Курс лекций Волгоград 2011 (075. 8) Ю 16
жүктеу/скачать 8.66 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Предисловие
- Лекция 1. Физические основы строения веществ
|
Н. Г. Юдин, Н. Ю. Шевченко Материаловедение. Технология конструкционных материалов 
МИНистерство ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ГОУ ВПО «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Н. Г. Юдин, Н. Ю. Шевченко Материаловедение. Технология конструкционных материалов Курс лекций 
Волгоград 2 УДК 620.22(075.8) Ю 16
Рецензенты: д. т. н., профессор Г. Г. Угаров; коллектив кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Саратовского государственного технического университета (зав. кафедрой – д. т. н., профессор И. И. Артюхов) Юдин, Н. Г. Материаловедение. Технология конструкцион-ных материалов: курс лекций / Н. Г. Юдин, Н. Ю. Шевченко; ВолгГТУ, Волгоград, 2011. – 116 с. ISBN 978-5-9948-0656-2 Рассматривается влияние химического состава, фазового и структурного состояния на свойства проводниковых, полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов. Курс лекций предназначен для студентов направления 140200.62 «Электроэнергетика». Ил. 64. Библиогр.: 28 назв. Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета ISBN 978-5-9948-0656-2 Волгоградский государственный технический  университет, 2011
ПредисловиеНаучно-технический прогресс тесно связан с разработкой и применением новых материалов. Не случайно даже историческая хронология строится по названиям материалов – каменный век, медный век, бронзовый век, железная эра. По мере накопления знаний и умений людей появлялись новые материалы. Настоящее время называют веком полупроводников, веком полимеров, веком сверхпроводников и нанотехнологий. Даже понятие «век информационных и компьютерных технологий» неотделимо от материалов, поскольку только прогресс в области материаловедения позволил создать и компьютеры, и линии их связи (нанотехнологии). Количество разработанных к настоящему времени материалов настолько велико, что перечисление только свойств и характеристик сплавов на основе железа (сталей) занимает несколько томов. Между тем, все материаловедение базируется на понимании взаимодействия атомов и молекул и на понимании того, как внешние условия влияют на это взаимодействие. Иначе говоря, в основе материаловедения лежат знания физики и химии, и применение знаний, полученных при изучении этих предметов, для анализа разнообразных технических процессов позволяет правильно выбрать материал, наиболее подходящий для каждого конкретного случая. В данном пособии сделана попытка показать применение знаний по физике и химии к выбору материалов, используемых для разнообразных электрических машин и аппаратов. Лекция 1. Физические основы строения веществ1.1. Межатомное взаимодействие Любой материал представляет собой продукт взаимодействия огромного количества атомов, и свойства материала зависят от характера взаимодействия этих атомов. Зная характер взаимодействия атомов, можно прогнозировать свойства материалов. Поскольку взаимодействие множества атомов анализировать достаточно сложно, вначале для простоты рассмотрим взаимодействие двух атомов. Между двумя атомами действует сила притяжения. Помимо силы притяжения, между атомами действует и сила взаимного отталкивания, которая обратно пропорциональна расстоянию в степени n, где n больше 2. Складывая силы притяжения и отталкивания, получаем результирующую силу взаимодействия двух атомов (рис. 1.1а). При расстоянии между атомами, равном r0, силы притяжения и отталкивания взаимно компенсируют друг друга, результирующая сила взаимодействия равна нулю, и это расстояние является наиболее устойчивым.
Рис. 1.1. Зависимость сил взаимодействия между атомами (а) и энергии потенциального взаимодействия (б) от расстояния между атомами Оценим энергию потенциального взаимодействия двух атомов как работу с обратным знаком по перемещению иона из бесконечности в данную точку. Геометрическое интегрирование дает зависимость, показанную на рис. 1.1б. Мы видим, что при минимальной энергии потенциального взаимодействия расстояние между соседними ионами равно r0. На рис. 1.1б кривая потенциального взаимодействия (или потенциальная кривая) асимметрична, поэтому при росте температуры среднее расстояние между атомами увеличивается и линейные размеры тел становятся больше.
Рис. 1.2. Зависимость энергии потенциального взаимодействия (Wp) от расстояния между атомами (x) для случая взаимодействия множества атомов В том случае, когда взаимодействует множество атомов, смещение любого из них приводит к росту энергии системы. Поэтому потенциальную кривую можно представить в виде периодической функции (рис. 1.2). При минимуме энергии системы расстояния между атомами одинаковы и равны r0. Вдоль любого направления расстояния будут равны r0, хотя эти расстояния по разным направлениям будут различными. Расстояние между атомами вдоль какого-либо направления принято обозначать а. Для перехода атома из одного равновесного положения в другое требуется повышение энергии. Поэтому в том случае, когда энергия системы минимальна или незначительно отличается от минимальной, атомы не могут перемещаться из одного положения в другое и мы имеем дело с твердым телом. При воздействии на тело силовых полей (электрического, механического, магнитного) частицы тела смещаются из равновесных положений. При этом могут реализовываться три случая. 1. Под действием поля ни одна из частиц не переходит через потенциальные барьеры. При исчезновении поля частицы возвращаются в исходные положения. В этом случае мы имеем дело с упругими безгистерезисными процессами: упругой деформацией, упругой поляризацией и т. д. 2. Под действием поля некоторые слабо связанные частицы перебрасываются из одного положения в другое. После снятия внешнего воздействия под влиянием теплового движения или внутренних напряжений устанавливается состояние, статистически эквивалентное исходному. 3. Если внешнее поле перемещает частицы через потенциальные барьеры, достаточно высокие по сравнению с тепловой энергией материала, то при снятии внешнего воздействия частицы в исходные положения не возвращаются, появляется остаточный эффект (пластическая деформация металлов, получение постоянных магнитов, электретов и т. д.).
жүктеу/скачать 8.66 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
