материаловедение. Эл тех материаловедение (1). Решение Ток утечки равен

• Название: Решение Ток утечки равен
• Анкор: материаловедение
• Дата: 17.01.2023
• Размер: 203.5 Kb.
• Имя файла: Эл тех материаловедение (1).doc
• Тип: Задача; #890553

ЗАДАЧА 1
К образцу прямоугольной формы из диэлектрического материала размерами а x b и толщиной h приложено постоянное напряжение U. Напряжение подводится к граням ab, покрытыми слоями металла.

Требуется определить:

ток утечки,

мощность потери на постоянном напряжении U,

удельные диэлектрические потери на постоянном напряжении U,

удельные диэлектрические потери при включении образца на переменное напряжение U при частотах f₁, f'₂, f₃ .

Исходные данные:

а = 200,00 мм

b = 300,00 мм

h = 1,20 мм

U = 0,70 кВ

f₁ = 30,00 Гц

f'₂ = 30,00 кГц

f₃ = 3,00 МГц

ε - диэлектрическая проницаемость = 1,18

ρ - удельное объёмное сопротивление = 0,50^.10¹⁶ Ом м

ρ_s - удельное поверхностное сопротивление = 1,00^.10¹⁶ Ом м

tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь = 2,10^.10^-4
Решение:

Ток утечки равен

I_ск = I_v + I_s, (1)

где I_v - объемный ток,

I_s – поверхностный ток

Объемный ток равен

I_v = , (2)

где R_v - объемное сопротивление образца прямоугольной формы

R_v = ρ ^. = 0,50^.10^{16 .} = 1^.10¹³ Ом (3)

Таким образом

I_v = = 7 ^. 10^-11 А

Поверхностный ток равен

I_s = , (4)

где R_s - поверхностное сопротивление образца прямоугольной формы

R_s = ρ_s^{. .} = 1,00^.10^{16. .} = 26,72^.10¹⁰ Ом (5)

Таким образом

I_s = = 2,62^. 10^-9 А

Подставляя полученные значения I_v и I_s в формулу (1), определим ток утечки

I_ск = 7 ^. 10^-11 + 2,62^. 10^-9 = 2,69^. 10^-9 А

Мощность потерь при постоянном напряжении определим по формуле

Р₌ = U ^. I_ск = 700 ^. 2,69^. 10^-9 = 18,83^. 10⁷ Вт (6)

Определим удельные диэлектрические потери

р₌ = , (7)

где V = a x b x h – объём образца диэлектрика

V = 0,2 ^. 0,3 ^. 0,0012 = 7,2^. 10^-6 м³

Отсюда

р₌ = = 2.61 ^. 10^-13 Вт /м³

При включении образца на переменное напряжение диэлектрические потери пропорциональны емкости. Емкость определим по формуле:

С= , (8)

где ε₀ - электрическая постоянная, равная 8,85^.10^-12 Ф/м;

S = a х b – площадь диэлектрика, м²

S = 0,2 ^. 0,3 = 0,06 м²

Отсюда

С= = 7,96^. 10^-13 Ф

Диэлектрические потери на переменном напряжении определяются по формуле

Р_Д = U^{2 .} ω ^. C ^. tgδ, (9)

где ω = 2πf – циклическая частота, рад/с.

Для заданных частот циклическая частота составит

ω₁ = 2^.3,14^. 30 = 188,4 рад/с

ω₂ = 2^.3,14^. 30^. 10³ = 188,4^. 10³ рад/с

ω₃= 2^.3,14^. 3 ^.10⁶ = 18,84^. 10⁶ рад/с

Таким образом, для заданных частот диэлектрические потери на переменном напряжении составят

Р_Д1 = 700^{2 .} 188.4^. 7,96^. 10^{-13 .} 2,10 ^.10^-4 = 1,54^. 10 ⁸ Вт

Р_Д2 = 700^{2 .} 188,4^. 10^3. 7,96^. 10^{-13 .} 2,10 ^.10^-4 = 15,42^. 10 ⁶ Вт

Р_Д3 = 700^{2 .} 18,84^. 10^6. 7,96^. 10^{-13 .} 2,10 ^.10^-4 = 1,54 ^. 10 ³ Вт
Вывод:

