Физические свойства металлов. Какие физические свойства металлов используются в технике

Физические свойства металлов

СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Металлами называется группа химических элементов, обладающих рядом общих свойств: хорошей проводимостью тепла и электричества, непрозрачностью в твердом и жидком состояниях, характерным металлическим блеском. Такими же свойствами обладают и металлические сплавы. Применение различных металлов и их сплавов в той или иной области техники определяется их физическими, химическими, технологическими и механическими свойствами.

К физическим свойствам металлов и сплавов относятся плотность, температура плавления, изменение объема при изменении температуры, теплопроводность, электропро­водность и магнитные свойства.

Под химическими свойствами понимают способ­ность металлов и сплавов взаимодействовать с различными веществами (водой, воздухом, кислотами, щелочами), кото­рые могут разрушать их, вызывая явление коррозии.

Технологические свойства металлов и сплавов от­ражают их способность подвергаться той или иной обработке в холодном или горячем состояниях. К технологическим свой­ствам относятся ковкость, свариваемость, литейные качества, способность подвергаться термической обработке и др.

К механическим свойствам относятся прочность, твердость, пластичность и др. Основным из них является прочность, т. е. способность металлов и сплавов сопротив­ляться разрушению под действием внешних усилий. В зави­симости от характера усилий, которым подвергаются метал­лы или сплавы, различают прочность статическую, динами­ческую и усталостную.

Физические свойства металлов

К физическим свой­ствам металлов относят, плотность, температуру плавле­ния, теплопроводность, тепловое расширение, теплоем­кость, электропроводность, магнитные свойства,

Цветом называют способность металла отражать па­дающие на него световые лучи, например медь краснова­того цвета, алюминий серебристо-белого. Плотность ха­рактеризуется массой, заключенной в единице объема. Плавление — процесс перехода из твердого состояния в жидкое. Температура плавления железа 1539 °С, олова 232 "С, меди 1083°С. Теплопроводность — способность металлов поглощать тепло и отдавать его при охлаждении. Лучшей теплопроводностью обладают серебро, медь, алю­миний. Теплопроводность учитывается в теплотехнических расчетах. Тепловое расширение — способность металла рас­ширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении. Это свойство учитывают при строительстве мостовых ферм, железнодорожных путей, при изготовлении под­шипников скольжения. Теплоемкостью называют способ­ность металла при нагревании поглощать определенное количество теплоты. Электропроводность – способность металла проводить электрический ток. Для токонесущих проводов используют медь и алюминий с высокой элек­тропроводностью, а в электронагревательных приборах и печах применяют сплавы с высоким электросопротивлением (нихром, константан, манганин). Плотность и тем­пература плавления некоторых металлов могут несколько колебаться в зависимости от способа получения, чи­стоты металлов и их внутреннего строения. Сплавы с коэффициентом линейного расширения близким к нулю применяют для изготовления точных приборов.

Магнитными свойствами, т. е. способностью намагни­чиваться, обладают железо, никель, кобальт и их сплавы; их называют ферромагнитными. Они имеют огромное промышленное значение: используются в электродви­гателях, генераторах, трансформаторах, телефонной, те­леграфной технике и т. д. Иногда необходимы немагнит­ные материалы. Их получают, изменяя состав и внутрен­нее строение сплавов.

Похожие статьи:

poznayka.org

Ответы к упражнениям § 6. Химия 9 класс.

reshebnikxim.narod.ru

Физические свойства металлов

Наиболее характерными являются следующие физические свойства металлов:

• твердость,
• металлический блеск,
• ковкость,
• пластичность,
• хорошая проводимость электричества и тепла.

Для всех видов металлов характерна кристаллическая металлическая решетка. В ее узлах располагаются положительно заряженные ионы, между которыми свободно перемещаются электроны. Наличие электронов и объясняет высокую теплопроводность и электропроводность, а также возможность поддаваться механической обработке. Стоит рассмотреть более подробно общие физические свойства металлов.

