Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Вопрос №1
Структура металлов
Под структурой понимают строение металла. Структуру металла делят на макроструктуру и микроструктуру. Макроструктура – это строение металла видимое невооруженным глазом или при не большом увеличении. Макро структуру можно исследовать по методике излома и на специальных макрошлифах. Изучение излома – это методика для определения переднего фронта вязкой трещины. В отличие от аморфного тела, кристаллическое тело имеет зернистый излом. По излому определяют о размере зерна, особенностям выплавки и литья (температура литья, скорость и равномерность охлаждения), термической обработки, а, следовательно, свойствах металла. Крупнозернистый излом отвечает более низким механическим свойствам, чем мелкозернистый. Вид излома используют в качестве критерия при определении склонности стали к хрупкому разрушению, для определения трещин. При изучении макроструктуры на специальных макрошлефах образцы вырезают из крупных заготовок или изделий, поверхность которых шлифуют, полируют, а затем подвергают травлению специальными реактивами. Действие реактивов основано на их способности окрашивать и растворять различные составляющие сплавов, также выявлять микро пустоты, трещины по измерениям мезогеометрии излома.
При исследовании макрошлефа можно определить расположение зерен в литом металле; дефекты, нарушающие оплошность металла, а это усадочная рыхлость газовые пузыри, трещины.
Микроструктура показывает взаимное расположение фаз, их форму и размеры. Для определения микроструктуры из исследуемого металла используемого для изготовления металлоконструкции изготовляют микро шлиф, т. е. не большой образец, одну из плоскостей которого тщательно шлифуют, полируют и подвергают травлению специальными реактивами. Микроструктуру металлов наблюдают в оптическом металлографическом микроскопе, в котором изучаемый объект рассматривается в отраженном свете в настоящее время применяется прямой метод исследования трещин на просвет. В этом случае исследуют трещины, их образцы, приготовленные из массивных образцов и прозрачных для электронов. Для изучения металлов применяют электронный микроскоп. Использование электронных лучей, обладающих очень малой длиной волны, дает возможность различать детали очень малых размеров.
Носители электрического тока в металлах свободные электроны, т.к. атомы металлов обычно большие и притяжение ядра не способно удержать электроны на внешних уровнях, и электроны свободно перемещаются по проводнику в хаотичном порядке, а при появлении электрического поля - в одном направлении
Опыт Рикке включил в главный провод, питающий трамвайные линии, последовательно друг другу торцами три тесно прижатых цилиндра; два крайних были медными, а средний — алюминиевым. Через эти цилиндры более года проходил электрический ток. Произведя тщательный анализ того места, где цилиндры контактировали, К. Рикке не обнаружил в меди атомов алюминия, а в алюминии — атомов меди, т. е. диффузия не произошла. Таким образом, он экспериментально, доказал, что при прохождении по проводнику электрического тока ионы не перемещаются. Следовательно, перемещаются одни лишь свободные электроны, а они у всех веществ одинаковые. Итак, электрический ток в металлических проводниках создается упорядоченным движением свободных электронов.
Опыт Стюарта и Толмена.
В качестве этого проводника использовалась катушка индуктивности, которая раскручивалась вокруг своей оси и резко останавливалась (см. рис. справа). Длина проволоки составляла 500м, а линейная скорость вращения — 500м/с. Катушка с помощью скользящих контактов была подключена к гальванометру, который регистрировал возникновение инерционной ЭДС. Фактически можно сказать, что в данном опыте роль сторонних сил, создающих ЭДС, играла сила инерции.
Эту ЭДС нетрудно посчитать исходя из ее определения через сторонние силы , действующие на заряды внутри проводника, подвергшегося торможению:
где — заряд электрона, а интегрирование проводится по всей длине тормозящегося провода (т.е. по всей катушке). Используя теперь выражение для силы инерции, упоминавшееся в разделе про маятник Фуко, мы получаем, что в ЭДС дает вклад только сила инерции, связанная с вращательным ускорением , тогда имеем:
где — длина проводника, — радиус катушки, а — ее угловая скорость вращения.
По закону Ома теперь легко получается полный заряд, протекший через гальванометр (считаем, что сопротивление гальванометра гораздо меньше сопротивления самой катушки ):
где обозначает разность угловых скоростей катушки до и после торможения. Как видим, в зависимости от направления вращения катушки протекший заряд может иметь противоположные знаки, на основе чего в опыте Толмена–Стюарта и был определен знак заряда носителей тока в металле. Практически заряд, протекший в цепи, измеряют с помощью баллистического гальванометра, и это давало возможность определить отношение для носителей заряда. Оказалось, что это отношение совпало с измеренным Дж.Дж. Томсоном для частиц, из которых состояли катодные лучи (электронов), что убедительно доказало именно электронный характер тока в металлах.
В опыте Мандельштама–Папалекси вместо гальванометра использовался головной телефон (наушники), скрежет в котором можно было интерпретировать как возникновение кратковременного тока. Это, конечно, не давало возможность ни определить знак носителей заряда, ни идентифицировать их, но явно показывало, что ток в металлах «протекает сквозь» кристаллическую решетку, т.е. связан со свободными носителями заряда, а, не с поляризацией, например.
Вопрос№2
Если замкнуть ключ (рис. 2.8.1), то лампа при постоянном токе гореть не будет: емкость C разрывает цепь постоянного тока. Но вот в моменты включения лампа будет вспыхивать.
При переменном токе – лампа горит, но, в то же время, нам ясно, что электроны из одной обкладки в другую не переходят – между ними изолятор (или вакуум). А вот если бы взять прибор, измеряющий магнитное поле, то в промежутке между обкладками мы обнаружили бы магнитное поле (рис. 2.8.2).
Для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическим полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение ток смещения. Этот термин имеет смысл в таких веществах, как, например, диэлектрики. Там смещаются заряды под действием электрического поля. Но в вакууме зарядов нет – там смещаться нечему, а магнитное поле есть, т.е. название Максвелла «ток смещения» – не совсем удачное, но смысл, вкладываемый в него Максвеллом, – правильный. Максвелл сделал вывод: всякое переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле. Токи проводимости в проводнике замыкаются токами смещения в диэлектрике или в вакууме. Переменное электрическое поле в конденсаторе создает такое же магнитное поле, как если бы между обкладками существовал ток проводимости, имеющий величину, равную току в металлическом проводнике. Это утверждение позволяет (на базе нашего примера с конденсатором) найти величину тока смещения. В свое время мы с вами доказали, что поверхностная плотность поляризационных зарядов σ равна D – вектору электрического смещения:
Если ток смещения выразить через полный заряд на поверхности диэлектрика и, следовательно, на обкладках конденсатора q =σS (S – площадь обкладки) –
т.е. ток смещения пропорционален скорости изменения вектора электрического смещения D Поэтому он и получил такое название – ток смещения.