B.1 : KWANTOWA TEORIA CIAŁA STAŁEGO - Traktowanie gazu elektronowego jako gazu doskonałego jest dużym uproszczeniem, braki i trudności klasycznej teorii przewodnictwa elektrycznego metali usuwa kwantową teorię metali. Elektrony swobodne w metalach tworzą gaz elektronowy i poruszają się tak jak gdyby jony dodatnie sieci krystalicznej nie stwarzały żadnego pola elektrycznego. Wówczas ruch elektronów można opisać za pomocą modelu jamy potencjałów - wprowadza ona analogię między wnętrzem kryształu wypełnionego elektronami a naczyniem wypełnionym cieczą. Jeśli przyjąć że na zewnątrz metalu energia potencjalna elektronu jest równa 0 to wewnątrz metalu ma ona wartości ujemne o największej bezwzględnej wartości Ww. Wartość energii Ww jest wtedy tzw. pracą wyjścia elektronu z metalu. Energię tę należy dostarczyć do elektronów obsadzonych na najwyższych poziomach energetycznych aby mogły opuścić metal (pokonać barierę potencjału ) Elektrony w jamie potencjału mają	B1-cd. skwantowane dyskretne wartości energii, mogą znajdować się podobnie jak w atomie jedynie na określonych poziomach energetycznych, różnica energii elektrycznej na dwóch sąsiednich poziomach jest znacznie większa niż w krysztale. Wszystkie elektrony dążą do zajęcia możliwie najniższych poziomów energetycznych, jako najbardziej trwałych, lecz obowiązująca zasada Pauliego - w metalu nie mogą być więcej jak dwa elektrony w jednakowych stanach, przy czym ich spiny powinny być antyrównoległe. Górny zajęty poziom energetyczny to poziom Fermiego, zachodzi odchylenie własności gazu od gazu doskonałego nazywane degeneracją gazu. Temp. degeneracji jest temp. poniżej której dany gaz jest zdegenerowany. Gaz elektronowy w metalach jest zawsze zdegenerowany ponieważ temp. degeneracji jest wyższa niż temp. topnienia metalu. W półprzewodnikach gaz el. jest niezdeg. ( bardzo niska temp. degeneracji ) i podlega statystyce klasycznej.	B.2 : FUNKCJA ROZKŁADU FER-MIEGO - elektrony swobodne w krysztale w podwyższonej temperaturze mogą mieć różne energie : od znikomo małych do dużych rzędu elektronowoltów. W gazie elektronowym, ustala się rozkład energii zwany rozkładem Fermiego. Gdzie h=6,625*10^-34 Js to stała Planca, m to energia odpowiadająca poziomowi Fermiego. Wzór można rozbić na dwa człony który określa liczbę poziomów energetycznych na jednostkę energii, które mogą być obsadzone przez elektron który określa prawdopodob. ich obsadzenia, poniżej mamy przebieg funkcji Fermiego W temp. T=0K wszystkie poziomy poniżej energii m są w pełni obsadzone (f F``=1); powyżej są puste (fF``=0) układ elektronów przewodnictwa ma wtedy najniższą energię, układ jest w stanie podstawowym	B2- cd. niewzbudzonym. W temp. T > 0K niektóre elektrony przechodzą na wyższe poziomy energetyczne zwalniając stany do poziomu Fermiego, następuje rozmycie poziomu Fermiego. Szerokość przedziału rozmycia jest rzędu kT (w temp. 20 C wynosi ok. 0,025 eV). Elektrony zajmują dolne stany energetyczne, nie mogą zmieniać swych energii gdyż sąsiednie stany są już zajęte, nie mogą brać udziału w przepływie prądu. Pod wpływem pola mogą zmieniać swą energię tylko elektrony które zajmują stany w przedziale rozmycia. Różnica rozkładu Maxwella dla gazu i Fermiego dla elektronów metalu występuje dla T=0K Według Maxwella nie ma przy tej temp cząstek o temp. wyższej od 0, ruch cząstek zamiera. W zdegenerowanym gazie elektronowym metalu elektrony zachowują określone energie kinetyczne i znajdują się w bezustannym ruchu cieplnym, jest to zgodne z zakazem Pauliego
B.3 : PASMOWA TEORIA PRZEWO-DNICTWA - W swobodnym atomie dozwolone wartości energii elektronów są rozdzielone szerokimi obszarami energii zabronionych. Przy zbliżaniu się atomów do siebie rosnące oddziaływania między nimi wpływają na poziomy energetyczne między nimi prowadząc do ich rozszczepienia. Zamiast jednego poziomu energetycznego dla elektronu na określonej orbicie jednakowego dla wszystkich N izolowanych atomów w ciele powstaje N blisko położonych ale nie pokrywających się poziomów energetycznych. Ciało stałe można potraktować jako gigantyczną cząsteczkę składającą się z wielkiej liczby atomów Stany energetyczne elektronów w wewnętrznych powłokach tych atomów są praktycznie takie same jak w izolowanych atomach a zewnętrzne elektrony są skolektywizowane, należą do całego kryształu. Dozwolone pasmo energetyczne powstające z jednego poziomu w izolowanym atomie składa się z N blisko położonych poziomów gdzie N jest liczbą atomów w krysztale. Energie sąsiednich poziomów w paśmie różnią się w przybliżeniu o 10^-22 eV, łączna szerokość	B3 - cd. pasma dozwolonego wynosi kilka eV. Dozwolone pasma energetyczne przedzielone są zabronionymi o porównywalnych szerokościach. Elektrony mogą przechodzić z jednego pasma dozwolonego na drugie lub z poziomu energetycznego na drugi poziom wewnątrz pasma. Aby z pasma na pasmo trzeba dostarczyć energię równą szerokości pasma zabronionego między nimi. Warunkiem przewodnictwa elektrycznego jest obecność wolnych poziomów energetycznych na które może się przenieść elektron po nabyciu dodatkowej energii od zewnętrznego pola elektrycznego. To zachodzi wtedy gdy pasmo walencyjne jest tylko częściowo obsadzone przez elektrony staje się tzw. pasmem przewodzenia lub gdy występuje zazębianie się dwóch sąsiednich pasm zapełnionego walencyjnego i sąsiadującego z nim pustego. Przewodnictwo metali nie zależy od liczby wolnych elektronów, ale od liczby elektronów dla których w górnym paśmie przewodnictwa występuje dostateczna liczba wolnych stanów energetycznych	B.4 : ZALEŻNOŚĆ PRZEWODNOŚCI OD TEMPERATURY - Ze wzrostem temp. wzrastają amplitudy drgań atomów w węzłach sieci rośnie prawdopodobieństwo zderzeń z elektronami, stąd ze wzrostem temp. maleje ruchliwość elektronów a więc i konduktywność metali. Zmiana rezystywności metali na jednostkę temperatury jest proporcjonalna do wartości rezystywności dla temp. pokojowej po rozwinięciu w szereg w zakresie temperatur od -30 do +200 C a jest zależną od temperatury, dla metali rezystywność rośnie ze wzrostem temp. (a >0). W interesującym nas zakresie temperatur a jest bardzo mała - pomijamy. Do praktycznych obliczeń służy wyrażenie gdzie t - temp. w C , a20 - temp. współczynnik rezystywności. W przypadku	B4 - cd bardzo wysokich temperatur następują skokowe zmiany, np. przy temperaturze topnienia miedzi następuje skokowy wzrost rezystywności. W przypadku temperatur bardzo niskich zbliżonych do zera bezwzględnego występuje zjawisko nadprzewodnictwa polegające na skokowym zaniku rezystywności niektórych przewodników. Dla stopów jednorodnych kiedy to metale składowe rozpuszczają się w sobie tworząc jednolite siatki krystaliczne wartość a może być znacznie niższa niż dla metali składowych. Dla niejednorodnych stanowiących mieszaniny kryształów metali składowych wartość a zależy w przybliżeniu proporcjonalnie od wartości a składników tworzących stop.
B.5 : PRZEWODNICTWO ELEKTRY-CZNE STOPOW - Największą konduktywność mają metale w stanie chemicznym czystym. Wszelkie domieszki powodują zakłócenia regularnej budowy siatki krystalicznej co z reguły zwiększa opory uporządkowanego ruchu elektronów swobodnych. W wielu przypadkach nawet znikome ilości domieszek prowadzą do znacznego obniżenia konduktywności metali. Domieszka zaledwie 0,1 % fosforu do miedzi zmniejsza jej konduktywność o połowę. Wpływ domieszek w aluminium jest znacznie mniejszy niż w przypadku miedzi. Przewodność elektryczna stopów podobnie jak temperaturowy współczynnik rezystywności zależy w decydującym stopniu od ich charakteru. W przypadku stopów jednorodnych (tj. tworzących roztwory stałe) konduktywność stopu jest znacznie obniżona w stosunku do konduktywności metali składowych. W przypadku stopów niejednorodnych (tj. nie rozpuszczających się w sobie) konduktywność stopu jest proporcjonalna do procentowego udziału w nim poszczególnych składników.	B5 - cd Znaczne zmniejszenie konduktywności metalu może spowodować obróbka plastyczna na zimno. Tego rodzaju obróbka jest stosowana przy produkcji drutów, które przeciąga się na zimno przez kalibrowane oczka z odpowiednio twardego tworzywa. Wskutek zgniotu na zimno kryształy metalu doznają silnej deformacji, czemu towarzyszy nie tylko zmiana własności mechanicznych (zwiększenie twardości i wytrzymałości) ale również wzrost oporów dla uporządkowanego ruchu elektronów swobodnych czyli zmniejszenia konduktywności. Przywrócić utwardzonemu metalowi własności mechaniczne i elektryczne można przez zastosowanie wyżarzania w odpowiednio dobranej temp. Zachodzi wtedy odprężenie się zdeformowanych kryształów oraz rekrystalizacja, a więc regeneracja regularnej budowy krystalicznej siatki przestrzennej metalu.	B.6 : WYMAGANIA WOBEC MATE-RIAŁÓW PRZEWODOWYCH - elektryczne (wysoka konduktywność) - mechaniczne (wytrzymałość) - termiczne (wysoka przewodność cieplna, temp. pracy, temp. topnienia) - chemiczne (mała aktywność chemiczna, odporność na korozję) -ekonomiczne ( niski koszt) Jedynie miedź i aluminium spełnia większość wymagań	B.7 : PRZEWODY, MATERIAŁY, BU-DOWA ,ZASTOSOWANIE Przewody elektroenergetyczne gołe są z miedzi aluminium stali w postaci drutów (D) i linek (L) (miedź jest rzadziej używana od aluminium). Przewody aluminiowe są z twardego aluminium odpornego na rozciąganie. Do produkcji linek stosuje się stop Aldrej (o 2 razy większej wytrzymałości) Skład Aldreju : Aluminium, magnez (0.3-0.5 %), krzem (0.4-0.7%), żelazo (0.2-0.3%). Przy dużych odległościach między słupami stosuje się linki stalowo aluminiowe (AFL). Przewody elektroenergetyczne izolowane służą do przesyłania energii elektrycznej ze źródła do odbiornika. Budowa : żyły metalowe, izolacja żył, powłoki ochronne. oznaczenia :D - żyła jednodrutowa miedziana; L - linka miedziana; Lg - linka miedziana giętka A - przed literami DL oznacza żyłę aluminiową; F - przed literami DL oznacza żyłę stalową; Y - po literach DL oznacza izolację z poliwinylu; G - po literach DL oznacza izolację z gumy; Y - przed literami DL oznacza że przewód ma powłokę poliwinylową. t - przewód wtynkowy; w - przewód na podwyższone napięcie (1000 V i więcej );
B7 - cd. d - po literze Y oznacza zwiększoną ilość izolacji poliwinylowej; b - oznacza podwyższoną odporność powłoki na działanie temperatur; c - oznacza pokrycie powłoki przędzą azbestową; u - oznacza wzmocnienie powłoki drutem; p - przewód o kształcie płaskim; 0znaczenia przewodów specjalnych - przewód płaszczowy (płaszcz z metalu ); K - przewód tabelkowy o powłoce ołowianej; S - sznur przyłączeniowy do odbiorników ruchomych; O - sznur oponowy; M - sznur przyłączeniowy mieszkaniowy; W - sznur przyłączeniowy warsztatowy; D - przewód dźwigowy; G - przewód górniczy Człon cyfrowy oznaczenia :- pierwsza cyfra to dopusz. napięcie pracy przewodu; - druga to liczba i przekroje żył Przewody szynowe - służą do budowy mostów szynowych w rozdzielniach i stacjach transformatorowo rozdzielczych. Oznaczenia : A - aluminium, F - stal, brak litery - miedź. Druga litera oznacza : - w szynach płaskich szerokość i grubość w mm np. P-40x3- w szynach okrągłych średnicę i grubość w mm np. 0-10x300- w szynach rurowych średnicę zewnętrzną i grubość ścianki w mm np. AR-60x4	B.8 : KABLE, MATERIAŁY, BUDOWA, ZASTOSOWANIA Mamy kable : - elektroenergetyczne, - sygnalizacyjne, - telekomunikacyjne Żyła robocza - wykonana z miedzi lub aluminium kable mogą być 1, 3, 4 żyłowe, żyły kabli mogą być jedno lub wielodrutowe, kształty żył okrągłe, owalne, ćwiartka ( nie stosuje się tego typu żyły przy napięciach wyższych niż 10 kV ) Izolacje żył - z papieru, z gumy, z tworzyw sztucznych izolacja papierowa - taśma z papieru kablowego przesycona syciwem elektroizolacyjnym Izolacja gumowa - mieszanka kauczuku syntetycznego, siarki i innych, warstwy gumy owinięte są nagumowaną taśmą, kable o tej izolacji stosuje się do 1kV. W kablach z izolacją gumową druty są z miedzi miękkiej i powleczone stopem cynowym Izolacja z tworzyw sztucznych - poliwinit albo polietylen	B8 - cd Wypełniacz - materiał izolacyjny usuwa szkodliwe pęcherzyki powietrza Powłoka - chroni przed wilgocią, czynnikami chemicznymi, robi się ją z ołowiu (najdroższe najcięższe), aluminium lub tworzyw (lekkie najtańsze) Osłona powłoki - materiał włóknisty, papier lub tworzywo sztuczne chroni powłokę przed pęknięciem lub zadrapaniem przez pancerz Pancerz - druty lub taśmy stalowe owinięte spiralnie na osłonie Osłona zewnętrzna - włóknista lub z tworzyw sztucznych, chroni przed wilgocią lub czynnikami chemicznymi. Po oznaczeniu literowym umieszcza się symbol cyfrowy określający: - napięcie znamionowe; - liczbę żył kabla; - przekrój kabla	B.9 : DRUTY NAWOJOWE MATERIA-ŁY , BUDOWA, ZASTOSOWANIA Służą do wykonywania uzwojeń maszyn cewek itd., zazwyczaj druty miedziane o kształtach (okrągłych, kwadratowych, prostokątnych) i grubości od 0,01 do kilku mm, grubsze są z miedzi miękkiej, cieńsze z miedzi półtwardej. izolacje : DNE - drut nawojowy w emalii lakierowej (mierniki liczniki przekaźniki, cewki) DNEt - w emalii z żywic syntetycznych (większa odporność na temperaturę) DNBB - izolacja bawełniana, oprzęd podwójny DNJn - z jedwabiu naturalnego (w uzwojeniach aparatów elektrycznych i maszyn) DNJ - z jedwabiu sztucznego ( jak wyżej) DNP - w izolacji papierowej nasyconej syciwem (do cewek transformatorów olejowych) DNSS - izolacja z włókna szklanego, podwójny oprzęd zlepiony lakierem silikonowym
B.10 : MIEDŹ, WŁASNOŚCI I ZASTO-SOWANIA W ELEKTROTECHNICE Miedź ma czerwonawe zabarwienie i metaliczny połysk, na przewody elektryczne stosuje się miedź o czystości co najmniej 99.9 % tzw. miedź elektrolityczną. Miedź ma największą po srebrze konduktywność, którą obniża niewielka domieszka, zwłaszcza fosforu, konduktywność chemicznie czystej miedzi 59.77 Ms/m a elektrolitycznej 58 Ms/m , gęstość 8,9 g/cm3. Wykazuje znaczną odporność na korozję w normalnej atmosferze, koroduje szybko w atmosferze gazów aktywnych (np. siarkowodoru ) W wilgoci pokrywa się zielonkawym nalotem patyny chroniącym przed dalszą korozją. Intensywną korozję powoduje siarka, żyły przewodów w izolacji gumowej pokrywane są warstewką cyny, gdyż guma zawiera wolną siarkę. Miedź daje się łatwo obrabiać na zimno i gorąco przez walcowanie, prasowanie, wyciąganie (wyciskanie) Druty cienkie wykonuje się z pręta o średnicy ok. 6mm przeciągając na zimno przez kolejne kalibrowane oczka o coraz mniejszych średnicach. Przy przeciąganiu miedź	B10 - cd. utwardza się, rośnie jej wytrzymałość na rozciąganie, twardość i kruchość, maleje wydłużalność i konduktywność Wyżarza się ją w temperaturze --> [Author:JS] 500 C otrzymując po rekrystalizacji miedź miękką. Miedź trudno obrabia się skrawaniem nie stosuje się jej do odlewów ( jest gęstopłynna ) Miedź daje się łatwo lutować i stosunkowo łatwo spawać i zgrzewać. W wielu zastosowaniach przewodowych jest niezastąpiona pomimo wysokich kosztów: - przewody giętkie ( stosowane przy urządzeniach ruchomych i przenośnych) sploty z drucików są wytrzymałe na zginanie ) - instalacje stałe, niezawodność i bezpieczeństwo pracy (dźwigi, instalacje przemysłu chemicznego, magazyny materiałów wybuchowych, instalacje alarmowe ) - uzwojenia maszyn elektrycznych, transformatorów elektromagnesów, dławików wykonane z miedzi zajmują mniej miejsca od przewodów aluminiowych.	B.11 : STOPY MIEDZI WŁASNOŚCI, ZASTOSOWANIA Są dwa rodzaje stopów miedzi :- mosiądze, głównie z domieszką stopową cynku- brązy co najmniej 60% miedzi zawartość cynku mniejsza od innych dodatków stop. Mosiądze- zawartość cynku do 40% mają wyższą wytrzymałość na rozciąganie, niższą konduktywność i cenę. Barwa od czerwonej (miedź) do żółtej. Mosiądz o zawartości miedzi większej niż 70% to tombak. Na przykład mosiądz CuZn40Pb2 jest podstawowym stopem do obróbki skrawaniem, można go poddać obróbce plastycznej na zimno, tłoczeniu, a przede wszystkim obróbce na gorąco. Wyrabia się z niego śruby toczone, sworznie, nakrętki. Inny rodzaj mosi --> [Author:JS] ądzu CuZn37 to podstawowy stop do obróbki plastycznej na zimno, jest podatny na głęboki tłoczenie. Wyrabia się z niego łączniki, oprawy do żarówek, bezpieczników Brązy- barwa ciemnoróżowa, w stosunku do mosiądzu mają lepszą wytrzymałość, lepszą odporność na korozję, wyższą odporność na ścieranie i lepsze własności ślizgowe.- Brąz kadmowy (0,9 % Cd) duża odporność .na ścieranie, jest używany na przewody jezdne trakcji elektrycznej ( koleje tramwaje	B11 - cd trolejbusy )- Brąz berylowy (2,25 % Be ) odznaczający się bardzo dużą twardością i wytrzymałością na rozciąganie, używany jest na wycinki komutatorów i elektrody zgrzewarek elektrycznych - Brąz fosforowy (10% Sn 1% P) odznacz się małym współczynnikiem tarcia względem większości metali, stosuje się na odlewy łożysk ślizgowych maszyn elektrycznych - Brąz krzemowy (1,15 % Sn 0,05% Si) o znacznej wytrzymałości na rozciąganie i dużej sprężystości, stosuje się do wyrobu styków sprężynujących, linek antenowych i napowietrznych linii telekomunikacyjnych Brąz telurowy ( 0,5 % Te) duża podatność na obróbkę skrawaniem, stosowany do wyrobu elementów przewodzących, wymaga obróbki wiórowej.- Brąz cynowy ( do 9% Sn) jest stopem do obróbki plastycznej do 20% Sn jest stopem odlewniczym. Brąz cynowy w którym część cyny jest zastąpiona cynkiem to spiż. Ma bardzo dobrą lejność nadaje się na tuleje łożyskowe- Brązy aluminiowe (brązale) duża wytrzymałość i odporność na korozję. Źle się lutują ale dobrze spawają stosowane w urządzeniach kwasoodpornych, wysoko obciążonych kołach zębatych i zaworach
