Автор: Пользователь скрыл имя, 09 Октября 2012 в 20:24, курсовая работа
В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми пр оводниковыми материалами являются металлы и их сплавы.
Из металлических проводниковых материалов могут быть выделены металлы высокой проводимости, имеющие удельное сопротивление r при нормальной температуре не более 0,05 мкОм×м, и сплавы высокого сопротивления, имеющие r при нормальной температуре не менее 0,3 мкОм×м. Металлы высокой проводимости используются для проводов, токопроводящих жил кабелей, обмоток электрических машин и трансформаторов и т. п. Металлы и сплавы высокого сопротивления применяются для изготовления резисторов, электронагревательных приборов, нитей ламп накаливания и т. п.
Введение
Природа проводимости ………………………………………………….5
Свойства проводников …………………………………………………..8
Классификация проводниковых материалов …………………………..15
Материалы высокой проводимости …………………………………15
Материалы с высоким удельным сопротивлением для
резисторов и точных приборов .………………………………………...24
Жаростойкие материалы ……………………………………………..24
Контактные материалы ………………………………………………25
Сверхпроводники …………………………………………………….26
Криопроводники ……………………………………………………...43
Заключение ……………………………………………………………………...44
Список литературы ……………………………………………………………..46
К идеальным сверхпроводникам второго рода относятся такие металлы как ниобий, ванадий и технеций, а также сплавы и соединения с размером неоднородностей не больше атомного ядра. В свою очередь неидеальные сверхпроводники второго рода – это материалы (сплавы и соединения), имеющие в структуре дефекты или неоднородности, превышающие атомный размер.
В отличии от сверхпроводников первого рода, которые имеют фиксированное зн
Рисунок 3.9. Зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля для сверхпроводников второго рода
Из рисунка видно, что до значения Нк1 (первое критическое магнитное поле) материал ведет себя как сверхпроводник первого рода, затем в диапазонеНк1 – Нк2 находится в смешанном состоянии, при этом сверхпроводящие и нормальные области чередуются. Находясь в этом состоянии сверхпроводник сохраняет высокую проводимость, но при этом магнитное поле частично проникает в него. При напряженности магнитного поля выше Нк2 (второе критическое поле) образец переходит полностью в нормальное состояние.
При прохождении переменного тока через сверхпроводник второго рода наблюдается рассеивание энергии, в связи с чем значения Iк на переменном токе в 2 – 10 раз меньше, чем на постоянном. Но значения Тк и Вк(Нк) значитель
Смешанное состояние этих материалов допускает прохождение тока по всему объему сверхпроводника, в связи с этим плотность тока может достигать значений примерно 106 A/см2. С помощью введения химических и физических дефектов в структуру сверхпроводника (неидеальные сверхпроводники второго рода) можно существенно повысить критический ток.
Теория сверхпроводников второго рода была описана в работах В. Л. Гинзбурга, Л. Д. Ландау, А. А. Абрикосова, Л. П. Горькова (теория ГЛАГ). Согласно это теории при достижении напряженностью магнитного поля значения Нк1 в сверхпроводниковом образце образуются нормальные области в виде сложной нитевидной структуры «вихревая нить» (рисунок 3.10). Вихревая нить представляет собой цилиндр, погруженный в сверхпроводник, ось которого совпадает с направлением поля.
Рисунок 3.10. Смешанное состояние в сверхпроводнике
Внутри таких нитей магнитная индукция достигает максимального значения в центре и уменьшатся до нуля к поверхности. Подобное распределение магнитного поля обеспечивается круговыми токами, протекающими вокруг нитей. При увеличении внешнего магнитного поля число вихревых нитей возрастает, а расстояние между ними уменьшается. До тех пор, пока это расстояние достаточно велико, эффект сверхпроводимости будет сохраняться, но как только расстояние между нитями станет соизмеримым с размером куперовской пары, практически весь объем перейдет в нормальное состояние, при этом магнитное поле полностью проникнет в образец и сравняется с внешним (Нк2).