На основе полученных данных можно судить о том что поверхностный ток значительно превышает объемный. Так же можно отметить как диэлектрические потери возрастают при увеличении частоты приложенного напряжения. Диэлектрические потери имеют важное значение для материалов, используемых в установках высокого напряжения, в высокочастотной аппаратуре и особенно в высоковольтных, высокочастотных устройствах, поскольку значение диэлектрических потерь пропорционально квадрату приложенного к диэлектрику напряжения и частоте. Материалы, предназначенные для применения в этих условиях, должны отличаться малыми значениями угла потерь и диэлектрической проницаемости. Большие диэлектрические потери в электроизоляционных материалах вызывают сильный нагрев изготовленного из него изделия и могут привести к его тепловому разрушению

ЗАДАЧА 2

Исходные данные

Наименование проводникового материала

0. Биметалл

2. Константан

1. Дайте определение проводника.

2. Приведите практическую классификацию проводниковых материалов.

3. Назовите основные параметры проводников и кратко поясните их физический смысл.

4. Для заданных материалов приведите числовые значения этих параметров.

5. Кратко опишите сами материалы, укажите основные области их применения.
Решение

1. Проводниками электрического тока называются вещества, основными электрическими свойствами которых является высокая электропро­водность. Их удельное сопротивление при нормальной температу­ре лежит в пределах от 0,016 до 100 мкОм^.м.

2. Металличе­ские проводниковые материалы подразделяются на следующие основные группы.

Металлы высокой проводимости, имеющие удельное сопро­тивление р при нормальной температуре не более 0,05 мкОм^.м.

Сверхпроводники— это материалы (чистые металлы и сплавы), удельное сопротивление которых при весьма низких температурах, близких к абсолютному нулю, скачком уменьшается до ничтожно малой величины.

Высокотемпературные сверхпроводники(ВТСП) — это про­водники, имеющие температуру перехода в сверхпроводящее со­стояние выше 30 К.

Криопроводники— это металлические проводники высокой проводимости, удельное сопротивление которых плавно снижается при понижении температуры и при криогенных температурах (Т<-195 °С) становится гораздо меньше, чем при нормальной тем­пературе без перехода в сверхпроводящее состояние.

Сплавы высокого сопротивленияс ρ при нормальной темпера­туре не менее 0,3 мкОм^.м. Металлы и сплавы высокого сопротив­ления применяются для изготовления резисторов, электронагрева­тельных приборов, нитей ламп накаливания и т.п.

Металлы и сплавы различного назначения.К ним относятся тугоплавкие и легкоплавкие металлы, а также металлы и сплавы для контактов электрических аппаратов.

Проводники могут быть ещё неметаллическими, жидкими и газообразными.

3. Температурный коэффициент удельного сопротивления ме­таллов. С ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути дрейфа электронов под действием электрического поля. Это приводит к тому, что уменьшается сред­няя длина свободного пробега электрона, уменьшается подвиж­ность электронов и, как следствие, уменьшается удельная прово­димость металлов и возрастает удельное сопротивление. Температурный коэффициент удельного сопротивления ме­таллов показывает изменение удельного сопротивления проводника при изменении его температуры на 1 К, отнесенное к величине удельного сопро­тивления этого проводника при данной температуре.

Теплоемкостьхарактеризует способность вещества поглощать теплоту при нагреве. Теплоемкостью какого-либо физического тела называют величину, равную количеству тепловой энергии, поглощаемой этим телом при нагреве его на 1 К без из­менения его базового состояния. Отношение теплоемкости к массе тела называют удельной теплоемкостью.

Теплопроводность- перенос тепловой энергии в неравномерно нагретой среде в результате теплового движения и взаимодействия составляющих ее частиц. Перенос теплоты в лю­бой среде или каком-либо теле происходит от более горячих частей к холодным. В результате переноса теплоты происходит выравни­вание температуры среды или тела. В металлах перенос тепловой энергии осуществляется электронами проводимости.

Температура и теплота плавления.Теплота, поглощаемая твердым кристаллическим телом при переходе его из одной фазы в другую, называется теплотой фазового перехода. В частности, теплота, поглощаемая твердым кристаллическим телом при пере­ходе его из твердого состояния в жидкое, называют теплотой плавления, а температура, при которой происходит плавление (при постоянном давлении), называется температурой плавления .

