Что характеризуют понятия «сопротивление» и «проводимость», принципы конструирование резистивных и проводниковых материалов.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

Электрический ток — это направленное движение положитель­ных или отрицательных электрических зарядов под действием электрического поля. Он может обеспечиваться движением только электронов, как это имеет место в вакууме при эмиссии электро­нов накаленным катодом, металлах и материалах, проявляющих свойство сверхпроводимости. Вещества, обладающие электронной проводимостью, называют проводниками первого рода. Проводя­щие среды, в которых прохождение тока обеспечивается движени­ем частиц вещества — ионов, называют проводниками второго рода. К ним относятся электролиты—растворы и расплавы. Плаз­ма имеет смешанную проводимость. Согласно электронной теории в идеальной кристаллической ре­шетке не происходит ни рассеяния, ни отражения, ни торможения движущихся электронов, т. е. нет никаких препятствий прохождению электрического тока и электропроводность металлов должна быть бесконечно большой. В действительности этого не происходит. Электропроводность металлов является конечной величиной и за­висит от многих факторов, в частности от наличия дефектов в его структуре. С увеличением температуры металла его атомы в узлах кри­сталлических решеток колеблются с большими и большими амп­литудами. Это увеличивает вероятность столкновения с ними сво­бодных электронов. Соответственно с повышением температуры увеличивается и сопротивление прохождению электрического тока. Проводники второго рода — электролиты-растворы или ра­сплавы кислот солей, щелочей, оксидов и плазма—имеют два вида электропроводности — электронную и ионную. При постоянном токе у растворов и расплавов наблюдается преимущественно ион­ная проводимость в соответствии с законом Фарадея. В плазме наблюдаются оба вида проводимости, причем доля электронного и ионного токов зависит от давления, температуры и состава плазмы. Т.о. проводимость – это способность вещества проводить электрический ток. (она зависит от концентрации носителей зарядов и от вида вещества и его состояния.) величина, обратнойая проводимости, наз-ют уд. Эл. сопротивлением. Оно зависит от тех же факторов, что и проводимость и для всех металлов увелич. с ростом темпир-ры. Уд. сопр-ие проводника при заданной темпир-ре t:

, где - уд.сопр-ие проводника при темпир-ре 293 К, - темпир-ый коэф-нт Эл.сопр-ия, Ом/К.На практике, для характеристики проводников используют величину ρ, называемую удельным сопротивлением.При создании нагревательных элементов - резисторов, прежде всего, конструируют материал для их изготовления, имея в виду соотношение , где е – заряд электрона, n – концентрация свободных электронов в материале, υ – интегральная подвижность (длина свободного пробега) электронов в материале, определяемая кристаллической структурой вещества, наличием разнородных кристаллов и примесей. Создавая материалы для нагревательных элементов, так подбирают их компоненты, чтобы подвижность (длина свободного пробега) электронов в них была наименьшей. По этому принципу созданы славы - нихром - никель-хром-железо, фехраль – железо-хром-алюминий, материалы для спиралей электрических ламп из поликристаллического вольфрама с присадками тория, алюминия, кремния и калия, обладающие высоким удельным электрическим сопротивлением.

20.Принцип работы и области применения электрофильтров Электрофильтр, как агрегат, состоит из следующих основных элементов (рис. 19.1): 1.система подготовки газов для подачи в электрофильтр, в ко­
торую входят устройства для увлажнения газа и выравнивания
профиля скоростей; 2. источник питания — повышающий трансформатор в комп­
лекте с регулирующим автотрансформатором и высоковольтный
выпрямитель; 3.собственно электрофильтр.

Процесс воздействия поля на частицы вещества в электро-

фильтрах включает две стадии: а) предваритель­ная бесконтактная заряд­ка частиц; б) осаждение частиц за счет кулонов-ского взаимодействия их зарядов с электрическим полем.

