Работа электрических машин и аппаратов Машины постоянного тока. Асинхронный двигатель Закон полного тока Элементы зонной теории твердого тела Проводниковые материалы Полупроводниковые материалы

Элементы зонной теории твердого тела

Понятие о квантовой статистике Свойства систем, состоящих из огромного числа частиц, подчиняющихся законам квантовой механики, изучаются в разделе статистической физики – квантовой статистике. Квантовая статистика основывается на принципе неразличимости тождественных частиц. Пусть система состоит из N частиц. Введем в рассмотрение многомерное пространство всех координат и импульсов частиц системы.

Проводниковые материалы

Металлические проводниковые материалы разделяются на материалы высокой проводимости и материалы высокого сопротивления. Материалы высокой проводимости используются для изготовления проводов, обмоток электрических машин и аппаратов, электроизмерительных приборов и т.д.

Материалы высокого сопротивления применяются в электронагревательных устройствах, лампах накаливания, реостатах и т.п.

Металлические проводниковые материалы характеризуются удельным сопротивлением, температурными коэффициентами удельного сопротивления и линейного расширения, пределом прочности при растяжении и относительным удлинением при разрыве.

Материалы высокой проводимости

К наиболее широко распространенным материалам высокой проводимости относятся медь, алюминий и их сплавы с другими металлами.

Медь

Медь имеет малое удельное сопротивление, ниже только у серебра, высокую механическую прочность, высокую стойкость к коррозии, она легко обрабатывается, паяется и сваривается. Получают медь в основном гидрометаллургически. Переплавкой гидрометаллургической меди в вакуумных печах получают бескислородную медь для электровакуумной промышленности.

Из многих марок меди, выпускаемой промышленностью, в качестве проводникового материала используется медь марок М1 и М0.

Медь марки М1 содержит 99,90% меди. В общем количестве примесей наиболее не желательная - кислород, который сильно ухудшает механические свойства металла, его содержание не должно превышать 0,08%.

Медь, марки М0, содержит 99,95% меди, содержание кислорода - не более 0,02%. Из меди, марки М0, изготавливается тонкий обмоточный провод.

При холодной протяжке получается твердотянутая медь, которая маркируется - МТ. Твердотянутая медь имеет высокие предел прочности при растяжении при малом относительном удлинении, а также твердость и упругость при изгибе.

Если медь подвергать отжигу при температуре в несколько сотен градусов, то получается мягкая, отожженная медь, которая маркируется - ММ. Медь, марки ММ, пластична имеет невысокую твердость и низкую прочность, но большое удлинение при разрыве и низкое, по сравнению с другими марками меди, удельное сопротивление.

На рис.8 показано изменение удельного сопротивления  меди в процессе отжига. Время отжига 1 час.

Стандартная отожженная медь  при t = 20 0С имеет удельное сопротивление, = 0,017241 мкОм .м.

Рис.8. Зависимость удельного сопротивления меди от температуры отжига.

В зависимости от характера симметрии все элементарные частицы и построенные из них системы (атомы, молекулы) делятся на два класса. Частицы с полуцелым спином (например, электроны, протоны, нейтроны) описываются антисимметричными волновыми функциями и подчиняются статистике Ферми - Дирака; эти частицы называются фермионами. Частицы с нулевым или целочисленным спином (например, ?-мезоны, фотоны) описываются симметричными волновыми функциями и подчиняются статистике Бозе - Эйнштейна; эти частицы называются бозонами.
Сплавы высокого сопротивления