Термоэлектродвижущая сила (тсрмоЭДС). При соприкос­новении двух различных металлических проводников между ними возникает контактная разность потенциалов, которая обусловлена разностью значений работы выхода электронов из различных металлов.

Температурный коэффициент линейного расширения про­водников (ТКЛР). Этот коэффициент показы­вает относительное изменение линейных размеров проводника и, в частности, его длины в зависимости от температуры. При нагревании проводника на величину его сопротивления оказывают влияние два фактора, действующие в противоположных направлениях: увеличение удельного сопротив­ления р и увеличение сечения провода.

Работа выхода электрона из металла — это работа по преодолению потен­циального барьера на границе металл—вакуум. Чтобы электрон мог вылететь из металла, он должен обладать определенной энергией, достаточной для того, чтобы преодолеть силы притяжения поло­жительных зарядов, находящихся в металле, и силы отталкивания со стороны ранее вылетевших из металла электронов.

Биметалл

Биметалл, металлический материал, состоящий из 2 слоев разнородных металлов или сплавов (например, сталь и алюминий, сталь и ниобий, алюминий и титан, титан и молибден и др.). Применяют для повышения прочности и жаростойкости конструкций, снижения их массы с целью экономии дорогостоящих и дефицитных металлов или как материал со специальными свойствами. Например, в электро- и радиотехнике распространение биметалла обусловлено тем, что плотность переменного тока падает от периферии проводника к его середине, поэтому иногда целесообразно поверхность провода из более дешёвого материала (сталь, алюминий) покрывать хорошим проводником (медь, серебро). Применение биметалла в приборостроении основано на использовании различных значений температурных коэффициентов расширения металлов, из которых состоят биметаллические пластины. В машиностроении из биметалла изготовляют детали машин и механизмов (например, втулки подшипников).

Биметалл изготовляют главным образом одновременной прокаткой (или прессованием) двух заготовок различных металлов (или сплавов). Распространены также заливка легкоплавкого металла по тугоплавкому и погружение тугоплавкого металла в расплавленный легкоплавкий металл. При гальваническом способе слой более ценного металла наносят электролитически. Более твёрдые — дорогие и дефицитные — сплавы наплавляют на сталь электронагревом (при производстве режущего инструмента, штампов и пр.).

В некоторых случаях для уменьшения расходов цветных металлов в проводниковых конструкциях выгодно применять так называемый проводниковый биметалл. Это сталь, покрытая снаружи слоем меди, причем оба металла соединены друг с другом прочно и непрерывно по всей поверхности их соприкосновения. Для изготовления биметалла применяют два способа: горячий (стальную болванку ставят в форму, а промежуток между болванкой и стенками формы заливают расплавленной медью; полученную после охлаждения биметаллическую болванку подвергают прокатке и протяжке) и холодный, или электролитический. Холодный способ обеспечивает равномерность толщины медного покрытия, но требует значительного расхода электроэнергии; кроме того, при холодном способе не обеспечивается столь прочное сцепление слоя меди со сталью, как при горячем способе.

Константан

Константан – это сплав на основе меди (58-60%) с большим содержанием никеля (32-40%) и незначительной долей легирующего компонента – марганца (1-2%). Плавится он при температуре 1260 ᵒС. Плотность константана составляет 8,9 г/см3.

Название он получил благодаря своему постоянному оммическому сопротивлению, значение которого остается неизменным даже при воздействии значительных температур. Например, если измерить этот параметр при температуре 20 ᵒС (его значение 0,48 мкОм×м), а после этого провести стабилизирующий отжиг константана, данные останутся неизменными. Повыситься температурный коэффициент омического сопротивления, но не само омическое сопротивление.

Константан – это твердый сплав, твердость которого составляет 650-720 МПа, но, после проведения стабилизирующего отжига, её значение понижается до 400-500 МПа. Недостатком данного материала является невысокая термо-ЭДС, которая находится в приделах от 40 до 50 мкВ/ᵒС. При нагреве на поверхности константана, особенно при контакте с медью, появляются паразитные токи, которые искажают показания, что является недопустимым в приборах с высокой точностью. Из-за этого недостатка область применения данного сплава ограничена. В высокоточном приборостроении отдают предпочтение манганину.

