1.Materiały przewodzące

Zależność prędkości elektr. od czasu

V_u- średnia pr. , prędkość unoszenia

Średni czas pomiędzy zdarzeniami, czas relaksji.

q=nse n-il elektr. e-dł przerwy

Gęstość prądu (zależy od struktury)

PRAWO OHMA -postać różniczkowa

Konduktywność

postać całkowa

V=El - różnica potencjałów

Otoczenie elektr. powoduje że może mieć różne masy w różnych przewodnikach Określa to masa efektywna -m^*.

τ₃ - rozproszenie na drganiach sieci

τ₁ - rozproszenie na domieszkach

τ₄ - rozproszenie na odkształceniach mechanicznych

Struktura pasmowa dielektryków:

Gdy ΔE_w jest równe kilkunastu elektronowoltom, wówczas liczba elektronów w paśmie przewodnictwa jest

Mechanizmy polaryzacji mat. izolacyjn.:

a)Polaryzacja elektronowa: Przesunięcie chmury elektronów

Polaryzacja elektronowa jest wynikiem przesunięcia powłok elektronowych względem jądra atomu, pod wpływem pola elekt rycznego.

Z- nr. pierw. , il. protonów w atomie.

E_e=E

polaryzowalność elektronowa

b)Polaryzacja jonowa:

Polega na rozsunięciu atomów połączonych wiązaniem jonowym. wiązania te występują w wielu dielektrykach stałych, nieograniczonyc, o strukturze krystalicznej.

Polegają one na tym, że elektrony walencyjne poruszają się po orbitach obejmujących sąsiadujące ze sobą atomy

Następstwem tego jest naruszenie rozkładu ładunków w poszczególnych atomach, wskutek czego przestają być na zewnątrz elektrycznie obojętne. Sieć krystaliczna składa się z atomów połączonych wiązaniem jonowym można, zatem traktować w ten sposób, jakby jej węzły były obsadzone przez różnoimienne jony. Połączenie jonów może być przy tym tego

rodzaju, że bądź, moment dipolowy dowolnie małego obszaru w sensie makroskopowym jest równy zeru, bądź też dla pewnych obszarów zwanych podobnie jak w ferromagnetykach, różny od zera.

c)Polaryzacja orientacji:

Polaryzacja orientacji występuje w materiałach, których cząsteczki nie są elektrycznie zrównoważone i tworzą dipole. W cząstkach niektórych związków chemicznych środki ciężkości ładunków dodatnich i ujemnych nie pokrywają się. Cząsteczki takie stanowią dipole mające moment elektryczny nawet przy nieobecności pola. Wskutek chaotycznego ułożenia dipoli ich momenty znoszą się i moment wypadkowy jest równy zeru. W zewnętrznym polu cząsteczki obracają się i dipole ustawiają się równolegle do wektora przyłożonego pola.

d)Polaryzacja mieszana.

Podczas polaryzacji mieszanej występują wszystkie trzy rodzaje polaryzacji tj.: polaryzacja elektronowa, polaryzacja jonowa, polaryzacja orientacji.

8.Piezoelektryczność

Zjawisko piezoelektryczne przejawia się powstaniem ładunków elektrycznych na powierzchniach ciał stałych (piezoelektryk) pod wpływem napięć mechanicznych (tzw. zjawisko piezoelektryczne proste), albo zmianą rozmiarów tych ciał w skutek działania pola elektrycznego(tzw. zjawisko piezoelektr. odwrotne); piezoelektrykiem

jest ciało stałe o określonym uporządkowaniu struktury krystalicznej (z reguły bez środka symetrii); jako materiały piezoelektryczne używa się głównie: kwarc, niobian litowy, tantal litu

galian litowy, ceramika tytanitowa.

9.Przewodzenie prądu elektrycznego

a) w dielektrykach.

Dielektryk jest ciałem bardzo słabo przewodzącym. Wynika to z faktu dużej odległości między pasmem walencyjnym a pasmem przewodności .Przerwa energetyczna jest nie do pokonania przez

elektrony.

a) wgazach

Przewodzenie gazów zależy od zjonizowania ośrodka i przyłożonego napięcia. Zachodzi wtedy, gdy na gaz działa siła elektromotoryczna raz jonizacja pod wpływem (promieniowania kosmicznego, nadfioletu,jonizacji samoistnej, zderzeń nieelastycznych)

c)przewodzenie cieczy i ciał stałych.

