыщение газом, образование хрупких интерметаллических фаз и т. д.). Отсутствие значительных тепловых воздействий (сварка происходит в твердом состоянии при температурах, не превышающих обычно температуру рекристаллизации металла, см. гл. 2) и небольшие изменения в металле в зоне сварки по сравнению с основным металлом делают в ряде случаев этот вид сварки единственно возможным способом соединения металлов. Традиционный и наиболее наглядный пример — это соединение фольг со значительно более толстыми деталями (например, медной фольги с толстыми пластинами алюминиевого сплава). В этом случае основной бич сварки плавлением — прожог фольги. В случае приварки металлических проводников к полупроводниковым приборам особенно важно незначительное тепловое и механическое воздействие. Ультразвуковая сварка позволяет получить, например, высококачественное соединение кремния с золотом, причем не только не происходит диффузионного насыщения золотом тонкого полупроводникового слоя, но сохраняются защитные пленки, нанесенные на кремний [13]. При термокомпрессионной сварке свойства полупроводникового перехода могут меняться и происходит разрушение защитных пленок. Следует отметить также весьма низкий по сравнению со сваркой плавлением уровень остаточных напряжений в ультразвуковом сварном соединении.  [c.74]

Всесторонний анализ различных энергетических процессов приводит к заключению, что для превращения видов энергии необходимо выполнить по крайней мере два условия 1) соблюсти должный уровень концентрации энергии и 2) подобрать рабочее тело определенных свойств. Например, из-за низкой концентрации нельзя превратить тепло дымовых газов печей в ядерную энергию— получить ядерные топлива. Из за неподходяп их свойств диэлектрика, сколько бы ни пересекать им силовые шнки магнитного поля, механическая -нергия этого движения не превратится в электрическую — для этого нужен проводник  [c.136]

ПИНЧ-ЭФФЕКТ есть свойство канала электрического разряда в электропроводящей среде уменьшать свое сечение под действием собственного магнитного поля тока ПИРОЭЛЕКТРИК— кристаллический диэлектрик, обладающий самопроизвольной поляризацией ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСТВО — возникновение электрических зарядов на поверхости некоторых кристаллов диэлектриков при их нагревании или охлаждении ПЛАЗМА (есть частично или полностью ионизированный газ, в котором объемные плотности положительных и отрицательных электрических зарядов практически одинаковы высокотемпературная имеет температуру ионов выше 10 К газоразрядная находится в газовом разряде кварк-глюонная возникает в результате соударения тяжелых ядер при высоких энергиях ядерного вещества низкотемпературная имеет температуру ионов менее 10″ К твердых тел — условный термин, обозначающий совокупность подвижных заряженных частиц в твердых проводниках, когда их свойства близки к свойствам газоразрядной плазмы) ПЛАСТИНКА вырезанная из двоя-копреломляющего кристалла параллельно его оптической оси, толщина которой соответствует оптической разности хода обыкновенного и необыкновенного лучей, кратной [длине волны для пластинки в целую волну нечетному числу (половин для волн для пластинки в полволны четвертей длин волн для пластинки в четверть волны)] зонная — прозрачная плоскость, на которой четные или нечетные зоны Френеля для данного точечного источника света сделаны непрозрачными нлоскопараллельная — ограниченный параллельными плоскостями слой среды, прозрачной в некотором интервале длин волн оптического излучения ПЛАСТИЧНОСТЬ — свойство твердых тел необратимо изменять свои размеры и форму под действием механических нагрузок ПЛОТНОСТЬ тела — одна из основных характеристик тела (вещества), равная отношению массы элемента тела к его объему  [c.259]

При широком применении радиотехнических устройств в современной промышленности требуется огромное количество сравнительно недорогих, надежных в эксплуатации и к тому же малогабаритных электролитических конденсаторов. Хотя создано производство конденсаторов на основе других металлов (как, например, на основе тантала и ниобия), спрос иа алюминиевые электролитические конденсаторы не только не сокращается, но и увеличивается быстрыми темпами. Эта обусловлено тем, что искусственные окис-ные пленки, полученные на алюминии электрохимическим путем, хорошо защищают алюминий и его сплавы от коррозии. При определенных условиях на алюминии можно получить пленки с большой твердостью и высоким сопротивлением механическому износу можно также получить окисиые нленки с высокими изоляционными свойствами. Изоляционные свойства пленок представляют интерес в связи с применением анодированного алюминия в качестве проводников тока.  [c.78]

Указанное выше различие в свойствах твердой и мягкой меди определяет область применения в электротехнике той и другой. В тех случаях, когда необходим проводник с очень высокой механической прочностью (примеры голые провода для воздушных линий электропередачи, шины для распределительных устройств), используют твердотянутую медь. Наоборот, для изготовления всякого рода изолированных проводниковых изделий (силовые кабели, обмоточ-  [c.202]


Углеродные волокна. Углеродные волокна обладают комплексом ценных, а по ряду показателей уникальных механических и физикохимических свойств. Углеродным волокнам присущи высокая теплостойкость, низкие коэффициенты трения и термического расширения, высокая стойкость к атмосферным воздействиям и химическим реагентам, различные электрофизические свойства (от полупроводников до проводников). Они могут иметь сильно развитую поверхность (1000—2000 иЧт). Углеродные волокна имеют высокие значения удельных механических характеристик. Углеродные волокна делятся на карбонизованные (температура термообработки 1173—2273 К, содержание углерода 80—90%) и графитизирован-ные (температура термообработки до 3273 К, содержание углерода выше 99%).  [c.17]

Книга является учебником для электроэнергетических, электромашиностроительных н электроприборостроительных техникумов. В книге освещены следующие в.опросы ф11зика диэлектриков физико-механические и химические свойства диэлектриков и их поведение в эксплуатации жидкие диэлектрики твердые электроизоляционные материалы проводниковые материалы полу- проводники магнитные материалы.  [c.2]


Проводники и диэлектрики

Проводники

К проводникам относятся все металлы и их сплавы, а также электротехнический уголь(каменный уголь, графит, сажа, смола и т.д.)
К жидким проводникам относятся:вода, раствор солей, кислот и щелочей.
К газообразным относятся ионизированные газы.
Электрический ток в твердых проводниках-это направленное движение свободных электронов под действием ЭДС.
ЭДС-электронно-движущая сила.

Свойства проводников:

  1. Электрические
    • Удельное сопротивление веществ от которого зависит электропроводимость
    • Сверхпроводимость-это свойство некоторых материалов при температуре равной 101(-273) проводить эл.ток без препятствий, т.е. удельное сопротивление этих материалов равно нулю
  2. Физические
    • плотность
    • температура плавления
  3. Механические
    • Прочность на изгиб, растяжение и т.д., а также способность обрабатываться на станках
  4. Химические
    • Свойства взаимодействовать с окружающей или противостоять коррозии
    • Свойства соединятся при помощи пайки, сварки

Диэлектрики

Не пропускают электрический ток.Диэлектрики обладают высоким удельным сопротивлением.Используются для защиты проводника от влаги, механических повреждений, пыли.

Диэлектрики бывают
  • твердые-все неметаллы;
  • жидкие-масла, синтетические жидкости СОВОЛ, СОВТОЛ
  • газообразные-все газы:воздух, кислород, азот и т.д.
Свойства диэлектриков:
  1. Электрические свойства
    • Электрический пробой-устанавление большого тока, под действием высокого электрического напряжения к электроиоляционному материалу определенной толщины.
    • Электрическая прочность-это величина, равная напряжению, при котором может быть пробит электроизоляционному материал толщиной в единицу длины.
  2. Физико-химические свойства
    • Нагревостойкость-это способность диэлектрика длительно выдерживать заданную рабочую температуру без заметного изменения своих электроизоляционных качеств.
    • Холодостойкость-способность материала переносить резкие перепады температуры, от +120, до — 120
    • Смачиваемость-способность материала отторгать влагу, испытания проводятся в климатических камерах, типа ELKA, где изделие подвергается увлажнению, создается ТУМАН и мгновенный перепад температуры-СУШКА, и так несколько циклов!
  3. Химические
    • Должны противостоять активной(агрессивной) среде
    • Способность склеиваться
    • Растворение в лаках и растворителях, склеиваться
  4. Механические
    • Защита металлических проводников от коррозии
    • Радиационная стойкость
    • Вязкость(для жидких диэлектриков)
    • Вязкость-время истечения жидкости из сосуда, имеющего определенную форму и отверстие
    • Предел прочности, твердости
    • Обработка инструментом

Читайте также:

Проводники и диэлектрики


Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, из всего многообразия физических веществ в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока. 

Что представляют собой проводники?

Проводник – это такой материал, особенностью которого является наличие в составе свободно передвигающихся заряженных частиц, которые распространены по всему веществу. 

Проводящими электрический ток веществами являются расплавы металлов и сами металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.

Металл – это самый лучший проводник электрического тока. Также и среди неметаллов есть хорошие проводники, например, углерод. 

Все, существующие в природе проводники электрического тока, характеризуются двумя свойствами:

  • показатель сопротивления;
  • показатель электропроводности.
Сопротивление возникает из-за того, что электроны при движении испытывают столкновение с атомами и ионами, которые являются своеобразным препятствием. Именно поэтому проводникам присвоена характеристика электрического сопротивления. Обратной сопротивлению величиной является электропроводность. 

Электропроводность – это характеристика (способность) физического вещества проводить ток. Поэтому свойствами надежного проводника являются низкое сопротивление потоку движущихся электронов и, следовательно, высокая электропроводность. То есть, лучший проводник характеризуется большим показателем проводимости.  

Например кабельная продукция: медный кабель обладает большей электропроводностью по сравнению с алюминиевым.

Что представляют собой диэлектрики?

Диэлектрики – это такие физические вещества, в которых при заниженных температурах отсутствуют электрические заряды. В состав таких веществ входят лишь атомы нейтрального заряда и молекулы. Заряды нейтрального атома имеют тесную связь друг с другом, поэтому лишены возможности свободного перемещения по всему веществу. 

Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы. 