Основные физические свойства металлов

Температура плавления чистых металлов находится в диапазоне от -39 до 3410°C. У большинства металлов температура плавления очень высока, исключения составляют щелочные металлы. Однако существуют и такие виды металлов, которые можно легко расплавить на обычной газовой плите. К таким металлам относятся, например, свинец или олово. В зависимости от плотности, все металлы делятся на тяжёлые (5/22,5 г/см3) и лёгкие (0,53/5 г/см3). Самый легкий из таких металлов - литий (0.53 г/см3). Практически все металлы обладают хорошей пластичностью. Происходит это из-за смещения слоёв атомов без разрыва между ними связи. Самые пластичные металлы - золото, серебро и медь. Пластичность также зависит и от чистоты металла. Очень чистым металлом считается хром, однако даже при небольшом загрязнении он становится более твердым и хрупким. Характеристика физических свойств металлов включает в себя и такое понятие, как теплопроводность. Она напрямую зависит от подвижности свободных электронов. Так, самым лучшим проводником электричества и тепла является серебро, следом за ним идет натрий. Он находит большое применение в клапанах автомобильных двигателей.

Физические свойства щелочных металлов

К этому

elhow.ru

Физические свойства металлов

В тот момент, когда человечество научилось получать металлы из руды и обрабатывать их, начался новый виток технического прогресса, который продолжается до сих пор. Если до появления пластмассы в далеком 1835 году основными прочными материалами, которые были доступны людям, являлись металлы и древесина, то сейчас к списку добавились пластики. Тем не менее, невозможно представить себе область, где не использовались бы металлы и их сплавы. Можно сказать, что прогресс в его существующем виде стал возможен именно благодаря им.

Вполне понятно, что физические и химические свойства металлов были очень хорошо изучены. Сейчас с основными из них знаком каждый человек. В данной работе мы подробно рассмотрим общие физические свойства металлов. Однако чтобы не путать два термина, приведем краткий список того, что именно понимается под химическими свойствами.

Прежде всего, это способность металлов вступать во взаимодействие с газами, водой и другими веществами. Сюда же можно отнести растворяемость. Все это определяет окисляемость, коррозийную стойкость и пр.

Физические свойства металлов представлены электропроводностью, плотностью, магнитной проницаемостью, теплоемкостью, а также окраской, пластичностью и пр. Полный список довольно велик, поэтому здесь не приводится. Перечислим лишь основные физические свойства металлов.

Представим ситуацию: зима, холодно. На улице две лавочки – деревянная и металлическая. Какая из них более холодная? Даже ребенок знает, что металлическая. Однако температура воздуха одинакова, следовательно, понятие «холодная» в данном случае неприменимо. Что же вызывает ощущение холода? Физические свойства металлов. В частности, теплопроводность и теплоемкость. Благодаря особенностям строения атомарной кристаллической решетки, металлы намного быстрее потребляют тепловую энергию, при этом равномерно прогреваясь. Данное свойство позволяет легко выполнять соединения путем сварки или пайки.

Известно, что для плавки некоторых металлов нужны высокие температуры, а другие можно расплавить буквально в руках. К примеру, металл натрий переходит в жидкую форму уже при 100 градусах (немногим меньше), поэтому почувствовать себя металлургом может каждый желающий. Его противоположность – вольфрам (из него изготавливают нити накаливания в лампах), который плавится при 3400 градусах.

Разумеется, физические свойства металлов этим не исчерпываются. Представим, что необходимо сделать и установить металлическую дверь. Точная подгонка габаритов без «запаса» приведет к тому, что в жаркое время года из-за линейного температурного расширения дверь невозможно будет закрыть (или открыть). Соответственно, со снижением температуры габариты изделия немного уменьшатся на коэффициент F. Все эти моменты необходимо учитывать.

Огромное значение металлы имеют для электротехники. Из них выполняется практически все: от проводников до корпусов электрического оборудования. Для производства проводов используют медь и алюминий, так как именно они оказывают наименьшее сопротивление прохождению заряженных частиц. Стоит отметить, что лучшие характеристики у золота и серебра, однако из-за высокой стоимости данных металлов они используются ограниченно. Взаимосвязанное свойство – это электрическое сопротивление. Из данных материалов изготавливают нагревательные спирали, нити накаливания и пр. Представители данной группы металлов – это вольфрам и нихром (сплав).

Один из важнейших элементов электроцепей – это катушка индуктивности. Достаточно внести в нее сердечник из магнитомягкого материала, как режим работы кардинальным образом меняется. Это происходит из-за намагничивания металла.