B.12 : ALUMINIUM, WŁASNOŚCI ZASTOSOWANIE - lub glin, barwa srebrzysto biała, gęstość 2,7 g/cm^3, ma dużą przewodność elektryczną i cieplną oraz odporność na korozję, konduktywność chemicznie czystego aluminium 38 MS/m. Domieszki obniżają konduktywność ale w mniejszym stopniu niż w przypadku miedzi. Do przewodów używa się Al technicznego 99,5% , druty wytwarza się przez przeciąganie na zimno, utwardzenie likwiduje się wyżarzając w temp. 300-350C. Obróbka na zimno pogarsza konduktywność. Na przewody napowietrzne używa się Al twarde na kable Al półtwarde. Al jest odporne na działanie rozcieńczonych kwasów organicznych, praktycznie nie działają na nie suche gazy. Odporność na korozję maleje wraz ze wzrostem zanieczyszczeń szczególnie domieszek miedzi i żelaza. W powietrzu utlenia się łatwo pokrywając się warstwą tlenku który szczelnie przylega do powierzchni chroniąc przed dalszym utlenianiem - tlenek aluminium jest dobrym izolatorem. Al jest tańsze od miedzi i stosowane gdy zastosowanie miedzi nie jest konieczne. Przewód tej samej długości	B12 -cd i rezystancji wykonany z aluminium musi mieć przekrój o 67% większy od przewodu miedzianego ale jest o połowę lżejszy. Aluminium używa się do odlewów zwartych uzwojeń klatkowych wirników małych silników asynchronicznych, wytwarza się z niego cienkie folie stosowane w kondensatorach (99,9%) Używa się je na elementy konstrukcyjne np. duraluminium (AlCu3Mg1) Do odlewów stop zwany silominem (AlSi9) który ma znaczną wytrzymałość obok dobrych własności lejnych. Elementy aluminiowe i aldrejowe dają się łączyć przez lutowanie i spawanie. Przy łączeniach gołych przewodów stosuje się połączenia zaciskowe - złączki karbowane. Przy połączeniach szyn aluminiowych z miedzianymi w obecności wilgoci może nastąpić korozja, stosuje się wtedy przekładki kupalowe	B.13 : STAL, WŁASNOŚCI, ZASTOSO-WANIE - Stal chemicznie czysta ma stosunkowo małą konduktywność (Y20=10,3MS/m) gdy stal ma domieszki konduktywność obniża się jeszcze bardziej, ma niską cenę jest szeroko dostępna i ma dużą wytrzymałość mechaniczną oraz odporność na korozję po pokryciu warstwą cynku. Stal jest używana do przesyłania niewielkich mocy. Ze stali wytwarza się :- linki stalowe ocynkowane 10-95mm^2 , do przesyłania najwyższych napięć gdzie linka stalowa tworzy rdzeń przewodu. Ocynkowane linki stalowe stosowane są również w napowietrznych linni przesyłowych największych napięć w charakterze uziemionych przewodów odgromowych o przekrojach 50-95mm^2 są one zawieszone nad przewodami roboczymi, chronią je przed bezpośrednim uderzeniem pioruna. - szyny trakcji elektrycznej, traktowane jako przewód powrotny.- na uziomy połączone galwanicznie z konstrukcją metalową chronionego obiektu. Uziomy wykonuje się w postaci płaskowników stalowych zakopanych w ziemi na głębokości ok. 0,5 m lub też w postaci ocynkowanych rur stalowych wbijanych pionowo w grunt.	B.14 : MATERIAŁY OPOROWE - występują zwykle w postaci stopów, są trzy rodzaje materiałów oporowych.- na rezystory pomiarowe - na rezystory regulacyjne - na rezystory grzejne Wymagania są zróżnicowane należy rozpatrzyć ich własności :- elektryczne (rezystywność, temperaturowy współczynnik rezystywności, stabilność właściwości elektrycznych, obciążalność prądowa )- mechaniczne ( wytrzymałość na rozerwanie, obrabialność, skłonność do rekrystalizacji)- cieplne ( dopuszczalna temperatura pracy ciągłej, wydłużalność przy wysokich temperaturach)- chemiczne ( odporność na korozję, skłonność do tworzenia tlenków w podwyższonych temperaturach, własności powstałych tlenków )Rezystory pomiarowe wykonuje się ze stopów o dużej rezystywności, ważna jest niezmienność w czasie rezystancji i bardzo mały współczynnik temperaturowy rezystywności. Materiały : stopy miedź-mangan (śladowo nikiel lub glin ) Stopy Cu-Mn mają lepsze właściwości od Cu-Ni, ale są droższe. Przykłady : Cu-Mn
B14 - cd (manganin, izabelin, inmet), Cu-Ni (konstantan - nie nadaje się na rezystory wzorcowe )Rezystory regulacyjne wytwarza się niekiedy z konstantanu (laboratoryjne ) lub z nikieliny ( tańsza do rezystorów przemysłowych ) .Rezystory rozruchowe i regulacyjne silników dźwigowych dużej mocy wykonuje się z żeliwa stopowego. Rezystory grzejne wykonuje się ze stopów oporowych w postaci izolowanej taśmy lub drutu. Rozróżnia się trzy grupy stopów : - nichromy (Ni + Cr ) ( chromonikielina bezżelazowa )- ferronichromy ( Fe + Ni + Cr ) ( chromonikielina żelazowa - tańsza )- ferrochromale (Fe + Cr + Al ) kanthal (szwedzki ) baildonal (krajowy )Na elementy grzejne stosuje się również metale czyste - molibden i wolfram (mogą one pracować w sposób trwały w temp. 1500-3000 C ale wymagają atmosfery ochronnej lub próżni ) oraz elementy niemetaliczne wykonane z materiałów węglowych i grafitowych ( temp. pracy 2300-3000 C ale nie odporne na utlenianie )	B.15 : MATERIAŁY STYKOWE - rozróżniamy dwa rodzaje zestyków : - zestyki rozłączne (zestyki przerywowe) są elementami wszelkiego rodzaju łączników. Składają się z dwóch styków które bądź się do siebie zbliżają bądź oddalają. Zestyki rozłączne muszą być przystosowane do przewodzenia prądu ale i odporne na stany przejściowe. Podczas wyłączania obwodu między stykami zachodzi wyładowanie elekt. powodujące uszkodzenia powierzchni stykowej, jej stapianie, erozję, utlenianie. Przecięta beleczka ma opór większy niż beleczka cała o tej samej długości, różnicę stanowi rezystancja zestyku R k, na którą składają się R k= R n + R p gdzie Rn - rezyst. warstw nalotowych, R p - rezystancja wywołana nierównościami powierzchni stykowych ( jest to twz. rezystancja przewężenia - zależna od obróbki ale i od siły dociskania styków) Warstwy nalotowe tworzą się na powierzchni styków w czasie gdy są rozłączone. Intensywność ich powstawania zależy od materiału zestyku, agresywności środowiska, i ich temperatury Zapobiega się temu przez nałożenie specjalnych warstw ochronnych lakierów lub specj. smaru. Naloty na stykach są niekorzystne w	B15a - cd urządzeniach małych mocy, styki w urządzeniach dużych mocy oczyszczają się same. W miarę upływu czasu i liczby zadziałań rezystancji styku zmienia się na skutek : Opalanie sie styków - na skutek powstania łuku elektrycznego. Temp. może wzrosnąć tak że styk lokalnie się nadtopi lub odparuje. Wędrówka materiałów - w łącznikach prądu stałego w których występuje łuk elektr. materiał przenoszony jest z katody na anodę. W łącznikach prądu zmiennego zjawisko występuje znacznie rzadziej Erozja mechaniczna - powstaje na skutek narażeń mechanicznych powst. przy zamykaniu styków (uderzenia wibracje tarcie ).Materiały na zestyki rozłączne : z czystych metali używa się srebra, złota platyny i palladu. Z metali nieszlachetnych, miedź, wolfram i molibden. (miedź dobra konduktywność, przewodność cieplna, podatność na obróbkę, niska cena, wadą jest łatwość tworzenia warstw nalotowych , Wolfram i molibden łatwo się utleniają ale są odporne na opalanie zastosowaniu określonych materiałów stykowych decydują ich warunki pracy a przede wszystkim, częstość łączeń, napięcie i prąd roboczy, rodzaj	B15b - cd przerywanego prądu .Przy małych napięciach i prądach trudności powstają głównie przy załączaniu obwodów, przy dużych mocach najtrudniejsze warunki pracy styków występują przy wyłączaniu obwodu. Bardzo dobrym materiałem odpornym na utlenianie jest platyna ale jej wysoka cena powoduje że używa się styków ze spiekanego wolframu .W obwodach od kilkunastu do kilkudziesięciu amperów używa się Cu, w ob. od kilku do kilkunastu amperów mosiądzu. - zestyki ślizgowe - występują w trakcji elektrycznej, służą do zbierania prądu z przewodu lub szyny oraz w maszynach elektrycznych do łączenia wirników z obwodami zewnętrznymi (szczotki elektryczne ) Materiały : - metalografit ( proszki grafitu spiekane w temp. pow. 1000 C z proszkami metali zwykle miedzi lub srebra ), - węglografitu (proszki grafitu, sadzy, koksów z lepiszczami prasowane i wypalane w temp pow. 1000 C) - grafitu (proszki grafitu prasowane i wypalane, w temp. od 200 C do powyżej 1000 C ) - elektrografitu (skład jak węglografitu poddany procesowi grafityzacji przy bardzo
B15c - cd wysokiej temperaturze np. 3000 C. Materiały szczotkowe charakteryzowane są : masą właściwą, rezystancją, twardością , wytrzymałością mechaniczną, ścieralnością , dopuszczalną gęstością prądu, spadkiem napięcia na rezystancji przejścia, współczynnikiem tarcia. Szczotki metalografitowe wykonuje się jako : - brązowo grafitowe stosowane w silnikach i prądnicach, - srebrowo grafitowe stosowane w urządzeniach specjalnych, - ze zmienną zawartością miedzi (stos. w maszynach niskonapięciowych), Szczotki węglo-grafitowe wykonuje się jako : - twarde ( do pracy w trudnych warunkach np. wstrząsy ), - średniej twardości ( powszechnie stosowane do prądnic i silników ), Szczotki grafitowe (SGN) w zależności od technologii wykonywania oraz ilości i rodzaju lepiszcza mogą być : grafitowe, naturalno-grafitowe, elektro-grafitowe, o dużej rezystancji. Szczotki elektrografitowe (SEG) wykonuje się miękkie twarde i o średniej twardości, twardych używa się w silnikach trakcyjnych, prądnicach prądu stałego, miękkich gdy zależy nam na małym zużyciu komutatora.	B.16 : MATERIAŁY SPECJALNE (Pb, Zn, Sn, W, C ) - ołów : jest metalem o dużej gęstości miękkim mechanicznie słabym, wrażliwym na drgania mechaniczne, łatwo topliwym (327 C), ulegającym korozji pod wpływem zasad, kwasów organicznych, gnijących substancji, świeżej zaprawy wapiennej i cementowej. Zaletą ołowiu jest duża plastyczność, nie przenikalność wilgoci odporność na działanie tlenu , wody i kwasów nieorganicznych z wyjątkiem azotowego. Robi się z niego powłoki kabli jednak z uwagi na deficyt coraz częściej zastępuje się go miękkim aluminium lub tworzyw syntetycznych. Stosuje się go na płyty akumulatorów kwasowych. Używa się na nie stopu ołowiu z antymonem (9% Sb), inne zastosowania to anody do elektrolizy, armatura kwasoodporna, podkładki uszczelki. Pary ołowiu są silnie toksyczne i wywołują ołowicę .Cynk - jest rozpowszechniony i tani. Odporny na korozję atmosferyczną dzięki powstaniu na jego powierzchni cienkiej warstwy	B16a - cd zasadowego węglanu cynkowego. Cynku używa się do pokryć antykorozyjnych linek stalowych oraz osprzęt wysokiego napięcia przed rdzewieniem. Cynkowanie przeprowadza się galwanicznie lub przez zanurzenie w roztopionym cynku. Cynku używa się w suchych ogniwach galwanicznych na kubeczki jednocześnie stanowiące jego katodę. Obok miedzi stanowi podstawowy składnik mosiądzów. Do elementów aparatury niskiego napięcia stosuje się stop odlewniczy tzw. „znal” (4% Al) Odlewy wykonuje się przez wtrysk pod ciśnieniem do stalowej formy .Cyna - jest metalem mechanicznie słabym, o temp. topn.(232 C) najniższej z pośród metali używanych w elektrotechnice. Jest odporna na działanie czynników atmosferycznych, wodę zwykłą i morską, kwasy i substancje organiczne. Stosuje się ją do pokrywania przewodów miedzianych izolowanych gumą. powłoki cynowe uzyskuje się galwanicznie bądź przez zanurzenie w ciekłej cynie, Stosowana jako składnik	B16b - cd stopów łożyskowych i lutów miękkich. Wolfram - jest metalem ciężkim, trudno topliwym, twardym, trudno obrabialnym. Produkowany metodami metalurgii proszków. Odporny na korozję w stanie zimnym, w podwyższonej temp. łatwo utlenia się w powietrzu pokrywając się żółtym nalotem tlenku wolframu (WO3). Druciki wolframowe ( od 1mm do 10^-2 mm ) uzyskuje się przez przeciąganie na gorąco przez oczka diamentowe lub z węglika wolframu. Druty wolframowe mogą pracować w temp. białego żaru (ok.2500 C) ale tylko w próżni lub w gazie obojętnym. Z drutu wolframowego wyk. się żarniki żarówek, elektrody rur fluorescencyjnych, elem. grzejne pieców oporowych, styki elektr. Węgiel - występuje w postaci : - sadzy (bezpostaciowa odmiana węgla), - diamentu (najtwardszy ze znanych ciał, krystalizuje w układzie regularnym przestrzennie centrowanym), - grafitu (krystalizuje w układzie heksagonalnym ). Grafit jest głównym składnikiem tzw. węgli
B16c - cd elektrotechnicznych wykorzystywanych jako różne odmiany szczotek, elektrody hutniczych pieców łukowych, elektrody lamp łukowych, anody ogniw galwanicznych, oporniki elektroniczne, oporniki grzejne. Rezystancja elementów węglowych maleje ze wzrostem temperatury, rezystywność materiałów węglowo grafitowych pozostaje tego samego rzędu w szerokim zakresie temperatur. Charakteryzują się one wysoką temperaturą sublimacji (2700-3500 K), dobrymi własnościami mechanicznymi do 3500 K, nieaktywnością chemiczną do 900 K, dobrym przewodnictwem cieplnym, dobrymi własnościami smarnymi (zwłaszcza grafit), niewielką masą właściwą, dobrą obrabialnością mechaniczną.	B.17 : SPOIWA I LUTY - lutowanie (spajanie) łączenie metalowych części stopami zwanymi lutami lub spoiwami. Ich temp. topnienia powinna być o 150 C niższa od temp. łączonych metali. Przed lutowaniem powierzchnie należy oczyścić i ogrzać do odpowiednio wysokiej temp. Do nagrzewania używa się lutownic lub palników benzynowych. Powierzchnie powinny być oczyszczone mechanicznie i chemicznie (kalafoni --> [Author:JS] ą). Spoiwa wyrabiane są w postaci lasek, drutów, rurek napełnionych kalafonią. Rozróżnia się spoiwa : - miękkie (o temp topnienia poniż. 400 C ); - twarde ( o temp top. powyżej 500 C ). Połączenia wykonane spoiwami twardymi są wytrzymalsze (200-500MPa) od spoiw miękkich (20-80 MPa). Spoiwa miękkie są do połączeń szczelnych, a spoiwa twarde do połącz. szelnych przenoszących obciążenia. Do lutowania drobnych przewodów miedzianych stosuje się spoiwo synowo ołowiowe PbSn50 (o temp. topn. 209 C) jako topników używa się	B17 - cd chlorku cynku lub kalafonii. Gdy zachodzą naprężenia stosuje się spoiwo mosiężne CuZn37 (temp 910 C ); srebrnych AgCu25Zn2 (temp. 715 C); lub miedzianych CuAg1 (temp. 1070 C); używa się palników acetylenowo-tlenowych. Do lutowania żył aluminiowych kabli ziemnych można użyć spoiwa miękkiego ZnSn40 (300 C) lub twardego ZnAl14 (temp. 600 C )	B.18 : TERMOBIMETALE - zwalcowane na gorąco wyroby, złożone z dwóch blach stopowych, o różnej rozszerzalności cieplnej, złączonych na stałe na całej powierzchni styku. Przy podgrzaniu powstają naprężenia wew. które powodują wygięcie w stronę metalu o mniejszej rozszerzalności. Zjawisko to wykorzystuje się do przerwania samoczynnego obwodu np. grzejnika, po ostudzeniu obwód się załącza. Stosuje się to w samoczynnych regulatorach temperatury ( warnikach, suszarkach, żelazkach). Stosuje się termo bimetale też w wyzwalaczach termicznych samoczynnych wyłączników do ochrony silników przed przeciążeniem Wyzwalacz termiczny który reaguje na temperaturę termo bimetalu, a nie na wartość przepływającego prądu jest lepszy bo pozwala na krótkotrwałe przeciążenia, bezpiecznik natomiast spala się. Najczęściej bimetale składają się z żelaza i niklu. Krajowe termo bimetale to FeNi36 (inwar) (ma mniejszą rozszerzalność);).