Диэлектрические предметы – это изоляторы, свойства которых главным образом зависимы от состояния окружающей атмосферы. Например, при высокой влажности некоторые диэлектрические материалы частично лишаются своих свойств. 

Проводники и диэлектрики широко используются в сфере электротехники для решения различных задач. 

Например, вся кабельно-проводниковая продукция изготавливается из металлов, как правило, из меди или алюминия. Оболочка проводов и кабелей полимерная, также, как и вилках всех электрических приборов. Полимеры – отличные диэлектрики, которые не допускают пропуска заряженных частиц. 

Серебряные, золотые и платиновые изделия – очень хорошие проводники. Но их отрицательная характеристика, которая ограничивает использование, состоит в очень высокой стоимости.

Поэтому применяются такие вещества в сферах, где качество гораздо важнее цены, которая за него уплачивается (оборонная промышленность и космос). 

Медные и алюминиевые изделия также являются хорошими проводниками, при этом имеют не столь высокую стоимость. Следовательно, использование медных и алюминиевых проводов распространено повсеместно. 

Вольфрамовые и молибденовые проводники имеют менее хорошие свойства, поэтому используются в основном в лампочках накаливания и нагревательных элементах высокой температуры. Плохая электропроводность может существенно нарушить работу электросхемы. 

Диэлектрики также различаются между собой своими характеристиками и свойствами. Например, в некоторых диэлектрических материалах также присутствуют свободные электрически заряды, пусть и в небольшом количестве. Свободные заряды возникают из-за тепловых колебаний электронов, т.е. повышение температуры все-таки в некоторых случаях провоцирует отрыв электронов от ядра, что понижает изоляционные свойства материала. Некоторые изоляторы отличаются большим числом «оторванных» электронов, что говорит о плохих изоляционных свойствах. 

Самый лучший диэлектрик – полный вакуум, которого очень трудно добиться на планете Земля. 

Полностью очищенная вода также имеет высокие диэлектрические свойства, но таковой даже не существует в реальности. При этом стоит помнить, что присутствие каких-либо примесей в жидкости наделяет ее свойствами проводника. 

Главный критерий качества любого диэлектрического материала – это степень соответствия возложенным на него функциям в конкретной электрической схеме. Например, если свойства диэлектрика таковы, что утечка тока совсем незначительная и не приносит никакого ущерба работе схемы, то диэлектрик является надежным. 

Что такое полупроводник?

Промежуточное место между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники. Главное отличие проводников заключается в зависимости степени электропроводности от температуры и количества примесей в составе. При том материалу свойственны характеристики и диэлектрика, и проводника. 

С ростом температуры электропроводность полупроводников растет, а степень сопротивления при этом падает. При понижении температуры сопротивление стремится к бесконечности. То есть, при достижении нулевой температуры полупроводники начинают вести себя как изоляторы. 

Полупроводниками являются кремний и германий.

Статья по теме: Электрический ток и его скорость

Физики из России раскрыли секреты работы «плоских» проводников

https://ria.ru/20190801/1557080845.html

Физики из России раскрыли секреты работы «плоских» проводников

Физики из России раскрыли секреты работы «плоских» проводников — РИА Новости, 03.03.2020

Физики из России раскрыли секреты работы «плоских» проводников

Российские и зарубежные исследователи нашли объяснение тому, почему так называемые топологические изоляторы, вещества, проводящие ток только по поверхности,… РИА Новости, 03.03.2020

2019-08-01T15:25

2019-08-01T15:25

2020-03-03T15:17

наука

санкт-петербург

физико-технический институт ран

российская академия наук

открытия — риа наука

физика

сверхпроводники

россия

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn25.img.ria.ru/images/153137/57/1531375776_0:3:1036:586_1920x0_80_0_0_b1165db928443c5245c08f843e7f92eb.jpg

МОСКВА, 1 авг – РИА Новости. Российские и зарубежные исследователи нашли объяснение тому, почему так называемые топологические изоляторы, вещества, проводящие ток только по поверхности, ведут себя не так, как предсказывает теория. Их выводы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.В последние годы физики из России и зарубежных стран активно изучают свойства так называемых топологических изоляторов – относительно нового класса материалов, которые проводят электрический ток только на поверхности, а внутри остаются диэлектриками-изоляторами или полупроводниками.Подобные вещества привлекают физиков тем, что электроны в этом поверхностном слое ведут себя чрезвычайно стабильно, что позволяет использовать их в качестве сверхнадежного «хранилища» информации в квантовых компьютерах.Проблема, как отмечают ученые из Института теоретической физики РАН, заключается в том, что «идеальных» топологических изоляторов не существует. Как показали первые же опыты с ними, ни один из них не может проводить ток практически без потерь, не нагреваясь и не теряя энергию, как это предсказывает теория. Их реальная электропроводность всегда оказывается ниже тех значений, на которые указывают даже те расчеты, которые учитывают все возможные потери.Физики-теоретики связывают это с тем, что внутри этих материалов всегда существуют различные примеси и несовершенства структуры, влияющие на характер движения электронов. К примеру, там могут присутствовать вкрапления атомов с ненулевым магнитным моментом, способные создавать магнитные поля и перенаправлять электроны.Поведение таких атомов в «обычных» материалах – металлах, полупроводниках и изоляторах – было хорошо изучено еще в 20 веке, но то, как они влияют на поведение топологических изоляторов, еще недавно никто не изучал.Два года назад Игорь Бурмистров, заместитель директора ИТФ РАН, и его коллеги заполнили этот пробел, просчитав те эффекты, которые возникают в топологическом изоляторе при попадании туда одного или нескольких атомов марганца.Эти расчеты помогли ученым понять, как меняется поведение электронов при появлении атомов марганца на границу между проводящим и непроводящими слоями этого материала или на большом расстоянии от него, и просчитать, как «далеко» действует магнитное поле одного такого атома, и как они взаимодействуют друг с другом.С другой стороны, недавние опыты экспериментаторов показывают, что магнитных примесей в топологических изоляторах нет. Возникает вопрос, что именно мешает движению электронов? Российские и зарубежные физики предположили, что роль примесей могут играть особые зоны внутри этих материалов, своеобразные «островки», где концентрация электронов повышена.Эти островки могут случайным образом возникать в разных точках «плоского» проводника и мешать движению электронов подобно реальным атомам марганца и другим типам магнитных примесей. Руководствуясь этой идеей, Бурмистров и его коллеги просчитали, как подобные скопления электронов будут влиять на движение тока, и как их поведение будет отличаться от того, как него влияют настоящие магнитные примеси.Эти расчеты показали, что подобные различия действительно существуют, и что электроны действительно могут скапливаться в большое число подобных структур внутри топологических изоляторов. Более того, они будут способны отражать назад не только одиночные носители заряда, но и целые «кучки» электронов, что не могут делать атомы.Подобные различия, как отмечает физик, можно использовать для того, чтобы различать настоящие магнитные примеси от скоплений электронов и даже определять их химический состав. Это ускорит разработку топологических изоляторов и позволит создать идеальную версию подобных материалов.Как надеются российские ученые, их идея привлечет внимание отечественных научных фондов и они смогут продолжить ее разработку в ближайшие годы.

https://ria.ru/20170615/1496569210.html

https://ria.ru/20190306/1551589623.html

https://ria.ru/20181018/1531002897.html

санкт-петербург

россия

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn24.img.ria.ru/images/153137/57/1531375776_127:0:911:588_1920x0_80_0_0_5802a9a7285ac2b5a9f8c422a0c9f66a.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

санкт-петербург, физико-технический институт ран, российская академия наук, открытия — риа наука, физика, сверхпроводники, россия

МОСКВА, 1 авг – РИА Новости. Российские и зарубежные исследователи нашли объяснение тому, почему так называемые топологические изоляторы, вещества, проводящие ток только по поверхности, ведут себя не так, как предсказывает теория. Их выводы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

В последние годы физики из России и зарубежных стран активно изучают свойства так называемых топологических изоляторов – относительно нового класса материалов, которые проводят электрический ток только на поверхности, а внутри остаются диэлектриками-изоляторами или полупроводниками.

Подобные вещества привлекают физиков тем, что электроны в этом поверхностном слое ведут себя чрезвычайно стабильно, что позволяет использовать их в качестве сверхнадежного «хранилища» информации в квантовых компьютерах.

Проблема, как отмечают ученые из Института теоретической физики РАН, заключается в том, что «идеальных» топологических изоляторов не существует.

Как показали первые же опыты с ними, ни один из них не может проводить ток практически без потерь, не нагреваясь и не теряя энергию, как это предсказывает теория. Их реальная электропроводность всегда оказывается ниже тех значений, на которые указывают даже те расчеты, которые учитывают все возможные потери.

15 июня 2017, 14:43НаукаФизики из МФТИ приблизились к созданию «плоских» квантовых компьютеров

Физики-теоретики связывают это с тем, что внутри этих материалов всегда существуют различные примеси и несовершенства структуры, влияющие на характер движения электронов. К примеру, там могут присутствовать вкрапления атомов с ненулевым магнитным моментом, способные создавать магнитные поля и перенаправлять электроны.

«Одна из гипотез связывает расхождение теории и практики с наличием магнитных примесей. Слово «магнитные» в данном случае означает, что у примесных атомов есть магнитный момент. Если электрон подлетает к атому, их взаимодействия могут не только перевернуть импульс частицы, но и ее спин. Соответственно, она поменяет направление движения, и проводимость будет меньше ожидаемой», – объясняет Игорь Бурмистров.

Поведение таких атомов в «обычных» материалах – металлах, полупроводниках и изоляторах – было хорошо изучено еще в 20 веке, но то, как они влияют на поведение топологических изоляторов, еще недавно никто не изучал.

Два года назад Игорь Бурмистров, заместитель директора ИТФ РАН, и его коллеги заполнили этот пробел, просчитав те эффекты, которые возникают в топологическом изоляторе при попадании туда одного или нескольких атомов марганца.

Эти расчеты помогли ученым понять, как меняется поведение электронов при появлении атомов марганца на границу между проводящим и непроводящими слоями этого материала или на большом расстоянии от него, и просчитать, как «далеко» действует магнитное поле одного такого атома, и как они взаимодействуют друг с другом.

