Электротехнические стали

Таблица 1.4

Марка сплава	Химический состав	Толщина мм
2421	Fe+4% Si	0,18
3425	Fe+4% Si	0,08
602634/2	Fe+4% Si	0,30
Для всех образцов	Ширина 8 мм	Длина 14 см

Маркировка электротехнических сталей согласно ГОСТ состоит из четырех цифр. Первая обозначает класс по структурному состоянию и виду прокатки, вторая – примерное содержание кремния, третья – группу по основной нормируемой характеристике. Три первые цифры в марке означают тип электротехнической стали, а четвертая – порядковый номер типа стали.

По структурному состоянию и виду прокатки сталь подразделяют на 3 класса: 1– горячекатанная изотропная, 2– холоднокатанная изотропная, 3– холоднокатанная анизотропная, с ребровой текстурой.

Вторая цифра в марке показывает примерное содержание кремния в процентах: 0 – до 0,4%; 1 – содержание в интервале 0,4…0,8%; 2 – 0,8…1,8%; 3 – 1,8…2,8%; 4 – 2,8…3,8%, 5 – 3,8…4,8%.

Некоторые предприятия выпускают электротехнические стали согласно ТУ.

Лабораторная работа №2

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Цель работы

Ознакомиться с методом экспериментального изучения температурной зависимости электропроводности твердых диэлектриков в поле постоянного напряжения.

Изучить характер температурной зависимости объемного удельного электрического сопротивления.

Определить энергию активации электропроводности.

Теоретическая часть

Электрическая проводимость твердых диэлектриков в основном обусловлена перемещением ионов. В общем виде, электропроводность любых веществ можно представить в виде:

g= nqm, (1)

где g - электропроводность;

n - концентрация носителей заряда;

q - величина заряда;

m - подвижность носителя, численно равная средней скорости направленного движения заряда в электрическом поле единичной напряженности.

Электропроводность диэлектриков при постоянном напряжении обусловлена перемещением легко подвижных зарядов. В материалах с ионной связью основными носителями зарядов являются ионы. Концентрация носителей заряда (подвижных ионов) зависит от энергии химической связи и от энергии теплового возбуждения. Иначе говоря, концентрация подвижных ионов зависит от физико-химической природы диэлектрика и от температуры.

Зависимость потенциальной энергии иона от его положения в пространстве можно описать периодической функцией (см. рис. 2.1).

В том случае, когда энергия системы минимальна, каждый ион находится в дне потенциальной ямы, то есть в наиболее устойчивом положении. Повышение энергии системы при нагреве материала приводят к тому, что ионы начинают колебаться относительно положения равновесия. Амплитуда колебаний определяется положением стенок потенциальной ямы.

С ростом температуры амплитуда колебаний ионов возрастает. Обмен квантами энергии колебаний - фононами - может привести к тому, что энергия какого-либо иона возрастает настолько, что ион преодолевает потенциальный барьер и перескакивает из одной потенциальной ямы в другую. Т.е. ион получает возможность перемещаться под действием внешнего электрического поля. Следовательно, при увеличении температуры вероятность появления подвижных носителей заряда возрастает.

Рис. 2.1. Зависимость потенциальной энергии иона от его пространственного положения в кристаллической решетке

Следует иметь в виду, что в кристаллических телах при выходе иона из узла кристаллической решетки на его месте появляется точечный дефект решетки – вакансия, незанятый узел решетки. Близлежащий ион может перескочить на свободное место и тогда вакансия исчезает в этом узле, но в соседнем узле кристалла появляется новая вакансия. Затем следующий ион переходит на место вакансии, и так далее. Таким образом, вакансия перемещается по кристаллу.

Присутствие в кристалле вакансий можно рассматривать как наличие подвижных носителей заряда, поскольку отсутствие иона в узле решетки эквивалентно присутствию нескомпенсированного заряда в этой точке кристалла. Поэтому вакансии являются основными носителями заряда в кристаллических ионных диэлектриках.

Для образования вакансий необходимо затратить энергию, равную глубине потенциальной ямы (приблизительно 1 электрон-вольт). При росте температуры концентрация вакансий возрастает в соответствии с выражением:

С_v=C_o exp(– E_a/kT), (2)

где С_v – концентрация вакансий;

С_о – константа;

Е_а – энергия активации,

k – постоянная Больцмана,

T – абсолютная температура.

Важно иметь в виду, что в реальных материалах часто присутствуют примеси. Поскольку размеры иона примеси отличаются от размеров ионов основного материала, то решетка вблизи иона примеси искажена, а следовательно, энергия таких ионов повышена. Поэтому энергия активации образования вакансий снижена.

Поскольку проводимость пропорциональна концентрации носителей заряда, то энергию активации можно вычислить из температурной зависимости проводимости:

g =А ехр(– Е_а/kT), (3)

где А – константа.

Прологарифмировав выражение (3), получаем:

ln g =lnA – E_a/kT. (4)

Т.е. имеется линейная зависимость между величинами lng и (1/T).

Исходя из этого можно разность логарифмов проводимости при двух температурах:

. (5)