Чаще всего константан представлен проволокой, диаметр которой представлен целым рядом стандартных значений в приделах от 0,03 мм до 5 мм, и лентой, толщина которой превышает 0,1 мм. В паре с медью константан используется редко, что объясняется его недостатком – невысокой термо-ЭДС. Сплав применяют в процессах, рабочая температура которых не превышает 500 ᵒС. Константан, в качестве отрицательного электрода, используют в паре с железом, медью и хромелью, из которых изготавливают положительные электроды. Из данного сплава производят компенсационные провода, нагревательные приборы, реостаты.

ЗАДАЧА 3
Исходные данные

Наименование полупроводниковых материалов:

0. Германий

2. Терморезистор

1. Дайте определение полупроводника.

2. Приведите классификацию полупроводниковых материалов.

3. Укажите, от каких факторов зависит электропроводность полупроводников.

4. Кратко опишите заданный материал, укажите области его использования.

5. Укажите назначение полупроводникового прибора, опишите принцип его действия.

6. Укажите полупроводниковые материалы, используемые в данном приборе.

Решение

1. К полупроводникам относят вещества, которые характеризуются сильной зависимостью удельного сопротивления от воздействия внешних факторов (температуры, электрического поля, света и т.д.). Удельное сопротивление полупроводников может изменяться в широких пределах ( Омсм). Они, как и металлы, об­ладают электронной электропроводностью, которая при нормаль­ной температуре меньше, чем у проводников, но больше, чем у диэ­лектриков.

2. Полупроводники, использующиеся на практике, можно разде­лить на простые и сложные. Полупроводники, образованные ато­мами одного химического элемента, называют простыми. Полу­проводники, образованные атомами двух или большего числа хи­мических элементов, называют сложными.

Сложные полупроводники разделяются на химические соедине­ния и композиции (комплексы).

Полупроводниковыми химическими соединениями являются соединения элементов разных групп таблицы Менделеева, напри­мер, бинарные соединения, соответствующие общим формулам A^IVB^IV (например, карбид кремния SiC), AⁱⁿB^v (антимонид индия InSb, арсенид галлия GaAs, фосфид галлия GaP), A"B^IV (сульфид свинца PbS, теллурид кадмия CdTe, ZnSe), а также некоторые окси­ды (например, Cu₂0) и вещества сложного состава.

К полупроводниковым композициям или полупроводниковым комплексам относятся материалы с полупроводящей или проводя­щей фазой, например, из карбида кремния и графита, сцепленных глинистой, стеклянной, керамической или другой связкой. Наибо­лее распространенными из них являются вилит, тирит, силит и др.

3. Электропроводность полупроводников в большой степени за­висит от внешних энергетических воздействий, а также от различ­ных примесей, иногда в ничтожных количествах присутствующих в полупроводнике. Наличие в кристаллах полупроводника даже небольшого коли­чества примесей, как правило, увеличивает электропроводность по­лупроводника и изменяет характер ее температурной зависимости.

В отличие от проводников, у полупроводников при уменьшении температуры их удельная электрическая проводимость уменьшает­ся и при стремлении температуры к ⁰К полупроводники прекраща­ют проводить электрический ток. Они становятся диэлектриками.

Электропроводностью полупроводников можно управлять по­средством воздействия на них температуры, света, ядерного излу­чения, электрического и магнитного поля и механических усилий. Зависимость проводимости от названных выше факторов положена в основу принципа действия терморезисторов (термисторов), фото­резисторов, нелинейных резисторов (варисторов) и тензорезисторов.

0. Германий

Германий- элемент четвертой группы периодической системы элементов Менделеева. Германий имеет ярко-серебристый цвет. Температура плавления германия 937,2° С. В природе он встречается часто, но в весьма малых количествах. Присутствие германия обнаружено в цинковых рудах и в золах разных углей. Основным источником получения германия является зола углей и отходы металлургических заводов.

Полученный в результате ряда химических операций слиток германия еще не представляет собой вещества, пригодного для изготовления из него полупроводниковых приборов. Он содержит нерастворимые примеси, не является еще монокристаллом и в него не введена легирующая примесь, обусловливающая необходимый вид электропроводности.

Для очистки слитка от нерастворимых примесей широко применяется метод зонной плавки. Этим методом могут быть удалены лишь те примеси, которые различно растворяются в данном твердом полупроводнике и в его расплаве.