Получить от изделия требуемые характеристики можно лишь в том случае, если знать физические свойства используемого металла.

fb.ru

Физические свойства металлов

Стандартное состояние для подавляющего большинства элементарных металлов - кристаллическое (за исключением франция и ртути, жидких при стандарт­ных условиях). При нагревании до определенной температуры металлы плавятся, а при более высоких температурах они переходят в газообразное состояние.

Металл, равно как и всякое другое индивидуальное вещество, обладает наибольшим запасом внутренней энергии, когда он нахо­дится в газообразном состоянии. Молекулы ме­таллов в парообразном состоянии преимущественно одноатомны.

Равновесие между парообразным металлом, с одной стороны и кристаллическим или жидким, с другой стороны, характеризуется давлением (упругостью) пара и его зависимостью от температуры.

Характер изменения температур плавления и кипения элементарных металлов определяется их положением в периодической системе. Каждый период начинается металлом с очень низкой температурой плавления, но по мере увеличения атомного номера металлов в периоде температура их плавления растет и достигает максимума в группе хрома, где находится самый тугоплавкий металл - вольфрам (3422 °С). Далее температура плавления снижается и достигает минимума в 11 В и 111 А группе, где находятся самые легко­плавкие металлы - ртуть (-39 °С) и галлий. В А- группах и груп­пе цинка температуры плавления металлов с увеличением атомно­го номера

снижаются, а в В-группах (за исключением группы цин­ка II B) растут. Примерно так же изменяются температуры кипения металлов. Значения температур плавления и кипения металлов связаны с прочностью их кристаллических решеток и с некоторы­ми другими характерными их свойствами.

Многие металлы в твердом состоянии способны принимать различные кристаллические формы. Каждому полиморфному видоизменению металла свойственно определенное давление пара и зависимость его от температуры, связанная с теплотой сублимации. Устойчивым, очевидно, является видоизменение, обладающее при данных условиях наименьшими давлением пара. Кривые, выражающие зависимость давления пара от температуры для различных полиморфных видоизменений металла, должны пересекаться, а точка их пересечения соответствует температуре, при которой давления пара различных видоизменений металла равны. Это температура перехода одного полиморфного видоизменения в другое или температура полиморфного превращения металла.

Полиморфные видоизменения металла отличаются не только по внутренней структуре, но и по физическим свойствам. Их при­нято обозначать греческой буквой перед названием или символом: так а - видоизменение, устойчивое при сравнительно низких температурах, р - устойчивое при более высоких температурах.

Особенности кристаллической структуры.В узлах кристаллической решетки этого типа расположены положительно, заряженные ионы металла, связь между которыми осуществляется посредством свободно перемещающихся между ними электронов. Эта связь, называемая металлической, возникает между атомами металлов за счет перекрывания наружных электронных орбиталей. Металлическая связь отличается от неполярной ковалентной связи своей ненаправленностью. Это объясняется тем, что в кристалле металлического типа электроны не закрепляются между двумя атомами, а пе

реходят в так называемое состояние проводимости, характеризующееся коллегиальной принадлежностью всех электронов всем атомам данного кристалла. Особенностью структуры кристаллов металлического типа являются большие координационные числа - 8 или 12; им соответствует значительная плотность упаковки, которая определяется тем, что ионы металла укладываются в пространстве как шары одинакового размера. Кристаллические решетки металлов подразделяются на три вида:

кубическая объемноцентрированная решетка, для которой характерно координационное число 8 и плотность упаковки (т. е. часть пространства в данном кубе, занятая шарообразными иона­ми) составляет 68 %;

кубическая гранецентрированная решетка с координационным числом 12 и плотностью упаковки 74 %;

гексагональная решетка также с координационным числом 12 и плотностью упаковки 74 %.

Особенности кристаллических решеток металлического типа обуславливают характерные физические свойства ме­таллов.

Механические свойства.Плотность металлов не является их характерным свойством. Она изменяется в очень значительных пределах - от 0,53 у лития до 22,5 г/см3 у осмия.

По значениям плотности металлы в технике подразделяются на легкие - плотностью меньше 5 и тяжелые - плотно­стью больше 5 г/см3. По этому признаку к легким металлам относятся щелочные, щелочноземельные металлы, бериллий, алюминий, скандий, иттрий и титан; к тяжелым - все остальные. Таким образом, ассортимент легких металлов невелик. Плотность металлов весьма заметно зависит от температуры.

