13. Магнитные материалы. Магнитотвердые материалы.

μ >> 1 (μ_{магнитомякгих материалов} > μ_{магнитотверых материалов}), Н_с > 4 кА/м. Магнитотвердые материалы с трудом намагничиваются в магнитном поле, и также с трудом размагничиваются, т. е. они способны длительно сохранять запасенную магнитную энергию. Применение: для постоянных магнитов; для записи, хранения и воспроизведения информации, в том числе аудио- и видеоинформации. Магнитотвердые материалы, используемые в технике, часто применяются для создания сильного магнитного поля в зазоре. Типичные представители: 1. Углеродистая сталь Fe + ≤ 1 % C + легирующие добавки (Mn, Cr, Si и др.) термообработка механическая обработка мартенситная структура – первый в мире магнитотвердый материал. Достоинства: эта сталь дешевая и поддается механической обработке на станках (резка, сверление и др.) Недостаток – низкие магнитные свойства Н_с ≤ 15 кА/м, W ≤ 4 кДж/м³. Углеродистая сталь составляет приблизительно 10 % от всех используемых магнитотвердых материалов.

2. Сплавы: Альни: Al – Ni – Fe; Альнико: Al – Ni – Со – Fe; Альниси: Al – Ni – Si – Fe; Пермендюр: 49% Fe + 49% Co + 2% V.

Характеристики сплавов: Н_с ≤ 150 кА/м; W ≤ 40 кДж/м³.

Недостатки сплавов − высокая хрупкость и твердость; точные размеры изделия могут быть получены только путем шлифования.

13. Сверхпроводники.

Сверхпроводниковые материалы в зависимости от величины Т_с делятся на две группы: низкотемпературные («холодные») сверхпроводники; высокотемпературные («теплые») сверхпроводники. Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) имеют Т_с много большую, чем Т_с «холодных» сверхпроводников, но в то же время она меньше 20 °С (состояние на 2013 год). По поведению в магнитном поле сверхпроводники делятся на: сверхпроводники первого рода (чистые металлы); сверхпроводники второго рода (сплавы, керамика, химические соединения). Сверхпроводников первого рода из чистых химических элементов существует порядка тридцати штук при условии, что толщина сверхпроводника больше, чем λ (лондоновская глубина проникновения), при давлении 760 мм рт. ст. Сверхпроводники второго рода — это сверхпроводники, у которых длина когерентности β меньше λ (лондоновская глубина проникновения). Сверхпроводники второго рода — сплавы или химические соединения. Сверхпроводников этого типа существует порядка тысячи штук. В технике в настоящее время в основном применяются сверхпроводники второго рода. Наиболее широко используются композиционные сверхпроводники. Сверхпроводники используют в реакторах с магнитным удержанием плазмы и для магнитных систем коллайдеров. Преимущество использования сверхпроводника в том, что стоимость сверхпроводниковой обмотки соленоида составляет 1 – 2 % от стоимости такой же медной обмотки, к тому же масса сверхпроводника в тысячи раз меньше. Кроме того, медная обмотка требует интенсивного водяного охлаждения. Помимо этого, сверхпроводники нашли следующее применение: накопители электроэнергии, которые располагают в шахте в земле.

13. Материалы на основе слюды.

Слюды представляют группу сложных слоистых алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов, имеющих кристаллическую структуру. Характерной особенностью кристаллов слюды является способность расщепляться на тонкие платины толщиной до 5 мкм. Мусковит и флогопит применяются в электро- и радиотехнике как диэлектрики, вермикулит используется в строительстве как теплоизоляционный материал. Мусковит. Химическая формула К2O•3Al2O3•6SiO2•2Н2О — калиево-алюминиевая слюда экспортировалась в Западную Европу в качестве светопрозрачного материала. Второе название мусковита «белая слюда», так как он прозрачен в оптическом спектре. Флогопит (от греческого «флого» — огонь). Химическая формула K2О•6MgO•Al2О3•6SiO2•2H2O — калиево-магнезиальная слюда. Второе название флогопита «янтарная слюда», так как он непрозрачен и рыжеватого цвета. По электрическим свойствам мусковит превосходит флогопит (табл. 4.5). Однако флогопит более нагревостойкий материал. Мусковит сохраняет свои свойства до 600 °С, флогопит — до 800 °С. При дальнейшем росте температуры выделяются химически связанная вода и резко снижаются все характеристики. Электрические свойства мусковита и флогопита при 20 °С

Тип слюды	Электрическое поле приложено перпендикулярно слоям слюды						Электрическое поле приложено параллельно слоям слюды
	ρ, Ом·м	ε	104 tg δ		Епр, кВ/мм	ρ, Ом·м		ε	tg δ
		1 МГц	50 Гц	1 МГц
Мусковит	1012÷1016	6÷8	4÷80	1÷6	100÷200	106÷108		11÷16	0,1
Флогопит	1010÷1011	5÷7	60÷150	2÷40	70÷160	—		24÷46	0,1

Помимо высокой нагревостойкости слюдам присуща высокая короностойкость (10 класс). Данное качество очень важно для материалов, применяемых в высоковольтных установках. Для слюд характерна высокая стойкость к механическому истиранию, что имеет большое значение для изоляции электрических машин из-за наличия в них вращающихся деталей. К достоинствам слюд следует отнести их широкое распространение в природе. В Земной коре содержится порядка 3,8% слюды. Из лучших сортов мусковита изготавливают штамповкой пластин прямоугольного формы (слюда конденсаторная), а также фасонные детали для различных электронных приборов и телевизоров. Помимо этого, широкое распространение получили композиционные материалы на основе слюдяных бумаг (слюдинитовой и слюдопластовой), применение которых позволяет исключить ручной труд и полностью механизировать производство, повысить электрическую прочность (измельченные частицы слюды более плотно укладываются в материале по сравнению со щипаной слюдой) и геометрические размеры (площадь) диэлектрика.

13. Угол диэлектрических потерь. Тангенс угла диэлектрических потерь.

Количественно диэлектрические потери в переменном электрическом поле оцениваются величиной удельных потерь , а чаще тангенсом угла диэлектрических потерь (tgδ) Если проводник поместить в электрическое поле, то вектора напряжения и тока для него совпадут. Ток в этом случае чисто активный (I_a) и угол сдвига между этими векторами φ = 0.

Если в цепь переменного синусоидального напряжения включить конденсатор с идеальным диэлектриком (нет потерь от сквозной проводимости), то ток в этом случае чисто емкостной I_c угол сдвига фаз равен 90° (рис. 4.12), следовательно, мощность равна нулю (P = UIcosϕ= 0).

Если в ту же цепь включен конденсатор с диэлектриком с потерями, то угол φ будет меньше 90 Угол δ называется углом диэлектрических потерь. Очевидно, что тангенс этого угла равен отношению активного и емкостного токов: . Таким образом, углом диэлектрических потерь называется угол дополняющий угол сдвига фаз между током и напряжением до 90^о. Угол диэлектрических потерь — важный параметр, как для диэлектрика, так и для электрической изоляции. Чем больше угол δ, тем больше диэлектрические потери и тем больше рассеиваемая в диэлектрике мощность, переходящая в тепло. Обычно в качестве параметра материала или конструкции используют тангенс угла диэлектрических потерь. Значение tgδ для лучших диэлектрических материалов, применяемых в технике высоких частот и высоких напряжений — порядка тысячных и даже десятитысячных долей, для материалов более низкого качества, применяемых в менее ответственных случаях tgδ может быть намного меньше.