Германий обладает большой твердостью, но чрезвычайно хрупок и раскалывается на мелкие куски при ударах. Однако при помощи алмазной пилы или других устройств его можно распилить на тонкие пластинки. Отечественной промышленностью изготовляется легированный германий с электронной электропроводностью различных марок с удельным сопротивлением от 0,003 до 45 ом х см и германий легированный с дырочной электропроводностью с удельным сопротивлением от 0,4 до 5,5 ом х см и выше. Удельное же сопротивление чистого германия при комнатной температуре ρ = 60 ом х см.

Германий как полупроводниковый материал широко используется не только для диодов и триодов, из него изготовляются мощные выпрямители на большие токи, различные датчики, применяемые для измерения напряженности магнитного поля, термометры сопротивления для низких температур и др.

2.Терморезистор

Терморезисторы (термисторы) - это резисторы, сопротивление которых сильно изменяется в зависимости от температуры. Термисторы изготавливаются на основе полупроводникового материала и имеют нелинейную вольт-амперную характеристику. Термисторы с положительным температурным коэффициентов сопротивления (ТКС) называются позисторами. Благодаря чувствительности к температуре термисторы используются для измерения температуры и построения систем управления температурой в технологическом и лабораторном оборудовании.

Терморезисторы изготавливаются на основе полупроводникового оксида металлов, спрессованного для получения заданной формы. Механическая прочность и защита от воздействий окружающей среды обеспечивается с помощью металлического корпуса или защитного изолирующего слоя. Термисторы имеют нелинейную вольт-амперную характеристику и очень высокую температурную чувствительность по сравнению с другими типами датчиков температуры. Типовое значение ТКС для термисторов составляет -5% на градус, в то время как для платинового термопреобразователя (RTD) он составляет 0,4% на градус.

Типовой диапазон температур термисторов достаточно узок (-60...+150 С), для некоторых образцов он расширен до (-60...+300 С).

При протекании тока через терморезистор он нагревается, что увеличивает погрешность измерений. Поэтому при выборе терморезистора необходимо учитывать его коэффициент рассеяния, который определяется как мощность, приводящая к нагреву терморезистора на 1 градус относительно температуры окружающей среды. Для снижения погрешности, вызванной собственным разогревом термистора, необходимо увеличивать площадь его поверхности, однако это приводит к увеличению тепловой инерционности, которая характеризуется величиной постоянной времени. Постоянная времени терморезистора равна времени, в течение которого его температура изменяется в е раз (на 63%) при перенесении термистора из воздушной среды с температурой 0 град. Цельсия в воздушную среду с температурой 100 град. Типовые значения постоянных времени лежат в диапазоне от десятых долей секунды до нескольких минут.

В связи с сильной нелинейностью температурной зависимости терморезисторы не могут быть использованы без компенсации нелинейности (линеаризации) их характеристики. Для этой цели используют нелинейные аппроксимирующие функции, коэффициенты которых подбирают методом наименьших квадратов или другими методами параметрической идентификации. Этот недостаток термисторов сильно ограничивал их применение до появления средств измерения температуры, построенных на базе компьютера. Применение компьютера позволяет легко скомпенсировать нелинейность программным путем. Эта особенность увеличила интерес к применению термисторов в последние годы и инициировала дальнейшие исследования в направлении улучшения их стабильности, точности и взаимозаменяемости. По существу термисторы представляют собой полупроводниковую керамику. Они изготавливаются на основе порошков окислов металлов (обычно окислов никеля и марганца), иногда с добавкой небольшого количества других окислов. Порошкообразные окислы смешиваются с водой и различными связующими веществами для получения жидкого теста, которому придаётся необходимая форма и которое обжигается при температурах свыше 1000 ^оС. Приваривается проводящее металлическое покрытие (обычно серебряное), и

подсоединяются выводы. Законченный термистор обычно покрывается эпо сидной смолой или стеклом или заключается в какой-нибудь другой корпус.

ЗАДАЧА 4
Исходные данные

Альсифер Н (кА/м) 0,01; 0,02; 0.03; 0,04: 0.05; 0,06

В (Тл) 1,44; 1,50; 2,10; 2,60: 3,00; 3,40
Сплав ЮНДК24 Н (кА/м) 0;00; 10,0; 20,0; 30,0; 40,0; 44,0

В (Тл) 1,23; 1,22; 1.17; 1,03; 0,80; 0,00

Дайте определение магнитного материала. Приведите классификацию магнитных материалов. Назовите основные параметры магнитных материалов и кратко поясните их физический смысл. Кратко опишите сами материалы, определите их место по приведенной классификации. Приведите примерные числовые значения основных магнитных параметров заданных материалов. Назовите основные области использования заданных материалов.

