1 дәріс Дәріс тақырыбы: Негізгі түсініктемелер. Диэлектрикті материалдардағы физикалық процестер
жүктеу/скачать 1,33 Mb.
|
Дәрістер
- Бұл бет үшін навигация:
- № 9 дәріс
- № 10 дәріс
| Өткізгіштердің меншікті өткізгіштігі мен меншікті кедергісі. Өткізгіштегі тоқ тығыздығы J, A/м2, мен электр өрісінің кернеулілігі Е арасындағы байланыс белгілі формуламен беріледі
(8.1) (Ом заңының дифференциалды түрі) мұндағы γ, См/м – меншікті өткізгіштік деп аталатын өткізгіш материалдың параметрі; Ом заңына сәйкес γ электр өрісі кернеулілігі Е-ден тәуелсіз. , меншікті өткізгіштікке кері шама меншікті кедергі деп аталады, тұрақты көлденең қимасы S , ұзындығы l , R кедергісі бар өткізгіш үшін келесі формуламен анықталады (8.2) Меншікті кедергінің өлшеу жүйесіндегі (СИ) бірлік – Ом·м. Өткізгіш материалдардағы өлшеу үшін жіүйесіз бірлікті қолдануға рұқсат етеді, себебі ұзындығы 1 м, көлденең қимасы 1 мм2 материалдан жасалған сым, материалындағы меншікті кедергі сандық түрде Ом·мм2/м-ге тең кедергіге ие. Ом·мм2 бірлігінің орнына СИ жүйесі бірлігінің шамасына сәйкес мкОм·м бірлігін қабылдаған дұрыс. Меншікті кедергінің айтылған бірліктері арасындағы байланыс: 1 Ом·м=106мк Ом·м=106 Ом·мм2/м, Металл өткізгіштердің меншікті кедергі мәнінің диапазоны (бірқалыпты температура кезінде) өте жіңішке: 0,016 күміс үшін және жуықталған шамада 10 мкОм·м темірхром алюминді құймалар үшін, яғни айырмашылығы тек үш ретті ғана құрайды. Бірқатар металлдардың меншікті кедергісінің мәндері 8.1 кестеде келтірілген. Металл өткізгіштердің меншікті өткізгіштігі металлдардың классикалық теориясына сәйкес келесі түрде өрнектелуі мүмкін: , (8.3) мұндағы - заряд, - металлдың көлем бірлігіндегі бос электрондар саны, - тор түйіндеріндегі екі соғылулар арасындағы электрондардың еркін жүгірунің орташа ұзындығы, - электрон массасы, - металлдағы бос электронның жылулық қозғалысының орташа жылдамдығы. Квантты механика негізінде 8.3 өрнегін түрлендіру келесі формулаға алып келеді (8.4) мұндағы K – сандық коэффициент, h – Планк тұрақтысы. Әртүрлі металлдар үшін электрондардың бей-берекет жылулық қозғалыс жылдамдығы (арнайы температура кезінде) жуықталған түрде бірдей. 8.1 кесте 20оС кезінде (2 және 3 бағаналардан басқа) металлдардығ негізгі орташаландырылған физикалық қасиеттері
Сондай-ақ бос электрондар концентрациясы да елеусіз ерекшеленеді, мысалы, мыс пен никель үшін ол айырмашылық 10%-дан төмен. Сондықтан да γ меншікті өткізгіштіктің мәні (немесе ρ меншікті кедергінің) негізінде берілген өткізгіштегі электрондардың еркін жүрісінің орташа ұзындығы - дан тәуелді, ол өз кезегінде өткізгіш материалдың структурасымен анықталады. Едәуір дұрыс кристалды торы бар барлық таза металдар, меншікті кедергінің аздау шамасымен сипатталады, қоспалар торды бұза отырып ρ меншікті кедергінің өсуіне алып келеді. № 9 дәрісДәріс тақырыбы: Жоғары өтімділік материалдары. Асқынөткізгіштер және криоөткізгіштер. Жоғарғы өткізгішті материалдар. Кеңінен таралған жоғарғы өткізгішті материалдар