Принцип действия электрофильтра заключа­ется в следующем. От ис­точника питания через изолирующий ввод на коронирующий электрод и осадительный электрод подается высокое напря­жение постоянного тока. Между электродами возникает резко неоднородное электричес­кое поле. Необходимая разность потенциалов U_o для возникнове­ния коронного разряда в электрофильтре определяется по извест­ному значению E₀ для соответствующей сис­темы электродов. Но мере повышения напряжения после возникно­вения коронного разряда ток быстро возрастает. При дальнейшем повышении напряжения коронный разряд может перейти в искро­вой. Рабочие токи в электрофильтре обычно составляют порядка 0,1 — 0,5 мА/м длины электрода. По достижению разностью потенциалов между электродами электрофильтра значения 50—80 кВ напряженность электрическо­го поля способна сообщить свободным электронам и ионам газа скорость выше критической. Энергия таких электронов становится достаточной для ударной ионизации нейтральных частиц. Обра­зующиеся при этом ионы и свободные электроны разгоняются электрическим полем до критических скоростей и ионизируют, в свою очередь, другие атомы и молекулы. Этот процесс нарастает лавинообразно. Подобная ионизация называется коронированием. После образования короны в электрофильтре возникают две раз­личные зоны. Первая из них расположена вокруг коронирующего электрода. Она заполнена положительно и отрицательно заряжен­ными ионами и электронами. Вторая зона занимает пространство между короной и осадительным электродом, она заполнена только отрицательными ионами и электронами. Поэтому при прохожде­нии через полость электрофильтра запыленного газа большинство пылинок получает отрицательный заряд и направляется к положи­тельному осадительному электроду 7. Осадительные электроды пе­риодически встряхиваются специальными механизмами 8 и осев­шая на них пыль осыпается в бункер 9. Достигаемый установкой электрофильтров экономический эф­фект весьма значителен, поскольку пыль, улавливаемая электро­фильтром, часто представляет большую ценность, в ней содержат­ся серебро, медь, никель, сурьма, цинк, свинец, магний и др. Созданы и успешно эксплуатируются электрофильтры для очистки воздуха в животноводческих помещениях и на птицефер­мах с большой запыленностью и бактерицидной осемененностью.

21.Электронно – лучевая обработка, устройство и принцип действия электронной пушки.Электронно-лучевой нагрев применяется для обработки туго-плавких и химически активных металлов, сварки, испарения ме­таллов и оксидов, выращивания монокристаллов, металлизации и напыления и т. д. С технологической точки зрения основными преимуществами электронно-лучевого нагрева следует считать: а) возможность в широких пределах плавно изменять удельную энергию в зоне нагрева; б) большую удельную мощность (от десятков ватт до несколь­ких мегаватт) в месте взаимодействия электронного луча с обра­батываемым изделием); в) возможность управления пространственным положением лу­ча с помощью магнитной системы;

г) возможность использования вакуума как рабочей среды; д) возможность получения малоразмерной (прецизионной) зо­ны воздействия электронного луча на обрабатываемый материал. К временным недостаткам этого вида нагрева следует отнести прежде всего необходимость обеспечения высокого вакуума, а так­же сложность изготовления, эксплуатации и высокую стоимость электрон но-лучевого оборудования. Электронной пушкой наз-тся устройство, в кот. эмитируемый катодом пучок электронов формируется в Эл-ом и магн. полях в луч, кот. ускоряется в электр. поле, выводится ч/з отверстие в аноде и направл. на нагреваемый объект.

Рассм. устройство и принцип работы электр. пушки. При нагреве катод 1 начинает эмитировать электроны за счет термоэлектронной эмиссии. При помощи формирующего электрода 2 обр. пучок, ускор. в электр. поле, приложенным м/у катодом и анодом 3. Пучок ускоренных электронов проходит ч/з юстирующее устройство 4, кот. формир. луч и направляется в диафрагму 5. Диафрагма способствует дальнейшему формированию

луча , а также улавливает ушедшие от пучка электроны. Пройдя диафрагму луч попадает электромагн. фокусир. линзу 6 и затем направл. на поверхность обрабат. детали.

