Materiale utilizate in electrotechnica si electronica
Materiale conductoare.
Electrotechnica este stiinta care studiaza fenomenele electrice si magnetice din punctul de vedeere al aplicatiilor lor in technica.
Electronica este stiinta care studiaza fenomenelee legate de miscarea in diferite medii a particulelor incarcate electric:totodata,electronica studiaza si constructia a dispozititvelor si apartelelor care functioneaza pe baza acestor fenomene.
Materialele conductoare se caracterizează prin valori mari ale conductivităţii.Materialele conductoare cu conductibilitate electronică au valori ale conductivităţii: σ>105S/m. Conducţia electrică rezultă prin deplasarea dirijată a electronilor din banda de conducţie, sub influenţa câmpului electric exterior. Astfel de materiale sunt metalele şi grafitul.
Materialele conductoare cu conductivitate ionică, sunt electroliţii sau soluţiile de acizi, săruri sau hidraţi. Conducţia electrică este realizată prin deplasarea dirijată a ionilor pozitivi şi negativi sub influenţa câmpului electric exterior, rezultând un proces electrochimic cu schimbarea compoziţiei electrolitului şi separarea de electrozi a componentelor. Conductivitatea acestor materiale este mai redusă decât a celor cu conductibilitate electronică.
După starea de agregare, materialele conductoare se clasifică în: conductoare solide (metalele), conductoare lichide (mercur, electroliţi) şi conductoare gazoase (gaze supuse la tensiuni superioare tensiunii de străpungere, sau plasma care prezintă atât conductibilitate ionică, cât şi electronică).
3.2. Modelul conducţiei electrice în materialele conductoare solide. Starea de conductibilitate
Materialele conductoare posedă electroni în banda de conducţie, la temperatura absolută electronii fiind distribuiţi pe nivele energetice conform statisticii Fermi-Dirac (vezi anexa 3.3). La temperatura absolută, nivelul maxim de energie Ee, al electronilor, este egal cu nivelul Fermi, care se află în interiorul benzii de conducţie. În fig.3.1a es
Mişcarea dirijată a purtătorilor de sarcină sub influenţa câmpului electric sau electromagnetic este caracterizată prin densitatea de curent , care reprezintă cantitatea de sarcină dq, care trece prin unitatea de secţiune transversală A a conductorului în unitatea de timp:
, (3.1)
unde E este intensitatea câmpului electric aplicat.
Modelul clasic al conducţiei presupune existenţa unui gaz electronic, electronii de valenţă devenind electroni de conducţie pe seama energie câmpului electric sau electromagnetic aplicat. Astfel, un atom furnizează unul sau doi electroni de valenţă, pentru conducţie atomul devenind un ion pozitiv - localizat în reţeaua cristalină prin legături cu atomii vecini (vezi anexa 5 - legătura metalică). Concentraţia "n", mare a electronilor de conducţie, şi gradul ridicat de ocupare a nivelelor energetice din banda de conducţie plasează nivelul Fermi în interiorul benzii de conducţie, iar Ee=EF, la temperatura absolută.
Sub influenţa câmpului electric exterior, electronul are o mişcare accelerată, fiind supus unei forţe:
, (3.2)
unde e este sarcina electronului, este acceleraţia electronului, iar mn este masa electronului.
Presupunem că în momentul ciocnirii cu un atom, electronul cedează întreaga energie cinetică dobândită pe seama câmpului electric, cu eliberarea unui electron de conducţie, care se va deplasa accelerat spre un atom vecin. Vitezele maximă şi medie (de drift) ale electronului au expresiile:
, (3.3)
, (3.4)
unde tmed este timpul mediu între două ciocniri succesive, iar reprezintă mobilitatea electronului.
Utilizând relaţia (3.4), relaţia (3.1) devine:
, (3.5)
unde: n este concentraţia electronilor în unitatea de volum (n 1022cm-3), iar dl este elementul de linie, în ipoteza că conductorul este filiform.