Źródłem nośników przewodzących prąd są niepolarne domieszki (najczęściej niekontrolowane).

Polarne domieszki: wzrost ρ z czasem przepływu prądu

Ciała stałe:

Kryształy jonowe:

im lepiej związane elektrony z atomami tym mniejsza przewodność

11.Wytrzymałość dielektryczna materiałów izolacyjnych

Wytrzymałość dielektryczna określona jako stosunek średniej wartości napięcia przebicia do średniej grubości badanej próbki materiału zależy od takich parametrów jak: rodzaj napięcia i czas

jego działania, rodzaj i wielkość powierzchni elektrod pomiarowych, grubość próbki, klimatyzacja próbki przed wykonaniem pomiaru (temp. wilgotności)

12.Przebicie elektryczne w gazach:

W - energia jonizacji cząsteczki gazu

Przebicia, które mogą wystąpić w gazach to są przebicia elektryczne, cieplne i elektrochemiczne. Przebicie w gazach jest odwracalne. Jeżeli cząsteczka na drodze swobodnej ma energię mniejszą niż energia jonizacji to dochodzi do przebicia. Droga swobodna elektronów jest dłuższa niż jonów, dlatego częściej występuje jonizacja elektronów niż jonów. Głównym czynnikiem przebić w gazach są elektrony. Przebicie zaczyna się przy elektrodach, dlatego że energia gazu Ei ≈ 10 eV natomiast praca wyjścia elektronu z metalu W ~ 0,5 + 2,5 eV. Energia jonizacji gazu

zależy od rodzaju gazu.

Zależność napięcia przebicia od temperatury i ciśnienia:

Wzrost ciśnienia-napięcie przebicia wzrast

Wzrost temp - napięcie przebicia maleje

13.Przebicie ciekłych materiałów izolacyjnych:

Podstawowe mechanizmy przebicia w cieczach

-oleje mineralne (w olejach o najwyższej czystości zachodzi

również przebicie elektryczne)

- posiadają bardzo wysoka wytrzymałość dielektryczną

Źródła przebicia:

- domieszki

- wtrącenia gazowe

- mostki przewodzące

Wyładowania zachodzą, gdy znajdują się pęcherzyki powietrza

Mostki przewodzące

14.Przebicie stałych materiałów izolacyjnych:

Podstawowe mechanizmy przebicia w ciałach stałych

Przebicie cieplne P_odp

T_KR - temp krytyczna

Przebicie elektrochemiczne

Przebicia w ciałach stałych są zależne od czynników wytrzymałościowych materiału. W skutek zmiany wytrzymałości dielektrycznej w zależności od grubości materiału (im materiał grubszy tym mniejsza wytrzymałość) prowadzi do przebicia cieplnego. Dla każdego materiału izolacyjnego istnieje temp. .krytyczna przy jej przekroczeniu parametry izolacyjne materiału obniżają się. Materiał przestaje być izolatorem i może nastąpi przebicie elektrochemiczne (przy dużym natężeniu prądu może zachodzić zjawisko elektrochemiczne; w wyniku tej reakcji przebicia metal-izolator, wzrasta przewodnictwo izolatora; przestaje być izolatorem (dielektrykiem) a nabywa cech półprzewodnika)

15.Starzenie się materiałów izolacyjnych:

O pogarszaniu własności materiałów izolacyjnych w warunkach eksploatacyjnych decydują takie czynniki jak starzenia cieplne, starzenia elektryczne (głównie pod wpływem wyładowań nie-

zupełnych) zmęczenie mechaniczne zawilgocenia itp.

19.Materiały ferromagnetyczne. Podstawy zjawiska ferromagnetyzmu.