28.Применение индукционного нагрева в металлургии и машиностроении. Индукц.нагрев проводящих тел основан на поглощении ими электромагнитной энергии, возникновении наведенных вихревых токов, нагревающих тело по закону Джоуля-Ленца. переменное магн. поле созд. индуктором , кот. по отношению к нагреваемомоу телу выполн. роль первичной обмотки тр-ра. Нагреваемое тело выполн. роль вторичной обмотки тр-ра, сожерж-щий один короткозамкнутый виток. Индукционный нагрев используется для следующих целей. - Плавление металлов в канальных и тигельных печах.-Выращивание монокристаллов кремния, германия и оптически активных рабочих элементов лазеров.-Сквозной нагрев металлических заготовок перед механической обработкой при получении листового и фасонного проката, проволоки, гвоздей, болтов, шурупов, пружин амортизаторов автомобилей.-Упрочнение поверхностей деталей, работающих при больших механических нагрузках - головки железнодорожных рельсов, колеса железнодорожных вагонов и цистерн, трущиеся части автомобилей и сельскохозяйственных машин.-Получение технологической плазмы в процессах производства новых материалов в плазмохимических реакторах. Нагрев крупногабаритных изделий и больших объёмов металла, например, в печи ёмкостью 60т, производительностью 36 т\час, мощностью 17000кВт производится на промышленной частоте с использованием специальных трансформаторов. При нагреве малых объёмов металла для питания индукционных установок, работающих на повышенных и высоких частотах, применяются специализированные преобразователи частоты. Необходимость получения полупроводниковых материалов, металлов выс. чистоты, сплавов на основе химически активных и тугоплавких металлов, а также плавленых огнеупорных материалов повышенной чистоты, получение кот. в печах с керамической футеровкой весьма затруднительно, привела к соданию новых методов и установок индукционной плавки, обеспеч. получение указанных материалов без примесей и при гораздо более выс. темпир-рах, чем в тигельных или канальных инд. печах.К такого типа процессам относ. инд-ая гарниссажная плавка, инд-ая струйная плавка, плавка в взвешенном стоянии, кристаллизационная плавка и т.д.

29.Физические основы нагрева диэлектриков в переменном электрическом поле.Использование электрического тока, проходящего через ди­электрики и полупроводники в переменном электрическом поле, является основой диэлектрического нагрева, который имеет преи­мущества перед другими способами нагрева. Это быстрота, равно­мерность и высокая производительность. С энергетической точки зрения такой нагрев является наиболее эффективным, поскольку при его осуществлении вся энергия вносится в массу нагреваемо­го материала. Использование высококачественного нагрева позволяет повы­сить качество продукции, ускорить технологические процессы и получить при массовом производстве большую экономию, несмот­ря на высокую стоимость оборудования. Частицы диэлектрика, помещенного в электрическое поле, ис­пытывают механическое воздействие, смещающее положительно заряженные частицы в одну сторону, а отрицательно — в другую. В результате центры электрического действия положительных и отрицательных частиц не совпадают и во внешнем пространстве такая молекула воспринимается как диполь, т. е. как система двух равных, но противоположных зарядов + q n —q, смещенных друг относительно друга на расстояние l. Такой ди­электрик, имеющий ориентированные в одном направлении дипо­ли, называют поляризованным. Произведение заряда частицы на смещение l называют электрическим моментом диполя m = gl (Кл*м), кото­рый связан с напряженностью элект­рического поля Е соотношением ш = = аЕ, где а — мера упругой дефор­мации молекулы или атома — их поляризуемость. Поляризация диэлектрика происходит не только в постоянном, но и в переменном электрическом поле. В этом случае направле­ние поляризации меняется с частотой поля, упругие диполи вибри­руют, жесткие поворачиваются в прямом и обратном направлени­ях. Происходит перемещение зарядов, т. е. через диэлектрик про­ходит электрический ток. При расположении диэлектрика между обкладками конденсатора, на которые подано напряжение от вы­сокочастотного генератора, цепь тока замкнется через этот гене­ратор. Поляризация сопровождается потерями энергии, вызванными трением между молекулами (потери трения) и перемещением ди­полей (дипольные потери). Потери энергии выражаются в нагреве диэлектрика или полупроводника, скорость которого определяется, в частности, частотой изменения поля.

