Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ФТЭ / ФТЭ-л.doc
Скачиваний:
310
Добавлен:
29.03.2015
Размер:
7.72 Mб
Скачать

2.1.4. Электропластический эффект в металлах

Входы: электрический ток.

Выходы: пластичность, хрупкость.

Графическая иллюстрация:

Рис.2.4. Волочение проволоки с приложением электрического поля

Рис.2.5. Графическая иллюстрация дислокации: дислоцированный атом А и вакансии (удаление атома из узла решетки ) В

Сущность:

Электропластический эффект – увеличение пластичности и уменьшение хрупкости металла под действием импульсов электрического тока. В основе эффекта лежит взаимодействие электронов с дислокациями (дефектами строения, неоднородностями решетки), которые, перемещаясь, деформируют материал. Импульс тока создает порыв "электронного ветра". Этот порыв не может оторвать закрепленные дислокации, но он сносит их свободные участки. В результате сопротивление металла деформации сильно уменьшается, увеличивается пластичность и уменьшается хрупкость металла. При переменном токе эффект не наблюдается.

Математическое описание:

Дислокация есть неоднородность решетки (рис.2.5), электроны проводимости, движущиеся вдоль проводника (металла) с дрейфовой скоростью V, будут терять ее в момент столкновения с дислокациями. Это приводит к возникновению дополнительной силы.

Пусть дислокация единичной длины равна площадке размером b, тогда за единицу времени с ней столкнется nV электронов, каждый из которых имеет импульс P. Тогда общий импульс есть nVP, а сила, действующая на дислокацию

F=bnVP ,где,

используя закон Ома,

j=nVe , где

j- плотность тока,

получаем:

F=.

Применение.

1.Появилась возможность управлять механическими свойства металлов, в частности, процессом обработки металлов давлением, например, деформировать вольфрам при температурах, не превышающих 2000 и получить из него прокат с высоким качеством поверхности. В экспериментах с импульсным током было найдено, что электрический ток увеличивает пластичность и уменьшает хрупкость металла. Если создать хорошие условия теплоотвода от деформируемых образцов и пропускать по ним ток высокой плотности 104 - 106 А/см2 ,то величина эффекта будет порядка десятков процентов. Электрический ток вызывает также увеличение скорости релаксации напряжений в металле и оказывается удобным технологическим фактором для снятия внутренних напряжений в металле.

2. Использование эффекта для деформации вольфрама при температурах, не превышающих 2000С и получение из него проката с высоким качеством поверхности.

3. Снижение усилия, необходимого для протаскивания проволоки через фильеру (рис.2.4): усилие снижается на 15–20%, сокращается число обрывов проволоки, изменяются механические свойства проволоки. На ее поверхности вместо твердого слоя, характерного для обычного процесса, образуется мягкий, проволока становится более пластичной.

2.2.Молекулярные явления

Молекулярная физика - раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их микроскопического (молекулярного) строения. Задачи молекулярной физики решаются методами физической статистики, термодинамики и физической кинетики, они связаны с изучением движения и взаимодействия частиц (атомов, молекул, ионов), составляющих физические тела.

Наиболее интересными из этой группы являются биметаллы, термокапиллярный эффект, тепловые трубы.

Биметаллические пластинки - соединенные каким-либо способом две металлические полоски с различным коэффициентом теплового расширения. Они являются отличным преобразователем тепловой энергии в механическую. Использование эффекта различного расширения у различных металлов позволило создать тепловой диод.

Термокапиллярный эффект - зависимость скорости растекания жидкости от неравномерности нагрева жидкого слоя. Эффект объясняется тем, что поверхностное натяжение жидкости уменьшается при повышении температуры. Поэтому при различии температур в разных участках жидкого слоя возникает движущая сила растекания, которая пропорциональна градиенту поверхностного натяжения жидкости. В результате возникает поток жидкости в смачивающей пленке. Влияние неравномерного нагрева различно для чистых жидкостей и растворов (например, поверхностно-активных). У чистых жидкостей перетекание происходит от холодной зоны к горячей. При испарении поверхностно-активных веществ, уменьшающих поверхностное натяжение, жидкость начинает перетекать от горячей зоны к холодной. В общем случае движение жидкости определяется тем, как изменяется поверхностное натяжение в зоне нагрева, а также от температуры испарения какого-либо компонента.

Среди новых теплообменных систем важное место занимают тепловые трубы. Один из простых вариантов тепловой трубы - это закрытый металлический цилиндр; его внутренние стенки выложены слоем пористо-капиллярного материала, пропитанного легковоспламеняющейся жидкостью. Именно с движением этой жидкости связана теплопроводность трубы : на горячем конце жидкость испаряется и отбирает тепло; пары сами перемещаются к холодному концу - это нормальная конвекция. Здесь пары конденсируются и отдают тепло; образовавшиеся жидкость по пористому материалу возвращается обратно, к горячему концу трубы. Это замкнутый цикл, бесконечный круговорот тела и массы - никаких движущихся частей, в каком-то смысле вечный двигатель.

Тепловые трубы - непревзойденные проводники тепла, их даже назвали сверхпроводниками. Действительно, через тепловую трубу диаметром в сантиметр можно прогнать тепловую мощность порядка 10 киловатт при разности температур на концах трубы (это аналог разности электрических потенциалов на участке цепи) всего в 50 С. Чтобы пропустить эту мощность через медный стержень такого же диаметра, на его концах нужен был бы перепад температуры почти 150 0000 С.

Тепловые трубы сейчас получили широкое применение. Их можно встретить в космической технике, в ядерных реакторах, криогенных хирургических инструментах, в системах охлаждения двигателей. В трубах может выполняться механическая работа за счет энергии движущегося теплоносителя. На их основе, например, создаются МГД-генераторы - теплоносителем в тепловой трубе может быть жидкий металл, и, если поместить трубу в магнитное поле, то в металле (на концах проводника) наведется электродвижущая сила. Тепловые трубы могут работать в очень широком диапазоне температур. Все зависит от давления внутри трубы и от применяемого теплоносителя.

Соседние файлы в папке ФТЭ