ретінде мыс пен адюминийді жатқызуға болады. Мыс. Өткізгіш материал ретінде кеінен қолдануды қамтамасыздандыратын мыстың артықшылығы келесілер: 1) аз меншікті кедергі (барлық металдардан тек күмісте мыстыкіне қарағанда аз меншікті кедергі бар); жеткілікті жоғары механикалық беріктілік; 3) коррозияға қанағаттандыралық төзімділік (мыс ауада тіптім жоғары ылғалдылық кезінде де, мысалы темірге қарағанда едәуір баяау тұтқырланады; бірақ жоғары температура кезінде мыстың тұтылу жылдамдайды); 4) қалыңдығы миллиметрдің мың бөлігіне дейін болатын беттер, ленталарға, сымдарға өңделуі жақсы; 5) дәнекерлеу мен қайнату қатынасты түрде жеңіл. М1 маркалы мыста 99,9% Cu, оттегі 0, 08% аспайтын 0, 1% қоспа бар. М0 маркалы мыста 0,05% қоспа бар, соның ішінде 0,02 % оттегі. Бұл марка ең жақсы механикалық қасиеттерге ие. М0 – ден жіңішке сым жасалуы мүмкін. Суық тарту кезінде қатты мысты алады, ол созылуы кезінде жоғарғы беріктілік шегіне, иілуі кезінде қаттылық пен серпімділікке ие. Егер Cu қыздыратын болсақ, онда қаттылығы мен беріктілігі аз, бірақ ұзілу кезінде созылуы үлкен және меншікті өткізгіштігі едәуір үлкен (ММ) жұмсақ мысты аламыз. Бронзаның мысты балқымасы; таза мысқа қарағанда, арнайы құрамасы кезінде жоғарғы механикалық қасиеттерге ие болады. Алюминий – тығыздығы аз (2.6 Мг/м3 жуық) жеңіл материал. Алюминий Cu –ға қарағанда 3,5 есе жеңіл. Алюминий мыспен салыстырғанда механикалық және электрлі қасиеттері төмен. Алюминийді балқытылған жағдайға өткізу үшін, мысқа қарағанда жылудың үлен шығынын қажет етеді. Көлденең қимасы мен ұзындығы бірдей кезде алюминий өткізгіштіктің электр кедергісі мыс өткізгішке қарағанда 1,6 есе көп. Сондықтан бірдей электр кедергісі кезінде алюминий өткізгіштің қимасы мыс өткізгішке қарағанда 1,6 есе көп болуы керек. Егер габариттері шектелген болса алмастыру қиынға түседі. Алюминий өткізгіш жуан болса да мысқа қарағанда екі есе жеңіл. Алюминий бірнеше маркаға бөлінеді: 1) А1 маркасы 0,5% аспайтын қоспа бар; 2) АВ00 маркасында 0,03% аспайтын; 3) ең жоғарғы алюминий АВ0000 маркалы құрамында 0,004% аспайтын қоспа бар. Алюминийді дәнекерлеу үшін, арнайы дәнекерлеу пастасы немесе ультра дыбысты дәнекерлеушілер қолданылады. Алюминий балқымалар жоғарғы механикалық беріктілікке ие. Темір (болат) едәуір арзан металл, механикалық берікттілігі жоғары. Бірақ тіпті ең таза темірде меншікті кедергі жоғары болады (0,1 мкОм/м жуық). Болатты әуе желілері, электрлі темір жолдарының шиналары мен рельстері ретінде қолданылады. Асқын өткізгіштер мен криоөткізгіштер. Температураны төмендету кезінде металл өткізгіштердің ρ меншікті кедергісі кемиді. Абсолютті нөлге жуықтайтын, өте төменгі (криогенді) температура кезіндегі металлдардың электрөткізгіштігі үлкен қызығушылықты көрсетеді. Нидерланд физигі Х. Камерлинг – Оннес 1911 жылы гелийдің 4,2 К температурасына дейін салқындату кезінде мұздатылған сынаптан жасалған сақинаның кедергісі өте төмен мәнге дейін құлайды, ол мән тәжиірбе жүзінде өлшеуге мүмкін емес мән. Мұндай құбылыс, яғни затта тәжиірбе жүзінде шексіз меншікті кедергінің болуы, асқын өткізгіштік деп аталған, және Тс – асқын өткізгішті өтудің температурасы, ал заттар – асқын қткізгіштер. Бұл өту қайтатын құбылыс болып табылады; Температураны Тс дейін көтеру кезінде асқын өткізгіштік бұзылады және зат қалыпты жағдайға меншікті γ өткізгіштің соңғы мәнімен қалыпты жағдайға өтеді.