Характерным механическим свойством металлов является их пластичность. Способность металлов к пластиче­ской деформации обусловлена особенностью их кристаллической структуры, связанной с наличием свободно перемещающихся

меж­ду узлами решетки электронов. Смещение заполненных ионами плоскостей в металлическом кристалле не приводит к его разрушению, если только расстояния между плоскостями изменяются в пределах, допускающих осуществление металлической связи.

Для оценки механических, в частности упруго-прочностных, свойств метал­лов используют методы измерений, которыми устанавливается связь между значениями напряжения и деформации. При этом используются следующие количественные характеристики такой связи: предел пропорциональности - напряжения, отвечающее началу отклонения от линейной пропорциональной зависимости между напряжением и деформацией; предел упругости - напряжение, отвечающее появлению остаточной деформации после нагружения образца металла; предел текучести - наименьшее напряжение, при котором продолжается деформация образца металла без заметного увеличения нагрузки; предел прочности - напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке и предшествующее разрушению образца металла; относительное удлинение - отношение приращения длины образца металла, остающегося после разрыва, к его начальной длине; относительное сужение - отношение наибольшего уменьшения площади поперечного сечения образца металла к начальной площади его поперечного сечения.

Твердость - это сопротивление проникновению в металл другого твердого тела. Она измеряется посредством вдавливания в образец специального стандартного тела (шарика, пирамидки). Твердость является ценным свойством металлов, используемых в качестве конструкционных и инструментальных материалов. Однако она не является характерным для металлов свойством, так как изменяется в очень широких пределах. Наиболее твердыми являются металлы группы хрома, наименее твердыми - щелочные металлы.

Ударная вязкость измеряется значением работы разруше-

ния единицы площади сечения образца металла методом удара.

Тепловые свойства.Значения удельной теплоемкости элементарных металлов изменяются в широких пределах, поскольку в столь же широких пределах изменяются атомные массы металлических элементов (правило Дюлонга и Пти). Удельная теплоемкость лития составляет 3,55 Дж / (г∙К), а урана - всего 0,115 Дж / (г∙К). Однако если учесть, что только у пяти металлических элементов атомная масса меньше 30, то можно сказать, что подавляющее большинство металлов характеризуется малыми значениями удельной теплоемкости [меньше 0,84 Дж / (г ∙ К)].

Важной характеристикой металлов является теплота сублимации, выражаемая значением энергии, необходимой для пере­вода в парообразное состояние определенной массы металла. Это значение энергии является мерой прочности связи в кристаллической решетке твердого металла. В каждом периоде теплота сублимации металлов растет с увеличением атомного номера и достигает максимума в подгруппе хрома. Далее она снижается до минимума в подгруппе цинка. В А-подгруппах (и в подгруппе цинка) значения теплоты сублима­ции с увеличением атомного номера снижаются, а В- подгруппах растут аналогично изменениям температур плавления и кипения металлов.

Для металлов характерна большая теплопроводность Свободные электроны, находящиеся в постоянном движении, все время стаскиваются с колеблющимися ионами и обмениваются с ними энергией. Усилившиеся при нагревании колебания ионов не­замедлительно передаются при посредстве электронов соседним ионам, причем происходит быстрое выравнивание температуры по всей массе металла.

Похожие статьи:

poznayka.org

Физические свойства металлов

Всем металлам присущи металлический блеск (однако In и Ag отражают свет лучше других металлов), твердость (самый твердый металл – Cr, самые мягкие металлы – щелочные), пластичность (в ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe наблюдается уменьшение пластичности), ковкость, плотность (самый легкий металл – Li, самый тяжелый – Os), тепло – и электропроводность, которые уменьшаются в ряду Ag, Cu, Au, Al, W, Fe.

В зависимости от температуры кипения все металлы подразделяют на тугоплавкие (Tкип > 1000С) и легкоплавкие (Tкип < 1000С). Примером тугоплавких металлов может быть – Au, Cu, Ni, W, легкоплавких – Hg, K, Al, Zn.