6 марта 2019, 13:37НаукаФизики из России создали поверхность, где свет «бежит» без потерь

С другой стороны, недавние опыты экспериментаторов показывают, что магнитных примесей в топологических изоляторах нет. Возникает вопрос, что именно мешает движению электронов? Российские и зарубежные физики предположили, что роль примесей могут играть особые зоны внутри этих материалов, своеобразные «островки», где концентрация электронов повышена.

Эти островки могут случайным образом возникать в разных точках «плоского» проводника и мешать движению электронов подобно реальным атомам марганца и другим типам магнитных примесей.

Руководствуясь этой идеей, Бурмистров и его коллеги просчитали, как подобные скопления электронов будут влиять на движение тока, и как их поведение будет отличаться от того, как него влияют настоящие магнитные примеси.

Эти расчеты показали, что подобные различия действительно существуют, и что электроны действительно могут скапливаться в большое число подобных структур внутри топологических изоляторов. Более того, они будут способны отражать назад не только одиночные носители заряда, но и целые «кучки» электронов, что не могут делать атомы.

Подобные различия, как отмечает физик, можно использовать для того, чтобы различать настоящие магнитные примеси от скоплений электронов и даже определять их химический состав. Это ускорит разработку топологических изоляторов и позволит создать идеальную версию подобных материалов.

Как надеются российские ученые, их идея привлечет внимание отечественных научных фондов и они смогут продолжить ее разработку в ближайшие годы.

18 октября 2018, 19:21Наука»Нобелевка» Мильнера досталась физикам за открытие «проводников-изоляторов»

Проводники и их свойства

Электропроводниками могут быть твердые тела, жидкости и даже газы. Твердые проводники — это металлы, металлические сплавы и некоторые модификации углерода. Металлы — это пластмассы, обладающие характеристиками, которые проводят электрический ток и тепло.

Жидкие соединения — это расплавленные металлы и электролиты. Металлы с самыми низкими температурами плавления — это ртуть и галлий, -39 ° C и + 29,8 ° C соответственно. Все остальные металлы имеют гораздо более высокие температуры плавления.

Механизм переноса электронов в твердых и жидких металлах обусловлен свободными электронами, поэтому их называют соединениями электронной проводимости или проводниками первого сорта .

Электролиты, или проводники второго сорта, представляют собой растворенные вещества кислот, щелочей и солей, а также расплавы ионных соединений. Ток через эти проводники происходит за счет заряженных частей молекул (ионов). В результате меняется состав электролита, и на электродах появляются продукты электролиза.

Все газы и пары не проводят ток с низкими электромагнитными полями. Однако, если электромагнитное поле превышает некоторый критический уровень, вызывая удар и фотоионизацию, газ может стать проводником с электронным или ионным типом проводимости. Сильно ионизированный газ с равным количеством электронов и положительных зарядов в единице объема называется плазмой .

Характер проводимости металлов

Классическая теория электронных металлов, разработанная Друде и Лоренцем, представляет собой идею о электронном газе , состоящем из свободных электронов.Электронный газ обладает свойствами идеального газа. Учитывая, что атомы в металле после ионизации, концентрация свободных электронов составляет:

n = dAN0, где d — плотность соединения, A — атомная масса, N0 — число Авогадро.

Согласно атомно-кинетической теории идеальных газов, средняя кинетическая энергия электронов, движущихся хаотически, линейно растет с температурой:

m0u22 = 32kT, где u составляет около 105 м / сек при 300K

При приложении внешнего электрического поля электроны получают дополнительный вектор, если скорость, ориентированная полем, стимулирует электрический ток.Плотность тока:

неопределенный

В этом объяснении мы обсудили отдельные свободные электроны, но разумно обнаружить все электроны в электрическом поле. Суммарный импульс электронов изменяется в поле и происходит из-за столкновений с атомами решетки, поэтому скорость будет в два раза больше. И:

γ = e2nElm0u˙, — проводимость.

Это видение свободных электронов приводит нас к теории Уайдмана-Франца, которая устанавливает связь между электропроводностью и теплопроводностью.Электроны переносят электрический заряд и тепло в проводниках.

Хорошие проводники также являются хорошими проводниками тепла. В процессе поглощения энергии участвуют как свободные электроны, так и атомы решетки. Тогда у металлов теплоемкость должна быть выше, чем у изоляторов. Однако в действительности теплоемкость металлов почти такая же, как теплоемкость изоляторов. Однако есть некоторые противоречия, которые разрешает квантовая теория. Главный недостаток классической теории электронов в проводниках — это применение классической статистики (статистики Максвелла-Больцмана), где распределение электронов по энергиям является экспоненциальной функцией:

F (E) = Aexp (–EkT)

Квантовая статистика основана на принципе Паули, который гласит, что каждое энергетическое состояние может содержать только один электрон.В квантовой теории возможность занять энергетические уровни электронами такова:

F (E) = (1 + exp — (E – EF) kT) –1

Где E F — энергия Ферми, характеристический уровень энергии — это то место, где кривая вероятности симметрична. Он учитывает максимальную энергию электрона в металле при T = 0K. Энергия Ферми соответствует термину электрохимический потенциал:

ψF = EFe

E F относится к объему соединения, но зависит от концентрации свободных электронов.Наиболее частое значение энергии Ферми составляет 3-15 e В. При нагревании металл получает энергию, пропорциональную k Тл, однако этот избыток энергии намного меньше энергии Ферми. Это приводит нас к выводу, что металлы обладают низкой теплоемкостью и высокой проводимостью.

Системы микрочастиц, описываемые статистикой Ферми-Дирака, называются вырожденными . Средняя энергия электронного газа не зависит от температуры. Электронный газ превращается в металл, в то время как электроны не могут обмениваться своей энергией с атомами решетки.Температура вырождения металлов составляет около 10 4 К, что выше температуры плавления металлов.

Проводимость металлов, измеряемая статистикой Ферми-Дирака, зависит от длины свободного пробега электронов:

γ = e2n23lh (8π3) 1/3

Можно сделать вывод, что концентрация свободных электронов в металлах существенно не различается. Концентрация электронов n также существенно не различается с температурой. Это означает, что проводимость металла зависит только от длины свободного пробега электронов, симметрии решетки и природы атома.

Теория Видемана-Франца

В проводниках электронная теплопроводность преобладает над другими типами теплопроводности из-за количества свободных электронов в металле. Согласно кинетической теории теплопроводность составляет:

λτ = 12knul λτγ = 3k2e – 2T = LT

Это означает, что соотношение теплопроводности и проводимости по току является постоянным при данной температуре. А хорошие проводники тока являются хорошими проводниками тепла.

Константа L = 3k2e2 — постоянная Лоренца. По квантовой статистике L = λTγT = π23k2e

Эти результаты более или менее соответствуют друг другу.

Температурная зависимость электропроводности металла

Элементарные частицы характеризуются двухволновой дуальностью. Это означает, что движение электронов в кристалле можно описать как плоские волны с длиной волны, описываемой уравнением де Бройля:

λ = hm0u = h3m0E

Эта плоская волна распространяется через потенциальное поле идеальной кристаллической решетки без потерь энергии. Тогда для идеального кристалла свободный пробег бесконечен, а сопротивление равно нулю. Таким образом, сопротивление «технически чистых» металлов, таких как Au, Pb, Cu, Ag и некоторых других, стремится к нулю, когда температура стремится к нулю.Когда в идеальной кристаллической структуре есть недостатки, электроны рассеиваются на кристаллической решетке. Диссипация возникает, когда размер дефекта превышает четверть длины волны электрона. В металлах энергия электронов в полосе проводимости составляет порядка 3-15, что соответствует длине волны 3-7 А. Это означает, что любые примеси в кристаллической структуре препятствуют распространению электронных волн. Это означает, что сопротивление кристалла увеличивается.

Для чистых металлов единственная причина, которая может препятствовать распространению электронных волн, — это нагревательные колебания атомов решетки.ρ T — термическое электрическое сопротивление металла. При повышении температуры увеличиваются амплитуды колебаний атомов и флуктуации потенциального поля. Это также увеличивает рассеяние электронов и сопротивление металлов.

Свободный пробег электронов в этих условиях обратно пропорционален температуре:

l = ke2πNkT

Где k e — коэффициент упругости (для атома, стремящегося вернуть его в исходное положение). Следует помнить, что эта формула не работает при низких температурах, потому что колебания нагрева в этом случае становятся незначительными (амплитуда и частота колебаний уменьшаются).Взаимодействие электрона и колеблющегося атома незначительно меняет импульс электрона. В теории колебаний атомов температура решетки рассматривается около некоторой характерной температуры ϴ D , называемой температурой Дебая. Температура Дебая учитывает максимальную частоту колебаний нагрева атомов в решетке:

θD = hvmaxk

Температура Дебая зависит от связи между атомами в решетке. Когда T> ϴ D , удельное сопротивление проводников отображается следующим образом:

ρT = 1γ = 2πmn * kuFε2keT = aT

Эта линейная температурная функция удельного сопротивления работает для температур выше:

23θD

Для наиболее распространенных металлов температура Дебая составляет около 400K-450K, тогда формула выше действительна для комнатной температуры и выше.Для более низких температур ρ T ~ T 5 . На рисунке 11 показана температурная зависимость сопротивления большинства материалов.

Рис. 11. Примесь Al в решетке Si

Относительное изменение сопротивления при изменении температуры на 1 Кельвин называется температурным коэффициентом сопротивления , который отображается следующим образом:

αρ = 1ρdρdT, αT является функцией температуры: ρ = ρ0 [1 + αp (T – T0)]

Положительный знак α ρ означает, что ρ растет. α ρ для чистых металлов обычно имеет температурную зависимость 1 / T .А для большинства металлов при комнатной температуре α ρ ~ 0,004K -1 .

Влияние примесей и других дефектов конструкции на стойкость металла

Электронные волны рассеиваются на атомах решетки и на примесях твердой структуры, которые нарушают потенциальное поле кристалла. Рассеяние электронной волны на статических дефектах не зависит от температуры, поэтому, когда температура стремится к нулю, сопротивление стремится к некоторой рассматриваемой величине, называемой остаточным сопротивлением .

