Руководство по изучению дисциплины
В соответствии с учебным планом Минвуза РФ дисциплина «Материаловедение» изучается студентами специальности 190900 на 2 курсе дневного отделения и 3 курсе заочного отделения, согласно таблице 1
|
|
Дневная форма |
Заочная форма |
|
Количество часов на дисциплину
Количество часов работы студентов с преподавателем: всего в т. ч. лекции лабораторные работы практические работы число контрольных работ форма контроля знаний |
90
46 34 12 – – зачет |
60
34 16 12 6 1 зачет |
«Маршрутная карта» студентов, изучающих дисциплину «Материаловедение» приведена на рис. 1.
Электронный учебник (ЭУ) «Материаловедение» в частности электротехнические материалы, предназначен для систематизации и закрепления теоретических знаний, полученных студентами в процессе их подготовки по данной дисциплине, а студентам, начинающим изучать этот курс, поможет в усвоении наиболее важных его вопросов.
Электронный учебник «Материаловедение» включает в себя следующие разделы (модули): «Проводниковые материалы», «Полупроводники», «Диэлектрики» и «Магнитные материалы».
Порядок изучения разделов курса может быть любым и зависит как от промежуточных результатов, так и от желания самого обучаемого.
Рис. 1. «Маршрутная карта» студентов, изучающих дисциплину
«Материаловедение»
Каждый из разделов состоит из информационной и контролирующей части. Контролирующая часть включает в себя серии задач и контрольных вопросов. В случае необходимости пользователю может быть представлена информация, содержащая рекомендации по решению задач, ответы к ним, а также список литературы (с указанием страниц), которую необходимо проработать для успешного выполнения работы и выработки у студента системного знания об электротехнических материалах.
Проводники
|
Тема 1. Природа проводимости и основные характеристики проводниковых материалов Тема 2. Теплопроводность металлов Тема 3. Термоэлектродвижущая сила Тема 4. Зависимость удельного электрического сопротивления металлов от температуры Тема 5. Электрические характеристики сплавов Тема 6. Классификация проводниковых материалов Тема 7. Материалы высокой проводимости Тема 8. Сплавы высокого сопротивления Тема 9. Контактные материалы Тема 10. Сверхпроводники Тема 11. Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) Тема 12. Криопроводники |
1.1. Природа проводимости и основные характеристики проводниковых материалов
Из проводниковых материалов - твердых тел, жидкостей и газов в электротехнике наиболее часто применяют металлы и сплавы. Согласно классической теории (Друде, Лоренц) металлы можно рассматривать как кристаллический остов, состоящий из положительных ионов, погруженный в среду из свободных коллективизированных электронов, называемую “электронным газом” или “электронной жидкостью”. Наличие свободных делокализованных электронов обусловливает высокую пластичность, характерный блеск металлов, высокую электро- и теплопроводность.
Если к проводнику приложить внешнее напряжение, то свободные электроны, совершающие тепловые колебания со средней скоростью порядка 10 м/с, приобретут некоторую добавочную скорость направленного движения (несколько мм в секунду), что вызывает протекание электрического тока. Плотность тока j связана с напряженностью электрического поля Е формулой
j = γE(1.1)
которая известна, как дифференциальная форма закона Ома. Здесь γ— удельная проводимость в сименсах на метр. Удельное сопротивление ρ=1/γ измеряется в Ом·м или во внесистемных единицах Oм·мм2/м. Предпочтительными являются единицы СИ—мкОм·м. Связь между единицами удельного сопротивления 1 Ом·м=106мкм·м=106Oм·мм2/м. Согласно классической теории металлов
γ=e2·n·1/(2·m·vт),
(1.2),
где е—заряд электрона,п—концентрация свободных электронов, 1 —
средняя длина свободного пробега между двумя соударениями с узлами решетки, т—масса электрона, vт— средняя скорость теплового движения свободного электрона.
Квантово - механическоеописание учитывает, что электрон обладает
свойствами, как частицы, так и волны, поэтому в идеальной периодической решетке электронные волны не рассеиваются. В реальных кристаллах строгая периодичность нарушается примесями, дефектами решетки и тепловыми колебаниями ионов.
Уточненное выражение для удельной проводимости выглядит так
=у2·n2/3·1/h·(8/3)1/3, (1.3)
где h-постоянная Планка.
Основные характеристики проводниковых материалов:
1) удельная электрическая проводимость или удельное электросопротивление (ρ=1/)
2) температурный коэффициент удельного сопротивления — Ткр;
3) коэффициент теплопроводности т;
4) контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила;
5) предел прочности при растяжении при относительное удлинение при разрыве Δ1/1.