Физические свойства металлов IА группы

Металлы, расположенные в IA группе, называют щелочными. Все щелочные металлы легкие (обладают небольшой плотностью), очень мягкие (за исключением Li легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу), имеют низкие температуры кипения и плавления (с ростом заряда ядра атома щелочного металла происходит понижение температуры плавления).

В свободном состоянии Li, Na, K и Rb – серебристо-белые металлы, Cs – металл золотисто-желтого цвета.

Щелочные металлы хранят в запаянных ампулах под слоем керосина или вазелинового масла, поскольку они обладают высокой химической активностью.

Щелочные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью, что обусловлено наличием металлической связи и объемоцентрированной кристаллической решетки

Физические свойства металлов IIА группы

Металлы, расположенные в IIA группе, называют щелочноземельными. В свободном состоянии Be – металл серо-стального цвета, обладающий плотной гексагональной кристаллической решеткой, достаточно твердый и хрупкий. На воздухе Be покрывается оксидной пленкой, что придает ему матовый оттенок и снижает его химическую активность.

Магний в виде простого вещества представляет собой белый металл, который, также, как и Be, при нахождении на воздухе приобретает матовый оттенок за счет образующейся оксидной пленки. Mg мягче и пластичнее бериллия. Кристаллическая решетка Mg – гексагональная.

Ca, Ba и Sr в свободном виде – серебристо-белые металлы. При нахождении на воздухе мгновенно покрываются желтоватой пленкой, которая представляет собой продукты их взаимодействия с составными частями воздуха. Кальций – достаточно твердый металл, Ba и Sr – мягче.

Ca и Sr имею кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку, барий – кубическую объемоцентрированную кристаллическую решетку.

Все щелочноземельные металлы характеризуются наличием металлического типа химической связи, что обуславливает их высокую тепло- и электропроводность. Температуры кипения и плавления щелочноземельных металлов выше, чем щелочных металлов.

Физические свойства металлов IIIА группы

Металлы, находящиеся в IIIA группе – Al, Ga, In, Tl – в свободном виде представляют собой металлы серебристого цвета с характерным металлическим блеском, обладающие высокими значениями тепло- и электропроводности. За счет образования оксидной пленки при пребывании на воздухе Tl темнеет.

При переходе от Al к Tl, т.е. с ростом заряда ядра атома химического элемента, происходит уменьшение температур кипения и плавления простых веществ.

Физические свойства металлов IVА группы

Металлы, находящиеся в IVA группе – Ge, Sn, Pb. В свободном виде Ge представляет собой металл серебристо-белого цвета, Pb – металл сине-серого цвета. Для олова характерно явление аллотропии, так, различают белое и серое олово, различающиеся строением кристаллической решетки (тетрагональная у белого олова и кубическая у серого).

Физические свойства металлов IVВ группы

В эту группу входят Ti, Zr и Hf, которые в свободном состоянии и в виде слитков представляют собой металлы серебристо-белого цвета, характеризующиеся ковкостью и пластичностью, хотя присутствие примесей, даже незначительное резко изменяет их характеристики – твердые и хрупкие. Для этих металлов характерна гексагональная плотноупакованная кристаллическая решетка, низкие температуры плавления (тугоплавкие металлы) и кипения, а также невысокая электропроводность.

Физические свойства металлов VВ группы

Ванадий, ниобий и тантал – представители металлов VВ группы. В свободном виде V, Nb, Ta – металлs бледно-серого («стального») цвета. Для ванадия характерны: твердость, пластичность, высокая плотность, легкость, высокая температура плавления. Твердость, ковкость и тугоплавкость – основные характеристики Nb и Ta.

Физические свойства металлов VIВ группы

Для металлов VIB группы характерны высокая электропроводность и твердость, они являются парамагнетиками и в свободном виде представляют собой светло-серые металлы. При переходе от Cr к W, т.е. с увеличением заряда ядра атома химического элемента, значения температур плавления и кипения, а также плотности увеличиваются. Cr, Mо и W обладают объемно-центрированной кубической кристаллической решеткой.

Физические свойства металлов VIIВ группы

Металлы, входящие в VIIВ группу – Mn, Tc и Re – в свободном виде – серебристо-белые металлы, для них, как и для металлов VIВ группы с увеличением заряда ядра атома химического элемента характерно увеличение значений температур плавления и кипения, а также плотности. Для технеция и рения характерна плотная гексагональная кристаллическая решетка. Tc – хрупкий металл, Re – более пластичен.