Рассчитайте и постройте зависимости магнитной проницаемости µ от напряженности магнитного поля Н (для магнитно-мягкого материала), магнитной индукции В от магнитной энергии W_L (для магнитно-твердого материала).

Магнитным называется материал, используемый в технике с учетам его магнитных свойств. Магнитные материалы в электрических машинах и аппаратах выполняют роль проводников магнитного потока, или, как их называют, магнитопроводов. Они же могут служить и ис­точниками магнитного потока.

По своим свойствам магнитные материалы делятся на магнитно-мягкие и магнитно-твердые. Магнито-мягкие материалы — это такие материалы, которые обладают высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис. Они исполь­зуются в качестве магнитопроводов (сердечников) вращающихся электрических машин, трансформаторов, электромагнитов и в из­мерительных приборах, когда необходимо при наименьшей затра­те энергии достигнуть наибольшей индукции.

К магнитно-твердым относятся материалы, имеющие большую коэрцитивную силу.

Основные параметры:

- плотность магнитного потока, магнитная индукция (В). Векторная величина, которая в каждой точке поля имеет свое абсолютное значение. Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением северного полюса магнитной стрелки, помещенной в данную точку магнит­ного поля. Величина магнитной индукции определяет силу, действующую на проводник с током, и значение индуктированной ЭДС в движу­щемся проводнике.

- напряжённость магнитного поля (Н). Магнитодвижущая сила, приходящаяся на единицу длины линии магнитного поля.

- безразмерный коэффициент к_мназывается магнитной воспри­имчивостьювещества. Он характеризует способность материала намагничиваться в магнитном поле.

- относительная магнитная проница­емость является важной практической характеристикой магнитных материалов. Она показывает, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость данного материала больше абсолютной магнитной проницаемости вакуума, которая равна магнитной постоянной.
На магнитные характеристики железа сильное влияние оказывают содержащиеся в нем примеси различных элементов. Особенно сильное влияние на ухудшение характеристик Н_си μrоказывает углерод С. Поэтому технически чистое железо должно содержать не более 0,1 % примесей углеро­да, серы, марганца, кремния и других элементов. В том числе при­месей углерода должно быть не более 0,025 %. Технически чистое железо имеет сравнительно низкое удельное электрическое сопро­тивление (ρ = 1^.10^-7 Ом^.м) и высокое значение индукции насыщения (B_s = 2,18 Тл). На практике оно используется довольно редко, в основном для магнитопроводов постоянного магнитного пото­ка, в которых не возникают установившиеся переменные вихревые токи. Его используют также в виде магнитной фазы в магнитодиэлектриках.

Альсиферы это тройные сплавы, состоящие из железа, кремния и алюминия. Оптимальный состав альсифера 9,5% Si; 5,56% Al остальное Fe. Такой сплав отличается твердостью и хрупкостью, но из него могут быть изготовлены фасонные отливки. Основные свойства альсифера µ_{r н} 35 500, µ_{r max}= 120 000, H_c = 1.8 Λ/м. ρ=0.8 мкмОм·м. Такие характеристики получаются только в лабораторных условиях при строгом соблюдении указанного выше состава. Промышленные образцы имеют более низкие характеристики.