Ferromagnetyk ma spontaniczny moment magnetyczny, (tj. wy

stępuje w nim moment magnetyczny nawet bez zewnętrznego pola magnetycznego). Wynika to z regularnego ustawienia spinów i momentów magnetycznych elektronów. Dla ferromagnetyków μ >>1. przykładem może być Fe, Ni, Co. Przy temp. Curie (T_C) ferromagnetyki zmieniają się w paramagnetyki. Ferromagnetyki składają się z dwóch pierwiastków, tak że wypadkowy moment magnetyczny jest równy zero.

Ferromagnetyk - ciało stałe wykazujące właściwości ferromagnetyczne. Należą do tej grupy: żelazo, nikiel, i ich stopy. W ferromagnetykach można osiągnąć stan trwałego magnesowania (magnesy trwałe). Używa się je dekonstrukcji urządzeń wymagających silnych pól magnetycznych oraz ekranowania magnetycznego (rdzenie transformatorów i elektromagnesów, ekrany magnetyczne, magnesy trwałe).

22.Krzywa magnesowania ferromagnetykaów(domeny)

Według Weissa materiał ferromagnetyczny monokrystaliczny i polikrystaliczny jest podzielony na małe obszary zwane domenami, jednorodnie samorzutnie namagnesowanymi. W obrębie jednej domeny momenty magnetyczne wszystkich atomów są równoległe do siebie i mają ten sam kierunek. W sąsiednich domenach

Spiny elektronów są również ustawione równolegle, lecz mają inne kierunki. Namagnesowanie każdej domeny odpowiada, więc namagnesowaniu materiału w danej temp .do stanu nasycenia. Jeżeli nie zostanie przyłożone zewnętrzne pole magnetyczne to kierunki namagnesowania poszczególnych domen ułożą się tak względem siebie że wypadkowy moment magnetyczny równać się będzie zeru tj. namagnesowanie całej próbki ferromagnetyka będzie równe zeru.

I. H; μ = const.

II. B ~ H²; μ ≠ const. i rośnie

III. μ = μ_max

21.Podstawowe właściwości materiałów ferromagnetycznych , pętla histerezy:

B_S - indukcja nasycenia

H_S - natężenie nasycenia

B_R - indukcja szczątkowa (przecięcie wykresu z osią B)

H_C - natężenie koercji (przecięcie wykresu z osią H)

½ B_S⋅H_S - gęstość energii magnetycznej

T_C - temperatura Curie (przy której ferromagnetyk staje się paramagnetykiem)

μ - przenikalność magnetyczna (μ >> 1)

Pętla histerezy jest to powolna zmiana natężenia pola magnesującego wywołująca zmiany namagnesowania po zamkniętej krzywej. Graniczna pętla histerezy w przecięciu z osiami współrzędnych (B,H) wyznacza charakterystyczne parametry

B_r - indukcję remanencji (nazywaną też indukcją szczątkową lub pozostałością magnetyczną) i H_c - natężenie koercji (nazywane też natężenie powściągającym) Powierzchnia pętli histerezy jest równa stratom energii nazywanymi stratami histerezowymi lub stratami na histerezę, jakie powstają podczas przemagnesowywania magnetyka.

23. Straty w materiałach magnetycznych:

Straty na histerezę:

P_h ≈ f(H_C, B_r, B_max, d) - (wolno maleje wraz ze wzrostem grubości)

Straty na prądy wirowe:

(rośnie wraz ze wzrostem grubości)

d - grubość, D - gęstość masy, k - współczynnik zależny od krzywej magnes.,

ρ - rezystywność materiału

Stratność (moc na jednostkę masy):

P = P_h + P_p (rośnie wraz ze wzrostem grubości)

24. Materiały magnetyczne z prostokątną pętlą histerezy:

Są to ferrity lub cienkowarstwowe materiały magnetyczne. Im grubość maleje to pojemność rośnie. Obecnie grubość wynos około 1 Stosuje się je przy mat. magnetycznych służących do zapisywania informacji.

B_R > 0,85 B_S (B_R - wartość B dla przecięcia się charakterystyki z osią B)

H_S = 1,8 H_C (H_C - wartość H dla przecięcia się charakterystyk i z osią H)

Współczynnik prostokątności: R_S = B_R / B_S

Czas przemagnesowania ze stanu B(H_S) do stanu B(-H_S): τ ≈ (10^-7 ÷ 10^-9) sek.