B18 - cd FeNi25Mn6 ( ma większą rozszerzalność Dopuszczalna temp pracy tego termo bimetalu wynosi 250 C. Współczynnik ugięcia to wielkość ugięcia (w mm) wolnego końca jednostronnie zamocowanej blaszki o grubości 1mm i długości 100 mm przy ogrzaniu o 1C. Współczynnik ugięcia inwaru wynosi 0,145 mm/deg.	B.19 : MATERIAŁY TERMOELE-KTRYCZNE - W metalach zjawiska termoelektryczne powstają na skutek zależności między procesami cieplnymi i elektrycznymi. Zjawisko Sebeca - jeśli z metali A i B wykonamy zamknięty obwód el. to różnice kontaktowe potencjałów skompensują się i prąd nie popłynie , jeżeli natomiast każde ze złączy będzie miało różne temp. to popłynie prąd , gdy przerwiemy obwód można zmierzyć między jego końcówkami siłę termoelektryczną, której wielkość zależy od temperatur T1 i T2 oraz od rodzaju materiału. W określonym przedziale temp. można przyjąć proporcjonalność pomiędzy siłą termoelektryczną a różnicą temperatur łączy mamy : Ut = a (T1- T2) gdzie a to współczynnik proporcjonalności zwany współczynnikiem Sebeca (zależnym od materiału i temperatury). Fizyczną podstawą tego prawa są zjawiska : - zależność energii Fermiego w metalu od temperatury, - pojawienie się różnic potencjałów w metalach w wyniku powstawania gradientów koncentracji elektronów. Zjawisko Sebeca znalazło zastosowanie w termometrach	B19 - cd termoelektrycznych ( znając temp. jednego łącza oraz wartość a dla dwóch metali tworzących termoparę oblicza się temp drugiego łącza.). Dla różnego zakresu temperatur stosuje się różne zestawy materiałów termoelektrycznych : - (-200 ... 600 C ) żelazo/ konstantan; - do 1000 C chrom/ nikiel; - do 2000 C wolfram/ molibden . Wymagania stawiane materiałom termoelektrycznym to : - prostoliniowa zależność od temp; - odporność na wysokie temp; - odporność na korozję; - stabilność własności term.ele.	B.20 : RODZAJE KOROZJI - przyczyny : - chemiczna, -elektrochemiczna, -makrobiotyczna Rodzaje : - powierzchniowa ( zaatakowana zostaje cała powierzchnia metalu, koroduje w sposób jednorodny, z jednakową prędkością , zachodzi ona w środowiskach kwaśnych gdzie tworzenie warstw tlenkowych jest utrudnione; - lokalna : przybiera formy : - Korozja wżerowa - miejscowe naruszenie materiału i tworzenie się wżerów przechodzących w głębokie dziury, obecność jonów Cl- przyśpiesza ten rodzaj korozji, uszkodzenie warstwy powierzchniowej występuje w jej najsłabszym miejscu; - korozja szczelinowa - na złączach elementów, w wąskich przestrzeniach (śruby, nakrętki) w obecności elektrolitu; - korozja międzykrystaliczna - powstaje przez odrębność składu chemicznego granic ziaren, rozwija się ona wzdłuż granic ziaren kryształów, może być mało widoczna nz zewnątrz metalu gdyż rozwija się w środku. - korozja zmęczeniowa - przy zmiennych naprężeniach mechanicznych, powstają pęknięcia, są one śródkrystaliczne i powstają we wszystkich metalach; -
B20 - cd korozja kontaktowa - przy zetknięciu metali o różnych potencjałach elektrochemicznych , metal o niższym potencjale zachowuje się jak anoda i ulega silnemu roztwarzaniu; - korozja wybiórcza - występuje w stopach , podlegają jej niektóre jego składniki np. ocynkowanie mosiądze, rozpuszczenie ferrytu w żeliwie; - korozja erozyjna - w silnych strumieniach cieczy i w cieczach z cząstkami stałymi, zachodzi niszczące działanie strumienia i cząstek na materiał; - korozja cierna - w wyniku trącego działania twardego metalu na korodującą powierzchnię; - korozja kawitacyjna - kawitacja to proces tworzenia i zanikania pęcherzy w strumieniach cieczy, pod wpływem implozji wyrwane zostają cząstki metalu przypomina to trawienie kwasem, ta korozja szkodzi masz. hydraulicznym, turbinom, pompom; - korozja naprężeniowa (pękanie korozyjne) - pęknięcia w materiale pod wpływem środowiska i naprężeń, rozwijają się pęknięcia między i śród krystaliczne, przy głębokich pęknięciach następuje rozerwanie materiału.	21. Korozja elektrochemiczna Występuje ona w obecności roztworów o charakterze elektrolitów Cechą charakterystyczną jest przenoszenie ładunków w czasie procesów korozyjnego. Potencjał normalny - charakteryzuje zdolność przechodzenia jonów metalu do roztworu ( potencjał bardziej ujemny tym większa skłonność).(Materiały szlachetne są odporne na korozję).Proces korozji jest kombinacją dwóch reakcji : anodowej-(przy (-) elektrodzie) - przechodzenie atomów metali do roztworów w postaci jonów i wyzwalaniu elektronów. Katodowej-(przy (+)elektrodzie) redukcja różnych składników środowiska korozyjnego, której towarzyszy przyłączanie elektronów. Znaczny wpływ na korozję ma stężenie jonów wodorowych w roztworze. Podwyższenie temp. Przyspiesza proces korozji. Duży wpływ wywiera konduktywność elektrolitu.	22. Ochrona przed korozj --> [Author:JS] ą Pasywna- Powłoki ochronne-pasywacja- wytwarzanie chemiczne powłok hamujących procesy anodowe przez przesuwanie potencjału elektrochemicznego materiału w kierunku wartości dodatnich. Ochrona anodowa- zewnętrzne źródło prądu i katod pomocniczych powłoki metaliczne - przez zanurzenie (cynkowanie ,cynowanie , aluminiowanie) platerowanie (zwalcowanie na gorąco) natryskiwanie (ołowiem, cynkiem, kadmem, aluminium, dyfuzję (w wysokich temp.) napawanie, elektrolizę. Osłabienie agresywności środowiska przez usunięcie stymulatorów O2,CO2,H+,H2O.Wprowadzenie Inhibitorów (opóźniacze).Ochrona katodowa(ochrona rurociągów, kabli ,zbiorników, itp.). Ochrona z protektorem do chronionej konstrukcji przyłącza się elementy z metalu (Mg, Zn, Al.) konstrukcja ta staje się katodą a protektor anodą . z zewnętrznym źródłem prądu-elementy chronione łączone są z (-) biegunem źródła o wartości 1 -2V. Biegun (+) łączy się z dodatkową elektrodą (grafit) w ziemi niedaleko od elementu. Drąz elektryczny-(ochrona przed prądami błądzącymi	CD. - E 31 zalewanie żywicą stosowane jest przy produkcji przekładników, cewek, małych transformatorów, uszczelnianie kondensztorów i cewek zabezpiecza przed wilgocią , sklejanie żywicami umożliwia łączenie elementów wykonanych z różnych materiałów
C.1 : STRUKTURA PP - Do półprzewodników zalicza się ciała których konduktywność w temperaturze pokojowej zawiera się w granicach od 10^-7 do 10^5 1/(Wm) tzn. zajmują miejsce pośrednie między przewodnikami a dielektrykami. Właściwością półprzewodników jest zależność konduktywności od temperatury, pola elektrycznego czy promieniowania. W Elektrotechnice najpowszechniej stosowane są półprzewodniki IV grupy okresowej (np. german krzem). Poszczególne atomy germanu lub krzemu łączą się w kryształy za pomocą czterech elektronów walencyjnych. Są one silniej związane z atomem (inaczej niż w metalach) i mogą stać się nośnikami ładunków elektrycznych tylko wtedy gdy do kryształu dostarczona zostanie z zewnątrz porcja energii wystarczająca do zerwania wiązania kowalencyjnego i przeniesienie uwolnionego elektronu przez pasmo zabronione do pasma przewodnictwa. Przewodniki to takie ciała które mają wąskie pasmo zabronione nie przekraczające 1,5...2 eV. W zerze bezwzględnym poziomy en. pasma walencyjnego są zapełnione a poziomy pasma przewodnictwa wolne. Ze wzrostem temperatury kryształu energia cieplna jest magazynowana głównie w postaci energii drgań sieci krystalicznej. Gdy elektron walencyjny uzyska energię do zerwania wiązania	C1 - cd dubletu elektronowego, powstaje tzw. para elektron-dziura. Elektron przenosi się do pasma przewodnictwa a na jego miejscu pojawia się w wiązaniu brak elektronu (dziura) równoważny pojawieniu się w węźle ładunku dodatniego. Obok procesów jonizacji (elektron- dziura) zachodzą procesy rekombinacji w których elektrony z pasma przewodnictwa przechodzą do pasma walencyjnego, neutralizując powstałe dziury. Przy stałej temperaturze procesy jonizacji i rekombinacji równoważą się. Koncentracja nośników ustala się na określonym poziomie tym wyższym im wyższa temperatura. Dziury zachowują się podobnie do swobodnych ładunków dodatnich - pod działaniem pola odbywa się uporządkowany pozorny ruch dziur, wywołany przechodzeniem do nich elektronów walencyjnych z sąsiednich wiązań międzyatomowych. Ruch ten jest równoważny przepływowi dodatnich ład. elektr. a więc prądowi elektrycznemu zwanemu prądem dziurowym. W obecności zewnętrznego pola elektrycznego obok przepływu elektronów w paśmie przewodnictwa odbywa się równy ale przeciwnie skierowany przepływ dziur w paśmie walencyjnym. Suma przepływów obu nośników tworzy prąd elektryczny płynący w półprzewodniku.	C.2 : FOTOPRZEWODNIKI - Gdy energia fotonów promieniowania świetlnego padającego na półprzewodnik jest większa niż szerokość pasma zabronionego następuje przechodzenie elektronów do pasma przewodnictwa i zwiększenie się konduktywności półprzewodnika. Zjawisko to to fotoprzewodnictwo lub przewodnictwo fotoelektryczne. Największa długość fali wywołującej ten efekt nosi nazwę długości progowej fali i jest zależna od szerokości pasma zabronionego półprzewodnika. Przykładowe progowe długości fali (w mm) :Se-0,5; Si-1,0; Ge-1,75; Pbs-3,1; PbSe-5,0; InSb-6,8. Widzialne światło zawiera się między 0,38 (światło fioletowe) a 0,78 (światło czerwone)	C.3 : LUMINOFORY - Luminescencja jest zjawiskiem absorbowania energii i następnie emitowania jej w postaci kwantów promieniowania widzialnego. Substancje takie to luminofory. W zależności od rodzaju energii pobudzającej luminofor do promieniowania: - fotoluminescencję : wywołaną promieniowaniem widzialnym nadfiołkowym lub rentgenowskim występuje ona w lampach oświetleniowych (świetlówki), ap. rentgen. - elektrono luminescencję (luminescencję katodową) powstającą przy bombardowaniu luminoforu elektronami, ( w oscyloskopach i kineskopach) - elektroluminescencję : powstającą pod wpływem pola i prądu elektrycznego - chemiluminescencję : powstającą w wyniku przemian chemicznych. Jeśli pobudzenie luminoforu i emisja promieniowania zachodzą jednocześnie mamy odczynienia z fluorescencją. Jeśli emisja promieniowania utrzymuje się po usunięciu źródła pobudzającego wówczas jest to fosforencja. W skład luminoforów wchodzą związki nieorganiczne najczęściej tlenki lub siarczki cynku, wapnia, kadmu ,magnezu ,berylu ,wolframu, lub krzemu. Wprowadza się do nich niewielkie ilości
C3 - cd domieszek metalicznych zwanych aktywatorami. Ich obecność w kryształach luminoforów wpływa na uzyskanie lepszej wydajności świetlnej, barwy lub czasu poświaty, jako aktywatorów używa się zwykle manganu, żelaza, srebra, chromu lub toru. W nowoczesnej technice świetlnej używa się jako luminoforu mieszaniny : kwaśnego fosforanu wapnia, węglanu wapnia, węglanu manganu, fluorku wapnia, trójtlenku antymonu, chlorku amonu.	C.4 : DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE - stanowią złącza p-n zamknięte w obudowie często cało szklane z wyprowadzeniami w postaci drutów. Diody dużej mocy mają obudowę metalową. W diodach półprzewodnikowych wykorzystuje się zjawiska fizyczne występujące w złączu p-n. Własności prostujące złącza p-n wykorzystano w diodzie półprzewodnikowej przejmującej wszystkie funkcje spełniane poprzednio przez lampowe diody próżniowe ( prostowanie prądów zmiennych ich generację, detekcję sygnałów elektromagnetycznych. ). Dioda jako element prostownikowy - wykorzystuje się wtedy własności złącza p-n przepuszczania prądu elektrycznego tylko w jednym kierunku, takim, przy którym dodatni potencjał zewnętrznego źródła prądu doprowadzony jest do obszaru typu p. Dla przeciwnego kierunku prądu dioda stanowi element o bardzo dużej rezystancji. W przypadku prądu sinusoidalnie zmiennego ( gdzie kierunek napięcia zmienia się ) jedna połówka sinusoidy prądu w obwodzie z diodą półprzewodnikową będzie obcięta .Na charakterystyce prądowo- napięciowej diody półprzewodnikowej można	C4a - cd obszar zaporowy obszar przewodzenia wyróżni trzy obszary. W obszarze przewodzenia tj. przy polaryzacji diody w kierunku przewodzenia prąd diody zależy wykładniczo obszar przebicia od napięcia jedynie w początkowym zakresie charakterystyki. Później charakterystyka jest prawie liniowa co oznacza praktycznie stałą rezystancję złącza. Przy polaryzacji złącza w kierunku wstecznym (obszar zaporowy) prąd jest znikomo mały aż do momentu gdy napięcie wsteczne osiągnie wartość napięcia przebicia U p. Następuje wtedy gwałtowny zanik rezystancji, wzrost prądu i zniszczenie diody, jeżeli wartość prądu nie jest ograniczona innymi elementami obwodu. Wyróżniamy kilka rodzaj diod :- Prostowniki selenowe : anodę stanowi płytka aluminiowa o grubości 1mm pokryta jednostronnie cienką warstwą bizmutu w celu uzyskania dobrego kontaktu elektrycznego z warstwą selenu domieszkowanego akceptorem. Katodą jest cienka warstwa stopu, kadmu i cyny naniesiona na warstwę selenu . Atomy kadmu dyfundują do warstwy selenowej tworząc bardzo cienką warstwę	C4b - cd selenowego półprzewodnika typu n w którym kadm stanowi domieszkę donorową. Warstwa zaporowa powstaje wew. selenu na granicy dwóch warstw : selenu typu p i selenu typu n. Prostowniki selenowe charakteryzują się dośćmiernymi parametrami : niskim napięciem przebicia ( 80 V), niską dopuszczalną temp. pracy (75 C), niewysoką dopuszczalną gęstością prądu (500 A/m^2).- Diody germanowe : wykonywane przez stapianie indu z germanem typu n charakteryzują się znacznie korzystniejszymi parametrami : dop. nap. wsteczne 300 V a dop.gęstość prądu jest 100*10^3 A/m^2. dop. temp. pracy 75 C. Masywna katoda wykonana ze stopu żelaza, kobaltu i niklu stanowi podstawę do której przylutowana jest łatwo topliwym spoiwem ołowiowo- cynowym płytka wycięta z monokryształu germanu typu n. Na płytkę naniesiona zostaje kulka stopionego indu. W obszarze przylegającym do kulki tworzy się warstwa germanu typu p w której ind jest domieszką akceptorową. - Diody krzemowe - mają najlepsze parametry ale technologia ich wykonywania jest najtrudniejsza. Diodę