Магнитные экран и другие изделия из альсифера изготавливаются методом литья с толщиной стенок не менее 2-3 мм из-за хрупкости сплава. Эта особенность ограничивает применение данного материала. Благодаря хрупкости альсифера его можно размалывать в порошок и использовать наряду с карбонильным железом в качестве ферромагнитной фазы в магнитодиэлектриках
ЮНДК 24 (Ю-алюминий, Н-никель, Д-медь, К- кобальт ) относится к группе магнито-твёрдых материалов.Изготавливаются основе сплава Al-Ni-Co-Fe. По сравнению с ферритовыми магнитами  имеют гораздо большее значение индукции насыщения и, соответственно, остаточной индукции. Хотя коэрцитивная сила магнитов системы ЮНДК  значительно меньше, чем у ферритов,  магнитнная энергия их выше и произведение (ВН) макс достигает у лучших марок  значений 60-70 кДж/м³. К  преимуществам магнитов ЮНДК можно отнести высокую температурную стабильность в интервале температур до 550°С. По сравнению с магнитами из SmCo магниты  ЮНДК более дёшевы.
Изготавливаются магниты ЮНДК методом литья из расплава,  основным компонентом которого является железо. При этом, если охлаждение расплава идет равномерно со всех сторон, то  образуется  равноосная кристаллическая структура,если охлаждение идет с одной стороны  (литьё на охлаждаемую подложку) образуется  столбчатая структура.  Направленность структуры  позволяет повысить индукцию насыщения в направлении  роста кристаллов и ,соответственно, уровень магнитной энергии. Высококоэрцитивное состояние сплавов ЮНДК достигается специальной термообработкой   отлитых изделий : нагревом до температуры 1210-1280 ˚С, последующим охлаждением с определённой скоростью до температуры 770 - 815  ˚С, выдержкой при этой температуре  в магнитном поле напряжённостью 200 -280 кА/м для наведения магнитной анизотропии; дальнейшим  охлаждением до температуры 600 - 670  ˚С и выдержкой  при последней в течении  2-20 часов. Именно  в этот период и происходит образование структуры с высокой коэрцитивной силой,так называемый спинодальный распад. Конкретные режимы охлаждения и отпуска зависят от состава сплава.
Типичное содержание компонентов  в сплавах с высокими  магнитными свойствами  изменяется в следующих пределах: Аl -7-10%, Ni — 12 -15 %, Cu -3-4%,  Co -18 -40%. Чем больше Со , тем выше индукция насыщения и магнитная энергия сплава. Добавка Ti  от 2 до 8% и Nb  порядка 1% способствуют получению большей коэрцитивной силы.Добавка Si  в количестве 0,5 -1 % обеспечивает изотропию магнитных свойств.
Литые магниты из сплавов системы ЮНДК в силу  относительно низкой коэрцитивной силы и высокой остаточной индукции целесообразно применять в магнитных системах с малыми зазорами и в конструкциях без особых требований в весу и габаритам.

Рассчитаем и построим зависимость магнитной проницаемости µ от напряженности магнитного поля Н µ = f(Н) для Альсифера для заданного ряда В и Н по формуле:

μ = ,

где μ₀ – постоянная магнитная, равна 4π^.10^-7.

μ = =11.4 ^.10^-7


Последующие расчеты производятся по аналогичной формуле
В 1,44; 1,50; 2,10; 2,60; 3,00; 3,40

Н 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06

μ 11,4^.10⁷ 5,9^.10⁷ 5,5^.10⁷ 5,1^.10⁷ 4,7^.10⁷ 4,5^.10⁷
График зависимости магнитной проницаемости µ от напряженности магнитного поля Н (для Альсифера)




Рассчитаем и построим зависимость магнитной индукции В от удельной магнитной энергии W_L B = f(W L ) для сплава ЮНДК24 для заданного ряда В и Н по формуле:

W_L =
W_L = =0
Последующие расчеты по этой же формуле:
Н 0,0; -10,0; -20,0; -30,0; -40,0; -44,0

В 1,23; 1,22; 1,17; 1,03; 0,80; 0,00

W_L 0 - 6.1 -11.7 -15,4 -16 0

График магнитной индукции В от магнитной энергии WL (для сплава ЮНДК 24)



Вывод:

Исходя из вышеизложенных данных, а так же при изучении графиков зависимостей можно сказать что проницаемость магнито-мягкого материала уменьшается при увеличении напряжения магнитного поля.

Магнитная проницаемость материалов для постоянных магнитов ниже, чем магнитных материалов, причем чем выше коэрцитивная сила, тем меньше магнитная проницаемость
Литература
1. Методические указания для выполнения расчетно-графических работ (РГР) «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ». Кульмановский А. И., Титов А. Ф. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2012. - 12с.

2. Серебряков Л.С. Электротехническое материаловедение. Проводниковые, полупроводниковые и магнитные материалы: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. – М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2008. – 372 с.

3. Богородицкий Н.П.. Пасынков В. В., Тареев Б. М. Электротехнические материалы. 7-е изд. JL: Энергоатомиздат. 1985.