Правило Матиссена об сопротивлении металлического соединения: импеданс проводника складывается из сопротивления, вызванного рассеянием на тепловых колебаниях атомов решетки, и дефектов структуры импеданса соединения, которое складывается из сопротивления из-за рассеяния на тепловых колебаниях атомов решетки и на дефектах структуры соединения.

ρ = ρT + ρres

Исключением из этого правила являются сверхпроводники, в которых сопротивление исчезает после определенной критической температуры.

Наибольшее влияние на сопротивление металла оказывает диссипация электронов на дефектах соединения, которые могут быть примесью или легированием. Любая добавка примесей увеличивает сопротивление соединения, даже если оно имеет более высокую проводимость, чем растворители.

Экспериментально установлено, что сопротивление изменяется пропорционально концентрации дефектов, когда концентрация дефектов мала.

Различные примеси по-разному влияют на остаточное сопротивление.Влияние диссипации на примеси зависит от возбуждающего потенциала в решетке. Этот потенциал тем выше, чем больше разница между валентностью примеси и валентностью атома растворителя.

За исключением примесей, на остаточное сопротивление влияют внутренние дефекты соединения — вакансии, дислокации, границы зерен и т. Д. Концентрация точечных дефектов экспоненциально растет с температурой. Вакансии и междоузлия появляются при воздействии на металл излучением высокой энергии.Сопротивление соединения может сказать вам о скорости радиационного облучения решетки.

Стресс сильно влияет на стойкость компаунда. Скорость этого аффекта зависит от характера стресса.

Электрические свойства металлических сплавов

Широко используются металлические сплавы с неупорядоченной структурой. Эти металлические сплавы характеризуются кристаллической решеткой растворителя, но период решетки различен. Многие металлы, имеющие подобный тип кристаллической решетки, смешиваются в любых пропорциях и образуют непрерывный ряд твердых тел.Статистическое распределение различных типов атомов в кристаллической решетке вызывает флуктуации периодического поля решетки, что приводит к сильной диссипации электронов.

ρ al = ρ h + ρ res , где ρ h — диссипация электрона на колебаниях нагрева атома, ρ res — остаточное сопротивление из-за примеси в кристаллической структуре.

Особенностью металлических сплавов является то, что ρ res может быть выше ρ h .Для многих двухкомпонентных сплавов остаточное сопротивление можно описать следующим выражением — ρ res = Cab = Cb (1 — b) , где a и b — атомные доли компонентов в сплаве. , C — характеристическая константа. Это выражение является законом Нордхейма.

Стойкость сплава тем больше, чем дальше он по консистенции от чистых металлов. Если остаточное сопротивление имеет максимальное значение при равном количестве обоих компонентов в сплаве, т.е.е. а = б. Закон Нордхейма работает именно тогда, когда в сплаве отсутствуют фазовые переходы или он не содержит переходных или редких металлов. Примерами являются Au-Ag, Au-Cu и Cu-Ag.

Сопротивление высокочастотных металлов

В условиях высокой частоты электрический ток неравномерно распределяется по металлическому сечению. Плотность тока максимальна на поверхности проводника и уменьшается глубоко в проводнике. Это явление называется поверхностным эффектом (или скин-эффектом ).Неравномерное распределение тока объясняется полем проводника. Магнитный поток для проводника ϕ = Li, где — индуктивность проводника. Изменения магнитного потока вызывают ЭДС самоиндукции:

eL = –Ldidt

Если ток изменяется синусоидально, то ЭДС будет следующей:

eL = –wLIm cos et

ЭДС самоиндукции противоположна направлению тока и замедляет его. Когда по проводнику проходит переменный ток, переменный магнитный поток появляется внутри и снаружи проводника, и разные части сечения проводника находятся в разных условиях.ЭДС имеет максимальное значение для центральных частей проводника и минимальное для его поверхностной части. Причем плотность тока ослабляется больше всего в центре проводника и меньше всего — на поверхности. Экструзия тока на поверхность проводника тем сильнее, чем выше частота. Если текущее направление рассматривается как следующее выражение, то верно:

Jx = J0exp (–z∆)

где J 0 — плотность тока на поверхности, Δ– — глубина проникновения магнитного поля в проводник.Связь проникновения поля с физическими характеристиками соединения следующая:

∆ = 2ωγμ0μ

Где µ 0 = 4π10 -7 , Hn / m — постоянная магнита. При высоких частотах ток равен нулю для всего сечения проводника, кроме тонкого поверхностного слоя.

Устойчивость тонкой металлической пленки — поверхностные эффекты

Металлические тонкие пленки используются в микроэлектронике в качестве межкомпонентных соединений, контактных площадок, обкладок конденсаторов, магнитных и резистивных элементов интегральных схем.Электрические свойства тонкой металлической пленки могут существенно отличаться от свойств массивных металлов и сплавов. Первая причина — разнообразие структурных характеристик тонких пленок, полученных методом конденсации молекулярных пучков в атмосфере высокого вакуума. В различных условиях конденсации структура тонкой пленки может изменяться от абсолютно неупорядоченного мелкодисперсного состояния (аморфный конденсат) до идеальных монокристаллических слоев (эпитаксиальных пленок).

Вторая причина изменения свойств металлических тонких пленок — это поверхностные эффекты (роль поверхностных воздействий преобладает над объемными).Поверхностный эффект в нашем случае возникает, когда ширина тонкой пленки соизмерима с длиной свободного пробега электронов. В этом случае свойства пленки зависят от геометрических характеристик проводника. Это сопротивление пленки описывается формулой:

. ρδ = ρ (1 + lδ)

где ρ — объемное сопротивление металла, l — длина свободного пробега электронов для объемного металла, δ — ширина тонкой пленки.

Поверхностная диссипация электронов при комнатной температуре для тонких пленок становится значительной, когда толщина тонкой пленки составляет 200–300 °.Однако при низких температурах, когда длина свободного пробега электрона увеличивается, поверхностное воздействие становится значительным при большей ширине тонкой пленки.

Контактные явления и термо-ЭДС

При контакте двух разных металлов между ними возникают контактные разности потенциалов. Это явление было открыто А. Вольта в 1797 году. Согласно квантовой теории, контактные разности потенциалов возникают между двумя материалами пропорционально разнице их энергий Ферми.

eU = E1F – E2F

Система, состоящая из двух разных проводников, образует замкнутый контур, который называется термопарой. (Рисунок 11). Когда контакт имеет другую температуру в замкнутом контуре, через цепь течет ток. Этот ток называется термоэлектрическим током . Если шлейф разорван, значит у нас есть разность потенциалов на контактах цепи. Эта разность потенциалов называется термо-ЭДС .

U ~ αT (T2 – T1)

α T — относительная термо-ЭДС.α T зависит от природы металлов и их температуры. Термо-ЭДС состоит из трех компонентов. Первый связан с температурной зависимостью контактной разности потенциалов. Когда температура металла увеличивается, его энергия Ферми также уменьшается. Это означает, что горячий контакт термопары должен иметь большую энергию Ферми, чем холодный. Следовательно, в термопаре появляются контактные составляющие термо-ЭДС. Вторая составляющая термо-ЭДС связана с диффузией носителей заряда от горячего контакта к холодному.

Средняя энергия электронов в металле изменяется с температурой. Электроны на горячем контакте имеют большую кинетическую энергию, большую скорость и быстрее диффундируют. Этот диффузионный поток в направлении температурного градиента создает компоненты термо-ЭДС. Третья составляющая термо-ЭДС появляется в петле из-за движения электрона фононами (квантами тепловой энергии). Их поток также движется к холодному контакту. Все составляющие термо-ЭДС учитываются небольшой концентрацией электронов, расположенных близко к уровню Ферми.Термо-ЭДС для металлов относительно невелика и считается выражением:

αT≈π2kekTEF

Для контура термопары относительной термо-ЭДС является разность термо-ЭДС обоих контактов:

αT≈α1T – α2T

α 1 T и α 2 T — суммарные относительные термо-ЭДС обоих контактов.

Для расчета общей относительной термо-ЭДС Plumbum используется в качестве стандарта, поскольку его термоэлектрические свойства очень слабые. Сверхпроводники — очень хорошие стандарты для рассмотрения термо-ЭДС при низких температурах, потому что их термо-ЭДС всегда равна нулю.Термо-ЭДС имеет отрицательный знак, если горячий контакт термопары является положительным знаком, что естественно для большинства простых металлов. Абсолютная термо-ЭДС сильно зависит от температуры и может менять знак при нагревании.

Классификация материалов проводников — Материалы с высокой проводимостью

Эти материалы представляют собой металлы с электропроводностью менее 0,1 мОм * м.

Cuprum. Преимущества Cuprum следующие:

  1. малое сопротивление;
  2. высокая механическая прочность;
  3. нормальная устойчивость к коррозии;
  4. хорошая технологичность — прокатка на листы, полосы и провода;
  5. Паять легко.

Его стойкость чувствительна к примесям. При 0,5% Zn, Cd или Ag сопротивление снижается на пять процентов. С 0,5% Ni, Sn или Al сопротивление снижается на 40%. Be, As, Fe и Si снижает сопротивление до 55% и более. Недостатком меди является атмосферная коррозия при образовании пленок оксидов и серы. Скорость окисления растет с температурой. Медь не подходит для слаботочных контактов из-за окисления.

Cuprum используется в электронике для проводов, кабелей, шин распределительных устройств, катушек трансформаторов, токоведущих элементов и др.Твердая медь используется, когда важно обеспечить механическую прочность, жесткость и устойчивость к истиранию. Мягкая медь используется, когда важны гибкость и пластичность. Специальные электровакуумные виды меди используются для изготовления клистронов, магнетронов, ВЧ компонентов, волноводов и резонаторов.

