Электротехнические материалы Теория конструктивных материалов

К физико-химическим характеристикам диэлектриков относятся: кислотное число, вязкость, водопоглощаемость. Кислотное число — это количество миллиграммов едкого калия, необходимое для нейтрализации свободных кислот, содержащихся в 1 г диэлектрика. Кислотное число определяется у жидких диэлектриков, компаундов и лаков. Эта величина позволяет оценить количество свободных кислот в диэлектрике, а значит, степень их воздействия на органические материалы.

Сверхпроводники

Явление сверхпроводимости открыто в 1911 г. Камерлинг-Оннесом, обнаружившем, что ртуть, охлажденная до температуры жидкого гелия (4.4К), полностью теряет электрическое сопротивление. Позднее было установлено, что сверхпроводимость возможна в олове, свинце и других металлах. К настоящему времени известно 35 металлов и более тысячи сплавов и химических соединений различных элементов, обладающих сверхпроводимостью.

Возникновение сверхпроводящего состояния связывается с тем, что при температурах ниже точки перехода электрон локально искажает решетку, создавая область притяжения для другого электрона, при этом силы притяжения между ними будут превосходить силы отталкивания. Такие электронные пары будут находиться в одном квантовом состоянии. Результатом коллективного поведения пар является рассеяние отдельного электрона на примесях и переход в сверхпроводящее состояние.

Критическая температура. У чистых монокристаллов переход в сверхпроводящее состояние совершается очень резко, занимая интервал температур меньший одной тысячной градуса. Переход в сверхпроводящее состояние зависит от структуры кристаллической решетки. Например, белое олово обладает сверхпроводимостью, серое - нет. Среди чистых веществ сверхпроводимость наблюдается в алюминии, кадмии, индии, галии.

Критическое магнитное поле (критическая индукция). Сверхпроводящее состояние разрушается магнитным полем, когда магнитная индукция превосходит некоторое критическое значение, зависящее от материала сверхпроводника и температуры. Экспериментально обнаружено, что критическое поле (Нкр) достаточно хорошо аппроксимируются параболами типа

Нкр = Но ( 1 - (Т/Ткр)2) ,

где Но - критическое поле при абсолютном нуле, Ткр - температура сверхпроводящего перехода.

Зависимость критического поля от температуры по сути представляет собой фазовую диаграмму сверхпроводника. Металл будет находиться в сверхпроводящем состоянии при любой комбинации температуры и приложенного магнитного поля, например точку А.

Критический ток. Так как суммарный импульс сверхпроводящих электронов не должен превышать некоторого определенного значения для любого сверхпроводника существует критическая плотность тока Jкр, выше которой сверхпроводимость разрушается. Например, если через цилиндрическую проволоку радиуса "а" в отсутствии внешнего поля пропускать ток J , на ее поверхности возникает магнитное поле напряженностью Н J , тогда ток:

J = 2 .. а .Н , а критический ток:

Jкр = 2 .. а .Нкр.

[Диаграмма]

Зависимость критического тока J кр от напряженности магнитного поля Н при продольном приложении поля к проводнику, показана на рисунке .

Эффект Мейсснера, обнаруженный в 1933г., состоит в вытеснении магнитного поля из объема сверхпроводящего тела или проводника.

Поверхностный ток, занимая тонкий слой вблизи поверхности сверхпроводника, создает магнитное поле, уничтожающее внутри сверхпроводника внешнее магнитное поле. Поэтому формально сверхпроводник ведет себя как идеальный диамагнетик.

Сверхпроводники первого, второго и третьего рода. Сверхпроводники первого рода - это чистые вещества, у которых наблюдается полный эффект Мейсснера (поля меньше 105 А/м). Сверхпроводники второго рода - это вещества, в которых эффект Мейсснера проявляется частично (поля больше, чем 107 - 108 А/м). Магнитное поле в них распределено в виде отдельных нитей, а сопротивление равно нулю, [Магнитное поле]

как и у сверхпроводников 1-го рода. К сверхпроводникам второго рода относятся в основном сплавы (из чистых металлов только ниобий, ванадий и технеций). Сверхпроводники третьего рода - это "жесткие" сверхпроводники в основном сплавы и химические соединения сверхпроводнков 2-го рода, содержащие дефекты структуры, служащие местами закрепления вихрей (центров пининга). Вихрь - это область сверхпроводника, в которую проникает внешнее магнитное поле. Каждый вихрь - это элементарный квант магнитного потока. Вихри образуют симметричную решетку, которая при жестком закреплении обеспечивает у сверхпроводников 3-го рода возможность получения больших критических токов. Например, в проводнике из станнида ниобия

Nb3Sn в полях с В=10Тл плотность тока может быть более 109 А/м2.

Прeждe всeгo, клaссифицируют элeктрoтexничeскиe материалы пo спoсoбнoсти прoвoдить электрический ток. Пoлупрoвoдникoвыe элeктрoизoляциoнныe и прoвoдникoвыe материалы рaзличaют пo этoму признaку. Извeстнo, чтo прoвoдить электрический ток материал спoсoбeн xaрaктeрным удельным электрическим сопротивлением (мoжнo прoстo удельным сопротивлением)