C4c - cd krzemową stanowi płytka monokryształu z czystego krzemu, zatopiona z jednej strony z płytką aluminiową a z drugiej pokryta warstwą antymonu. Na pograniczu z aluminium powstaje w krzemie warstwa półprzewodnika typu p a na pograniczu z antymonem warstwa półprzewodnika typu n. Dop. temp. pracy 200 C. Dop. gęstość prądu wynosi 800*10^3 A/m^2, Przy chłodzeniu diody krzemowe mogą mieć prądy znamionowe do 3 kA i duże napięcie wsteczne do 2 kV co pozwala na stosowanie ich w wysokonapięciowych układach prostowniczych wielkiej mocy.- Diody Zenera : (stabilitron), dioda krzemowa z punktem pracy na charakterystyce złącza p-n w obszarze przebicia. Duża zmiana napięcia na wejściu wywołuje niewielką zmianę napięcia stabilizowanego na wyjściu. Diody tego typu stosuje się jako stabilizatory napięć stałych w zakresie od 3 do 300 V.	C.5 : FOTODIODY I FOTOREZYSTORY - Fotodioda jest elementem półprzewodnikowym ze złączem p-n spolaryzowanym wstępnie w kierunku zaporowym. W wyniku naświetlania złącza prąd wsteczny jest modulowany przez powstające w złączu pary elektron-dziura co powoduje odpowiednie zmiany nieliniowej rezystancji złącza. Fotodioda jest głównym elementem układu przetwarzającego sygnały świetlne lub promieniowanie na sygnały elektryczne. Fotorezystor - (opornik fotoelektryczny ) jest elementem półprzewodnikowym zmieniającym swoją rezystancję pod wpływem natężenia światła. Najprostszym fotorezystorem będzie płytka materiału półprzewodnikowego umieszczona między dwiema elektrodami. Inna metoda to napylenie na płytkę szklaną pokrytą bardzo cienką warstwą Bi2S3 grzebieniastych elektrod ze złota lub platyny, całość pokrywa się warstwą lakieru izolacyjnego. Do budowy fotorezystorów wykorzystuje się : krzem, german i tellur lub związki ołowiu, talu, kadmu i bizmutu z siarką, selenem i tellurem. W najpopularniejszych fotorezystorach stosuje się	C5 - cd siarczek ołowiu, siarczek bizmutu, siarczek kadmu, odznaczają się małymi wymiarami i dużą czułością. Największą czułość mają oporniki w których zastosowano CdS ( wykorz. w pirometrach radiacyjnych). Wadą ich jest opóźniona reakcja na zmiany natężenia promieniowania. W układach wymagających większej bezwładności stosuje się oporniki w których zastosowano PbS lub Bi2S3. W układach wymagających znikomej bezwładności stosowane są fotodiody germanowe. Ich cechy to małe wymiary, duża trwałość i znikoma bezwładność ( reagują bez opóźnienia na zmiany nawet o częstotliwości 100 kHz.	C.6 : OGNIWA FOTOELEKTRYCZNE I SŁONECZNE - Ogniwa fotoelektryczne(fotoelementy) - następuje w nich przemiana energii świetlnej promieniowania na en. elektryczną. Wykorzystują one podobne zasady fizyczne jak fotodiody i mają te same konstrukcje. Różnica polega na tym że w obwodach z ogniwami fotoelektrycznymi brak jest polaryzujących źródeł napięcia. Zasada pracy ogniw fotoelektrycznych polega na zdolności złącza p-n rozdzielania par ładunków elektron-dziura generowanych przez fotony .Swobodne nośniki ładunków dyfundują z obszarów w których powstały do obszarów o ich mniejszej koncentracji. W złączu p-n w skutek działania pola elektrycznego wywołanego obecnością bariery potencjału elektrony dyfundujące z obszaru n są z powrotem do niego odpychane, natomiast dziury - „przyciągane”. Odwrotne zjawisko zachodzi przy dyfuzji z obszaru p. Przez barierę przechodzą jedynie nośniki tych ładunków, które w obszarach gdzie powstają są nośnikami mniejszościowymi - jest to równoważne z przepływem prądu
C6 - cd wstecznego. Skutkiem jest gromadzenie się elektronów w półprzewodniku typu n i ładowanie go dodatnio. Rozdzielenie ładunków w złączu powoduje więc powstanie na nim zewnętrznego napięcia elektrycznego zwanego przy otwartym obwodzie zewnętrznym - siłą fotoelektryczną ogniwa. Ogniwa fotoelektryczne selenowe stosowane są np. w przyrządach do pomiaru natężenia oświetlenia. Tzw. luksomierzach. Ogniwa słoneczne - OS to ogn. fotoel. w których źródłem promieniowania jest prom. słoneczne. Do budowy OS stosuje się krzem, konstrukcja ogniwa słonecznego jest identyczna jak konstr. diody krzemowej. Z zacisków połączonych z elektrodami można odebrać energię elektryczną. Siła elektromotoryczna pojedynczego ogniwa słonecznego jest niewielka rzędu 0.5 - 1 V a prąd zwarciowy zawiera się w granicach 15...40 mA/cm^2. Stąd łatwo obliczyć że z jednego m^2 naświetlanej powierzchni można uzyskać ok.100 W Sprawności ogniw w normalnych warunkach : 10% , w specjalnych warunkach uzyskano 18% , teoretyczna możliwa sprawność to 23%.	C6- cd Początkowo OS stosowano tylko w statkach kosmicznych ( z płytek monokrystalicznego krzemu). W zegarkach radiach kalkulatorach stosuje się ogniwa z uwodornionego krzemu amorficznego zawierającego 8...12% wodoru. Materiał ten ma własności półprzewodnika samoistnego i przez odpowiednie domieszkowanie staje się półprzewodnikiem typu n lub p ( łatwa i niedroga technologia jego wytwarzania ). Polikrystaliczne ogniwa cienkowarstwowe - wytwarzane na tanich podkładach : krzemowe o grubości do 50 mm, z arsenku galu GaAs o grubości do 5 mm. Korzystne własności optyczne i elektryczne wykazują również CdS, CdTe, Cu2S, używane na cienkowarstwowe ogniwa słoneczne.	C.7 : TERMISTORY - są to elementy półprzewodnikowe których rezystancja silnie zależy od temperatury. Wyróżnia się 3 rodzaje termistorów w zależności od zmian ich rezystywności w funkcji temperatury : typ NTC o ujemnej wartości współczynnika rezystancji a , typ PTC o dodatniej wartości temperaturowego współczynnika rezystancji, typ CTR o gwałtownym zmniejszaniu się rezystancji w kilkustopniowym przedziale zmian temperatury. Najbardziej rozpowszechnione są termistory NTC dla których R(T) i a(T) w określonym roboczym przedziale temperatur można obliczyć z zależności : R=R_To exp B[(To-T)/ToT] a = - B/T^2 gdzie To jest temperaturą 298 K (25 C) a B (w K) stałą zależną od rodzaju materiału termistora. Dla większości termistorów NTC wartość B zawiera się w granicach 2000...7200 K. Termistory wykonuje się z polikrystalicznych materiałów półprzewodnikowych o dużej wartości. Stosuje się je do pomiaru temperatury, do kompensacji temperaturowych zmian rezystancji obwodów , do stabilizacji napięcia, w zabezpieczeniach przeciw przepięciowych, jako przekaźniki rozruchowe i czasowe.	C7 - cd Termistory PTC wytwarza się techniką spiekania z polikrystalicznego tytanianu baru BaTiO3 i jego roztworów stałych z SrTiO3 i BaSnO3 domieszkowanych lantanowcami (La, Ce) Są to ferro elektryki o dużych wartościach zależnych od temperatury. W pewnym zakresie temperatur rośnie silnie rezystancja termistorów ze wzrostem temp. co wykorzystuje się w układach kontroli cieplnej, do ograniczania prądu w obwodach. Termistory CTR wykonuje się ze spieków polikrystalicznego tlenku wanadu lub tytanu. W określonej temperaturze następuje zmiana ich struktury krystalicznej prowadząca do gwałtownego zmniejszenia rezystywności. Np rezystywność dwutlenku wanadu po przekroczeniu temp. 68 C skokowo zmniejsza się o cztery rzędy wielkości. Prze wprowadzenie odpowiednich domieszek (np. Sn, Fe ) można regulować temp przemiany w szerokich granicach (np. od -20 C do 90 C )
C.10 : WYTWARZANIE MATERIAŁÓW PP - do budowy elementów pp używa się materiałów w postaci : monokrystalicznej (krzem i german - diody, obwody scalone ) , polikrystalicznej ( warystory termistory, ogniwa słoneczne). Materiał pp musi spełniać wymagania : - mała szerokość pasma zabronionego, - łatwość wprowadzania domieszek, - energ. aktyw. stanów domieszkowych ( 1...5)*10^-2 eV, - duża ruchliwość nośników ładunków (1000 cm^2/Vs), - długi cza życia nośników ( 10 do 1000 ms), - możliwość uzyskania mat. wyjściowego o odpowiedniej czystości, - możliwość uzyskania struktury monokrystalicznej, - trwałość chemiczna w norm. warunkach, - dobre warunki mechaniczne, - łatwość wykonywania odprowadzeń. (jedynie german i krzem spełnia w większości te wymagania, dziś w 90% stosuje się krzem ), Otrzymywanie mat. wyjściowych - źródłem krzemu jest dwutlenek krzemu SiO2 wydobywany w postaci skały kwarcowej. Metody otrzymywania krzemu : - redukcja dwutlenku krzemu węglem w piecu ogrzewanym łukiem elektrycznym SiO2+2C = 2CO +Si, - z reakcji	C10 - cd egzotermicznej 3SiO2 +4Al = 2Al2O3 + 3Si: tymi metodami otrzymuje się zanieczyszczony krzem metalurgiczny, oczyszczony krzem to krzem elektrolityczny. German - źródłem są niektóre rudy cynkowe (1% siarczku germanu) oraz węgle kamienne (1% germanu). Na skalę przemysłową jest otrzymywany z : - odpadów blendy cynkowej, - z pozostałości po spaleniu węgli. Działa się na nie kwasem solnym, otrzymany czterochlorek germanu obrabia się chemicznie i otrzymuje się GeO2, po redukcji wodorem ( w piecu 600 ... 650 C ) mamy german metaliczny w postaci proszku.	C.11 : OTRZYMYWANIE MONOKRYSZTAŁÓW - (krzem i german) stosowane są często w postaci monokryształów. Metody monokrystalizacji spełniają warunki : - materiał wsadowy o bardzo dużej czystości , zabezpieczony przed zanieczyszczeniem materiałem tygla; - zastosowanie jednego zarodka, zapewnienie warunków umożliwiających wzrost tego zarodka; - zapewnienie kierunkowej krystalizacji przez przesuwanie sfery gradientu temperatury przez powierzchnią rozdziału faz. Wyrażenie na prędkość krystalizacji : vk = (l/qr)*(dT/dx) gdzie A -powierzchnia krystalizacji, q - ciepło krzepnięcia, l - przewodność cieplna kryształu, r - gęstośc metalu ( dla przeciętnego dT/dx = 5...10 K/cm gradientu temp. otrzymuje się prędkość wzrostu kryształu w przedziale 0,5 ... 50 cm/h ). Metody : - Czochralskiego (zetknięcie pręta z powierzchnią ciekłego metalu , przy różnicy temp. pręta i cieczy, tworzy się na jego czołowej powierzchni zarodek wzrastający przy podnoszeniu pręta, ponadto pręt obraca się, otrzym. się tak krzem i german dla elektroniki); -	c11 - cd Bridgmana (z pionowym gradientem temp.), polega na kierunkowej krystalizacji metalu w tyglu dzięki gradientowi temperatury w kierunku jego osi wywołanym ruchem tygla albo pieca. Tą metodą otrzymuje się metale niskotopliwe ( Pb, Zn, Mg, Al ), średniotopliwych (Ag, Au, Cu ) , wysokotopliwych ( Ni, Co, stopy Fe). Uzyskane monokryształy mają postać grubych wałków do 10 cm średnicy
C.12 : METODY OCZYSZCZANIA I DOMIESZKOWANIA - Elementy półprzewodnikowe są bardzo czułe na czystość, szczególnie wysoka czystość wymagana jest dla krzemu na diody, tranzystory i detektory promieniowania, na 10^9....10^11 atomów siatki krystalicznej powinien przypadać najwyżej jeden atom zanieczyszczeń. Metoda topienia strefowego wykorzystuje zasadę że rozpuszczalność zanieczyszczeń w półprzewodniku w stanie ciekłym nie jest na ogół taka sama jak w stanie stałym, jeśli zanieczyszczenia rozpuszczają się lepiej w fazie ciekłej to w procesie krystalizacji faza ta jest bogatsza w zanieczyszczenia w porównaniu z fazą stałą, procesy wymiany zanieczyszczeń między fazami przebiegają tak długo aż ustali się równowaga : Cs/Cl = k gdzie Cs i Cl są koncentracjami równowagowymi zanieczyszczeń ( w fazie stałej i ciekłej ) , k - stala charakterystyczna dla różnych atomów zanieczyszczeń. Jeśli krystalizacja stopionego w podłużnej wlewce półprzewodnika postępuje wzdłuż --> [Author:JS] wlewki posuwając się wraz z granicą między ciekłą i stałą fazą nazywana jest krystalizacją kierunkową. Przepływ ciepła zachodzi wzdłuż osi wlewki w	C 12a - cd kierunku przeciwnym do kierunku krystalizacji, a zanieczyszczenia obniżaj --> [Author:JS] ące temperaturę topnienia roztworu ciekłego pozostają w dużej mierze w cieczy. W początkowym okresie krystalizacji wzrasta ich stężenie w cieczy, w końcowym w fazie stałej. W wyniku występuje jakby wyciskanie zanieczyszczeń do strefy końcowej wlewki. W metodzie topienia strefowego pręt półprzewodnika umieszczony jest we wlewce wewnątrz rury kwarcowej którą przepływa gaz obojętny. Odcinek półprzewodnika jest topiony prądem o wysokiej częstotliwości wytwarzanym przez cewkę indukcyjną przesuwającą się wzdłuż rury, strefa ciekłego materiału ograniczona strefami rozdziału faz przesuwa się wzdłuż wlewki, proces powtarza się wielokrotnie. Domieszkowanie - przez dodanie domieszek do fazy ciekłej przy wyciąganiu monokryształów można uzyskać monokryształy domieszkowane donorowo lub akceptorowo ( monokryształ typu p ). W następnej fazie pręt tnie się na płytki ( o grubości setnych części mm) Płytki po oczyszczeniu domieszkuje się donorowo. Jeśli koncentracja donorów w przypowierzchniowej	C12b - cd warstwie krzemu typu p jest większa od koncentracji akceptorów to ta warstwa staje się półprzewodnikiem typu n a w płytce powstaje złącze p-n. Złącza krzemowe wytwarza się metodą dyfuzji , dyfuzję z fazy stałej uzyskuje się przez naparowanie w próżni cienkiej warstwy materiału domieszkowego lub np. przez nałożenie domieszkowanej warstwy SiO2 na powierzchni krzemu. Metoda implantacji jonów polega na wstrzeliwaniu jonów danej domieszki do krzemu przez bombardowanie jego powierzchni strumieniem jonów o dużej energii , metoda ta pozwala na dokładną kontrolę głębokości złącza, wadą jest wprowadzenie defektów struktury krystalicznej półprzewodnika oraz znaczny koszt aparatury. Metoda transmutacji polega na napromieniowaniu materiału półprzewodnikowego strumieniem neutronów ( w reaktorze jądrowym ) w wyniku reakcji jądrowych z neutronami następuje przemiana jądrowa pewnej liczby atomów izotopu krzemu w stabilny fosfor . W ten sposób otrzymuje się półprzewodnik typu n. Dzięki zastosowaniu tej metody uzyskano diody i tyrystory na bardzo duże prądy - do 3000 A.	C.8 : WARYSTORY - elementy półprzewodnikowe których rezystancja zależy od przyłożonego do ich zacisków napięcia, ich charaktrystka wyróżnia się znaczną nieliniowością, zwiększenie napięcia prowadzi do zmniejszenia rezystancji i gwałtownego wzrostu prądu. W układach niskiego napięcia warystory znalazły zastosowanie w układach stabilizacji napięcia, gaszenia iskrzeń na stykach, zabezpieczenia od przepięć komutacyjnych, jak również w telefonii, radiotechnice, telewizji i technice obliczeniowej. W układach wysokiego napięcia stosuje się warystory w zaworach odgromnikowych iskiernikowych, są w nich w postaci okrągłych płytek zmienno oporowych, obustronnie metalizowanych. Płytki te są wytwarzane metodą spiekania drobnoziarnistej mieszaniny składającej się z karborundu(węgliku krzemu), piasku kwarcowego, gliny oraz innych domieszek. Główną rolę w mechanizmie przewodzenia gra ziarnistość struktury warystorów. Ziarenka karborundu (polikryształ), mającego charakter półprzewodnika, oddzielone są składnikami o charakterze dielektryków( piasek kwarcowy, glin a), tworzących minimalne odstępy izolacyjne.
C8 - cd W nowszych rozwiązaniach do wytwarzania warystorów używa się materiałów ceramicznych, których głównym składnikiem jest tlenek cynku ZnO z odpowiednimi domieszkami. Mają one znaczie korzystniejsze charakterystyki niż materiały na bazie SiC. Przeciwprzepięcowy odgromnik zaworowy - włączany między przewodem linii napowietrznej a ziemią , składa się z iskiernika odcinającego, iskiernika gaszącego, stosu płytek zmienno porowych Fala przepięciowa wywołana wyładowaniem i nadbiegająca linią napowietrzną do podstacji powoduje zapłon iskiernika i podłączenie linni przez odgromnik do ziemi.	C.9 : HALOTRONY - (czujniki halla) elementy półprzewodnikowe służące do pomiaru indukcji magnetycznej, działanie ich opiera się na zjawisku halla. Czujnik halla stanowi cienka płytka o grubości ułamka milimetra i wymiarach boków 1...3 mm dzięki czemu można ją umieszczać i mierzyć indukcję w bardzo wąskich szczelinach obwodów magnetycznych maszyn i transformatorów. Przepuszczając prąd I z pomocniczego źródła prądu stałego przez płytkę mierzy się powstające napięcie halla U h , z zależności oblicza się indukcję mierzonego pola magnetycznego znając grubość płytki h i stałą Halla R h materiału płytki. B = (Uh h)/(I Rh) Oprócz pomiaru pól magnetycznych czujników Halla używa się do pomiarów ( natężenia prądu, mocy prądu stałego i zmiennego, rezystancji ) ( kąta obrotu, przesunięcia i drgania mechaniczne, ciśnienie ), stosuje się je w układach realizujących operacje matematyczne (+, - , * , / , ^ , SQRT, różniczkowanie i całkowanie). Najczęściej stosowanymi do wyrobu halotronów materiałami półprzewodnikowymi są	C9 - cd: arsenek indu InAs oraz antymonek indu InSb. Oba materiały są półprzewodnikami typu n i ich stałe Halla wynoszą odpowiednio 0,9*10^-3 i 0,5*10^-3 m^3/A*s. Zaletą InAs jest znaczna niezależność wartości r i Rh od temp. natomiast zaletą InSb jest znacznie mniejsza rezystywność niż InAs, co pozwala na uzyskanie większej mocy wyjściowej.