Алюминий. Второстепенное значение после меди и металла с высоким сопротивлением является алюминий. Его стойкость в 1,5 раза выше, чем у меди. А алюминий в 3,5 раза легче меди.Алюминий обеспечивает большую удельную проводимость на единицу массы из-за своей низкой плотности. Недостаток алюминия — низкая механическая прочность. Алюминий окисляется и покрывается тонкой пленкой оксида на своей поверхности с высоким электрическим сопротивлением. Эта пленка предохраняет алюминий от коррозии, но создает большое переходное сопротивление в точках контакта алюминиевых проводов. Это затрудняет стандартную пайку. Тонкие алюминиевые пленки используются в интегральных схемах в качестве контактов и соединений. Алюминий создает очень хороший контакт с кремнием.Недостатком алюминия является его подверженность электромиграции, что приводит к росту сопротивления и разрыву соединений.

Сверхпроводящие металлы и сплавы

Многие металлы и сплавы обладают сильным сопротивлением, которое ухудшается, когда температура стремится к абсолютному нулю. Это явление называется сверхпроводимостью , а температура перехода в сверхпроводимость составляет , критическая температура T sup . Первое явление сверхпроводимости было обнаружено у ртути Hg (T sup = 4.2К) нидерландского физика Х. Каммерлинг-Оннеса.

Если мы индуцируем электрический ток в сверхпроводящей петле, он не просуществует долго. Сопротивление учитывалось деградацией магнитного потока, индуцированной током в петле. Это 10 -25 м0м * м.

Явление сверхпроводимости возникает, когда электроны притягиваются друг к другу. Это возможно в области положительно заряженных ионов, что снижает силы притяжения электронов Колумба. Только электроны, участвующие в процессе проводимости, расположенные близко к уровню Ферми, могут притягиваться друг к другу.Эти электроны с противоположно направленными импульсными векторами соединяются в пары, называемые парами Couper . Электроны взаимодействуют с греющими колебаниями решетки, фононами и играют решающую роль в создании куперовских пар. Электроны могут создавать и поглощать фононы в твердом соединении.

Переход металла в состояние сверхпроводимости происходит в очень небольшом диапазоне температур. Вакансии, примеси, структурное разнообразие, границы зерен и другие дефекты расширяют температурный диапазон сверхпроводимости.Электроны, ответственные за переход в сверхпроводимость, не производят энергообмена с решеткой. Поэтому сверхпроводники обладают низкой теплопроводностью.

Важной особенностью сверхпроводников является то, что магнитное поле не проникает в сверхпроводник, а ослабляется на поверхности сверхпроводника. Это явление называется эффектом Мейзенера и происходит потому, что магнитное поле создает круговой ток на поверхности сверхпроводника, который создает магнитное поле, компенсирующее внешние магнитные поля.Глубина проникновения магнитного поля составляет порядка 10 -6 -10 -7 м. Это означает, что сверхпроводники являются идеальными диамагнетиками с проницаемостью μ = 0 . Сверхпроводники выталкиваются из магнитного поля, как любой другой диамагнетик.

Состояние сверхпроводимости может быть нарушено, если магнитное поле больше некоторой критической точки H sup . Существует два типа сверхпроводников: тип I и тип II, и их можно рассматривать как переходные в состояние сверхпроводимости.В сверхпроводниках типа I переход происходит внезапно, как только магнитное поле достигает критической точки H sup . Сверхпроводники типа II переходят в состояние сверхпроводимости постепенно и характеризуются низкой H низкой и высокой H высокой критическими точками магнитного поля. Между этими двумя точками материал находится в переходном гетерогенном состоянии с нормальной и сверхпроводящей фазой. Скорость их объема зависит от магнитного поля и проникает в соединение постепенно.

Hsup (T) = Hsup (0) (1 – T2Tsup)

H sup (0) — магнитное поле при 0K.

Сверхпроводимость также может быть нарушена током через сверхпроводник I sup . Для сверхпроводников типа I плотность тока останавливается на уровне точки критического магнитного поля на поверхности сверхпроводника. В случае длинного провода круглого сечения критический ток составляет I sup = 2πrH sup (T). Двадцать шесть металлов характеризуются сверхпроводимостью с температурами перехода менее 4.2К. Тринадцать элементов могут переходить в состояние сверхпроводимости в условиях высокого давления, например Si, Ge, Te, Su и некоторые другие. Некоторые интерметаллические соединения и сплавы также могут переходить в сверхпроводники. Общее количество сверхпроводников около 2000.

Основное применение сверхпроводников — получение чрезвычайно сильных магнитных полей. Сверхпроводящие соленоиды позволяют получать сверхсильные магнитные поля выше 10 7 А / м. Для обычных соленоидов с железной катушкой максимальное магнитное поле составляет 10 6 А / м.

Сплавы с высоким сопротивлением

Сплавы с высоким сопротивлением — это токопроводящие сплавы с удельным сопротивлением не менее 0,3 мОм * м. Эти сплавы используются для производства электрооборудования, стандартных резисторов, электронагревательного оборудования и др. Эти сплавы должны отличаться не только высоким сопротивлением, но и небольшой термо-ЭДС α T . Проводники в электронагревательном оборудовании должны работать на воздухе с температурой до 1000 ° C.

Манганин — основной сплав на основе меди, используется для производства электроизмерительного оборудования и стандартных резисторов.

Константан — сплав Cu-Ni, консистенция ni соответствует наибольшему значению ρ и наименьшему значению α ρ . Константан хорош с обработкой. α ρ обычно отрицательная и близка к нулю.

Сплав Хромоникель используется для производства отопительного электрооборудования.

Драгоценные металлы

Драгоценные металлы — самые стабильные металлы — золото, серебро, платина и палладий. Их можно найти в виде самородков или разных руд.Очень чистые металлы можно получить с помощью химической, электролитной, металлургической и другой обработки.

Золото. Этот металл используется в качестве материала контактных площадок, антикоррозийной наплавки ВЧ резонаторов, внутренних поверхностей волноводов. Основным преимуществом золота является его устойчивость к окислению и образованию серы при комнатной и более высоких температурах.

Предел напряжения золотой проволоки 150 МПа, относительное удлинение около 40%.

Серебро. Этот металл устойчив к окислению и имеет самую низкую стойкость среди других драгоценных металлов.Предел напряжения серебряной проволоки 200 МПа, относительное удлинение около 50%. Серебро используется во множестве контактов для электроники. Высокая теплопроводность и электропроводность обеспечивают минимальный контактный нагрев и быстрый отвод тепла от контактных площадок.

Платина. Этот металл не реагирует с кислородом и устойчив к химическим реагентам. Платина хороша для обработки и растяжения на провода и полосы. Платина не создает оксиды серы в атмосфере, но создает стабильное переходное сопротивление.

Палладий. Этот металл по своим свойствам близок к платине, а иногда и заменяет ее. В электронике палладий используется из-за его способности поглощать водород. Его диффузия в палладий при температуре 150-300 ° C и давлении 0,015-0,1 МПа; выделяется обратно в твердом виде из палладия при температурах 350-500 ° C.

№ 8: Процессы в полупроводниках и их свойства

Проводники | Введение в химию

Цель обучения
  • Примените концепцию зонной теории для объяснения поведения проводников.

Ключевые моменты
    • Проводник — это материал, содержащий подвижные электрические заряды.
    • В металлических проводниках, таких как медь или алюминий, подвижными заряженными частицами являются электроны, хотя в других случаях они могут быть ионами или другими положительно заряженными частицами.
    • Зонная теория, в которой молекулярные орбитали твердого тела превращаются в серию непрерывных энергетических уровней, может быть использована для объяснения поведения проводников, полупроводников и изоляторов.
    • Большинство знакомых проводов металлические.

Условия
  • металл: Любой из ряда химических элементов в периодической таблице, которые образуют металлическую связь с другими атомами металлов; обычно блестящие, несколько податливые и твердые, часто проводящие тепло и электричество.
  • молекулярная орбиталь: Квантово-механическое поведение электрона в молекуле, описывающее вероятность определенного положения и энергии электрона; аппроксимируется линейной комбинацией атомных орбиталей.
  • напряжение: Величина электростатического потенциала между двумя точками в пространстве.

Проводники и изоляторы

Проводник — это материал, содержащий подвижные электрические заряды. В металлических проводниках, таких как медь или алюминий, подвижными заряженными частицами являются электроны. Положительные заряды также могут быть подвижными, такими как катионный электролит (ы) батареи или подвижные протоны протонного проводника топливного элемента. Изоляторы — это непроводящие материалы с небольшим количеством подвижных зарядов; они несут лишь незначительные электрические токи.

При описании проводников с использованием концепции зонной теории лучше всего сосредоточиться на проводниках, которые проводят электричество с помощью мобильных электронов. Согласно теории зон, проводник — это просто материал, у которого перекрываются валентная зона и зона проводимости, что позволяет электронам проходить через материал с минимальным приложенным напряжением.

Теория полос

В физике твердого тела зонная структура твердого тела описывает те диапазоны энергии, называемые энергетическими зонами, которые может иметь электрон в твердом теле («разрешенные зоны»), и диапазоны энергии, называемые запрещенными зонами («запрещенные зоны»). , которого может и не быть.Теория зон моделирует поведение электронов в твердых телах, постулируя существование энергетических зон. В нем успешно используется ленточная структура материала для объяснения многих физических свойств твердых тел. Полосы также можно рассматривать как крупномасштабный предел теории молекулярных орбиталей.

Электроны одиночного изолированного атома занимают атомные орбитали, которые образуют дискретный набор уровней энергии. Если несколько атомов объединяются в молекулу, их атомные орбитали разделяются на отдельные молекулярные орбитали, каждая с разной энергией.Это создает количество молекулярных орбиталей, пропорциональное количеству валентных электронов. Когда большое количество атомов (10 20 или больше) объединяются в твердое тело, количество орбиталей становится чрезвычайно большим. Следовательно, разница в энергии между ними становится очень маленькой. Таким образом, в твердых телах уровни образуют непрерывные энергетические полосы, а не дискретные энергетические уровни отдельных атомов. Однако некоторые энергетические интервалы не содержат орбиталей, образуя запрещенные зоны.Эта концепция становится более важной в контексте полупроводников и изоляторов.

Проводники, полупроводники и изоляторы Слева проводник (описанный здесь как металл) имеет перекрывающиеся пустые и заполненные зоны, позволяя возбужденным электронам проходить через пустую зону с небольшим толчком (напряжением). Полупроводники и изоляторы имеют все большую и большую разницу в энергии между валентной зоной и зоной проводимости, что требует большего приложенного напряжения для прохождения электронов.

В пределах энергетического диапазона уровни энергии можно рассматривать как почти континуум по двум причинам:

  1. Разделение уровней энергии в твердом теле сравнимо с энергией, которой электроны постоянно обмениваются с фононами (колебаниями атомов).
  2. Это разделение сравнимо с неопределенностью энергии из-за принципа неопределенности Гейзенберга для достаточно длинных интервалов времени. В результате разделение между уровнями энергии не имеет значения.

Проводники

Все проводники содержат электрические заряды, которые будут двигаться, когда разность электрических потенциалов (измеряемая в вольтах) приложена к отдельным точкам на материале.Этот поток заряда (измеряется в амперах) и называется электрическим током. В большинстве материалов постоянный ток пропорционален напряжению (как определено законом Ома) при условии, что температура остается постоянной, а материал остается в той же форме и состоянии.

Самые известные проводники металлические. Медь — самый распространенный материал, используемый для электропроводки. Серебро — лучший дирижер, но он стоит дорого. Поскольку золото не подвержено коррозии, оно используется для высококачественных контактов между поверхностью.Однако есть также много неметаллических проводников, в том числе графит, растворы солей и всякая плазма. Есть даже проводящие полимеры.

Теплопроводность и электропроводность часто идут рука об руку. Например, море электронов заставляет большинство металлов действовать как проводники электричества и тепла. Однако некоторые неметаллические материалы являются практическими электрическими проводниками, но не являются хорошими проводниками тепла.

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета.Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Физические и химические свойства вещества (плотность, точка плавления, точка кипения, твердость, электрическая и теплопроводность)

Материя — это все, что имеет массу и занимает пространство, Масса — это количество вещества, содержащегося в теле, Единица измерения массы — грамм или кг, Объем — это пространство, занимаемое телом, Единица измерения объем — см³, м³ или л. Все, что нас окружает на поверхности Земли, называется «Материей». Любая материя имеет массу и объем.

Физические свойства вещества

Материю можно отличить от каждой по физическим и химическим свойствам. Физические свойства вещества — это плотность, точка плавления, точка кипения, твердость, электрическая проводимость, теплопроводность, цвет, вкус и запах.

Физические свойства вещества

Цвет, вкус и запах

Это свойство, которое иногда можно использовать для различения различных материалов. Вы не должны пробовать или нюхать какое-либо вещество в лаборатории, не спросив предварительно своего учителя, потому что некоторые вещества могут причинить вам вред.

Мы можем различать железо, серебро и золото по цвету, мы можем различать сахар, поваренную соль и муку по вкусу, мы можем различать уксус и духи по запаху, некоторые вещества не имеют цвета, вкуса и запаха, например вода и газообразный кислород, но они отличаются друг от друга другими свойствами.

Плотность

Плотность — это масса единицы объема вещества или масса одного кубического сантиметра вещества. Единица измерения плотности — г / см³. Когда плотность воды составляет 1 г / см³, это означает, что масса 1 см3 воды равен 1 г, масса 1 см3 пробки меньше массы 1 см³ древесины, масса 1 см³ древесины меньше, чем 1 см³ железа, это связано с разницей в плотность.

Плотность вещества — это фиксированное значение, независимо от используемых объемов или масс, плотность куба меди, объем которого 2 см³ равна плотности другого куба меди, объем которого составляет 10 см³, при уменьшении объем тела уменьшается вдвое в соответствии с его плотностью, плотность остается постоянной.

Каждое вещество имеет свою плотность. Не существует двух веществ с одинаковой плотностью, поэтому одинаковые объемы разных веществ имеют разные массы. Одинаковые массы разных веществ имеют разные объемы из-за разницы в плотности.

Плотность = Масса / Объем

Когда твердое тело погружено в известный объем воды, величина увеличения объема воды равна объему твердого тела.

Объем твердого тела = Объем воды и твердого тела — Объем воды

Связь между плаванием или погружением вещества в воду и плотностью: Материалы, которые имеют более высокую плотность, чем погружение в воду, такие как железный гвоздь и металлическая монета, материалы, которые имеют более низкую плотность, чем вода, плавают на его поверхности например, дерево, пробка, лед и капли масла.

Плотность приложений для жизни

Вода не используется для тушения (тушения) бензиновых возгораний, потому что плотность бензина меньше плотности воды, поэтому бензин плавает на поверхности воды, а вода не тушит бензиновые возгорания.

Воздушные шары, наполненные водородом или гелием, поднимаются в воздух с флагами во время фестивалей, потому что плотности водорода и гелия меньше плотности воздуха. Изменение плотности вещества используется для проверки чистоты вещества, например как определение качества молока.

Температура плавления

Материя существует в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Переход вещества из твердого состояния в жидкое при нагревании называется плавлением. Температура, при которой вещество начинает плавиться, называется точкой плавления.

Точка плавления — это температура, при которой вещество начинает переходить из твердого состояния в жидкое состояние. Когда точка плавления льда = 0 ° C, это означает, что лед начинает превращаться в воду при 0 ° C. Каждое вещество. имеет определенную температуру плавления, которая используется для различения различных веществ.

Каждое вещество имеет определенную температуру плавления. Температура плавления льда ниже, чем у воска. Вещества могут быть классифицированы в соответствии с температурами плавления на Вещества имеют низкие точки плавления, такие как воск, масло и лед, Вещества имеют высокие температуры плавления. такие как железо, медь, алюминий и поваренная соль.

Срок службы точек плавления

Кастрюли (кастрюли) изготовлены из алюминия или сплава нержавеющей стали, который не ржавеет из-за высокой температуры плавления. Рабочие плавят твердые металлы, чтобы их было легко смешивать и формовать, чтобы сформировать сплавы, такие как медь-золото. сплав, который используется при изготовлении драгоценных камней, никель-хромовый сплав, который используется при изготовлении нагревательных спиралей.

Температура кипения

Изменение вещества из жидкого состояния в газообразное состояние при нагревании известно как кипение. Температура, при которой вещество начинает кипеть, называется точкой кипения, Точка кипения — это температура, при которой вещество начинает меняться от жидкое состояние в газообразное состояние.

Когда точка кипения воды = 100 ° C, это означает, что вода начинает превращаться в водяной пар при 100 ° C. Каждое вещество имеет определенную точку кипения, которая используется для различения различных веществ.

Срок действия точки кипения

Разделение компонентов сырой нефти путем нагревания сырой нефти с последующим разделением каждого вещества при его температуре кипения из-за разницы между ними в их точках кипения, Точка кипения — это температура, при которой давление пара Вещество равно атмосферному давлению, поэтому при повышении давления температура кипения увеличивается, Сковороды под давлением используются для быстрого приготовления, поскольку они повышают давление, поэтому температура кипения увеличивается, и пища готовится быстрее.

Твердость

Твердые вещества по твердости делятся на:

  • Твердые вещества, например резина, мягкие при комнатной температуре.
  • Твердые вещества становятся мягкими при нагревании, чтобы им было легко придать форму, например, металлы.
  • Твердые вещества, такие как уголь и сера, нельзя размягчить при нагревании.
Срок службы твердости

Отвертки изготовлены из стали, потому что она очень твердая. Стержни, используемые при строительстве бетонных домов, сделаны из железа, а не из меди, потому что твердость железа больше, чем у меди.

Электропроводность

Вещества можно классифицировать по электропроводности на Хорошие проводники электричества и плохие проводники электричества.

Хорошие проводники электричества — это вещества, которые пропускают электричество. Примеры: Металлы, такие как железо, серебро, медь, алюминий, Некоторые растворы, такие как кислотные растворы, щелочные растворы и некоторые солевые растворы.

Плохие проводники электричества — это вещества, которые не пропускают электричество, Примеры: газы, некоторые твердые вещества, такие как сера, фосфор, дерево и пластик, некоторые растворы, такие как раствор хлористого водорода в бензоле и сахаре решение.

Срок службы электропроводности

Электрические провода (или кабели) состоят из меди или алюминия и покрыты пластиковым слоем, потому что и медь, и алюминий являются хорошими проводниками электричества, а пластик — плохим проводником электричества.

Электрические отвертки изготовлены из стального железа, а их ручки сделаны из дерева или пластика, поскольку стальное железо является хорошим проводником электричества, а дерево и пластик — плохими проводниками электричества.

Теплопроводность

Вещества можно разделить по теплопроводности на хорошие проводники тепла и плохие проводники тепла.

Хорошие проводники тепла — это вещества, которые позволяют теплу проходить через них. Примеры: Металлы, такие как железо, медь и алюминий.

Плохие проводники тепла — это вещества, которые не пропускают тепло. Примеры: неметаллы, такие как дерево и пластик.

Срок службы теплопроводности

Сковороды изготовлены из алюминия, потому что алюминий является хорошим проводником тепла и имеет высокую температуру плавления. Ручки сковородок сделаны из дерева или пластика, потому что дерево и пластик плохо проводят тепло.

Химические свойства

Металлы можно классифицировать в соответствии с их химической активностью на три группы: очень активные металлы, менее активные металлы и неактивные металлы.

Очень активные металлы — это металлы, которые реагируют с кислородом при воздействии влажного воздуха, поэтому они теряют свой металлический блеск, например натрий и калий. Натрий и калий находятся под поверхностью керосина, чтобы предотвратить их реакцию с атмосферным кислородом. .

Менее активные металлы — это металлы, которые реагируют с кислородом, если они остаются на воздухе в течение нескольких дней, образуя слой ржавчины, например, железо, алюминий и медь. Стальные мосты и держатели лампочек время от времени окрашивают. защищают их от ржавчины и коррозии. Алюминиевые кастрюли моют грубым материалом, чтобы удалить слой ржавчины, образующийся на их поверхностях. Металлические запчасти автомобилей покрыты смазкой для защиты от ржавчины и коррозии.

