Фізико хімічні властивості міді та заліза

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Контрольна робота
з дисципліни «хімія та електроматеріали».
Варіант № 1
Заданіе1. Основні фізико-хімічні властивості міді, загальні відомості про метод отримання, основні області застосування.
Переваги міді, що забезпечують їй широке застосування як провідникового матеріалу, такі: 1) малий питомий опір (з усіх металів тільки срібло має дещо меншу питомий опір, ніж мідь), 2) досить висока механічна міцність; 3) задовільна в більшості випадків застосування стійкість по відношенню до корозії (мідь окислюється на повітрі навіть в умовах високої вологості значно повільніше, ніж, наприклад, залізо, інтенсивне окислення міді відбувається тільки при підвищених температурах); 4) добре обробляється: мідь прокочується в листи, стрічки і простягається в дріт, товщина якої може бути доведена до тисячних часток міліметра; 5) відносна легкість пайки та зварювання.
У електровакуумним виробництві застосовують більш чисту мідь. Мідь ре кристалізується при температурі 270 ° С. Вплив відпалу на властивості міді такі, що при відпалі значніше змінюються механічні властивості міді і слабкіше змінюється її питомий опір. Як провідникової матеріал використовують тверду і м'яку мідь. При холодній протяжці отримують тверду мідь (МТ), яка завдяки впливу наклепу має високу межу міцності при розтягуванні (360 - 390 МПа) і мала відносне подовження перед розривом, а також володіє твердістю і пружністю при згині; дріт з твердої міді не пружинить. Якщо ж мідь піддавати відпалу, тобто нагріванню до кількох сотень градусів з наступним охолодженням, то вийде м'яка мідь (ММ), яка порівняно пластична, має малу твердість і невелику міцність (260 - 280 МПа), але дуже великий подовження при розриві і більш високу питому провідність.
Мідь отримують найчастіше шляхом переробки сульфідних руд. Після низки плавок руди і обжигов з інтенсивним дуттям мідь, призначена для електротехнічних цілей, обов'язково проходить процес електролітичної очищення. Отримані після електролізу катодні пластини міді переплавляють у болванки масою 80-90 кг, які прокочують і простягають у вироби потрібного поперечного перерізу. При виготовленні дроту, болванки спершу піддають гарячої прокатки в так звану катанку діаметром 6,5-7,2 мм; потім катанку протравлюють в слабкому розчині сірчаної кислоти, щоб видалити з її поверхні окис міді CuO, що утворилася при нагріванні, і потім вже простягають без підігріву в дріт потрібних діаметрів - до 0,03-0,02 мм.
Тверду мідь вживають там, де треба забезпечити особливо високу механічну міцність, твердість і опірність стирання; для контактних проводів, для шин розподільних пристроїв, для колекторних пластин електричних машин та ін
М'яку мідь у вигляді дротів круглого і прямокутного перерізу застосовують головним чином як струмопровідних жил кабелів і обмотувальних проводів, де важлива гнучкість і пластичність (не повинна пружинити при згині), а не міцність.
Завдання № 1 (провідникової матеріал).
Визначити опір дротяного резистора, виконаного з мідного дроту завдовжки 10 метрів і перерізом 0,05 мм 2
Рішення:
Опір постійному струму мідного дроту прямо пропорційно довжині дроту і назад пропорційного площі поперечного перерізу:


Де R - опір в Ом,
- Питомий опір міді (0,01754 мкОм × м),
l - довжина провідника (10 м),
S - площа поперечного перерізу провідника (0,05 мм 2).
Підставляючи значення у формулу, отримаємо:



Завдання 2.Основні фізико-хімічні властивості полістиролу, загальні відомості про метод отримання, основні області застосування.

