Электротехническое материаловедение лектор Леонов Андрей Петрович к т

Электротехническое материаловедение лектор: Леонов Андрей Петрович, к. т. н. , доцент Объем курса: • лекции: 16 часов • лабораторные работы: 24 часа • практические занятия: 8 часов Вид отчетности – З А Ч Е Т ИДЗ сдать на проверку в 116 ауд. 8 корпус

Литература 1. Дудкин А. Н. , Ким В. С. Электротехническое материаловедение. Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2004 (2000). - 198 с. 2. Дудкин А. Н. Руководство к лабораторным работам по электротехническим материалам. - Томск: Изд. ТПУ, 2007, 2000 (1993). 3. Богородицкий Н. П. , Пасынков В. В. , Тареев Б. М. Электротехнические материалы. – Л. : Энергия, 1977 (1985 г. ). 4. Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю. В. Корицкого, т. 1 - 1984, т. 2 - 1987, т. 3 - 1988.

5. Корицкий Ю. В. Электротехнические материалы. Изд. 3 -е. - М. : Энергия, 1976. 6. Тареев Б. М. Электрорадиоматериалы. - М. : Высшая школа, 1978. - 336 с. 7. Пасынков В. В. , Сорокин В. С. Материалы электронной техники. - М. : Высш. шк. , 1986. 8. Д. Д. Мишин Магнитные материалы. - М. : Высш. шк. , 1991. 9. Шалимова К. В. Физика полупроводников. Изд. 2 -е. - М. : Энергия, 1976. 10. Б. М. Яворский, А. А. Пинский Основы физики, т. 2. - М. : Наука, 1972.

Материалы – фундамент современной науки и техники Каменный век – около 10 000 лет Медный век – 1200 лет Бронзовый век – 1100 лет Железный век – 700 лет Настоящее время: Бумажный век? век пластмасс? Век нанотехнологий?

материалы конструкционные электротехнические магнитное поле слабомагнитные диамагнетики электрическое поле сильномагнитные парамагнетики ферромагнетики антиферромагнетики ферримагнетики проводники полупроводники диэлектрики

Конструкционные материалы это материалы, при использовании которых основными являются механические свойства и которые в электротехнических изделиях выполняют вспомогательные функции. Электротехнические материалы это материалы, характеризуемые определёнными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применяемые в технике с учётом этих свойств.

Электротехнические материалы

I. ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ. внутримолекулярные межмолекулярные металлическая водородная ионная силы Ван-дер-Ваальса ковалентная

1. 1. Металлическая связь обусловлена взаимодействием положительно заряженных ионов в узлах кристаллической решетки с обобществлёнными валентными электронами (электронным газом).

1. 2. Ионная связь (гетерополярная) эта связь осуществляется между атомами, которые сильно различаются по величине электроотрицательности Электроотрицательность ( ) - способность атома приобретать электроны в результате химического взаимодействия F O 4. 1 3. 5 Cl C 2. 9 2. 5 H 2. 1 Cu Fe 1. 8 1. 7 Cr 1. 6 Be 1. 5 Ca 1. 1 Электроотрицательность Na K 1. 0 0. 9

Cl + Na М l Электрический момент М = q l , [Кл м]

1. 3. Ковалентная связь неполярная (Н 2, О 2, N 2, Cl 2) объединение атомов в молекулу достигается за счёт обобществления электронов атомов и сдвига электронной плотности к атому с большей электроотрицательностью объединение атомов в молекулу достигается за счёт обобществления электронов атомов Н + Н Н+ + + Cl+

1. 4. Водородная связь Возникает между молекулами, состоящими из атома H, соединённого ковалентной связью с атомом F, O или N. При этом атом Н одной молекулы притягивается к атому F, O или N другой молекулы 1. 5. Силы Ван-дер-Ваальса Внутри неполярной молекулы из-за колебаний электронной плотности возникают и исчезают частичные заряды, которые порождают такие же заряды в соседних молекулах, и между молекулами возникает притяжение или отталкивание

ЭЛЕМЕНТЫ ЗОННОЙ ТЕОРИИ проводники полупроводники ЗП ЗП ЗП ЗЗ W выше 3 э. В W до 3 э. В W=0 V ~ 10 -6 10 -8 Ом·м W ВЗ ВЗ ВЗ диэлектрики V ~ 10 5 10 17 Ом·м V ~ 10 -4 109 Ом·м

Магнитные материалы - материалы, применяемые в технике с учетом их магнитных свойств и характеризуются способностью накапливать, хранить и трансформировать магнитную энергию

Основные магнитные характеристики: 1. Магнитная восприимчивость - физическая величина, характеризующая связь между магнитным моментом (намагниченностью) вещества и магнитным полем в этом веществе 2. Относительная магнитная проницаемость - показывает, во сколько раз магнитная индукция в нем больше, чем в вакууме.