30.Промышленное применение высокочастотного нагреваДиэлектрики, находящиеся в твёрдом или жидком состоянии, а также газы любого химического состава нагреваются под воздействием электрического поля высокой или сверхвысокой частоты. Так называемый «высокочастотный» нагрев диэлектриков обладает рядом достоинств – высокая скорость, равномерность нагрева всего объёма вещества, находящегося в электрическом поле, высокая энергетическая эффективность, так как не разогреваются ни стенки рабочей камеры, ни электроды, образующие электрическое поле, ни формы, где находится диэлектрик. Вся энергия поля вводится в массу нагреваемого материала. Установки, в которых используются токи высокой частоты можно разделить на следующие типы. - Высокочастотные установки для нагрева крупных изделий – сушка тюков шерсти и хлопка, лесоматериалов, обжиг крупных электроизоляторов, производство звукопоглощающих и теплоизоляционных материалов.-Высокочастотные установки для сушки текстильного волокна, тканей, бумаги, фотоплёнки, нагрева химических и фармацевтических препаратов, производство клеев и изготовление крупных изделий из пластмасс.

-Микроволновые печи - установки для размораживания продуктов, приготовления пищи, сушки чая, плодов, картофеля, обжига простых керамических изделий.-Высокочастотные нагреватели для производства изделий из полиэтилена – бутылок, одноразовых шприцов, коробок, упаковочных материалов, получения «стёганых» прошитых изделий. По технологическим признакам установки высокочастотного диэлектрического нагрева подразделяют на три вида.

Установки первого вида используются в процессах про­мышленной обработки крупных изделий, требующих быстрого на­грева в однородном электрическом поле: сушка волокон шерсти или хлопка, целлюлозы и лесоматериалов, обжиг крупных элект­роизоляторов и фарфоровых изделий, производство звуко- и теп­лоизоляционных материалов, сварка пластмасс и полимерных пленок.

Установки второго вида применяются для нагрева протя­женных плоских изделий: сушка текстильного волокна, рисунков на тканях, бумаги, фотопленки, химических и фармацевтических препаратов, полимеризации клеев, нагрев каучука, пастеризация и т. д.В установках третьего вида проводятся процессы, не тре­бующие быстрого и однородного нагрева: размораживание про­дуктов, разогрев и быстрое приготовление блюд, обжиг простых керамических изделий, сушка грибов. чая и т. п.

31.Установки резистивного нагрева, как осущ. регулир. энергииК установка резистивного нагрева относятся установки, работающие на основе закона Джоуля-Ленца под дейстивием электрического тока. К таки установкам относятся различные нагревательные элементы, установки электроотопления и электрообогрева (примен. для сушки изделий после окраски, пропитки, сушки помещений при строит. работах, подогрева газов для различн. технологич. целей, отопление помещений, разогрева емкостей с жидкостью и т.д.), различные электрические печи сопротивления ( ЭПС). ЭПС примен. для технологич. операций в машиностроении, металлургии, легкой и хим. пром-сти, строительстве, комуннальном и с/х. Мощность современных ЭПС колеблется от долей киловатта до неск. мегаватт. Печи мощностью более 20кВт обычно выполн. трехфазными и подкл. к сетям напр-ием 220,380,660 В непосредственно или ч/з печные тр-ры. Величина электрической энергии, преобразующейся в тепловую энергию, обеспечивается внутренним и внешним регулированием работы установок.  где U – подводимое напряжение, I - ток, протекающий по цепи, t – время включенного состояния установки, (ρL \S) – параметры нагревательного элемента – резистора.

Внутреннее регулирование мощности электротермических установок производится изменением длины и сечения нагревательных элементов, последовательным и параллельным соединением нагревательных элементов, переключением их с треугольника на звезду. Внешнее регулирование производится изменением величины подводимого напряжения U и временем включенного состояния t установок. При регулировании обеспечивается поддержание заданной температуры в технологическом агрегате по сигналам датчиков температуры в соответствии с технологическим регламентом процесса.

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?