Полістирол [СН (С6Н5) СН2] n - твердий прозорий матеріал. Він є неполярних діелектриком, з чим і пов'язані його високі електроізоляційні властивості. Основними параметрами полістиролу є: r = 14 жовтня -10 15 Ом × м, нагревостойкость 70-80 ° С, холодостійкість -60 ° С, межа міцності при розтягуванні 35-60 МПа, щільність 1,05 Мг / м 3. Температура розм'якшення полістиролу складає + (70-85) ° С. Відносна діелектрична проникність полістиролу 2,4 ... 2,6. Недоліками його є: крихкість при знижених температурах, схильність до поступового утворення поверхневих тріщин, мала стійкість до дії розчинників (зокрема, рідких вуглеводнів) і невисока нагревостойкость.
Полімеризація стиролу призводить до утворення довгих ланцюгів, побудованих з ланок - СН (С6Н5) СН2 -; окремі ланцюга практично не пов'язані між собою поперечними зв'язками. Хоча можна отримувати і ізотактичного ланцюга, в яких всі бензольні кільця розташовані на одній стороні ланцюга, такий полімер занадто крихкий для більшості практичних цілей. Тому в промисловості отримують в основному атактичний полістирол, в молекулах якого бензольні кільця орієнтовані хаотично. У силу міцності зв'язків між бензоловими кільцями полімерного ланцюга та обумовлених ними труднощів при русі одного ланцюга щодо іншої полістирол менш гнучким, ніж поліетилен. Втім, еластичний полістирол можна отримати за допомогою пластифікаторів. Нерегулярний характер структури полімерних ланцюгів і невпорядкованість їх упаковки в твердому полімері зумовлюють високу прозорість чистого полістиролу. Бензольні кільця надають полістиролу чутливість до дії ультрафіолетового чи іншого високоенергетичного випромінювання, тому зазвичай в полістирол вводять добавки антиоксидантів. Такі добавки особливо необхідні, якщо полістирол призначений для виготовлення кріплень для ламп денного світла, тому що останні частково генерують і ультрафіолетове випромінювання. Якщо полістирол не захищений антиоксидантами, то вже на сонячному світлі він швидко жовтіє і руйнується. У промисловості полістирол застосовують для виготовлення каркасів високочастотної ізоляції, завдяки малому значенню кута діелектричних втрат. Удароміцний полістирол застосовують для виготовлення каркасів індуктивності котушок, підстав і ізоляторів для ізоляції приладів, корпусів радіоприймачів, телевізорів.
Завдання № 2. (Діелектричний матеріал)
Розрахувати ємність плоского конденсатора і допустиме пробивну напругу, де в якості діелектрика використовується полістирол з геометричними розмірами 0,5 х5х5 мм.
Рішення:
Ємність плоского конденсатора розраховується за формулою:


- Діелектрична постійна (+0,0885);
- відносна діелектрична постійна полістиролу (2,55);
S - площа паралельних пластин (0,25 см 2);
d - товщина діелектрика (0,05 см).
Підставляючи вихідні дані у формулу, отримаємо:


Допустиме пробивну напругу розраховується за формулою:
Де Рреактдоп = 0,5 Вт - допустима реактивна потужність;
f = 10000Гц - частота змінного струму;
З-ємність конденсатора, Ф.

Підставляючи вихідні дані у формулу отримаємо:
Завдання 3.Основні фізико-хімічні властивості заліза і низьковуглецевої сталі, загальні відомості про метод отримання, основні області застосування.
Низьковуглецева сталь - це сталь із вмістом вуглецю менше 0,1%, виплавляється в електричних або мартенівських печах. Випускається у вигляді листів товщиною 0,2-4 мм, марок Е, ЕА, ЕАА, ЕП355, ЕП620.
Найбільшою мірою погіршують магнітні властивості матеріалу домішки вуглецю і сірки. Їх зміст не повинен перевищувати сотих часток відсотка. Сталь надходить від підприємства - виробника в не отожженном стані з посередніми магнітними властивостями. Високі магнітні властивості (проникність індукція насичення і ін) матеріал набуває в результаті спеціальної термообробки, яка полягає в повільному нагріванні до 900 ° С, тривалій витримці (2-4 години) і повільному охолоджуванні (не більше 40 ° С за годину) до 600 ° С. Для оберігання від окислення матеріал весь цикл термообробки знаходиться або в захисному середовищі, що оберігає метал від окислення, або в активному середовищі (азот + водень), що забезпечує додаткове очищення сталі від домішок. У результаті термообробки, крім очищення матеріалу відбувається збільшення розмірів окремих кристалічних зерен, скорочення кількості зерен в одиниці об'єму і внаслідок цього поліпшення магнітних властивостей матеріалу.
Магнітні властивості сталей цих марок після термообробки характеризуються такими параметрами:
m мах = 3500-4500, Н з = 64-96 А / м, b 2,5 = 1,65.
Цей матеріал відрізняється низькою вартістю, технологічністю, легко обробляється і штампується, має в той же час порівняно високими магнітними властивостями в постійних магнітних полях. У змінних магнітних полях через низький електричного опору порядку 0,1 мкОм × м в цих сталях виникають великі втрати на вихрові струми, особливо при великих значеннях індукції. Це обмежує застосування листових низьковуглецевих сталей на низьких частотах переважно областю слабких магнітних полів. З них виготовляють, наприклад, сердечники трансформаторів, деталі реле, елементи магнітних електричних і індукційних приладів.
Завдання № 3. (Магнітний матеріал)
Розрахувати індуктивність котушки з числом витків 50 і розмірами сердечника діаметром 5 мм і висотою 10 мм, виконаного з заліза або вуглецевої сталі.
Рішення: Індуктивність котушки з заданими параметрами сердечника із заданого матеріалу розраховується за формулою:


Де-магнітна постійна (12,6),
- Початкова магнітна проникність матеріалу (600),
W - кількість витків (50),
S c - площа перерізу магнітного матеріалу (см 2),
l c - середня довжина магнітних силових ліній.