Неактивные металлы — это металлы, которым очень трудно реагировать с кислородом. Примеры: серебро, платин, никель, золото и хром. их блеск в течение долгого времени, Никель, золото и серебро используются для покрытия других веществ, которые быстро ржавеют, таких как железо, чтобы защитить их от ржавчины и коррозии.

Вещество, свойства и виды молекул, процесс плавления и испарения

Атомная структура вещества, уровни энергии, электронное распределение и химическая активность

Состояния вещества (твердое, жидкое, газовое, плазменное)

Важность хороших и плохих проводников тепла

Электрические и физические свойства обычных металлов, используемых в производстве кабелей ~ Изучение электротехники

Пользовательский поиск

В таблицах ниже указаны электрические и физические свойства металлов, обычно используемых при производстве электрических кабелей в электротехнической промышленности.Знакомство с этими свойствами необходимо для полного понимания основных преимуществ и недостатков различных используемых материалов и понимания с практической точки зрения, почему они применяются в той области, в которой они используются.

Электрические характеристики

В таблице ниже указаны электрические свойства обычных металлов, используемых в кабелях. Принимая во внимание цену, указанную ниже, медь и алюминий, несомненно, являются лучшим выбором для проводников при производстве всех видов электрических кабелей, хотя в некоторых случаях проводились эксперименты с другими металлами, например с натрием:


Металлы

Относительная проводимость (медь = 100)

Удельное электрическое сопротивление при 20 ° C (Ом · м, 10 -8 )

Температурный коэффициент сопротивления (на ° C)

Серебро 106 1.626 0,0041
Медь (HC, отожженная) 100 1,724 0,0039
Медь (HC, жесткая) 97 1.777 0,0039
луженая медь 95–99 1,741 — 1,814 0,0039
Алюминий (класс ЕС, мягкий) 61 2.803 0,0040
Алюминий (класс ЕС, 1 / 2H — H) 61 2,826 0,0040
Натрий 35 4,926 0,0054
Низкоуглеродистая сталь 12 13,80 0,0045
Свинец 8 21.4 0,0040


Физические свойства металлов, используемых в электрических кабелях
Физические свойства металлов, используемых для изготовления проводов и оболочек, приведены в таблице ниже:

Недвижимость

Блок

Алюминий

Медь

Свинец

Плотность при 20 ° C

8890 2703 11370
Коэффициент теплового расширения на ° C 17 23 29
Температура плавления или С 1083 659 327
Теплопроводность 3.8 2,4 0,34
Предел прочности при растяжении



Мягкий нрав МН / м 2 225 70–90
3 / 4H до H МН / м 2 385 125–205
Модуль упругости МН / м 2 26 14
Твердость



Мягкий DPHN 50 20–25 5
3 / 4H до H DPHN 115 30-40
Предел выносливости при напряжении и усталости (приблизительный) МН / м 2

± 65

± 40 ± 2.8

За исключением жил самонесущих воздушных кабелей, неизменно используется медь в отожженном состоянии. Твердые алюминиевые проводники также в основном используются в мягком состоянии, но многожильные алюминиевые проводники имеют от 3H (твердость) до H. Алюминиевые оболочки теперь экструдируются непосредственно на кабели и, следовательно, имеют мягкий характер, но во время гофрирования происходит небольшое деформационное упрочнение.

Блестящая вики по математике и науке

Самый простой способ описать проводники в электростатических терминах — воспользоваться следующим фундаментальным свойством.

Собственность проводника 1.

Внутри материала проводника в состоянии равновесия электрическое поле всегда равно нулю.

Поскольку заряд всегда может свободно течь, пока не достигнет равновесия, электрическое поле должно быть нулевым по очень простой причине: если бы электрическое поле было отличным от нуля , заряд мог бы двигаться. Теперь, если на проводник воздействует внешнее поле (предположим, что к нему был подведен внешний электрический заряд), заряды в проводнике будут двигаться, но через короткий момент заряды переориентируются в стабильную равновесную конфигурацию, в которой электрическое поле равно нулю.В общем, переориентация происходит довольно быстро, поэтому в хорошем приближении можно представить, что заряды внутри проводника движутся практически мгновенно.

Из свойства 1. сразу следует несколько следствий.

Поскольку электрическое поле равно нулю, электрический потенциал должен быть постоянным. Другими словами, проводник — это эквипотенциальная поверхность . Напомним, что

ΔV = E⋅dl, \ Delta V = \ int \ textbf {E} \ cdot d \ textbf {l}, ΔV = ∫E⋅dl,

, но E = 0 \ textbf {E} = 0 E = 0, поэтому ΔV = 0 \ Delta V = 0 ΔV = 0.

Собственность проводника 2.

Внутри материала проводника в состоянии равновесия разность потенциалов между любыми двумя точками равна нулю.

Поскольку электрическое поле внутри проводника равно нулю (E = 0 \ mathbf {E} = 0 E = 0, из дифференциальной формы закона Гаусса непосредственно следует, что также не может быть чистого заряда ρ = 0 \ rho = 0 Внутри проводника ρ = 0. Однако некоторый заряд может находиться на поверхности проводника, где заряды удерживаются для полного выхода из материала.

Собственность проводника 3.

Внутри материала проводника в состоянии равновесия нет никакого чистого заряда в любой точке внутри проводника. Весь чистый заряд (если таковой имеется) находится на поверхности или поверхностях проводника.

Хотя на поверхности проводника есть заряд, он заблокирован в статической конфигурации в состоянии равновесия. В результате электрическое поле на поверхности проводника должно быть на перпендикулярно поверхности .Если бы электрическое поле имело какую-либо составляющую, параллельную поверхности, то заряд тек бы по поверхности, что противоречило бы предположению, что оно находится в равновесии.

Собственность проводника 4.

Электрическое поле на поверхности проводника в состоянии равновесия перпендикулярно поверхности.

Хотя распределение индуцированного заряда не всегда легко вычислить напрямую, можно установить некоторые общие принципы взаимодействия проводников и внутренних и внешних зарядов.

Набор объектов с общим зарядом Q Q Q помещается внутри полого проводника, который изначально является нейтральным. Каков суммарный заряд (а) внутренней и (б) внешней поверхностей проводника?


Между двумя поверхностями проводника электрическое поле равно нулю, поэтому закон Гаусса гласит, что общий заряд, содержащийся внутри гауссовой поверхности, охватывающей внутреннюю поверхность и заряженные объекты, должен быть равен нулю. Следовательно, внутренняя поверхность должна содержать заряд −Q — Q −Q.Поскольку проводник изначально нейтральный, внешняя поверхность должна содержать заряд Q Q Q.

Набор объектов с общим зарядом Q Q Q помещается внутри сферического полого проводника , изначально нейтрального. Какое поле вне проводника?


Как и в предыдущем примере, внутренняя поверхность приобретает индуцированный заряд -Q -Q -Q, а внешняя поверхность приобретает индуцированный заряд Q Q Q. Но каково распределение индуцированного заряда? Подумайте, что бы произошло, если бы мы каким-то образом смогли удалить внешний поверхностный заряд Q Q Q — сам по себе заряд от внутренней поверхности, индуцированный заряд, компенсируется зарядом от заряженных объектов во всех точках вне полости.Таким образом, заряд Q Q Q во внешней полости просто перераспределяется равномерно, как на однородно заряженной сфере. Следовательно, поле вне проводника просто выглядит как поле однородно заряженной сферы с зарядом Q Q Q. [1]

Обратите внимание, что геометрия внутренней поверхности и положения заряженных объектов не имели значения. Другими словами, полый проводник «скрывает» геометрию чего-либо внутри сферы. Вы сможете определить внешнюю геометрию только благодаря внешнему полю, сформированному из заряда Q Q Q на сферической внешней поверхности, но вы не сможете ничего определить о зарядах, содержащихся на внутренней поверхности и в полости.

Физические свойства электричества — PubMed

. Май-июнь 2013 г .; 20 (3): 269-70. DOI: 10.1016 / j.jmig.2013.02.006.

Принадлежности Расширять

Принадлежность

  • 1 Отделение акушерства и гинекологии, Вустерширские больницы неотложной помощи NHS Trust, Вустер, Великобритания[email protected]

Элемент в буфере обмена

Ангус Дж. М. Томсон. J Minim Invasive Gynecol. Май-июнь 2013 г.

Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

.Май-июнь 2013 г .; 20 (3): 269-70. DOI: 10.1016 / j.jmig.2013.02.006.

Принадлежность

  • 1 Отделение акушерства и гинекологии, Вустерширские больницы неотложной помощи NHS Trust, Вустер, Великобритания. [email protected]

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Электричество — это поток электронов через проводник.Величина тока (амперы) связана с напряжением (вольт), подталкивающим электроны, и степенью сопротивления потоку (Ом). Во время обтекания цепи электроны могут использоваться для создания ряда полезных побочных продуктов, таких как тепло и свет. По мере того, как электроны текут, они изменяют заряд вещества, через которое они проходят, что также может вызывать электромагнитные эффекты.

Авторские права © 2013 AAGL.Опубликовано Elsevier Inc. Все права защищены.

Похожие статьи

  • Физические свойства и количественная оценка стимула ЭСТ: I. Основные принципы.

    Sackeim HA, Long J, Luber B, Moeller JR, Prohovnik I, Devanand DP, Nobler MS. Sackeim HA, et al. Судороги Ther. 1994 июн; 10 (2): 93-123. Судороги Ther. 1994 г. PMID: 8069647 Рассмотрение.

  • Мониторинг под наркозом. Сигнал, который нужно отслеживать.

    Дорнетт WS. Дорнетт WS. Clin Anesth. 1973; 9 (2): 3-20. Clin Anesth. 1973 г. PMID: 4745708 Рефератов нет.

  • Электрический ток и поток электронов.

    ФАРР РФ.ФАРР РФ. Рентгенография. 1963 Март; 29: 72-6. Рентгенография. 1963 г. PMID: 13944434 Рефератов нет.

  • Фильтр высокочастотного тока в термоэлектрической цепи для измерения температуры.

    COTTRELL CL, PURCHAS JG, WINTERTON K. COTTRELL CL, et al. Природа. 1950, 27 мая; 165 (4204): 857-58. DOI: 10.1038 / 165857a0. Природа. 1950 г. PMID: 15423493 Рефератов нет.

  • Импорт радиационных явлений электронов и терапевтического низкоуровневого лазера в отношении митохондриальной передачи энергии.

    Wilden L, Karthein R. Wilden L, et al. J Clin Laser Med Surg. 1998 июн; 16 (3): 159-65. DOI: 10.1089 / clm.1998.16.159. J Clin Laser Med Surg. 1998 г. PMID: 9743654 Рассмотрение.

LinkOut — дополнительные ресурсы

  • Источники полных текстов

  • Другие источники литературы

[Икс]

цитировать

Копировать

Формат: AMA APA ГНД NLM

7.6. Металлы, неметаллы и металлоиды

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  1. Металлы
    1. Физические свойства металлов
    2. Химические свойства металлов
  2. Неметаллы
    1. Физические свойства неметаллов
    2. Химические свойства неметаллов
  3. Металлоиды
  4. Свойства металлов и неметаллы Атрибуции

Цели обучения

  • Чтобы понять основные свойства, отделяющие металлы от неметаллов и металлоидов

Элемент — это простейшая форма материи, которую невозможно разделить на более простые вещества или построить из более простых веществ обычными химическими или физическими методами.Нам известно 118 элементов, из которых 92 встречаются в природе, а остальные были приготовлены искусственно. Элементы далее классифицируются на металлы, неметаллы и металлоиды на основе их свойств, которые коррелируют с их размещением в периодической таблице.

Металлические элементы Неметаллические элементы
Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Характеристические свойства металлических и неметаллических элементов:
Отличительный блеск (блеск) Бесцветный, разные цвета
Ковкий и пластичный (гибкий) в твердом состоянии Хрупкие, твердые или мягкие
Проводить тепло и электричество Плохие проводники
Оксиды металлов основные, ионные Неметаллические оксиды кислотные ковалентные
Образует катионы в водном растворе Образует анионы, оксианионы в водном растворе

Металлы

За исключением водорода, все элементы, которые образуют положительные ионы, теряя электроны во время химических реакций, называются металлами.Таким образом, металлы являются электроположительными элементами с относительно низкой энергией ионизации. Они отличаются ярким блеском, твердостью, способностью резонировать со звуком и отлично проводят тепло и электричество. При нормальных условиях металлы являются твердыми телами, за исключением ртути.

Физические свойства металлов

Металлы блестящие, пластичные, пластичные, хорошо проводят тепло и электричество. Другие свойства включают:

  • Состояние : Металлы представляют собой твердые вещества при комнатной температуре, за исключением ртути, которая находится в жидком состоянии при комнатной температуре (в жаркие дни галлий находится в жидком состоянии).
  • Блеск : Металлы обладают свойством отражать свет от своей поверхности и могут быть отполированы, например, золотом, серебром и медью.
  • Ковкость: Металлы обладают способностью противостоять ударам молотком и могут быть превращены в тонкие листы, известные как фольга. Например, кусок золота размером с кубик сахара можно растолочь в тонкий лист, которым будет покрываться футбольное поле.
  • Пластичность: Металлы можно втягивать в проволоку. Например, из 100 г серебра можно натянуть тонкую проволоку длиной около 200 метров.
  • Твердость: Все металлы твердые, кроме натрия и калия, которые мягкие и поддаются резке ножом.
  • Валентность: Металлы обычно имеют от 1 до 3 электронов на внешней оболочке их атомов.
  • Проводимость : Металлы являются хорошими проводниками, потому что у них есть свободные электроны. Серебро и медь — два лучших проводника тепла и электричества. Свинец — самый плохой проводник тепла. Висмут, ртуть и железо также являются плохими проводниками
  • Плотность : Металлы имеют высокую плотность и очень тяжелые.Иридий и осмий имеют самую высокую плотность, тогда как литий имеет самую низкую плотность.
  • Точки плавления и кипения : Металлы имеют высокие температуры плавления и кипения. Вольфрам имеет самые высокие температуры плавления и кипения, а ртуть — самые низкие. Натрий и калий также имеют низкие температуры плавления.

Химические свойства металлов

Металлы — это электроположительные элементы, которые обычно образуют основных или амфотерных оксидов с кислородом.Другие химические свойства включают:

  • Электроположительный характер : Металлы имеют тенденцию к низкой энергии ионизации, и обычно теряют электроны (т.е. окисляются ), когда они подвергаются химическим реакциям реакциям Обычно они не принимают электроны. Например:
    • Щелочные металлы всегда 1 + (теряют электрон в с подоболочки )
    • Щелочноземельные металлы всегда 2 + (теряют оба электрона в s подоболочке)
    • Ионы переходных металлов не следуют очевидной схеме, 2 + является обычным (теряют оба электрона в s подоболочке ), а также наблюдаются 1 + и 3 +

\ [\ ce {Na ^ 0 \ rightarrow Na ^ + + e ^ {-}} \ label {1.{-}} \ label {1.3} \ nonumber \]

Соединения металлов с неметаллами обычно имеют ионную природу . Большинство оксидов металлов являются основными оксидами и растворяются в воде с образованием гидроксидов металлов :

\ [\ ce {Na2O (s) + h3O (l) \ rightarrow 2NaOH (aq)} \ label {1.4} \ nonumber \]

\ [\ ce {CaO (s) + h3O (l) \ rightarrow Ca (OH) 2 (aq)} \ label {1.5} \ nonumber \]

Оксиды металлов проявляют свою основную химическую природу, реагируя с кислотами с образованием металлов солей и воды:

\ [\ ce {MgO (s) + HCl (водный) \ rightarrow MgCl2 (водный) + h3O (l)} \ label {1.{2 -} \), следовательно, \ (Al_2O_3 \).

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Вы ожидаете, что он будет твердым, жидким или газообразным при комнатной температуре?

Решения

Оксиды металлов обычно твердые при комнатной температуре

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Напишите вычисленное химическое уравнение реакции оксида алюминия с азотной кислотой:

Решение

Оксид металла + кислота -> соль + вода

\ [\ ce {Al2O3 (s) + 6HNO3 (водн.) \ Rightarrow 2Al (NO3) 3 (водн.) + 3h3O (l)} \ nonumber \]

Неметаллы

Элементы, которые стремятся получить электроны с образованием анионов в ходе химических реакций, называются неметаллами.Это электроотрицательные элементы с высокими энергиями ионизации. Они не блестящие, хрупкие и плохо проводят тепло и электричество (кроме графита). Неметаллы могут быть газами, жидкостями или твердыми телами.

Физические свойства неметаллов

  • Физическое состояние : Большинство неметаллов существует в двух из трех состояний вещества при комнатной температуре: газах (кислород) и твердых телах (углерод). Только бром существует в жидком виде при комнатной температуре.
  • Неэластичный и ковкий : Неметаллы очень хрупкие, их нельзя свернуть в проволоку или измельчить в листы.
  • Проводимость : Они плохо проводят тепло и электричество.
  • Блеск: Они не имеют металлического блеска и не отражают свет.
  • Точки плавления и кипения : Точки плавления неметаллов на обычно на ниже, чем у металлов, но сильно варьируются.
  • Семь неметаллов существуют при стандартных условиях в виде двухатомных молекул : \ (\ ce {h3 (g)} \), \ (\ ce {N2 (g)} \), \ (\ ce {O2 (g) } \), \ (\ ce {F2 (g)} \), \ (\ ce {Cl2 (g)} \), \ (\ ce {Br2 (l)} \), \ (\ ce {I2 ( s)} \).

Химические свойства неметаллов

Неметаллы имеют тенденцию приобретать электроны или делиться ими с другими атомами. Они имеют электроотрицательный характер. Неметаллы, вступая в реакцию с металлами, имеют тенденцию приобретать электроны (обычно , достигая электронной конфигурации благородного газа) и становятся анионами:

\ [\ ce {3Br2 (l) + 2Al (s) \ rightarrow 2AlBr3 (s)} \ nonumber \]

Соединения, полностью состоящие из неметаллов, являются ковалентными веществами.Обычно они образуют кислые или нейтральные оксиды с кислородом, которые растворяются в воде с образованием кислот:

\ [\ ce {CO2 (г) + h3O (l)} \ rightarrow \ underset {\ text {углекислота}} {\ ce {h3CO3 (aq)}} \ nonumber \]

Как вы знаете, газированная вода имеет слабую кислотность (углекислота).

Оксиды неметаллов могут соединяться с основаниями с образованием солей.

\ [\ ce {CO2 (г) + 2NaOH (водн.) \ Rightarrow Na2CO3 (водн.) + H3O (l)} \ nonumber \]

Металлоиды

Металлоиды обладают промежуточными свойствами между металлами и неметаллами.Металлоиды используются в полупроводниковой промышленности. Все металлоиды твердые при комнатной температуре. Они могут образовывать сплавы с другими металлами. Некоторые металлоиды, такие как кремний и германий, при определенных условиях могут действовать как электрические проводники, поэтому их называют полупроводниками. Кремний, например, выглядит блестящим, но не является ни ковким, ни пластичным ( хрупким, — характеристика некоторых неметаллов). Это гораздо более слабый проводник тепла и электричества, чем металлы.Физические свойства металлоидов, как правило, металлические, но их химические свойства, как правило, неметаллические. Степень окисления элемента в этой группе может колебаться от +5 до -2, в зависимости от группы, в которой он находится.

Таблица \ (\ PageIndex {2} \): элементы, разделенные на металлы, неметаллы и металлоиды.
Металлы Неметаллы Металлоиды
Золото Кислород Кремний
Серебро Углерод Бор
Медь Водород Мышьяк
Утюг Азот Сурьма
Меркурий Сера Германий
цинк фосфор

Тенденции в металлическом и неметаллическом характере

Металлический характер является наиболее сильным для элементов в самой левой части периодической таблицы и имеет тенденцию к уменьшению при движении вправо в любой период (неметаллический характер усиливается с увеличением значений электроотрицательности и энергии ионизации).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *