1.6. Кріопровідники

Це матеріали, які при глибокому охолодженні (нижче –173 ^оС) здобувають високу електричну провідність, але не переходять у надпровідний стан. Пояснюється це тим, що при низькій температурі питомий опір провідника визначається, як правило, наявністю домішок і дефектами кристалічних ґрат.

Застосування кріопровідників замість надпровідників в електротехнічних пристроях має такі переваги:

використання як холодоагента рідкого водню або рідкого азоту замість рідкого гелію спрощує конструкцію теплової ізоляції, зменшує витрату потужності на охолодження і відповідно знижує вартість установки;

усувається небезпека раптового звільнення великої кількості енергії, що має місце в надпровідниках, тому що при підвищенні температури відбувається плавне збільшення опору. При випадковому порушенні надпровідності звільняється енергія магнітного поля, величина якої дорівнює L I²/2 Дж.

Як кріопровідники практичний інтерес представляють при температурі рідкого водню алюміній, а при температурі рідкого азоту - берилій. Проблема полягає в тому, що алюміній досить дешевий матеріал, але рідкий водень вибухонебезпечний. Берилій дорогий і дефіцитний матеріал, але як холодоагент можна використовувати дешевий рідкий азот.

Для одержання кріопровдників потрібна винятково висока чистота металу й відсутність наклепу (відпалений стан).

Література [ 1, с. 186-229].

Контрольні питання:

1. Наведіть класифікацію провідникових матеріалів.

2. Перелічіть основні характеристики провідникових матеріалів.

3. Укажіть, які вимоги ставляться до провідникових матеріалів.

4. Перелічіть основні марки міді й алюмінію.

5. Назвіть умови, при яких у матеріалах може спостерігатися явище надпровідності.

6. Перелічіть сплави, що володіють високим питомим опором.

7. Укажіть умови виникнення термо е.р.с.

8. Укажіть, які достоїнства й недоліки має алюміній у порівнянні з міддю як провідниковий матеріал.

9. Перелічіть сплави міді й області їх застосування.

10. Перелічіть сплави алюмінію й області їх застосування

11. Назвіть матеріали, які застосовуються в якості кріопровідників.

2. Магнітні матеріали

Кожна речовина при приміщенні її в магнітне поле здобуває деякий магнітний момент М. Магнітний момент одиниці об'єму речовини називають намагніченістю:

J_M= M/V (2.1)

При нерівномірному намагнічуванні речовини J_M = d М/ dV. Намагніченість є векторною величиною. В ізотропних речовинах вона спрямована паралельно або антипаралельно напруженості магнітного поля. У системі СИ намагніченість виражається в одиницях напруженості магнітного поля (А/м). З напруженістю магнітного поля намагніченість зв'язана співвідношенням

J_M = k H , (2.2)

де k – безрозмірна величина, що характеризує здатність речовини намагнічуватися в магнітному полі й називається магнітною сприйнятливістю. Вона чисельно дорівнює намагніченості при одиничній напруженості поля.

Намагнічене тіло, що перебуває в зовнішньому полі, створює власне поле, яке в ізотропних матеріалах спрямоване паралельно або антипаралельно зовнішньому полю. У зв'язку з цим магнітна індукція в речовині визначається алгебраїчною сумою індукції зовнішнього й власного полів:

, (2.3)

де - магнітна постійна в системі СИ.

Підставивши значення намагніченості в рівняння (2.3), одержимо

, (2.4)

де - відносна магнітна проникність, що показує, в скільки разів магнітна індукція поля в даному середовищі більша, ніж магнітна індукція у вакуумі.

Першопричиною магнітних властивостей речовини є внутрішні сховані форми руху електричних зарядів, що являють собою елементарні кругові струми, які володіють магнітними моментами. Такими струмами є електронні спини й орбітальне обертання електронів в атомах. Магнітні моменти протонів і нейтронів у багато разів менше магнітного моменту електрона. Тому магнітні властивості речовини повністю визначаються електронами.