Zastosowanie: wszędzie tam, gdzie trzeba zapisywać magnetyczne stany logiczne.

Materiały: ferryty półprzewodnikowe PPh

Ferrity półprzewodnikowe z PPh, skład chemiczny: NeO, Fe₂O₃ lub Ne₁O, Ne₂O Fe₂O₃, MgO, MnO.

↑ Mn i Hg, ↑ H_C, ↓ B_S, ↓ B_R, B_S spada szybciej niż B_R

Stosowane jako nośniki informacji

Cienkie warstwy:

Ferrity - dla nich pole koercji jest bardzo małe, stosowane w transformatorach. NiO, ZnO,e₂O₃

Miękkie - μ - (400 ÷ 4000), B_S > 0,3 T (indukcja nasycenia)

H_C ≈ 16 A/m (pole koercji),

ρ = 10^-3 ÷ 10⁸ Ω⋅m (rezystywność), μ ↑ ρ ↓

Produkcja:

-Proszki tlenków + spirytus poliwinylowy

- Prasowanie

- Wygrzewanie 1100°C - 1400°C w atmosferze suchego tlenu

- Szlifowanie, polerowanie

Ferroelektrycznośc

Ferroelektryczność zespół zjawisk elektrycznych zachodzących w niektórych kryształach, tzw. ferroelektrykach. Ferroelektryki są to dielektryki charakter. się występowaniem polaryzacji spontanicznej, nazywane z tego względu dielektrykami nieliniowymi. Kryształy ferroelektryczne wykazują moment dipolowy nawet bez działania zewnętrznego pola elektrycznego. Stan ferroelektryczny zanika po przekroczeniu temp. przejścia.

Rodzaje przewodzenia prądu w materiałach izolacyjnych

i = i _p + i_o i_p = dD/dt

Rezystancja właściwa (rezystywność):

1.objętościowa (skrośna);

2. powierzchniowa

Objętościowa Powierzchniowa

ς - zależy od dielektryka

ς_s - zależy od stanu powierzchni (obróbki materiału)

Kondensator

μ - ruchliwość

przy małym E n(E) = const μ(E) = const czyli dla stałych pól

- prawo

Spadek napięcia na kondensatorze pod wpływem upływności:

1.Im dłużej ładujemy kondensator tym napięcie na kondensatorze jest większe

2. Kondensator realny sam rozładowuje się

3. Im lepszy izolator tym dłużej na kondensatorze zostaje napięcie

Podstawowe mechanizmy polaryzacji materiałów izolacyj

nych:

Rozróżnia się dwa podstawowe rodzaje polaryzacji: sprężysta (rezonansowa), relaksacyjna. W pierwszym z tych mechanizmów powstanie momentu dipolowego elektrycznego jest wywołane

odchyleniem związanych sprężyście różnoimiennych ładunków z ich położenia równowagi, na skutek działania pola elektrycznego Z chwilą usunięcia dielektryku z obszaru pola ładunki wracają do poprzedniego położenia dzięki działaniu sprężystej siły zachowawczej. Polaryzacja sprężysta jest zatem związana z tworzeniem się typowych dipoli indukowanych.

Polaryzacja relaksacyjna - obejmuje te mechanizmy, w których pod wpływem pola elektrycznego następuje przesunięcie ładunków związanych wbrew siłom, które można by nazwać siłami oporu ośrodka, w tym również wbrew dezorganizującemu działaniu ruchu cieplnego. Wskutek tego przesunięcia wytwarza się quasi-statyczny stan pewnego uporządkowania, któremu towarzyszy powstanie momentu dipolowego, elektrycznego w dowolnie małej (w sensie makroskopowym) przestrzeni dielektryka. Moment dipolowy zanika z chwilą usunięcia dielektryka spod działania pola ponieważ ruch cieplny doprowadza z powrotem do chaotycznego rozkładu ładunków. Zarówno wytworzenie się takiego stanu uporządkowania, jak i późniejszy jego zanik następuje z pewnym opóźnieniem (relaksacją) w stosunku do zmian zewnętrznych pola elektrycznego.

