Лекция №2 2-модуль. Основные радиоматериалов

Лекция №2
2-модуль. Основные радиоматериалов.
Тема2. Влияние свойств на радиоматериалы. Электрические свойства радиоматер-
иалов. Тепловые свойства радиоматериалов.  Механические свойства радиоматериалов.
Основные понятия о структуре и строения радиоматериалов и радиокомпонентов. Классификация материалов по электрическим и магнитным свойствам. Общее понятие о строение веществ.
План:

1. 
   Классификация материалов по электрическим свойствам
   
2. 
   Классификация магнитных материалов по магнитным свойствам
   
3. 
   Строение атома
   

I. В процессе изготовления и в различных условиях эксплуатации на электроматериалы воздей­ствуют электрическое и магнитное поля в отдельности и совместно. По поведению в электрическом поле эти материалы подразделяют на проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические.
Классификация электроматериалов по электрическим свойствам основана на представлениях зонной теории электропроводности твердых тел. Сущность этой теории состоит в следующем.
В изолированном атоме электроны вращаются вокруг ядра на определенных орбитах. На каждой орбите может находиться не более двух электронов. Каждой орбите соответствует строго определенное значение энергии, которой может обладать электрон, т. е. каждая орбита представляет собой опреде­ленный энергетический уровень. Под воздействием притяжения по­ложительно заряженного атомного ядра электроны стремятся занять ближайшие к ядру уровни с минимальным значением энергии. Поэтому нижние энергетические уровни оказываются заполненными электронами, а верхние уровни - свободными. Электрон может скачкообразно перейти с нижнего энергетического уровня W1 на другой свободный уровень W2 (рис. 2.1). Для этого электрону необходимо сообщить дополнительную энергию  . Если свободных уровней в атоме нет, то электрон не может изменить свою энергию, поэтому не участвует в создании электропроводности.
В кристаллической решетке, состоящей из нескольких атомов, отдельные энергетические уровни расщепляются на подуровни, ко­торые образуют энергетические зоны (см. рис. 1). При этом рас­щепляются свободные и заполненные энергетические уровни. Зона, заполненная электронами, называется валентной. Верхний уровень валентной зоны обозначается Wv. Свободная зона называется зо­ной проводимости. Нижний уровень зоны проводимости обознача­ется Wc. Промежуток между валентной зоной и зоной проводимос­ти называют запретной зоной  W. Значение запретной зоны существенно влияет на свойства материалов.

Рисунок 1.
Диаграмма энергических уровней изолированного атома (1) и твердого тела (2).
Если  W равна или близка к нулю, то электроны могут перейти на свободные уровни благодаря собственной тепловой энергии и увеличить проводимость вещества. Вещества с такой структурой энергетических зон относят кпроводникам. Типичными проводниками являются металлы.
Если значение запретной зоны превышает несколько электрон-вольт (1 эВ - энергия электрона, полученная им при перемещении между двумя точками электрического поля с разностью потенциалов 1В), то для перехода электронов из валентной зоны в зону про­водимости требуется значительная энергия. Такие вещества относят к диэлектрикам.Диэлектрики имеют высокое удельное электрическое сопротивление.
Если значение запретной зоны составляет 0,1...0,3 эВ, то электроны легко переходят из валентной зоны в зону проводимости благодаря внешней энергии. Вещества с управляемой проводимостью относят к полупроводникам.
Проводниковые материалы служат для проведения электричес­кого тока.
Обычно к проводникам относят вещества с удельным электрическим сопротивлением р менее  Ом*м.
Диэлектрические материалы обладают способностью препятствовать прохождению тока.
К диэлектрическим материалам относят вещества с удельным электрическим сопротивлением р более 10⁷ Ом*м. Благодаря высо­кому удельному электрическому сопротивлению их используют в качестве электроизоляционных материалов.
В зависимости от структуры и внешних условий материалы могут переходить из одного класса в другой. Например, твердые и жидкие металлы - проводники, а пары металлов - диэлектрики; типичные при нормальных условиях полупроводники германий и кремний при воздействии высоких гидростатических давлений становятся проводниками; углерод в модифи­кации алмаза - диэлектрик, а в модификации графита - проводник.
Полупроводниковые материалы обладают проводимостью, с помощью которой можно управлять напряжением, температурой, освещенностью и т.д.
Удельное электрическое сопротивление полупроводников со­ставляет  Ом*м.
Основным свойством вещества по отношению к электрическо­му полю является электропроводность.
Электропроводность характеризуется удельной электрической проводимостью  и удельным электрическим сопротивлением р:
(2)
J - плотность тока; y - удельная электрическая проводимость, См/м; Eнапряженность электрического поля, В/м; р = 1 /y - удельное электрическое со­противление, Ом-м.
Значения удельной электрической проводимости у и удельного электрического сопротивления р у разных материалов существен­но различаются. В сверхпроводящем состоянии удельное электри­ческое сопротивление материалов равно нулю, а у разреженных газов стремится к бесконечности.
II. В зависимости от магнитных свойств материалы разделяют на диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Количественно магнитные свойства материалов принято оценивать по их магнитной восприимчивости λ = М/Н, где М - намагниченность вещества; Н - напряженность магнитного поля.