Зависимость намагниченности ферромагнетиков от температуры. Точка Кюри.

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 13Следующая ⇒

Поскольку разница в энергиях между намагниченным и ненамагниченным состояниями составляет лишь несколько десятых электронвольт, то повышение температуры образца (энергия теплового движения ~ kT) может уничтожить намагничивание доменов. При температуре, называемой точкой Кюри, намагниченность доменов исчезает и ферромагнетик превращается в парамагнетик. Температура Кюри для различных веществ имеет строго определенные значения.

Когда внешнее поле отсутствует, при температурах ниже точки Кюри устойчивому состоянию ферромагнетика соответствует существование отличной от нуля намагниченности, уменьшающийся с ростом температуры. При температуре, соответствующей точке Кюри, намагниченность исчезает - вещество теряет ферромагнитные свойства.
При сильном электростатическом взаимодействии между электронами взаимодействующих атомов намагниченное состояние, то есть наличие самопроизвольной намагниченности становится энергетически выгодным вследствие возникновения сил обменного взаимодействия между некомпенсированными спинами 3d подуровней недостроенных оболочек.
Для системы N атомов, каждый из которых имеет Z ближайших соседей, при условии параллельного расположения всех спинов (y=1) энергия обменного взаимодействия
E_обм=-N*Z*A, где А - интеграл обменного взаимодействия.

При определенной температуре, называемой температурой Кюри θ, существует равенств тепловой энергии и энергии обменного взаимодействия. При температурах больше θ, энергия обменного взаимодействия будет меньше энергии теплового движения атомов, которая разориентирует элементарные магнитные моменты, и ферромагнетик теряет доменную структуру, переходит в парамагнитное состояние.
Температура Кюри характеризует уровень обменного взаимодействия. Чем выше θ, тем больше интеграл обменного взаимодействия:
А=K* θ/z,
Где k - константа Больцмана; z - координационное число.

Неорганические конструкционные материалы

По молекулярному строению неметаллические конструкционные материалы подразделяются на органические и неорганические. Примерами неорганических материалов являются графит, стекло, керамика, оксиды металлов и неметаллов и т.п. В их состав могут входить практически все элементы периодической системы, и их соединения. Среди положительных качеств: тепло– и химическую стойкость, высокую твердость и прочность, обычно негорючи, многие огнеупорны, в отличие от органических материалов не подвержены старению. Как правило, хрупкие, «боятся» резких скачков температур, довольно плотные и прочность на растяжение в несколько раз ниже прочности на сжатие.

Графит – материал из атомов С, которые образуют слоистый кристалл. 4 электрона на внешней оболочке С образуют 3 ковалентные связи и 1 металлическую. Прочные ковалентные связи объединяют атомы в атомные плоскости. Между собой атомные плоскости связаны слабыми Ван-дер-ваальсовыми силами. Отсюда прочность графита перпендикулярно атомным плоскостям весьма малая. Одна металлическая связь придает ему хорошую электропроводность.

Рекордсмен термостойкости. Встречается в природе в естественном виде, а также получается искусственным путем. Проводящие свойства графита используются при изготовлении из него щеток электродвигателей, генераторов. Теплостойкость – при изготовлении сильно нагревающихся деталей конструкций летательных аппаратов и их двигателей.

44 Керамика. Химический состав, строение, применение.

— неорганический материал, получаемый путем обжига при высокой температуре. Первоначально керамикой называли обожженную глину. В результате обжига или спекания формируется структура материала, состоящая из кристаллической и аморфной фазы, с газовыми включениями или порами. В результате изделия приобретает необходимые физико-механические свойства. Кристаллическая фаза - основа керамики, определяет значения механической прочности, термостойкости и других свойств. Аморфная фаза находится в керамике в виде прослоек стекла, связывающих кристаллическую фазу. Стеклообразующие компоненты облегчают технологию изготовления изделий. Газовая фаза - газы в порах керамики. По количеству этой фазы керамику подразделяют на плотную и пористую. Наличие пор как правило нежелательно, т.к. снижается механическая прочность и др. свойства материала.

Большинство видов технической керамики обладает плотной спекшейся структурой поликристаллического строения. По химическому составу: оксидная и бескислородная.

Керамика на основе оксидов

В производстве оксидной керамики используют в основном следующие оксиды: А1₂О₃ (корунд), SiO₂, ZrO₂, MgO, и др. Высокоогнеупорная. Обладает значительно большей прочностью при сжатии, чем прочностью при растяжении или изгибе.

Корундовая керамика (на основе А1₂О₃) облад. прочностью, к-рая сохраняется при высоких t. По прочности корунд занимает второе место. Керамика химически стойка, отличный диэлектрик. В электротехнике изготавливают изоляторы, платы. В машиностроении высокоскоростные резцы, калибры, подшипники печных конвейеров, детали насосов, свечи зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Керамику с плотной структурой используют в вакуумной технике, пористую – как термоизоляционный материал. В корундовых тиглях проводят плавку металлов.

Керамика на основе оксида циркония (ZrO₂) имеет малую теплопроводность. Используется для изготовления огнеупорных тиглей для плавки металлов.

Керамика на основе оксида бериллия (BeO)отличается высокой теплопроводностью, что сообщает ей высокую термостойкость. Прочность невысокая. Применяется в качестве вакуумной керамики в ядерных реакторах.

Бескислородная керамика.К тугоплавким бескислородным соединениям относятся соединения элементов с углеродом — карбиды, с бором — бориды, с азотом — нитриды, с кремнием — силициды и с серой — сульфиды. Эти соединения отличаются высокими огнеупорностью, твердостью, износостойкостью и химической стойкостью по отношению к агрессивным средам. Их недостатком является хрупкость.