Din relaţiile (3.1) şi (3.5) rezultă:
. (3.6)
Pentru undele electromagnetice cuanta particulei este numită foton, iar pentru undele elastice este denumită fonon. Fotonii şi fononii se supun staticii Bose - Einstein, fiind denumiţi şi bozoni. Din punct de vedere al mecanii cuantice, mecanismul transferului de energie la un conductor parcurs de curent, care se încălzeşte şi poate fi considerat un gaz de fononi, este un proces care implică interacţiunea dintre electroni şi fononi.
Încălzirea conductorului prin putere disipată care se transformă în căldură, este consecinţa procesului de interacţiune, în care sunt creaţi mai mulţi fononi decât sunt distruşi. Rezistivitatea ρ a materialului este rezultatul acestor interacţiuni electron-fonon.
3.3. Funcţiile materialelor conductoare
3.3.1. Funcţia de conducţie a curentului electric
Pentru îndeplinirea funcţiei de conducţie, este necesar ca materialul să posede rezistivitate scăzută, rezistenţă mecanică şi la coroziune şi să existe posibilitatea de prelucrare prin laminare, trefilare, lipire sau sudare. Materialele utilizate frecvent sunt Cu, Al, Ag, Au şi aliaje Cu-Zn (alama) sau Cu-Be, care prezintă elasticitate şi rigiditate mecanică.
3.3.2. Funcţia de limitare a curentului electric
Pentru îndeplinirea acestei funcţii, este necesar ca materialul (utilizat la fabricarea rezistoarelor bobinate de putere) să prezinte rezistivitate ridicată, maleabilitate şi ductilitate, astfel încât să poată fi obţinute prin trefilare diametre reduse, invarianţă a proprietăţilor şi dimensiunilor într-un domeniu larg de temperaturi şi potenţial electrochimic cât mai apropiat de cel al cuprului din care sunt confecţionate terminalele rezistoarelor, astfel încât tensiunea termoelectromotoare de zgomot să fie redusă. Sunt utilizate aliaje Cu-Ni (constantan), Cu-Ni-Mn (manganina), Cu-Ni-Zn (nichelina), sau Ni-Cr-Al-Co (Kantal).
Introducere Conceptul de materiale nemetalice includ o gamă largă de materiale, cum ar fi materiale plastice, compozite, materiale din cauciuc, adezivi, acoperiri, lemn, precum si sticla silicat, ceramica si altele. Materiale nemetalice nu sunt doar substitute pentru metale dar, de asemenea, utilizat ca un independent materiale, uneori chiar esențiale. Anumite materiale au rezistență mecanică mare o, luminozitate, rezistenta termica si chimica, caracteristici de înaltă electroizolante, transparență optică și m. P. deosebit de prelucrabilitate remarcat materiale nemetalice. Baza materialelor nemetalice sunt polimeri, în special sintetic. Utilizarea de materiale nemetalice oferă eficiență economică semnificativă.
Materiale conductoare metalice.
Înțelegere. Printre materiale solide conducătoare nemetalice avea cea mai mare valoare bazate pe materiale de carbon (produse electrice cărbune, prescurtată electro-produs). Prin produse electro-utilizate în inginerie electrică și tehnologie, de comunicații, includ: perii electrice de colectoare electrice, Elektrougli utilizate în lămpi și cuptoare electrice, electrozi - in celule galvanice, membrane de carbon, pulberi de carbon. Din cărbune face rezistențe de înaltă impedanță, protecție la supratensiune pentru rețele de telefonie; produse de cărbune utilizate în vehicul electric. Materia primă pentru producția de produse carbonice electrice pot fi utilizate de negru de fum, grafit sau grafit gri. Pentru electrozii tija zdrobite masă cu un liant, care este folosit ca gudron de cărbune, și uneori sticlă de apă, presat prin muștiuc. Mult mai multe forme complexe sunt realizate în forme relevante. Proces de ardere de cărbune sunt goale. Arderea determină forma în care carbonul din produsul va fi. La temperaturi ridicate atins prin transfer carbon grafit artificial în formă, în care o astfel de proces este numit grafitirovaniya. Electrice și cărbunele este, de asemenea, utilizat sub formă de pulbere, de exemplu, la fabricarea de microfoane, și perii care sunt utilizate pe scară largă în...
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu