Temat - NetPrace.pl

advertisement
Temat
Właściwości fizyczne materiałów
Temat: Właściwości fizyczne materiałów
Budowa
krystaliczna
ciał
stałych:
Dipol magnetyczny - układ dwóch różnoimiennych biegunów magnetycznych znajdujących się
względem siebie w pewnej skończonej odległości
Domena – mikroobszar spontanicznego uporządkowania pewnych zjawisk,
np. dipoli elektrycznych w ferromagnetyku.
Ze względu na własności magnetyczne wszystkie materiały można podzielić na 5 typów.
Diamagnetyki – dla materiałów tych podatność magnetyczna przyjmuje wartości ujemne i nie
zależy od temperatury. Po przyłożeniu zewnętrznego pola magnetycznego wytwarza się w nich
przeciwne, wewnętrzne pole magnetyczne. Praktycznie wszystkie materiały umieszczone w polu
magnetycznym wykazują ten efekt.
Pozostałe cztery rodzaje różnią się między sobą sposobem oddziaływania elementarnych dipoli:
Paramagnetyki – są to materiały o elementarnych dipolach rozmieszczonych przypadkowo a
pod nieobecność pola magnetycznego energia dipoli jest stała i niezależna od jego kierunku.
Wypadkowy moment magnetyczny dużej ilości atomów jest równy zeru.
-2-
Temat: Właściwości fizyczne materiałów
Ferromagnetyki – poniżej temp. Curie dipole tych materiałów mają tendencje do ustawiania się
równolegle jedne do drugich bez zewnętrznego pola magnetycznego – zjawisko to nazywamy
namagnesowaniem spontanicznym. Kierunek zgodnego ustawienia dipoli jest słaby jedynie w
mikroobszarach, zwanych domenami. Kryształy ferromagnetyczne jako całość nie wykazują na
ogół wypadkowego namagnesowania.
Antyferromagnetyki – w materiałach tych poniżej temp. Neela sąsiednie spiny maja tendencje
do anty równoległego ustawiania się, w związku z tym nawet w domenach nie występuje
wypadkowe namagnesowanie.
Ferrimagnetyki (ferryty) – chociaż w materiałach tych występuje oddziaływanie ustawiające
sąsiednie spiny anty równolegle, to ze względu na to, że wiążą się z nimi niejednakowe
momenty magnetyczne , występuje jednak pewnie wypadkowe namagnesowanie.
Czynnikiem odpowiedzialnym za oddziaływanie pomiędzy dipolami zwany energia wymiany jest
funkcją stosunku odległości między atomami do promienia nie zapełnionej powłoki atomu.
Przy dużych odległościach między atomami siły wymiany są słabe i materiał jest
paramagnetykiem. Siły wymiany rosną przy zmniejszaniu się wspomnianego wyżej stosunku
powodując równoległe ustawienie sąsiednich dipoli cechujących ferromagnetyki. Przy dalszym
zmniejszaniu się stosunku odległości między atomami do rozmiarów nie zapełnionej powłoki,
oddziaływanie wymienne staje się ujemne, z czym łączy się antyferromagnetyzm luz
ferromagnetyzm.
Np.: Mangan jest antyferromagnetykiem jeśli jednak wprowadzimy dodatki stopowe, zwiększymy
tym samym odległości między jego atomami i może się on stać ferromagnetykiem.
Zależności temperaturowe własności magnetycznych omówionych rodzajów materiałów.
Diamagnetyzm jest niezależny od temperatury, natomiast w pozostałych typach materiałów
pobudzenie termiczne przeciwstawia się porządkowaniu elementarnych momentów
magnetyc
znych
wywołane
mu przez
oddziaływ
anie
wymienn
e
lub
zew. pole
magnetyc
zne.
-3-
Temat: Właściwości fizyczne materiałów
a) paramagnetyk
b) ferromagnetyk
c) antyferromag. i ferrimag.
Dla ferromagnetyków przy stałym natężeniu pola mag. Początkowo podatność mag. wzrasta ze
wzrostem temperatury przy czym w silnych polach mag. Jest początkowo stała. W miar e
zbliżania się do temperatury Curie gwałtownie maleje i osiąga zero dla ferromagnetycznej
temperatury Curie. Powyżej tej temp. materiał zachowuje się jak typowy paramagnetyk.
NAMAGNESOWANIE I HISTEREZA
Jedną z cech ferrimagnetyków i ferromagnetyków jest to iż ich moment magnetyczny nie jest
wprost proporcjonalny do przyłożonego pola lecz wykazuje efekt histerezy.
gdzie:
OA – krzywa namagnesowania
Br – pozostałość magnetyczna przy zerowym polu magnetycznym
μi – początkowa przenikalność (nachylenie krzywej namagnesowania w początku układu)
μmax- maksymalna przenikalność ( taka styczna do krzywej namagnesowania która ma największe nachylenie i przechodzi przez początek
układu )
Hc- koercja
Pole koercji – przeciwne pole magnetyczne o natężeniu Hc przyłożone do materiału w celu
zredukowania indukcji do zera.
TEORIA DOMENOWA
Nie namagnesowany materiał ferromagnetyczny podzielony jest na mikroobszary
namagnesowane spontanicznie – domeny. W obrębie jednej domeny spiny są ustawione
równolegle, natomiast kierunek tego ustawienia zmienia się przy przejściu od jednej domeny do
drugiej.
Objętość namagnesowanego materiału zwiększa się w wyniku:
- migracji granic domenowych, co powoduje zwiększenie jednych domen kosztem drugich
- obroty wektora namagnesowania wewnątrz domen w miarę wzrostu zewnętrznego pola.
Pierwsze stadium magnetyzacji, określające początkową przenikalność, związane jest z
odwracalnym ruchem ścian
domenowych prowadzącym do zwiększenia objętości korzystnie
zorientowanych domen.
Drugie stadium, w którym indukcja szybko rośnie, związane jest z nieodwracalnym ruchem ścian
domenowych, a jeśli on jest niemożliwy z nieodwracalnymi obrotami wektorów namagnesowania
przeskakujących ku kierunkom łatwego namagnesowania, zbliżonym do kierunku przyłożonego
pola.
Ostatnie stadium, w którym indukcja osiąga nasycenie, wiążę się z odwracalnymi obrotami
wektorów namagnesowania, które stopniowo odchylają się od kierunków łatwego
namagnesowania i ustawiają się zgodnie z przyłożonym polem.
-4-
Temat: Właściwości fizyczne materiałów
Przy zmniejszaniu natężenia zewnętrznego pola wektory namagnesowania powracają z
powrotem do najbliższego kierunku łatwej magnetyzacji, co wiąże się ze spadkiem
namagnesowania od nasycenia do pozostałości magnetycznej.
Przebieg krzywej rozmagnesowania poczynając od pozostałości magnetycznej przez punkt
koercji do namagnesowania nasycenia w przeciwnym kierunku wiąże się nieodwracalnym
ruchem ścian domenowych, a jeśli jest on niemożliwy, odwracalnymi obrotami wektorów
namagnesowania.
Łatwość migracji ścian domenowych mająca pierwszorzędne znaczenie w określaniu kształtu
pętli B-H jest w bardzo silnym stopniu zależna od struktury materiału.
Zależność własności magnetycznych od kierunku krystalograficznego opisuje
ANIZOTROPIA MAGNETOKRYSTALICZNA
Energia układu magnetycznego jest najniższa, gdy wszystkie spiny ustawione są w krysztale
wzdłuż kierunku łatwego namagnesowania. Przy namagnesowaniu tak zorientowanej próbki
początkowa przenikalność jest największa i najszybciej osiąga nasycenie.