Карбиды. Керамика из карбида кремния — карборунд SiC обладает полупроводниковыми свойствами, жаростойкостью, твердостью, устойчивостью к кислотам. При подключении к нему электрического напряжения, протекает значительный ток, и материал греется. Используют для изготовления нагревательных стержней из карбокорунда.

Силицидытоже полупроводники, отличаются окалиностойкостью, стойкостью к действию кислот и щелочей. Изготовливают лопатки газовых турбин, сопловые вкладыши реактивных двигателей.

Бориды обладают металлическими свойствами, электропроводность высокая. Износостойки, тверды, стойки к окислению. В технике дибориды тугоплавких металлов (TiB₂, ZrB₂ и др.). Диборид циркония используют для изготовления термопар, работающих при высокой температуре в агрессивной среде. Покрытия из боридов повышают твердость, химическую стойкость и износостойкость изделий.

Нитриды. Неметаллические нитриды - огнеупорными материалами, имеют низкие теплопроводность и электропроводность.

Задачи.

1) расчет коэф-та заполнения для простой кубич. решетки.

k-число соседних атомов. k=6 – координационное число. z=(Vатомов/Vячейки)*100%. Vат=V₀*N. Vяч=a³. V₀=4/3*π*r³ (для одного атома). N=8*1/8=1. Один атом в узле занимает 1/8 объёма всей ячейки, всего атомов 8. a=2r, r/a=1/2. z=(4 π*r³*N)/(3 a³)=4/3 π N*(r/a)^3=4/3*3,14*1/8=0,52 или 52%.

2)для ОЦК рассмотрим сечение, проходящее через диагонали основанийN=8*1/8+1 (То же кол-во, что и в обычной +1 в центре) 4r=(a²+2a²)^(1/2), 4r=(3a²)^(1/2), 4r=a*корень(3), r=a*кор(3)/4, r/a=кор(3)/4. z=Vат/Vяч=4/3* π*2*(Кор(3)/4)^3=0,68 или 68%. К=8, т.к. атомы в узлах между собой не соприкасаются, соседними атомами для атома А (рис) будут 8 центральных атомов.

3)Для ГЦК N=1/8*8+3=4 (Атомы, находящиеся в центре граней, проникают в ячейку наполовину, всего их 6). 4r=a*кор(2), r/a=кор(2)/4. z=Vат/Vяч=0,74 или 74% Координационное число для ГЦК к=12

4)Индексы Миллера. Для узлов V [½ ½ ½]. Для направлений такие же, как и для узлов [110] и [220] – одно и то же направление. Для плоскостей (D/a D/b D/c) D – НОК. (h k l). a=2 b-1 c=3. D=6. 6/2 6 6/3 (362) индекс плоскости. Ещё пример для плоскости. [1/2 0 0] [0 1/3 0] [0 0 2] – отрезки, ч/з которые проходит пл-ть. 1/a 1/b 1/c: 2 3 1/2 D=2, (461) индекс плоскости.

5) Расчёт скорости движения электронов в металлах

I=Q/t, Q- элементарн. заряд, переносимый эл-нами. Q=Nq, N- число электронов. N=V S n t, n-концентрация электронов в Ме, S- пл-дь сеч-я, q-заряд эл-на. Q=V*S*n*t*q. I= V*S*n*t*q/t= V*S*n*q => V=I/(q*n*S)

Для медного провода: S=1,5 mm^2, I=1A V-? M-моляр. масса, n_a-конц-ция атомов, m-масса атома. M=N*m, ρ=M/V=N*m/V=na/m, na=n(свобод электронов)/z, z-валентность.

Для меди z=1, na=n_св.эл. M/N_a=m_ат, n_св.эл.= ρ*N_a/M V=I*M/(q* ρ*N_a*S) – Дрейфовая скорость (скорость направленного движения, мм/с!!!)

6) Рассчитать время движения электрона от выключателя до лампы по медному проводнику длиной 10м., сечением 1,5 мм^2, по которому протекает ток 1А. t=l/V, V=I/(qnS), t=lqnS/I

7) Расчёт тепловой скорости движения электронов. Eкин=(m_e*V^2)/2, Eтепл=3/2 kT, (m_eV^2)/2=3/2 kT, V=кор(3kT/m_e) – тепловая скорость (скорость хаотического движения) при t=20град или 293К Vтепл=кор(3*1,38*10^(-23)/9,1*10^(-31))=115км/с. Vсвета=3*10^8км/с. Скорость распространения электронов – скорость света.

Содержание

1. Межатомное взаимодействие. Влияние энергии межатомного взаимодействия на свойства материалов.

2. Кристаллическое строение твердых тел. Типы кристаллических решеток.

3. Типы химических связей между атомами. Влияние типа химической связи на свойства материалов.

4. Кристаллическое строение твердых тел. Координационное число. Коэффициент заполнения.

5. Точечные дефекты кристаллической решетки, их влияние на свойства материалов.

6. Линейные дефекты кристаллических решеток. Влияние линейных дефектов на свойства материалов.

7. Поверхностные дефекты кристаллических решеток и их влияние на свойства материалов.

8. Объемные дефекты кристаллов и их влияние на свойства материалов.

9. Определение индексов Миллера плоскостей и направлений в кристаллах.

10. Электропроводность металлических сплавов. Закономерности Курнакова.

11. Влияние пластической деформации на свойства металлических материалов: механические, электрические, магнитные.

Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 2064; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8 9 101112 13 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!