Виды магнетизма: 1. 2. 3. 4. 5. Диамагнетизм Парамагнетизм Ферромагнетизм Антиферромагнетизм Ферримагнетизм

Диамагнетизм – свойство вещества слабо Диамагнетизм намагничиваться противоположно внешнему магнитному полю Магнитная восприимчивость КМ -10 -5 -10 -7 0, 9999 Диамагентики Cu, Ag, Au, Be, Zn, Ga, B, Pb, Sb

Парамагнетизм – свойство вещества слабо Парамагнетизм намагничиваться согласованно с внешнем магнитным полем Магнитная восприимчивость КМ 10 -2 10 -6 1, 0001. . Парамагентики Al, O, Pt, Mg, Pd, Cr, Ca, Mo

Ферромагнетизм – свойство вещества Ферромагнетизм сильно намагничиваться согласованно с внешнем магнитным полем Магнитная восприимчивость КМ 103 107 от 103 до 107 Ферромагентики Fe, Co, Ni Сd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm

Особенность свойств ферромагнетиков: 1. Наличие доменной структуры 2. Зависимость магнитного состояния от предшествующей магнитной истории 3. Наличие температуры Кюри

Антиферромагнетики – материалы, в Антиферромагнетики которых во время обменного взаимодействия соседних атомов происходит антипараллельная ориентация равных по величине магнитных моментов Магнитная восприимчивость КМ 10 -2 10 -5 1, 0001. . Антиферромагентики Ce, Nd, Pr, Sm, Eu, Mn, Cr

Ферримагнетики (ферриты) – материалы, в Ферримагнетики (ферриты) которых во время обменного взаимодействия соседних атомов происходит антипараллельная ориентация различных по величине магнитных моментов Магнитная восприимчивость КМ до 107 Ферриты Fe 2 O 3·Me. O Me - Mg, Fe, Zn, Co, Cu, Cd, Mn и др.

m T T к Типичная зависимость магнитной проницаемости μ ферромагнитных материалов от температуры Т.

ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ПРИЛОЖЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОТНОСИТЕЛЬНУЮ МАГНИТНУЮ ПРОНИЦАЕМОСТЬ 1 3 2 С повышением частоты магнитные моменты доменов не успевают переориентироваться вслед за быстроизменяющимся магнитным полем f

ПРЕМАГНИЧИВАНИЕ ФЕРРО- И ФЕРРИМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПЕРЕМЕННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ 1. Вs – индукция насыщения 2. НС – коэрцитивная сила 3. Вr – остаточная индукция 4. Потери на гистерезис (на Потери на гистерезис перемагничивание) – площадь петли гистерезиса

ВИДЫ МАГНИТНЫХ ПОТЕРЬ 1. ПОТЕРИ НА ГИСТЕРЕЗИЗ 2. ПОТЕРИ НА ВИХРЕВЫЕ ТОКИ 3. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ

МАГНИТОСТРИКЦИЯ - ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ ИЛИ РАЗМЕРА МАТЕРИАЛА ПОД ДЕЙСТВИЕМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Генераторы УЗ – колебаний.

МАГНИТНАЯ ТЕКСТУРА - преимуществ. ориентация осей лёгкого намагничивания в поликристаллическом ферро- или ферримагнитном материале.

Классификация магнитных материалов: 1. Магнитомягкие (НС < 4 к. А/м) – высокая µ, малая НС, узкая петля гистерезиса, малые потери на перемагничение. 2. Магнитотвердые (НС > 4 к. А/м) – большая Br, широкая петля гистерезиса, большие потери на перемагничение 3. Магнитные материалы специального назначения

Вопросы на самостоятельную работу к разделу «Магнитные материалы» Магнитомякгие материалы: основные свойства, область применения. Магнитотвердые материалы: основные свойства, область применения. Магнитодиэлектрики: определение, основные свойства, область применения. Магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса: определение, основные свойства, область применения. Пермаллои: определение, основные свойства, область применения.

Вопросы на самостоятельную работу к разделу «Магнитные материалы» Магнитострикционные материалы: определение, основные свойства, область применения. Электротехнические кремнистые стали: определение, основные свойства, область применения. Электролитическое железо: определение, основные свойства, область применения. Магнитотвердые ферриты: основные свойства, пример МТ ферритов, область применения. Магнитные пленки с цилиндрическими магнитными доменами: определение, основные свойства, область применения.