A. CZĘŚĆ OGÓLNA 1. Budowa atomu 2. Stany kwantowe 3. Układ okresowy pierwiastków 4. Budowa cząsteczek 5. Wiązania atomów w cząsteczkach 6. Energia wiązania 7. Stany skupienia 8. Napięcie powierzchniowe 9. Układy krystalograficzne 10. Wiązania w kryształach 11. Procesy krystalizacji i topnienia 12. Kryształy idealne i rzeczywiste 13. Przemiany fazowe 14. Obróbka plastyczna na zimno 15. Zdrowienie i rekrystalizacja 16. Ciekłe kryształy 17. Stopy jedno- i niejednorodne 18. Wykresy równowagi faz : roztwór stały 19. Wykresy równowagi faz : stop niejednorodny 20. Wykresy równowagi faz : ograniczona rozpuszczalność w stanie stałym 21. Stopy żelazo węgiel 22. Dyfuzja w kryształach 23. Wytrzymałość materiałów 24. Twardość materiałów 25. Temperatury topnienia mięknienia i łamliwości 26. Stałe materiałowe w równaniach Maxwella

B. MATERIAŁY PRZEWODZĄCE 1. Kwantowa teoria ciała stałego 2. Funkcje rozkładu Fermiego 3. Pasmowa teoria przewodnictwa 4. Zależność przewodności od temperatury 5. Przewodnictwo elektryczne stopów 6. Wymagania wobec materiałów przewodowych 7. Przewody : materiały, budowa, zastosowania 8. Kable : materiały, budowa, zastosowania 9. Druty nawojowe : materiały, budowa, zastosow. 10. Miedź : własności, zastosowania w elektrotech 11. Stopy miedzi : własności, zastos. 12. Aluminium : własności, zastos. 13. Stal : własności, zastos. 14. Materiały oporowe 15. Materiały stykowe 16. Materiały specjalne (Pb, Zn, Sn, W, C ) 17. Spoiwa i luty 18. Termobimetale 19. Materiały termoelektryczne 20. Rodzaje korozji 21. Koroozja elektrochemiczna 22. Ochrona przed korozj --> [Author:JS] ą 23. Kriorezystywność 24. Nadprzewodnictwo 25. Własności krytyczne w nadprzewodnikach 26. Nadprzewodniki I i II rodzaju 27. Cewki nadprzewodzące

C. MATERIAŁY P.ÓŁPRZEWODNIKOWE 1. Struktura pp 2. Fotoprzewodniki 3. Luminofory 4. Diody pp 5. Foto diody i fotorezystory 6. Ogniwa fotoelektryczne i słoneczne 7. Termistory 8. Warystory 9. Halotrony 10. Wytwarzanie materiałów pp 11. Otrzymywanie monokryształów 12. Metody oczyszczania i domieszkowania

D. MATERIAŁY MAGNETYCZNE 1. Klasyfikacja materiałów magnetycznych 2. Trwałe i indukowane dipole magnetyczne 3. Wektor polaryzacji magnetycznej 4. Masteriały dia- i paramagnetyczne 5. Materiały ferromagnetyczne 6. Siły wymiany 7. Anizotropia magnetokrystaliczna 8. Domeny magnetyczne 9. Procesy magnesowania 10. Magnetostrykcja 11. Krzywe magnesowania 12. Pętla histerezy magnetycznej 13. Przenikalność magnetyczna 14. Stratność magnetyczna 15. Ekranowanie magnetyczne 16. Charakt. i zast. magnetyków miękkich 17. Materiały magnetyczne miękkie 18. Stale krzemowe 19. Materiały magnetyczne twarde 20. Magnetodielektryki 21. Ferryty

