24. Эффект Холла и Пельтье. Эффект Холла.

Под дей­ствием магнитного поля происходит дрейф зарядов в направлении у.

В результате заряды накапливаются на двух противоположных поверхностях образца, перпенди­кулярных к оси у, и создают электрическое поле Fy, которое компенсирует действие силы Лоренца. В условиях равновесия, когда j_y = 0, индуцированное поле

F _y = −ω_c τ_jx /σ_o

j _x=ω_o F_x

Измеряемой величиной в этом эксперименте является F_y , а внешними контролиру­емыми параметрами — j_x и В.

R_H = F_y /(j_x B_z ).

Rн = −ω_c τ / σ_o B_z = -1/nec

Коэффициент Холла в тонких пленках (метод ван дер Пау)

R_H = [V₁₂(В)-V₁₂(0)]d = [V₁₂(B)-V₁₂(-B)]d

I₃₄B 2I₃₄B

Два соседних контакта, например 2 и 3 (I₂₃ ), использу­ются как токовые контакты, а два оставшихся контакта используются для измерения падения напряжения (V₄₁). Результирующее сопротивление R_41,23 = |V₄₁| / I_23.

Затем производится второе измерение, при котором ток протекает между контакта­ми 1 и 3, а напряжение измеряется между контактами 2 и 4.

ρ = πd (R_24,13 + R_41,23 ) ƒ / 2Ln2

ƒ — множитель, зависящий от отношения R_24,13 / R_41,23

Явление Пельтье.

Если через контакт двух материалов пропустить электрический ток, то в контакте происходит выделение или поглощение тепла в зависимо­сти от направления тока.

dQ₁₂ = П₁₂Idt П₁₂ — коэффициент Пельтье

Если внешний ток совпадает по направлению с термотоком, возникающим при нагревании данного контакта, то этот контакт охлаждается. Кроме того, на контакте обычно суще­ствует контактная разность потенциалов, обусловленная разностью ра­бот выхода электронов, в поле которой электроны ускоряются или за­медляются. Этот эффект тоже вносит свой вклад в теплоту Пельтье.

25. Медь и ее сплавы. Алюминий и его сплавы.

Медь — сравнительно дорогой и дефицитный металл, поэтому требует экономного расходования. Химически малоактивна. В сухом и влаж­ном воздухе, а также в пресной воде при 20°С медь достаточно ус­тойчива к коррозии; незначительно корродирует только в морской воде. В сухом воздухе ниже 185°С с кислородом не взаимодействует. При нагревании до 375°С медь окисляется с образованием однооки­си СuО, имеющей черный цвет, а выше 375°С образуется полуокись Сu₂О. На нее мало влияют соляная и серная кислоты небольшой концентрации (до 80%). Однако в концентриро­ванной азотной и горячей концентрированной серной кислоте медь растворяется. На воздухе в присутствии влаги и углекислого газа на ее поверхности постепенно образуется зеленый налет основного кар­боната меди. Медь марки МТ применяют там, где требуется обеспечить вы­сокую механическую прочность σв, твердость и сопротивляемость истиранию. После отжига получают мягкую (отожженную) медь (ММ) которая пластична, характеризуется большим удлинением перед раз­рывом и имеет электропроводность на 3—5% выше, чем у МТ. Однако при отжиге предел прочности на разрыв и твер­дость снижаются. Удельная электро-пооводность стандартной меди при 20°С равна 58 МСм/м, соответст­венно р = 0,017241 мкОм•м, а ТКр = 4,3•10^-3 К^-1 . Круглую проволоку из меди марок МТ и ММ изготавливают диаметром от 0,02 до 10 мм. Ленточную медь широко используют для экранирования кабелей связи и радиочастотных кабелей. Очень вредно присутствие в меди ки­слорода — он приводит к образованию оксидов меди, вызывающих увеличение удельного сопротивления.