GRANICA DOMEM I RUCH ŚCIAN DOMENOWYCH
Granica domen czasem nazywana jest ścianą Blocha. Kierunek namagnesowania nie może się
na granicy domeny zmieniać w sposób skokowy, lecz zmiany muszą być stopniowe. Siły
wymiany zezwalają jedynie na nieznaczne zmiany kierunków spinów przy przejściu od jednego
atomu do drugiego.
Jednak grubość ścianki ograniczona jest przez energię anizotropii magnetokrystaliczej oraz
energię magnetostrykcji, obie będące funkcjami grubości ściany. Energia magnetostatyczna jest
przeważnie nieistotna gdyż ściana domenowa stara się przeważnie tak ustawić, aby nie było na
niej swobodnych biegunów magnetycznych.
Ruch domen jest hamowany przez naprężenia wewnętrzne i niejednorodności materiału
magnetycznego. Na granicy domen pojawia się skomplikowany stan naprężeń, który powoduje,
iż granica domenowa oddziałuje ze wszystkimi niejednorodnymi naprężeniami istniejącymi w
materiale.
Materiały magnetyczne miękkie – to materiały mające wąskie pętle histerezy. Nazywane są
materiałami magnetycznie miękkimi
Materiały magnetyczne twarde – to materiały o szerokich pętlach.
Właściwości plastyczne materiałów:
- gęstość
- granica plastyczności i wytrzymałość
-5-
Temat: Właściwości fizyczne materiałów
- twardość
- odporność na pękanie
- odporność na pełzanie
- wytrzymałość zmęczeniowa
- odporność termiczna
- sprężystość i tłumienie
- odporność na ścieranie i zużycie
Stan plastyczny
Stan plastyczny to zdolność metali do odkształceń trwałych (pozostających po usunięciu siły
powodującej odkształcenie) bez powstawania pęknięć, w wyniku nieodwracalnych
przemieszczeń atomów w strukturze krystalograficznej.
Wskaźnikami plastyczności są najczęściej przewężenie i wydłużenie wyznaczane w próbie
rozciągania oraz wyniki innych prób technologicznych (np. próba Erichsena, określająca
podatność metalu do tłoczenia).
Stan kruchy
Stan kruchy (kruchość) to skłonność materiału do utraty spójności bez wystąpienia wyraźnej
strefy odkształcenia plastycznego.
Miary odkształcenia plastycznego:
 Wytrzymałość na rozciąganie Rm – naprężenie odpowiadające największej sile
rozciągającej, zarejestrowanej w trakcie próby, odniesionej do przekroju poprzecznego
próbki. gdzie:
 Granica (wyraźna) plastyczności Re – naprężenie, przy którym występuje wyraźne
wydłużenie próbki (tzw. płynięcie materiału) bez wzrostu obciążenia, a czasami nawet
przy jego spadku.
Rozróżnia się ponadto:
Górną granicę plastyczności ReH – naprężenie rozciągające w momencie pojawienia się
nagłego wydłużenia, po którym występuje krótkotrwały spadek obciążenia
Dolną granicę plastyczności ReL – najmniejsze naprężenie rozciągające w trakcie
płynięcia materiału.

Wydłużenie względne An (A5, lub A10) – określane jako procentowy stosunek trwałego
wydłużenia próbki do długości pierwotnej
-6-
Temat: Właściwości fizyczne materiałów
 Przewężenie Z – określane jako procentowy ubytek pola przekroju poprzecznego próbki
w miejscu zerwania do jej pierwotnego pola powierzchni przekroju w tym miejscu.
-7-
Download
Random flashcards
bvbzbx

2 Cards oauth2_google_e1804830-50f6-410f-8885-745c7a100970

Pomiary elektr

2 Cards m.duchnowski

Prace Magisterskie

2 Cards Pisanie PRAC

słowka

2 Cards kksenia.kot1997

Create flashcards