Для марганца характерно несколько модификаций, в зависимости от структуры кристаллической решетки: сложная кубическая – α-марганец, примитивная кубическая – β- марганец, гранецетрированная кубическая – γ- марганец, объемно-центрированная кубическая – δ- марганец.

Физические свойства металлов VIIIВ группы

Металлы, входящие в состав VIII группы – Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt – условно разделяют на 2 подгруппы: элементы подгруппы железа (Fe, Co, Ni) и элементы подгруппы платины (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt).

Железо – металл серебристо-белого цвета, кобальт и никель – металлы серовато-белого цвета. Для железа характерны 4 модификации, для кобальта – две, для никеля – одна, в зависимости от структуры кристаллической решетки и температуры, до которой нагревают эти металлы.

Выделяют α- (объемно-центрированная кристаллическая решетка, характерны ферромагнитные свойства, T<910C), β- (объемно-центрированная кристаллическая решетка, характерны парамагнитные свойства, T=769C), γ- (кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка, T=769-910 C), и δ- железо (кубическая объемно-центрированная кристаллическая решетка, T=1400C). Для железа характерны, ковкость, пластичность и тугоплавкость.

Различают α- (гексагональная кристаллическая решетка, T<427C) и β-модификации кобальта (кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка T>427C). Для кобальта характерны, ковкость и тягучесть.

Для никеля характерна кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка. В отличие от железа и кобальта, магнитные свойства никеля значительно ниже.

Элементы подгруппы платины, в зависимости от значений их плотности, разделяют на легкие (Ru, Rh, Pd) и тяжелые (Os, Ir, Pt), для них характерны серовато-белый цвет, тугоплавкость, твердость, хрупкость и высокая плотность.

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Физические свойства металлов — МегаЛекции

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал) в г.Пятигорске

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

________________ В. И. Шипулин

«___»___________________2015 г.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ И КОНСТРУКЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Направление подготовки: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Профиль подготовки: Электроснабжение

Квалификация выпускника бакалавр

Изучается в 4 семестре

Пятигорск

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное

Образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал) в г. Пятигорске

Пермяков Анатолий Викторович

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ И КОНСТРУКЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Направление подготовки: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Профиль подготовки: Электроснабжение

Квалификация выпускника бакалавр

Пятигорск

Печатается по решению

Учебно-методического совета

Северо-Кавказского федерального

университета

УДК 620.1/621.315

ББК 31.23я73

Рецензенты:

Пермяков А.В.Электротехническое и конструкционное материаловедение:учебное пособие. – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2015. – 144 с.

Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями Федерального государственного стандарта высшего профессионального образования, рабочим учебным планом и программой дисциплины «Электроэнергетика и электротехника» для студентов направления подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника.

© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский

федеральный университет», 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ К КУРСУ ЛЕКЦИЙ

Учебное пособие по курсу «Электротехническое и конструкционное материаловедение» состоит из двух разделов, в которых рассмотрено: металловедение и термическая обработка металлов; электроматериаловедение и электротехнические материалы. В первой части рассмотрено строение металлов и сплавов, влияние способов обработки на их свойства, классификация металлов и сплавов. Во второй части приведена классификация веществ по электрическим свойствам, даны общие сведения о диэлектриках, проводниковых, полупроводниковых и магнитных материалов, описаны основные электротехнические материалы по каждой группе, их характеристики и области применения.

Врезультате освоения дисциплины «Электротехническое и конструкционное материаловедение» студент должен:

знать классификацию современных конструкционных электротехнических материалов по их назначению, составу и свойствам; современные способы получения материалов и изделий из них с заданным уровнем эксплуатационных свойств; основные характеристики электротехнических материалов для эффективного использования электротехнического оборудования, организации его технического обслуживания и ремонта, а также для технической диагностики и прогнозирования оставшегося ресурса работы

уметь работать со справочной литературой, отражающей характеристики материалов; правильно выбрать или оценить материал для элемента, изделия, устройства, для работы в электроэнергетике в тех или иных условиях

владеть методами оценки свойств и способами подбора материалов для проектируемых систем; методиками выполнения расчетов применительно к использованию электротехнических и конструкционных материалов; навыками проведения стандартных испытаний и входного контроля материалов и комплектующих электроэнергетического и электротехнического оборудования.