Особенностью, отличающей сверхпроводники второго рода, является значительное ограничение тока в поперечном магнитном поле, что объясняется взаимодействием между вихревыми нитями, оси которых совпадают с направлением магнитного поля, и токами в проводнике. Это взаимодействие характеризуется лоренцовой силой, направление которой перпендикулярно к току и магнитному полю. Эта сила называется «дрейф вихревых нитей», который сопровождается выделением энергии, вызывающей появление напряжения, которое именуется “напряжение течения потока”.
В неидеальных сверхпроводниках второго рода дефекты структуры сверхпроводн
Отметим, что критическая плотность тока может очень сильно (на несколько порядков) меняться в результате термомеханической обработки. При этом критическая температура Тк и второе критическое поле Нк2 могут практически не измениться. С помощью металлургической обработки можно добиться существенного увеличения критического тока. Например, проволоку из сплава Nb-Ti , используемую во многих сверхпроводящих устройствах, закаленную при 8000С подвергают кратковременному (порядка 30 минут) отжигу при температуре около 4000С. При этом сверхпроводящая матрица распадается с выделением микроскопических включений несверхпроводящей a-фазы. В результате критический ток возрастает на несколько порядков.
Следует отметить, что в таких материалах может наблюдаться явление скач
Рассматривая сверхпроводники в
Из рисунка 3.11 видно, что если увеличивать напряженность магнитного поля выше критической, а затем уменьшить поле до нуля, то в образце сохраняется остаточная намагниченность. Циклические изменения поля приводят к петле гистерезиса на кривых намагничивания. Мощность тепловыделения в сверхпроводниках второго рода прямо пропорциональна частоте переменного тока, потери зависят от амплитуды изменения поля и не зависят от формы кривой тока. Стоит отметить, что потери на переменном токе не пропорциональны квадрату действующего значения тока и поэтому не могут быть представлены в виде некоторого эффективного активного сопротивления.
Рисунок 3.11. Кривые намагничивания сверхпроводника
проводника второго рода
3.6 Криопроводники
Явление криопроводимости – это достижение металлами весьма малого значения удельного сопротивления при криогенных температурах, т.е. частный случай нормальной электропроводности металлов. Эффект Месснера в криопроводниках не наблюдается.
Наиболее широко в качестве криопроводников применяются чистые медь и алюминий (с 0,001% примесей). При температуре жидкого гелия у такого алюминия удельное сопротивление равно (1…2)·10-6мкОм·м. Минимальным сопротивлением при температуре жидкого азота, самого дешевого хладоагента, обладает бериллий. Применение криопроводников вместо сверхпроводников в электрических машинах, аппаратах и других электротехнических устройствах может иметь свои преимущества, к которым можно отнести: упрощение и удешевление тепловой изоляции; уменьшение мощности на охлаждение; плавное увеличение сопротивления при повышении температуры. Применяются криопроводники в основном для изготовления жил кабелей, проводов, работающих при температурах жидкого водорода (-252.6оС), неона (-245.7оС) и азота (-195.6оС).
Заключение
Удачное сочетание технически ценных свойств позволяет считать медь важнейшим металлом высокой проводимости. Однако существенным недостатком меди является дефицитность, обусловленная малой распространенностью в природе. В обычных атмосферных условиях медь довольно устойчива против коррозии, ибо химическая активность ее невелика. Механические свойства проводниковой меди резко зависят от ее состояния.
Алюминий – наиболее распространенный в природе металл. В связи с острой дефицитностью меди роль алюминия как проводникового металла высокой проводимости неуклонно возрастает. Достоинствами алюминия являются легкость, высокая электрическая проводимость, пластичность, хорошая технологичность, коррозионная стойкость. Тем не менее, алюминий существенно уступает меди в механической прочности.
Железо и сталь как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий к тому же высокой механической прочностью, представляет интерес для использования в качестве проводникового материала. Биметалл имеет механические и электрические свойства, промежуточные между свойствами сплошного медного и сплошного стального проводника того же сечения; прочность биметалла больше, чем меди, но электрическая проводимость меньше.
Сверхпроводниковые материалы м
Список литературы