E. MATERIAŁY DIELEKTRYCZNE 1. Trwałe i indukowane dipole elektryczne 2. Wektor polaryzacji elektrycznej 3. Mechanizmy polaryzacji 4. Przenikalność elektryczna 5. Rezystywność skrośna i powierzchniowa 6. Stratność dielektryczna 7. Wytrzymałość elektryczna 8. Trwałość materiałów izolacyjnych - klasy izolacji 9. Piezo- i piroelektryki 10. Ferroelektryki 11. Elektry 12. Dielektryki lotne 13. Dielektryki ciekłe naturalne 14. Dielektryki ciekłe syntetyczne 15. Mika i azbest 16. Szkła i ceramiki elektrotechniczne 17. Żywice naturalne i syntetyczne 18. Polimeryzacja 19. Tworzywa termoplastyczne i termoutwardzalne 20. Sieciowanie polimerów 21. Asfalty naturalne i sztuczne 22. Woski 23. Materiały włókiennicze organiczne i nieorgan. 24. Papiery i kartony elektroizolacyjne 25. Elastomery 26. Termoplasy 27. Duroplasty 28. Tłoczywa termoutwardzalne 29. Lakiery elektroizolacyjne 30. Materiały warstwowe i folie elektroizolacyjne 31. Żywice lane