Асқын өткізгіштік құбылысы, асқын өткізгіш контурына бір кезде бағытталған электр тоғы өзінің күшін жоғалтпай осы контур бойынша ұзақ (жылдар бойы) циркуляцияланады, және де сырттан ешқандай энергияны бермей ақ (әрине, егер берілген асқын өткізгіш материалы үшін тән асқын өткізгіш контуры температурасын Тс мәнінен төмен ұстап тұратын салқындататын құрылғы жұмысына кететін энергия шығынын есептемесек); мұндай асқын өткізгіш контур тұрақты магнит сияқты қоршаған кеңістікте магнит өрісін тудырады. Көптеген асқын өткізгіштер, тіпті 2-ші текті асқын өткізгіштер де өте төмен өту температурасына Тс ие. Сондықтан, асқын өткізгіш құбылысы қолданылатын құрылғы сұйық гелиймен салқындату кезінде жұмыс істейді, ал ол қиын да қымбат. Тс температурасы сутегі төмендеу температурасынан (20,3 К) жоғары болатын асқын өткізгіштерді алу жақсы болар еді. Қалыпты немесе едәуір жоғары температура кезінде асқын өткізгіштік жағдайын сақтайтын материалдар шексіз мүмкіндіктерді беретін еді. Едәуір жоғары Тс барлық белгілі элементарлы асқын өткізгіштердің ішінде ниобийда бар, ал олардың ішінде кеңінен қолданылатыны – ниобий станиді Nb3Sn. «Жылы» асқын өткізгіштерді ізде кеңінен жалғастырулыда. Криоөткізгіштер. Қазіргі электр техникада кеңінен криоөткізгіш құбылысы қолданылады (бірақ асқын өткізгіш қалпына өтпейді). Осы қасиеттері бар металды криоөткізгіштер деп атайды.Криоөткізгіштердің физикалық негізі асқын өткізгіштердің физикалық негізіне ұқсамайды. Криоөткізгіштің - криогенді температурада металдардың қалыпты электр өткізгіші өте кіші,бірақ криоөткізгіштік р-ның соңғы мәні олардың ток тығыздығының рұқсат мәнін шектейді.Температураны өзгерткенде кен диапазонында р секірусіз біркелкіөзгеретін криоөткізгіштер тригердік эффектінде асқын өткізгіштің бар болуы және бұзылуына негізделген құралдарда қолданылмайды (мысалы жадыға жазатын асқын өткізгіштік құралдар). Криоөткізгіштік кезінде асқын өткізгіштің басқа да құбылыстары байқалады. Криоөткізгіштердің өте аз, бірақ ρ соңғы мәні олардағы жеткілікті тоқ тығыздығын шектейді. Температурасы кең диапазонда өзгеру кезінде ρ секкіріссіз бір қалыпты өзгеру кезіндегі криоөткізгіштер, әсерлері пайда болуы триггерлі эффектте және асқын өткізгіштіктің бұзылуына негізделген құрылғыларда қолданылмайды (мысалы, асқын өткізгішті есте сақтау құрылдғыларда). Криоөткізгіштік кезінде, Майснер – Оксенфельд эффектісі сияқты асқын өткізгіштер үшін спецификалық құбылыстар табылмайды. № 10 дәрісДәріс тақырыбы: Жартылай өткізгіш материалдар жайлы жалпы мәліметтер. жүктеу/скачать 1,33 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|