Сплавы меди

Бронзы — это сплавы меди с небольшим содержанием одного или нескольких химических элементов (Sn, Si, P, Be, Cr, Mg, Cd и др.), которые дают название бронзам. Маркируют бронзы буквами Бр, по­сле которых идут буквы, указывающие легирующие элементы, и циф­ры, показывающие количество этих элементов в целых процентах. Атомы примеси (в том числе легирующей), внедряясь в кристалличе­скую решетку, увеличивают ее деформацию и концентрацию дефек­тов. Выше предел прочности на разрыв и твер­дость, меньше относительное удлинение перед разрывом. Бронзы лучше обрабатываются на металлоре­жущих станках и обладают более высокими литейными свойствами, чем медь. Кадмиевую бронзу применяют в качестве контактного провода для электрифици­рованного транспорта и коллекторных пластин в электрических ма­шинах. Еще большей механической прочностью обладает бериллиевая бронза. У твердотянутых бронз механическая проч­ность σв и удельное сопротивление ρ выше, чем у отожженных бронз.

Латуни — это сплавы системы Си—Zn с максимальным содержанием Zn 45 %. При повышении концентрации Zn до 45% увеличива­ется механическая прочность. Максимальная пластичность наблю­дается при содержании Zn около 37%. В некоторые марки латуней для улучшения того или иного свойства вводят в небольшом количе­стве один или несколько химических элементов (Sn, Pb, Fe, Mn, Nj или Al). Маркируют латуни буквой Л и цифрой, указывающей про­центное содержание меди. . Главная отличительная особенность латуни от чистой меди — повы­шенная механическая прочность ав при достаточно высоком удлине­нии перед разрывом. Латуни лучше, чем бронзы, обрабатываются штамповкой, глубокой вытяжкой и т.п. Они широко используются для изготовления токопроводящих винтов, гаек, шайб, шпилек, шты­рей, гнезд, упругих элементов и для коммутирующих узлов и штеп­сельных разъемов.

Алюминий

ρ = 2,8•10^-8 Ом•м, Tпл= 657—660°С, плот­ность 2,7 Мг/м³ . Преимущество алюминия как провод­никового материала заключается в том, что он дешевле и более дос­тупен, чем медь. Удельное сопротивление алюминия больше р меди в 1,63 раза, плотность — в 3,5 раза меньше. Присутствие в алюминии примеси существенно снижает его удельную электропроводность и изменяет механические свойства. Благодаря высокой пластичности, алюминий хорошо поддается прокатке и волочению. Твердый алюминий (AT), который имеет повышенные механическую прочность, твердость и удельное сопро­тивление. Ме­тодом волочения или прокатки из алюминия, так же как из меди, получают проволоку (круглую диаметром от 0,08 до 10 мм, прямо­угольную, сегментную или секторную) или пластины, ленту и фольгу (толщиной до 5—7 мкм). Алюминий — активный металл. Благодаря высокому сродству к кислороду, на воздухе он быстро покрывается тонкой (толщина порядка нм) и плотной пленкой оксида алюминия А12О3, которая за­щищает внутренние слои от дальнейшей коррозии. Пленка А12О3 об­ладает высоким удельным сопротивлением (ρ > 1 •10¹⁴ Ом-м) и при на­пряжениях менее 1 В может служить естественной межвитковой изоляцией. Недостатком такой изоляции является ограниченная гибкость про­волоки и заметная ее гигроскопичность.

Сплавы алюминия

Сплавы алюминия обладают более высокими значениями меха­нической прочности σв, твердости НВ, износостойкости, нагревостойкости и удельного электросопротивления ρ, но меньшим значе­нием относительного удлинения перед разрывом δ, чем чистый алюминий.

Дюралюмины — это сплавы системы А1—Си—Мп; Мп введен для повышения коррозионной стойкости сплавов. Наиболее известны сплавы Д1, Д16, Д18. Они хорошо деформируются в горячем и хо­лодном состоянии. Для их упрочнения применяют закалку в воде и естественное старение (около 5 сут). Сплав Д16 используют в строи­тельных конструкциях средней и повышенной прочности, для обшивки и изготовления некоторых элементов самолетов, для кузовов грузовых автомобилей и т.д.

Сплавы авиаль (АВ) менее прочны, чем дюралюмины, зато обладают большей пластичностью как в горячем, так и в холодном состоянии, хорошо свариваются и сопротивляются коррозии. Спла­вы авиаль используют в легких конструкциях, где требуется их де­формация при монтаже.

Жаропрочные алюминиевые сплавы могут быть как литейными (на­пример, AJ121), так и деформируемыми (например, АК4). Эти спла­вы используют для изготовления деталей, работающих при темпера­турах 250—350°С. Повышенная жаропрочность достигается высоким содержанием Си, а также Мп, Mg и Ti