21. Загальні властивості електротехнічних матеріалів

Електротехнічними називаються матеріали, що характеризуються конкретними параметрами та визначеними характеристиками по відношенню до електромагнітного поля.

Електротехнічні матеріали поділяються, в залежності від реакції на дію магнітного поля, на сильномагнітні (магнетики) і слабомагнітні, і на дію електричного поля - на провідникові, , діелектричні і напівпровідникові.

Різницю між провідниками і напівпровідниками найкраще ілюструють енергетичні діаграми зонної теорії твердого тіла (рис. 1.9). В напівпровідників ширина забороненої зони W<3еВ, в діелектриків ширина забороненої зони W> 3еВ.

Енергетичні рівні відрізняються між собою значеннями енергії, якою може володіти електрон. Дискретність значень енергії електронів в ізольованому атомі підтверджується характером спектрів поглинання і випромінення.

Частина енергетичних рівнів заповнена електронами в нормальному, незбудженому стані атому, на інших - електрони можуть знаходитися лише тоді, коли атом збуджений, тобто коли він піддається зовнішньому енергетичному впливові. Намагаючись перейти до стійкого стану, атом випромінює надлишок енергії в момент переходу електронів із збуджених. рівнів на рівні, де його енергія мінімальна.

В зоні є стільки енергетичних рівнів, скільки є атомів в даному матеріалі. В середньому ширина зони приблизно рівна 1еВ, в одному кубічному метрі знаходиться близько 10²⁸ атомів, отже, рівні в зоні кристалу розміром 1см³ знаходяться на віддалі 10^-22еВ. Це значення енергії набагато менше від енергії зовнішнього впливу (теплової, енергії квантів). 1 ому електрони можуть переходити на вищий рівень, який є вільним. Такі електрони в твердому тілі, що знаходяться всередині частково заповненої енергетичної зони називаються вільними. Якщо до кристалу прикласти електричне поле, то зміна енергії вільних електронів буде відповідати протіканню електричного струму.

Речовина, поміщена в маґнітне поле, одержує деякий магнітний¹ момент. Для характеристики намагнічування речовини використовують такі величини: В- магютну індукцію[Тл], H - напруженість магнітного поля [А/м], j - намагніченість | А- м |. К_т- магнітну сприйнятливість, μ магнітну проникність, Ф магнітний потк [Вб].

Намагніченісїь зв'язана з напруженістю магнітного поля таким співвідноіпенням: j=K_m*H. Магнітна індукція в речовині визначається сумою індукції зовнішнього і власного магнітних полів: B=B₀+B_en= μ₀H+μ₀j, де μ₀=4π107 магнытна сприйнятливысть у вакуумы μ_r=B/(μ₀H)- відносна магнітна проникність.

22. Класифікація матеріалів за магнітними властивостями. В залежності від магнітних властивостей всі матеріали поділяються на діамагнетики, парамагнетики, феромагнетики, антйферомагнетики, ферімагнетики.

Для всіх, речовий проявляється діамагнетизм в зв'язку з тим, що зовнішнє магнітне поле впливає на орбітальний рух електронів, за рахунок чого індукується магнітний момент, направлений назустріч зовнішньому полю. Після зняття поля магнітний момент діамагнетика зникає. Магнітна сприйнятливість діамагнетиків }£_л дуже е мала (від'ємна) і не залежить від температури та напруженості магнітного поля. До них відносяться інертні гази, водень, мідь, цинк, свинець, тобто речовини, які складаються з атомів з повністю заповненими електронними оболонками.

Парамагнітні речовини відрізняються тим, що складаються з атомів з неповністю заповненими оболонками, тобто володіють магнітним моментом. Тому такі речовини орієнтують моменти атомів в напрямі зовнішнього поля і його підсилюють. Магнітна сприйнятливість парамагнетиків позитивна, знаходиться в межах від 10^і5 до 10" і не залежить від напруженості зовнішнього магнітного поля, але змінюється від температури.

Феромагнітні речовини мають атоми, які володіють магнітним моментом (незаповнені електронні оболонки), хоч віддаль між ними невелика (менша, ніж в парамагнетиках). в результаті чого між атомами виникай взаємодія, яка називається обмінною.

В залежності від віддалі до сусідніх атомів може бути паралельна орієнтація магнітних моментів (феромагнетизм) або антипаралельна (антиферомагнетизм). Під дією обмінних сил паралельна орієнтація магнітних моментів відбувається в областях феромагнітного матеріалу, які називаються доменами. В межах домену матеріал намагнічений до насичення і при відсутності зовнішнього поля. Ця взаємодія присутня тільки до певної критичної температури (точка Кюрі), після переходу вище критичної температури, домени руйнуються і феромагнетик переходить в парамагнітний стан. Феромагнетики легко намагнічуються в слабких магнітних полях. Магнітна проникність та сприйнятливість досягають 10⁶ і сильно залежать від температури і напруженості магнітного поля. Феромагнетики бувають кристалічні та аморфні.

Антиферомагнетики не володіють магнітним моментом, що викликано взаємокомпенсацією магнітних моментів сусідніх атомів. Існує температура (це температура Нееля), при якій магнітовпорядкований стан антиферомагнетика порушується, і він переходить в парамагнітний стан.