- •Ю. А. Манаков материаловедение
- •Методические указания по выполнению семестрового задания
- •Теоретические материалы
- •Тема 1. Основные понятия
- •Теоретический материал
- •1.1. Общие понятия и определения
- •1.2. Классификация материалов
- •1.3. Требования к материалам при их выборе
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 2. Строение металлов
- •Теоретический материал
- •2.1. Кристаллические и аморфные тела
- •2.2. Строение чистых металлов
- •2.3. Кристаллографические направления и индексы
- •Анизотропия
- •2.4. Влияние типа химической связи на структуру и свойства кристаллов. Типы кристаллов
- •2.5. Дефекты кристаллического строения
- •2.6. Дислокационный механизм пластической деформации
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 3. Строение сплавов. Диаграммы состояния
- •Теоретический материал
- •3.1. Строение сплавов
- •3.2. Диаграммы состояния двойных сплавов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 4. Строение неметаллических материалов
- •Теоретические материалы
- •4.1. Строение полимеров
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.2. Строение стекол
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.3. Строение керамики
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.4. Композиционные материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 5. Свойства материалов и их определение
- •Теоретические материалы
- •5.1. Классификация свойств материалов, их общая характеристика
- •5.2. Механические (прочностные) свойства материалов
- •5.3. Твердость материала
- •5.4. Теплофизические свойства
- •5.5. Изменение свойств материалов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 6. Термическая и химико-термическая обработка
- •Теоретические материалы
- •6.1. Диффузия
- •6.2. Термическая обработка
- •Виды и операции то
- •6.3. Химико-термическая обработка
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 7. Металлические конструкционные материалы
- •Теоретические материалы
- •7.1. Сплавы железа с углеродом Общая характеристика железоуглеродистых сплавов
- •Классификация сталей
- •Углеродистые стали
- •Легированные стали
- •Стали и сплавы с особыми свойствами
- •Сортамент сталей
- •Вопросы для самопроверки
- •7.2. Цветные металлы и сплавы Медь и ее сплавы
- •Проволока дкрнм-0,6-кт-л80ам гост 1066-80 –
- •Алюминий и его сплавы
- •Сплавы магния
- •Сплав мл5 гост2856-79. Титан и его сплавы
- •Бериллий и сплавы на его основе
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 8. Неметаллические конструкционные материалы
- •Теоретические материалы
- •8.1. Термопластичные и термореактивные пластмассы
- •8.2. Керамика, стекло, ситаллы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Темы 9,10,11. Электротехнические материалы
- •Теоретические материалы
- •9.1. Энергетические зоны твердого тела
- •9.2. Проводниковые материалы Понятие об электропроводности
- •Электрические свойства и параметры проводниковых материалов
- •Классификация и характеристика проводниковых материалов
- •9.3. Полупроводниковые материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 10. Диэлектрические материалы
- •Теоретические материалы
- •10.1. Классификация и основные свойства диэлектриков
- •10.2. Поляризация диэлектриков и ее виды
- •.Влияние температуры и частоты на поляризацию
- •10.3. Электропроводность диэлектриков. Виды электропроводности
- •10.4. Диэлектрические потери
- •10.5. Электрическая прочность диэлектриков
- •10.6. Нагревостойкость диэлектриков
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 11. Магнитные материалы
- •Теоретические материалы
- •11.1. Общие положения
- •11.2. Основные свойства и параметры магнитных материалов
- •11.3. Классификация магнитных материалов и их характеристика
- •Магнитомягкие материалы
- •Магнитотвердые материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 12. Понятие о точности обработки и шероховатости поверхности
- •Теоретические материалы
- •12.1. Точность размеров
- •12.2. Шероховатость поверхности
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Содержание
Электрические свойства и параметры проводниковых материалов
К основным электрическим характеристикам проводниковых материалов, характеризующим их свойства, можно отнести удельную электропроводность, удельное электрическое сопротивление, контактную разность потенциалов и термоэлектродвижущую силу (термоЭДС), работу выхода электронов из металла.
Удельная электропроводность σ выражается в сименсах на метр (См/м). Величина, обратная σ, называется удельным электрическим сопротивлением (часто – удельным сопротивлением) и характеризует способность материала препятствовать перемещению свободных носителей, обозначается ρ: ρ = Ом*м. В различных областях техники удельное электросопротивление измеряют в разных размерностях, находящихся в соотношении: 1 Ом*м = 106 мкОм*м = 106 Ом*мм2/м.
Значение удельного сопротивления чистых металлов с идеальной структурой кристалла при температуре абсолютного нуля примерно одинаково и составляет ~ 0,004 Ом*м. Примеси, дефекты кристаллического строения увеличивают удельное сопротивление ρ. Особенно резко оно возрастает в сплавах со структурой твердого раствора. Второй компонент сплава можно рассматривать как примесь, растворенную в решетке первого компонента (рисунок 14) и являющейся дополнительным центром рассеяния. Увеличение удельного сопротивления с увеличением примесей характерно для всех сплавов (рисунок 17).
Характерная для проводниковых металлических материалов зависимость удельного сопротивления от температуры приведена на рисунке 29.
При температурах, превышающих температуру Дебая Ө, (до температуры Дебая, то есть при Т< Ө , справедливы законы квантовой физики, при Т> Ө справедливы законы статистической физики) удельное сопротивление возрастает линейно и обусловлено, в основном, усилением тепловых колебаний решетки. Это уменьшает среднюю длину свободного пробега носителей, их подвижность. В области низких (криогенных) температур (Т< Ө) значение ρ почти не зависит от температуры и определяется в основном его составляющей ρост.
Влияние температуры на величину удельного сопротивления материала проводника в диапазоне практических рабочих температур (от ~ -60оС до +200оС) х арактеризуют температурным коэффициентом удельного сопротивления ТКρ или ρ (оК-1), равным:
ρ = (ρ1- ρо)/[ρо*(T1-To)],
где ρо – удельное сопротивление при температуре То (обычно принимают начальную температуру То = 20оС); ρ1 – то же при температуре Т1.
При известном значении ρ можно достаточно точно определить удельное сопротивление ρt для любой температуры из выражения:
ρt = ρост [1+ρ(T2 – To)],
где ρост - удельное сопротивление при комнатной температуре; Т2 – значение температуры, для которой находится ρt. Значение ρ приводятся в литературе [6, 9, 10]. Отметим, что значения ρ для большинства сплавов значительно меньше(10-4…10-6 оК-1), чем его значения для чистых металлов (~ 4*10-3 оК-1).
М ежду двумя проводниками, одни концы которых соединены пайкой или сваркой и образуют «горячий» спай и находятся при температуре Тг, а другие подключены к измерительному прибору, и образуют «холодный» спай при температуре Тх (рисунок 30) возникает контактная разность потенциалов, обусловленная разностью значений работы выхода электронов из различных металлов.
Если температуры Тг и Тх разные, то между проводниками возникает термоЭДС, UТЭДС, пропорциональная разности температур:
UТЭДС = С*( Тr - Тх),
где С – коэффициент ТЭДС, характеризующий данную пару материалов, мкВ/оК.
Такие два изолированных проводника называют термопарой и используют для измерения температуры.