Конспект лекций по материаловедению
Например 54%Pl ;46%Fe или 50%Co и 50%Fe
Чистый никель и его сплавы имеют высокую магнитострикцию, используемую в генераторах звуковых колебаний.
2) Сплавы, отличающиеся незначительным изменением магнитной проницаемости n при изменении напряженности магнитного поля H. Например : сплав железа, никеля и алюминия.
3) Сплавы с сильной зависимостью магнитной проницаемости n от T(термомагнитные сплавы). Например, из сплава 70% никеля и 30% купрума делают сопротивление для компенсации температурной погрешности.
4) Магнитные пленки и монокристаллы со спецефическими доменными структурами. Перемещение полосовых доменов под воздействием внешнего поля используется в управляемых магнитным полем дифракционных решетках.
5) Магнитная жидкость. На рис. Приведена схема магнито-жидкосного герметезатора.
М/у разделяемыми областями А и В есть 2 магнитных диска 1. Один из них заострен. М/у дисками установлен постоянный колцевой магнит 2, намагниченный в осевом направлении. Тк гермитизированный вад 3 изготовлен из магнитного материала, то образуется магнитная цепь, которая замыкает магнитный поток 4. Магнитная жидкость 5 втянута в обасть самого сильного магнитного поля те в зазор м/у валом и заостренной кромкой одного из дисков 1. Они образуют кольцо, разделяющее области А и В
6) Магнто-оптические материалы.
Например для записи лазером, изменяющие магнитные свойства компакт дика при записи.
3.3 Классификация по поведению в магнитном поле.
Каждой орбите электрона твердого тела соответствуетсвое значение энергии. W – энергетический уровень. Из-за притяжения ядра электроны полностью заполняют нижние энергетические уровни те орбиты ближайшие к ядру, а верхние энергтические уровни остаются свободныим(см рис).
Зонная диаграмма.
I – зона проводимости
II – запрешенная зона
III – валентная зона
· - электрон
1 – уровни возбужденного состояния электрона
2 – нормальные уровни
Энергетические уровни, заполненние эектронаминазывают валентной зоной (III). Что бы вырвать электрон из этой зоны и вовлечь его в поток зарядов, необходимо сообщить электрону энергию, те перевести в зону проводимости(в свободную зону I).
Энергетическуюцель м/у валентной зоной и зоной проводимости называют запрещенной зоной D W (зона II). В зависимости от значений r, ar , D W веществ при атомном давлении делят на проводники, полупроводники и диэлектрики.
r [Ом*м] – удельное электрическое сопротивление.
ar = - температурный коэфициент удельного сопротивления
- удельная электрическая проводимость
Один и тот же материал в зависимости от условий его использования может являться и проводником и полупроводником и диэлектриком. Например, металлы, являющиеся в твердом состоянии проводниками, оказываютс ядиэлектриками в газообразном.
§4 Диэлектрики.
Диэлектрики – материалы с удельным сопротивлением r³108 Ом*м при t=20ºC и нормальном атмосферном давлении. Важным свойством диэлектрика является его способность к поляризации.
Поляризация – процесс ограниченногосмещения или ориентации связанных электрических зарядов в теле под действием электрического поля, который происходит в объеме и сопровождается появлением зарядов на поверхности материала у электронодов (см рис)
Расположение зарядов в поляризованном диэлектрике плоского конденсатора
При этом образец пиобретает полярность. Отсюда термин – поляризация. На практике мерой поляризации служит относительная диэлектрическая проницаемомть , где С и С0 – емкости кондесатора с диэлектриком и без него соответственно. EA – абсолютная проницаемость дилектрика E0 – диэлектрическая проницаемость вакуума.
При нормальных условиях у твердых образцов с неполярными молекулами (неполярными диэлектриками)
E = 2- 5, а у полярных диэлектриков E = 10-40
Диэлектрики делят на пассивные и активные:
Пассивные диэлектрики сохраняют свои свойства при внешних воздействиях
Активные сильно меняют свои свойства.
Пассивные диэлектрики используют в качестве электрической изоляции в обычных конденсаторах. Электрическая изоляция препятствует прохождению тока нежелательным путем.
Широко примееняют следующие активные диэлектрики :
1. Пъезоэлектрики – Значение их E сильно зависит от механических напряжений (например кристаллический кварц). Пьезоэлектрики используют для стабилизаторов частоты, фильтров с высокой избирательной способностью
2. Пироэлектрики – Значение их E сильно зависит от температуры(например LiNbO3). Использут в датчиках температуры.
3. Сегнетоэлектрики – Значение E сильно зависит от напряженности электрического поля, что используют в варикондах (переменных емкостях). Наличие петли Гистерезиса в переменном электрическом поле – основное свойство сигнетоэлектриков, отличающее их от других классов диэлектриков (Титонат бария BaTiO3 и материалы на его основе). Поляризованные сигонтоэлектрики используют в качестве пъезоэлектриков.
Зависимость заряда q отнапряжения U и электрической проницаемости E от температуры T сигнетоэлектрика.
Точка B соответсткует насыщению – вседлины ориентированны по полю. Важным параметром сигнетоэлектрика является точка Кюри Tk - температура, при которой диэлектрическая проницаемость E мксимальна.
4. Электреты – электрические аналоги постоянных магнитов – десятки лет сохраняют постоянный заряд, создающий в окружающем пространстве электричесое поле. Один из способов их получения – “бомбардировка” заряженными частицами поверхности диэлектрика.
5. Жидкие кристаллы – органические жидкости с сильно вытянутыми нитевидными молекулами, одинаково ориентированными. Внешнее электричекое поле меняет направление их ориентации и тем самым прохрачность жидкого кристалла, часто используют в индикаторах.
6. Лазерные диэлектрики с резонаторми генерируют когерентное излучение, при этом возбужденные атомы теряют энергию те электроны переходят с верхнего энергетического уровня на нижний. Например твердый диэлектрик лазера (ZnO,Al2O3, SiO2 и др)должен быть прозрачным на частоте возбуждения генерации, оптически однородным, твердым для тщательной полировки и обладать высокой проводимостью.
4.1 Виды поляризации.
Существуют 4 основных вида поляризации:
Электронная поляризация, ионная, дипольная, спантанная.
1. Электронная – упругое смещение электронов в атомах и ионах(см рис)
Орбиты электрона в атоме водорода: 1 - в электронном поле, 2 – при отсутствии внешнего поля ъ