Klasyfikacja materiałów stosowanych w elektrotechnice

Materiały w elektrotechnice można klasyfikować według różnego rodzaju kryteriów. Najpowszechniej stosowanym kryterium jest przewodnictwo elektryczne materiału. Z tego punktu widzenia materiału dzieli się na:

- materiały przewodzące ( przewodniki )

- materiały półprzewodzące ( półprzewodniki )

- materiały izolacyjne ( dielektryki )

Dodatkową grupę materiałów , poza tym podziałem stanowią materiały magnetyczne ( magnetyki )

Budowa atomu i struktura powłok elektronowych - związek z właściwościami materiału.

Wszystkie ciała zbudowane są z atomów. W każdym atomie o wymiarach rzędu 10"¹⁰m położenie centralne zajmuje jądro (o wymiarach rzędu 10"¹⁴m), złożone z tzw. nukleonów, tj. dodatnio naładowanych protonów (o masie spoczyn­kowej 1673 ■ 10"³⁰kg i ładunku elektrycznym + 1,6- 10~^L9C) oraz elektrycznie obojętnych neutronów (o masie spoczynkowej 1675 ■ 10"³⁰kg).

Wokół jądra krążą po określonych orbitach ujemnie naładowane elektrony (o masie spoczynkowej 0,91 ■ 10"³⁰kg i ładunku elektrycznym - 1,6- 10"^!9C). Liczba przynależnych do atomu elektronów jest przy tym równa liczbie zawartych ^w J^ego jądrze protonów, wobec czego ładunki elektryczne elektronów i protonów wzajemnie się równoważą — atom w stanie niezjonizowanyn; jest strukturą elektry­cznie obojętną.

Atomy poszczególnych pierwiastków chemicznych różnią się między sobą licz­bą zawartych w ich jądrze protonów, która nosi nazwę liczby atomowej pierwiast­ka. Stanowi ona niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego pierwiastka. Licz­ba zawartych w jądrze atomu neutronów może być dla tego samego pierwiastka niejednakowa. Zachodzi to w przypadku izotopów - pierwiastków o tych samych własnościach chemicznych, określonych liczbą protonów, a różniących się liczbą neutronów. Liczba zawartych w jądrze nukleonów (tj. protonów i neutronów łącz­nie) nosi nazwę liczby masowej pierwiastka. Jest ona zawsze liczbą całkowitą, odnoszącą się do poszczególnych izotopów. Natomiast masa atomowa jest najczęś­ciej liczbą ułamkową, gdyż jest średnią wagową wyznaczoną dla danego składu izotopowego pierwiastka.

Jednocześnie krążący po orbicie elektron może być traktowany jako elementarny prąd elektryczny wytwarzający moment magnetyczny. Stąd atom z takim elektro­nem tworzy elementarny dipol magnetyczny scharakteryzowany orbitalnym mo­mentem magnetycznym. Poza ruchem orbitalnym wokół jądra atomu każdy elek­tron wykonuje ruch obrotowy wokół własnej osi. Z ruchem tym związany jest mo­ment pędu zwany spinem oraz spinowy moment magnetyczny. Istnieją przy tym dwa możliwe kierunki wirowania elektronu wokół własnej osi.

Orbity elektronowe zgrupowane są w powłoki elektronowe. Kolejne powłoki usytuowane są w coraz większej odległości od jądra atomu. W powłokach elektro­nowych wyróżnić można warstwy orbit grupujące orbity o tym samym kształcie: kołowe i eliptyczne o różnym stopniu spłaszczenia. Orbity w poszczególnych wars­twach różnią się usytuowaniem ich w przestrzeni (a więc krążące na nich elektrony będą się różnić kierunkami orbitalnego momentu magnetycznego). Na pojedynczej orbicie mogą znajdować się najwyżej dwa elektrony, ate o przeciwnych spinach.

Rodzaje wiązań chemicznych - związek z budową i właściwościami materiałów.

Szczególnie silne powinowactwo chemiczne występuje między atomami elektrododatnimi i elektroujemnymi. Łączą się one zazwyczaj wiązaniami jonowymi, występującymi często w przypadku kwasów, zasad i soli.

Wiązania kowalencyjne występują w cząsteczkach zbudowanych z dwóch atomów tego samego pierwiastka {substancje proste).

Charakterystyczne elementy sieci krystalicznej - przykłady układów krystalograficznych.

{ nie wiem czy to czy to niżej

Znakomita większość ciał stałych ma strukturę krystaliczną. Tak uporządko­wanej strukturze przestrzennej odpowiada zwykle najmniejsza wartość energii swo­bodnej. Każdą taką strukturę tworzy zespół wielu identycznych wielościanów {ko­mórek elementarnych), powtarzających się regularnie we wszystkich kierunkach. W sieci przestrzennej krawędzie komórek elementarnych przecinają się w punktach zwanych węzłami sieciowymi.

W każdym z węzłów sieci znajduje się atom. Gdy komórka ma dodatkowo obsadzony atomami środek, środki ścian, względnie środki podstaw, mamy do czynienia z komórką przestrzennie centrowaną, płasko centrowaną, względnie komórką o centrowanej podstawie.

Kształt i rozmiary komórki elementarnej określane są przez tzw. stałe sieciowe. którymi są długości krawędzi komórki: a, b, c oraz kąty: cc, p, y między tymi krawędziami.

Biorąc pod uwagę różne możliwe wartości stałych sieciowych oraz symetrię sieci przestrzennych wyróżnia się 7 głównych rodzajów sieci, zwanych układami krystalograficznymi. }

Regularny, heksagonalny, rombowy, romboedryczny, jednoskośny, tetragonalny, trójskośny

Liczba koordynacyjna podaje liczbę atomów znajdujących się w najbliższej i równej odległości od atomu leżącego wewnątrz sieci. Na przykład w układzie regularnym prostym liczba koordynacyjna wynosi 6.

Jeśli wyobrazimy sobie, że atomy mają kształt kul, to w każdej sieci przestrzennej wypełnionej nawet najbardziej ciasno przez atomy-kule pozostaje jeszcze przestrzeń wolna. Współczynnik wypełnienia (zwany nieraz gęstością upakowania) wyraża się stosunkiem objętości zajętej przez atomy do całkowitej objętości sieci. Współczynnik wypełnienia można obliczyć na podstawie prostych geometrycznych relacji między objętością komórki elementarnej a objętością atomów-kul jej przyporządkowanych.

Im bardziej zwarte ułożenie atomów w sieci przestrzennej, tym większe wartości ma liczba koordynacyjna i współczynnik wypełnienia. W tablicy 1.34-! przedsta­wiono charakterystyki niektórych układów i typów krystalograficznych.

Większość metali krystalizuje w trzech rodzajach sieci przestrzennej:

- sieci regularnej płasko centrowanej, oznaczana symbolem Al (lub RSC),

- sieci regularnej przestrzennie centrowanej, A2 (RPC),

- sieci heksagonalnej zwartej, A3 (HZ).

W strukturze Al krystalizująm.in. metale: Al, Fe , Co_p, Ni.,Cu, Ag,Ir, Pt, Au, Pb.

W strukturze A2 krystalizują m.in. metale: Na, K, TL, V, Cr , Fe , Nb, Mo, Ta, W,.

W strukturze A3 krystalizują m.in, metale: Be, Mg, Ti_o, Co_n, Ni_n, Zn, Cd, lantanowce.

Ciecze ciekłokrystaliczne - własności, zastosowanie.

- są specjalnym rodzajem cieczy charakteryzującą się anizotropią własności która jest typową cechą kryształów nie występującą w zwykłych cieczach. CK powstają po stopieniu pewnych substancji krystalicznych ( tzw kryształy termotropowe) przechodzą one do stanu zwykłej cieczy o własnościach izotropowych po podgrzaniu do odpowiedniej temperatury, przy ochładzaniu takiej substancji z cieczy izotropowej powstaje najpierw ciekły kryształ, który przy dalszym ochładzaniu ulega krystalizacji. Przedział temp w którym ciecz ma własności anizotropowe ( przedział między temperaturą powstania ciekłego kryształu a temperaturą jego przejścia w stan izotropowy zależy od rodzaju substancji. Zasadniczą cechą substancji które mogą występować jako ciekłe kryształy jest wydłużony kształt ich molekuł. Anizotropowe własności CK wynikają z wzajemnego równoległego ustawienia się wzdłużnych molekuł. Ustawienie równoległych względem siebie molekół ma inne właściwości wzdłuż długich osi molekuł inne zaś w kierunku osi krótkich. CK są diamagnetykami wykazującymi anizotropię magnetyczną, i dielektryczną ( ich przenikalność dielektryczna zależy od kierunku ustawienia molekuł. CK wykazują anizotropowość optyczną tzn. współczynnik załamania światła zależy od kierunku ustawienia wzdłużnych molekół w stosunku do kierunku drgań wektora elektrycznego fali świetlnej. Zjawisko to wykorzystuje się do sterowania własnościami optycznymi cienkiej warstwy CK Zabarwienia charakterystyczne dla niektórych CK jest wywołane przez zjawisko selektywnego odbicia światła od ich powierzchni. Można komponować mieszaniny różnych substancji ciekłokrystalicznych aby barwa pojawiała się w ściśle określonej temperaturze.

Defekty struktur krystalicznych i wpływ na właściwości materiałów.

Nieprawidłowości struktury sieciowej w rzeczywistych kryształach można po­dzielić na trzy rodzaje:

- defekty punktowe,

- defekty liniowe.

- defekty powierzchniowe.

Do defektów punktowych budowy krystalicznej, cechujących się niewielkimi wymiarami, należą wakanse, tj. wolne węzły w sieci krystalicznej oraz atomy międzywęzłowe, które zajęty pozycje w lukach, opuszczając węzły sieci na skutek drgań cieplnych. Obecność zarówno wakansów, jak i atomów międzywęzłowych, powoduje wokół nich lokalne odkształcenia sieci przestrzennej kryształu (rys. 1.50-1). Liczba wad punktowych rośnie ze wzrostem temperatury. Z uwagi na mechanizm ich powstawania rozróżnia się defekt Schottky'ego

(przemieszczanie się atomu w miejsce sąsiedniego wakansu, w wyniku czego po­wstaje wakans w innym miejscu sieci) oraz defekt Frenkla (jednoczesne utworze­nie wakansu i atomu międzywęzłowego). Wakanse mogą się przemieszczać w sieci \ ki-ystalicznej metalu (tzw. samodyfuzja).

Defektami liniowymi nazywa się zakłócenia budowy krystalicznej, które w jednym kierunku mają wymiar kilku odległości atomowych, a w drugim — całego ziarna lub znacznej jego części. Rozróżnia się dwa zasadnicze rodzaje defektów liniowych

- dyslokację krawędziową,

- dyslokację śrubową.

Dyslokacje powstają zarówno podczas krystalizacji metali, jak i w stanie stałym, np. w wyniku odkształcenia plastycznego na zimno. Mogą one się przemieszczać w materiale pod wpływem naprężeń wewnętrznych.

Do najważniejszych defektów powierzchniowych zalicza się granice ziaren

Pod tym pojęciem rozumie się wewnętrzną powierzchnię graniczna, oddzielającą dwa kryształy o takim samym składzie chemicznym, różniące się tylko orientacją krystalograficzną.

Przewodnictwo elektryczne metali

Największą konduktywność mają metale w stanie chemicznym czystym. Wszelkie domieszki powodują zakłócenia regularnej budowy siatki krystalicznej co z reguły zwiększa opory uporządkowanego ruchu elektronów swobodnych. Przewodność elektryczna stopów podobnie jak temperaturowy współczynnik rezystywności zależy w decydującym stopniu od ich charakteru. W przypadku stopów jednorodnych (tj. tworzących roztwory stałe) konduktywność stopu jest znacznie obniżona w stosunku do konduktywności metali składowych. W przypadku stopów niejednorodnych (tj. nie rozpuszczających się w sobie) konduktywność stopu jest proporcjonalna do procentowego udziału w nim poszczególnych składników.

---