Wiązania międzyatomowe.

Wiązania międzyatomowe można podzielić na: wiązania jonowe (wiązanie chemiczne utworzone w ten sposób, że elektron walencyjny z zewnętrznej powłoki jednego atomu przechodzi na powłokę drugiego, przez co atomy stają się jonami o przeciwnych ładunkach i przyciągają się siłami elektrostatycznymi; utworzone jony

uzyskują szczególnie trwałe konfiguracje: 2, 8, 18 lub 20-elektronowe, i w stanie stałym tworzą sieć jonową; wiązania te są bezkierunkowe i należą do wiązań mocnych, niewiele słabszych od wiązań

kowalencyjnych); wiązania kowalencyjne (wiązania atomowe, wiązanie niebiegunowe, wiązanie chemiczne o dużej trwałości, przy powstawaniu którego następuje uwspólnienie dwóch elektronów

walencyjnych pochodzących (po jednym) z dwóch atomów i utworzenie (między atomami) jednej, dwóch lub trzech par elektronów wiążących; elektrony te przebywają głównie w obszarze między tymi atomami; spiny obu elektronów wiąz. kowal. są skierowane przeciwnie);

wiązania metaliczne (wiązanie chemiczne w metalach, utworzone w wyniku elektrodynamicznego oddziaływani między dodatnio naładowanymi rdzeniami atomow. które znajdują się w węzłach sieci

krystalicznej, a ujemnie naładowaną plazmą elektronową(zdelokalizowane elektrony przemieszczające się wewnątrz sieci krystalicznej) w. m. jest zbliżone do wiąz. kowal., od którego różni się tym, że elektrony są wspólne nie dla dwóch atomów, lecz dla wielkiej ich liczby; obecność w. m. nadaje substancji określone własności takiejak: połysk, kowalność, dobre przewodnictwo ciepła i elektryczne, termo emisja elektronów); wiązanie van der Waalsa (najsłabsze wiązanie chemiczne spowodowane siłami van der Waalsa (długo

zasięgowe przyciągające siły oddziaływania międzyatomo. lub międzycząsteczkowego; siły te są słabe i maleją z odległością proporcjonalnie do r^-7 ; występowanie s. Jest wynikiem oddziaływania dipol rwałych, jeżeli cząsteczka ma moment dipolowy; oddziaływania dipoli indukowanych powstałych w skutek polaryzacji)

Sieci krystaliczne.

Sieć utworzona z periodycznie rozmieszczonych atomów lub cząstek; w zależności od kątów α, β, γ i długości boków dzielone na: regularne, heksagonalne, rombowe, romboedryczne, jednoskośne, tetragonalne, trójskośne.

Defekty sieci krystalicznych.

Defekty są to zakłócenia idealnej periodyczności sieci krystalicznej rozróżnia się zaburzenia energetyczne oraz defekty strukturalne zaburzeniami energetycznymi są zakłócenia będące wynikiem oddziaływania na kryształ promieniowania elektromagnetycznego, cieplnego oraz wszystkie tzw. Wzbudzenia elementarne kryształu; defektami strukturalnymi są wszelkiego rodzaju odstępstwa od

stechiometrii (składu chemicznego) związane z obecnością domieszek, brakiem lub nadmiarem jednego ze składników tworzących kryształ, a także wszelkie nieprawidłowości w periodycznym

ułożeniu atomów; rozróżnia się defekty: defekty punktowe (Schott-kye'go, Frenkla), defekty liniowe, defekty przestrzenne.

Fotoogniwa.

Fotoogniwa to elementy, które przetwarzają energię promieniowania w energię elektryczną. Stosowane są zarówno do zasilania urządzeń energią elektryczną, jak też do detekcji światła, przy czym w tym ostatnim przypadku jako fotodetektory, służą przede

wszystkim do pomiaru natężenia oraz mocy promieniowania widzialnego i bliskiej podczerwieni. Prąd wytwarzany przez fotoogniwa zależy od natężenia oświetlenia.

Równania Maxwella.

---