РАЗДЕЛ 1. МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕМА 1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

План лекции

1. Общие сведения

2. Физические свойства металлов

3. Химические свойства металлов

4. Технологические свойства металлов

5. Эксплуатационные свойства металлов

6. Кристаллическое строение металлов

7. Изотропия и анизотропия

8. Аллотропия или полиморфные превращения

9. Магнитные превращения

Общие сведения

Металлами называется группа химических элементов, обладающих рядом общих свойств: хорошей проводимостью тепла и электричества, непрозрачностью в твердом и жидком состояниях, характерным металлическим блеском. Такими же свойствами обладают и металлические сплавы. Применение различных металлов и их сплавов в той или иной области техники определяется их физическими, химическими, технологическими и механическими свойствами.

К физическим свойствам металлов и сплавов относятся плотность, температура плавления, изменение объема при изменении температуры, теплопроводность, электропро­водность и магнитные свойства.

Под химическими свойствами понимают способ­ность металлов и сплавов взаимодействовать с различными веществами (водой, воздухом, кислотами, щелочами), кото­рые могут разрушать их, вызывая явление коррозии.

Технологические свойства металлов и сплавов от­ражают их способность подвергаться той или иной обработке в холодном или горячем состояниях. К технологическим свой­ствам относятся ковкость, свариваемость, литейные качества, способность подвергаться термической обработке и др.

К механическим свойствам относятся прочность, твердость, пластичность и др. Основным из них является прочность, т. е. способность металлов и сплавов сопротив­ляться разрушению под действием внешних усилий. В зави­симости от характера усилий, которым подвергаются метал­лы или сплавы, различают прочность статическую, динами­ческую и усталостную.

Физические свойства металлов

К физическим свой­ствам металлов относят, плотность, температуру плавле­ния, теплопроводность, тепловое расширение, теплоем­кость, электропроводность, магнитные свойства,

Цветом называют способность металла отражать па­дающие на него световые лучи, например медь краснова­того цвета, алюминий серебристо-белого. Плотность ха­рактеризуется массой, заключенной в единице объема. Плавление — процесс перехода из твердого состояния в жидкое. Температура плавления железа 1539 °С, олова 232 "С, меди 1083°С. Теплопроводность — способность металлов поглощать тепло и отдавать его при охлаждении. Лучшей теплопроводностью обладают серебро, медь, алю­миний. Теплопроводность учитывается в теплотехнических расчетах. Тепловое расширение — способность металла рас­ширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении. Это свойство учитывают при строительстве мостовых ферм, железнодорожных путей, при изготовлении под­шипников скольжения. Теплоемкостью называют способ­ность металла при нагревании поглощать определенное количество теплоты. Электропроводность – способность металла проводить электрический ток. Для токонесущих проводов используют медь и алюминий с высокой элек­тропроводностью, а в электронагревательных приборах и печах применяют сплавы с высоким электросопротивлением (нихром, константан, манганин). Плотность и тем­пература плавления некоторых металлов могут несколько колебаться в зависимости от способа получения, чи­стоты металлов и их внутреннего строения. Сплавы с коэффициентом линейного расширения близким к нулю применяют для изготовления точных приборов.

Магнитными свойствами, т. е. способностью намагни­чиваться, обладают железо, никель, кобальт и их сплавы; их называют ферромагнитными. Они имеют огромное промышленное значение: используются в электродви­гателях, генераторах, трансформаторах, телефонной, те­леграфной технике и т. д. Иногда необходимы немагнит­ные материалы. Их получают, изменяя состав и внутрен­нее строение сплавов.

megalektsii.ru

• 
  Ходоуменьшитель дт 75
• 
  Технические характеристики маз
• 
  Мерседес спринтер размеры
• 
  Балансир пружинный
• 
  Напряжение электрического тока
• 
  Дт 75 задний мост
• 
  Кпп маз 8 ступенчатая схема переключения с делителем
• 
  Экономайзер это
• 
  Колесный бульдозер
• 
  Техническое диагностирование
• 
  Производственная база