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

Корпускулярно-волновой дуализм свойств частиц вещества и соотношение неопределенностей Гейзенберга приводят к выводу, что объем элементарной ячейки (он называется фазовым объемом) не может быть меньше чем h3 (h — постоянная Планка). Пусть квантово-механическая система состоит из частиц, которые имеют одинаковые физические свойства. Такие частицы называются тождественными. Необычные свойства системы одинаковых тождественных частиц проявляются в фундаментальном принципе квантовой механики - принципе неразличимости тождественных частиц, согласно которому невозможно экспериментально различить тождественные частицы.

Сплавы высокого сопротивления

Сплавы высокого сопротивления применяются в производстве электроизмерительных приборов, образцовых сопротивлений, реостатов и электронагревательных приборов.

Они должны отвечать следующим требованиям:

1) иметь высокое удельное сопротивление;

2) иметь низкое значение температурного коэффициента сопротивления;

3) иметь низкое значение термоЭДС относительно меди;

4) должны легко волочиться в проволоку;

5) иметь низкую стоимость;

6) сплавы для электронагревательных приборов должны длительно работать при температурах до 1000 0С на воздухе.

Наибольшее распространение в настоящее время получили сплавы на медной, хромо-никелевой и железо-хромовой основах с добавлением алюминия.

Манганин - основной сплав для электроизмерительных приборов и образцовых сопротивлений. Состав манганина: медь - 86%, марганец - 12%, никель - 2%. Основные эксплуатационные свойства манганина приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3

Основные эксплуатационные свойства манганина

Плотность, г/см 3

8,4

Удельное сопротивление, мкОм .м

0,42 0,48

Температурный коэффициент сопротивления, 0С -1

(5 -5

ТермоЭДС относительно меди, мкВ/ 0С

1

Предельно допустимая температура, 0С

100

Промышленностью манганин выпускается в виде проволоки диаметром до 0,02 мм и ленты толщиной 0,01-1 мм и шириной 10-300 мм.

Константан - медно-никелевый сплав, содержащий 60% меди и 40% никеля, применяется для изготовления реостатов и электронагревательных приборов, работающих при температурах, не превышающих 400-450 0С, и для изготовления термопар. Важнейшие эксплуатационные свойства константана приведены в таблице 5.4.

Недостатком константана является высокая термоЭДС с медью и железом, что затрудняет использование константановых резисторов в измерительных схемах, т.к. в местах контакта константановых проводников с медными возникают термоэлектродвижущие силы, которые могут стать источником погрешностей, особенно при нулевых измерениях в мостовых и компенсационных схемах.

Таблица 5.4

Основные эксплуатационные свойства константана.

Плотность, г/см 3

8,9

Удельное сопротивление, мкОм .м

0,48 0,52

Температурный коэффициент сопротивления, 0С -1

-(5 -1

ТермоЭДС относительно меди, мкВ/ 0С

40 

Предельно допустимая температура, 0С

400

Нихромы - хромо-никелевые сплавы, содержащие в своем составе железо и марганец, используются для изготовления нагревательных элементов электрических печей, плиток, паяльников и т.д.

Промышленностью выпускаются в виде проволоки диаметром от 0,02 мм и выше, а также в виде ленты сечением от 0,11,0 мм и выше.

Нихромы отличаются высокой жаропрочностью, которая обусловлена стойкостью к окислению его компонентов, с одной стороны, и близостью значений термических коэффициентов линейного расширения сплава и окисной пленки, которая его покрывает, с другой. Поэтому она не растрескивается при нагревании и защищает сплав от воздействия атмосферы. Но при резких колебаниях температуры, в окислах возникают трещины, через которые проникает кислород и идет дальнейшее окисление сплава. Понятно, что при повторно-кратковременных режимах работы нагревательные элементы из нихромов должны иметь меньший срок службы, чем при длительн ых. Для увеличения срока службы нагревательных элементов, работающих в повторно-кратковременном режиме, практикуется заделка их в твердую инертную среду, типа шамота.

Эксплуатационные характеристики одного из наиболее распространенных нихромов - Х15Н60 приведены в таблице 5.5.

Хромаль и фехраль - хромо-алюминиевые сплавы на основе железа с небольшими присадками марганца и никеля - применяются для производства мощных электронагревательных устройств и промышленных печей. Предельно-допустимая температура, при которой они могут работать - 850 0С. Отличаются высокой твердостью и хрупкостью.

Таблица 5.5

Основные эксплуатационные свойства нихрома Х15Н60

Состав, %

марганец - 1,5; никель - 55 61; хром - 1518;

остальное - железо

Плотность, г/см 3

8,28,3

Удельное сопротивление, мкОм .м

1,0 1,2

Температурный коэффициент сопротивления, 0С -1

(1 -4

Предельно допустимая температура, 0С

1000

основные положения и постулаты квантовой теории, туннельный эффект, строение атома и связь с периодической таблицей элементов Менделеева (ПК-1); - классификацию твердых тел на металлы, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории, основные электрические, магнитные и оптические свойства твердых тел, механизмы протекания тока, особенности электронных свойств неупорядоченных и аморфных материалов
Сплавы высокого сопротивления