- •Введение
- •I. Основы строения и свойств материалов
- •1.1. Классификация материалов
- •1.2. Общие сведения о строении вещества Строение атома
- •Химическая связь
- •Классификация электротехнических материалов
- •2.1. Диэлектрики
- •Лекция №4 Электропроводность диэлектриков
- •Лекция 5 Диэлектрические потери
- •Лекция №6 Пробой диэлектриков
- •Лекция №7
- •Классификация и основные свойства проводников
- •Лекция №9 Материалы высокой проводимости
- •Сплавы высокого сопротивления
- •Лекция №10
- •2.3. Полупроводниковые материалы Общие сведения о полупроводниках
- •Воздействие внешних факторов на электропроводность полупроводников
- •Лекция №11 Простые полупроводники
- •Полупроводниковые химические соединения (бинарные соединения)
- •Полупроводниковые материалы сложного состава (полупроводниковые комплексы)
- •Лекция №12
- •2.4. Магнитные материалы Общие сведения о магнитных свойствах
- •Магнитомягкие материалы
- •Лекция №14
- •III. Конструкционные материалы
- •3.1. Основы строения и свойств металлов Кристаллическое строение металлов
- •Лекция №15 Основы теории сплавов
- •Лекция №16
- •3.2. Способы обработки материалов
- •Литейное производство
- •Обработка давлением
- •Лекция №17 Сварка и пайка
- •Размерная обработка
- •Оглавление
Химическая связь
Такие газы как гелий, аргон, неон – одноатомные. Большинство веществ в природе существует в виде молекул, состоящих из нескольких атомов. В молекуле между атомами возникают различные связи.
Под химической связью понимают взаимодействие между атомами, обусловленное совместным использованием ими электронов.
Главные особенности химической связи:
1) значение полной энергии многоатомной системы меньше, чем сумма энергий несвязанных атомов, из которых она образована.
2) электронная плотность в поле связи заметно отличается от плотности электронов в не связанных атомах.
Природа химической связи определяется электрическим кулоновским взаимодействием ядер и электронов. При образовании связи электроны распределяются так, что силы, стремящиеся сблизить и оттолкнуть ядра, уравновешиваются.
Наиболее часто в молекулах встречаются следующие связи:
– ковалентная;
– ионная;
– металлическая;
– молекулярная.
Ковалентная связь возникает при обобществлении электронов двумя соседними атомами. Обобществление ведёт к формированию общей для связывающихся атомов электронной пары.
Ионная связь – тип химической связи, энергия которой определяется кулоновскими силами притяжения противоположно заряженных ионов. Признаком соединений с ионной связью является свойство разлагаться на ионы в полярных растворителях (например, в воде).
Металлическая связь характерна для металлов и приводит к образованию твёрдых кристаллических тел. Металлы можно рассматривать как системы, построенные из положительно заряженных атомных остовов в узлах решётки, находящихся в среде свободных электронов.
Молекулярная связь. Такая связь существует в некоторых веществах между молекулами с ковалентными связями. При сближении двух молекул с ковалентной связью валентные электроны в обеих молекулах начинают вращаться согласованно, и между молекулами возникает сила притяжения. Молекулярная связь наблюдается, например, в парафине, имеющем низкую температуру плавления, свидетельствующую о непрочности этой связи. Молекулярная связь называется также связью Ван-дер-Ваальса (в честь нидерландского учёного).
ЛЕКЦИЯ №2
II. Электротехнические материалы
Классификация электротехнических материалов
Электротехнические материалы характеризуются определенными свойствами по отношению к электромагнитному полю. Электротехнические материалы могут подвергаться воздействиям как отдельно электрических и магнитных полей, так и их совокупности. В данном курсе рассматривается только отдельное воздействие электрических и магнитных полей.
Электротехнические материалы в электрическом поле подразделяются на диэлектрики, проводники и полупроводники, а в магнитном поле – на сильномагнитные и слабомагнитные.
Различие между проводниками, диэлектриками и полупроводниками наиболее наглядно иллюстрируется с помощью энергетических диаграмм зонной теории твердого тела, в которых по вертикали отложены значения энергий электронов на орбитах.
В энергетической диаграмме твердого тела можно различить три зоны:
1 - заполненная электронами зона;
2 - запрещенная зона шириной (значения энергии, которыми электроны в данном твердом теле обладать не могут);
3 - зона проводимости (свободная зона). Электроны, находящиеся в этой зоне обуславливают протекание электрического тока.
У диэлектрика запрещенная зона настолько велика ( 3,5 эВ), что свободные электроны практически не возникают и электроны в обычных условиях не наблюдается, так как энергию 3,5 эВ имеют лишь фотоны ультрафиолетового излучения, а также космических и радиоактивных лучей.
Полупроводники имеют узкую запрещенную зону (3,5 < < 0), которая может быть преодолена за счет внешних воздействий (облучение полупроводника, нагрев и т. д.) и у материала появляется проводимость.
У проводников заполненная электронами зона вплотную прилегает к зоне проводимости или даже перекрывается ей ( . Вследствие этого электроны из заполненной зоны свободно могут переходить на занятые уровни зоны проводимости под влиянием слабой напряженности электрического поля и вызывать протекание тока.
Любое вещество, помещенное в магнитное поле, приобретает магнитный момент. Если взять катушку и поместить в нее сердечники из разных материалов, то магнитное поле, возникающее внутри сердечника, будет усиливать или ослаблять внешнее поле в раз. По магнитным свойствам все материалы можно разделить на две группы:
а) слабомагнитные (µ 1);
б) сильномагнитные (µ >>1).
Слабомагнитные материалы в технике применяются редко, поэтому их рассматривать не будем. В энергетике в качестве магнитных материалов используются лишь материалы, у которых µ >>1.
Таким образом, в разделе «Электротехнические материалы» будут рассмотрены следующие группы материалов:
1. Диэлектрики.
2. Полупроводники.
3. Проводники.
4. Магнитные материалы (µ >> 1).