Для розрахунку площі перерізу скористаємося формулою
Де D - діаметр сердечника в сантиметрах.
l c »h серд - висота сердечника (1 см)

Підставивши дані у формулу, отримаємо:
Завдання 4. Зонна теорія власного напівпровідника.
Напівпровідники, у відомому сенсі, займають проміжне положення між традиційними провідниками і діелектриками. З точки зору зонної теорії власні напівпровідники можуть розглядатися як діелектрики з дуже вузькою забороненою зоною. Найбільш поширеними представниками власних напівпровідників є кристали кремнію і германію. При понад низьких температурах такі кристали проявляють діелектричні властивості, оскільки електрони виявляються нездатними подолати вузьку заборонену зону, що відокремлює їх від зони провідності. Однак, навіть кімнатних температур виявляється достатньо для того, щоб вказаний енергетичний бар'єр виявився переборним для електронів. У результаті частинки, що перейшли в наступну дозволену зону (зону провідності) набувають здатність прискорюватися електричним полем і, отже, переносити струм.
При переході електрона в зону провідності із заповненої зони (валентної зони) у зону провідності в першій залишається незаповнені місце, яке легко може отримати будь-яку електрон з тієї ж зони. У результаті утворилася вакансія набуває можливість пересуватися в межах валентної зони. Її поведінка багато в чому нагадує поведінку частки з позитивним зарядом.
Для спрощення опису ансамблю з великої кількості електронів у майже заповненої валентної зоні часто виявляється більш зручним стежити за наявними вакансіями, розглядаючи їх як деякі гіпотетичні частинки - дірки (простим гідромеханічним аналогом дірки може служити пляшечку у склянці з газованим напоєм). Не є реальними об'єктами природи дірки, часто мають досить екзотичними властивостями. Так їх ефективна маса не обов'язково повинна виражатися позитивним числом, а часто виявляється тензорної величиною. Поряд з фотонами дірки представляють собою квазічастинки, що вводяться в теорію на основі аналогій з формулами, що описують поведінку реальних об'єктів. Подібно позитивним часткам дірки прискорюються електричним полем і вносять свій внесок у провідність напівпровідникових кристалів.
Відзначимо, що електрони провідності так само є квазічастинками. З точки зору квантової механіки всі електрони кристала є принципово нерозрізненними, що робить безглуздими спроби відповіді на питання, який саме електрон перейшов в зону провідності. Електричний струм у кристалі обумовлений вельми складною поведінкою всіх без винятку наявних у ньому електронів. Однак описують це поведінка рівняння виявляють близьку схожість з рівняннями руху лише дуже невеликого числа заряджених частинок - електронів і дірок.
Поряд з напівпровідниками з власною провідністю існують домішкові напівпровідники. Останні отримують впровадженням у кристали власних напівпровідників (що складаються з атомів чотиривалентний елементів) домішок з трьох або п'яти валентних атомів (донорні та акцепторні домішки відповідно). Через малих концентрацій атомів домішок їх енергетично рівня в зони не розщеплюються. У результаті виявляються на домішкових рівнях електрони і дірки не мають рухливість. З точки зору енергетичної схеми не бере участь в утворенні валентних зв'язків п'ятий електрон атома донорної домішки виявляється на рівні в безпосередній близькості від зони провідності і легко переходить в цю зону. Утворюється при цьому дірка виявляється локалізованої поблизу атома домішки. Т.ч. в домішкових напівпровідниках донорного типу переважно реалізується електронний характер провідності. У напівпровідниках з акцепторної домішкою ситуація виявляється точно протилежною. Атом третьої групи захоплює якого бракує для утворення хімічного зв'язку електрон у чотиривалентний сусідів. У результаті у валентній зоні виникають рухомі дірки, які є носіями зарядів в таких системах.
При контакті домішкових напівпровідників з електронної та діркової провідністю виникає прикордонний шар, що володіє випрямними властивостями - т.зв. pn - перехід. В даний час напівпровідникові випрямлячі практично витіснили їх електровакуумні аналоги.
Два pn - переходу, розділених вузькою напівпровідниковим проміжком з домішкової провідністю утворюють транзистор - найпростішу напівпровідникову структуру, що володіє підсилювальними властивостями.
Список використаної літератури:
1. Н.П. Богородицький, В.В. Пасинків, Б.М. Тареев. Електротехнічні матеріали, 1977р.;
2. Р. М. Терещук, К.М. Терещук, С.А. Сєдов. Напівпровідникові Приймально-підсилювальні пристрої. Довідник радіоаматора, 1989р.;
3. П. Еткінс. Молекули, 1991р.;
4. М.М. Калінін та ін Електрорадіоматеріали, 1981р.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Контрольна робота
33.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Фізико-хімічні властивості міді та заліза
Фізико хімічні властивості бензину
Фізико-хімічні властивості бензину
Склад і фізико-хімічні властивості молока
Склад та фізико хімічні властивості молока
Кристалоквазіхімія дефектів Фізико хімічні властивості легованих к
Фізико-хімічні властивості йоду та його сполук
Фізико хімічні властивості йоду та його сполук
Фізико-хімічні та механічні властивості діелектриків та їх класифікація
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru