《金屬材料電學性能》課件

《金屬材料電學性能》課程大綱金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料的電導(dǎo)現(xiàn)象金屬材料的電阻率金屬材料中的電子傳導(dǎo)金屬材料基礎(chǔ)知識金屬的結(jié)構(gòu)金屬是由原子組成，原子之間以金屬鍵結(jié)合，形成金屬晶格。金屬的性質(zhì)金屬具有延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等特性，這些特性與金屬的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。金屬材料的電導(dǎo)現(xiàn)象電導(dǎo)率金屬材料中，自由電子在電場作用下定向運動，形成電流，金屬材料的電導(dǎo)率與自由電子濃度和遷移率有關(guān)。金屬材料的電阻率1電阻率的定義電阻率是材料抵抗電流流動的能力，單位為歐姆米（Ωm）。2電阻率的影響因素溫度、合金成分、雜質(zhì)含量等因素都會影響金屬材料的電阻率。金屬材料中的電子傳導(dǎo)自由電子金屬材料中的自由電子可以不受原子束縛，在電場作用下定向運動。電子遷移率電子遷移率是指電子在電場作用下定向運動的速率，與電場強度和電子質(zhì)量有關(guān)。金屬材料的電導(dǎo)類型1導(dǎo)體2半導(dǎo)體3絕緣體金屬材料的溫度系數(shù)1電阻溫度系數(shù)溫度對電阻率的影響，通常用溫度系數(shù)表示，即溫度每升高一度，電阻率變化的百分比。2正溫度系數(shù)大多數(shù)金屬的電阻率隨溫度升高而增大，溫度系數(shù)為正值。金屬材料的電阻溫度特性1線性關(guān)系在一定溫度范圍內(nèi)，金屬的電阻率隨溫度呈線性變化。2非線性關(guān)系當溫度較高時，金屬的電阻率變化不再呈線性關(guān)系。金屬材料的電子結(jié)構(gòu)銅銅原子最外層只有一個電子，易于形成自由電子，具有良好的導(dǎo)電性。金金原子也有一個最外層電子，類似于銅，具有良好的導(dǎo)電性。金屬材料的電磁性質(zhì)金屬材料的磁性鐵磁性鐵、鈷、鎳等金屬具有鐵磁性，在磁場作用下，其內(nèi)部磁疇排列整齊，表現(xiàn)出強磁性。順磁性鋁、鉑等金屬具有順磁性，在磁場作用下，其內(nèi)部磁疇排列不整齊，表現(xiàn)出弱磁性?？勾判糟~、金、銀等金屬具有抗磁性，在磁場作用下，其內(nèi)部磁疇排列混亂，表現(xiàn)出反磁性。金屬材料的電容特性電容金屬材料可以構(gòu)成電容器，電容器是儲存電能的元件。電容值電容值的大小與金屬材料的表面積、間距和介電常數(shù)有關(guān)。金屬材料的諧振特性1諧振頻率金屬材料在特定頻率下，電容和電感相互抵消，形成諧振。2諧振現(xiàn)象諧振現(xiàn)象會導(dǎo)致電流和電壓的劇烈變化，應(yīng)用于無線電通信和濾波器等領(lǐng)域。金屬材料的電源應(yīng)用電池金屬材料是電池的重要組成部分，構(gòu)成正負極，參與化學反應(yīng)，產(chǎn)生電流。燃料電池燃料電池利用金屬材料作為催化劑，將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能。金屬材料在電子電路中的應(yīng)用1導(dǎo)線2電阻3電容4電感5集成電路金屬材料在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1輸電線路金屬材料用于制造輸電線路，輸送電力。2變電站金屬材料用于制造變電站中的設(shè)備，如變壓器、開關(guān)等。金屬材料在電信系統(tǒng)中的應(yīng)用1天線金屬材料用于制造天線，發(fā)射和接收電磁波。2光纖金屬材料用于制造光纖，傳輸光信號。金屬材料在電子設(shè)備中的應(yīng)用芯片金屬材料用于制造芯片中的導(dǎo)線，連接不同的電子元件。手機金屬材料用于制造手機外殼、天線、電池等。金屬材料在電機中的應(yīng)用定子電機定子由鐵芯和繞組構(gòu)成，鐵芯由硅鋼片疊壓而成，繞組由銅線或鋁線繞制。轉(zhuǎn)子電機轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、鐵芯和繞組構(gòu)成，鐵芯由硅鋼片疊壓而成，繞組由銅線或鋁線繞制。金屬材料在變壓器中的應(yīng)用1鐵芯變壓器鐵芯由硅鋼片疊壓而成，用于引導(dǎo)磁通，提高變壓效率。2繞組變壓器繞組由銅線或鋁線繞制，用于連接變壓器的輸入和輸出。金屬材料在電線電纜中的應(yīng)用導(dǎo)體電線電纜的導(dǎo)體通常由銅或鋁制成，用于傳輸電流。絕緣層絕緣層用于隔離導(dǎo)體，防止電流泄漏。金屬材料在集成電路中的應(yīng)用1導(dǎo)線2連接器3封裝金屬材料在導(dǎo)波器中的應(yīng)用1金屬導(dǎo)管導(dǎo)波器由金屬導(dǎo)管構(gòu)成，用于傳輸電磁波。2金屬板金屬板用于制造導(dǎo)波器中的各種組件，如耦合器、濾波器等。金屬材料在電磁屏蔽中的應(yīng)用1屏蔽材料金屬材料可以作為電磁屏蔽材料，阻止電磁波的輻射或穿透。2屏蔽結(jié)構(gòu)金屬材料可以形成各種屏蔽結(jié)構(gòu)，如金屬箱、金屬網(wǎng)、金屬涂層等。金屬材料在超導(dǎo)元件中的應(yīng)用超導(dǎo)線材超導(dǎo)線材由超導(dǎo)材料制成，具有零電阻特性，可用于制造超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)電機等。超導(dǎo)電路超導(dǎo)電路由超導(dǎo)材料制成，可用于制造超導(dǎo)計算機、超導(dǎo)量子器件等。金屬材料在電力電子中的應(yīng)用電力電子器件金屬材料用于制造電力電子器件，如二極管、三極管、晶閘管等，實現(xiàn)電力轉(zhuǎn)換和控制。電力電子系統(tǒng)金屬材料用于制造電力電子系統(tǒng)，如直流電源、逆變器、變頻器等。金屬材料在能源轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用1太陽能電池金屬材料用于制造太陽能電池的電極，實現(xiàn)光能轉(zhuǎn)化為電能。2燃料電池金屬材料用于制造燃料電池的催化劑和電極，實現(xiàn)化學能轉(zhuǎn)化為電能。金屬材料在信息存儲中的應(yīng)用硬盤金屬材料用于制造硬盤的磁頭，實現(xiàn)磁信息的存儲。存儲芯片金屬材料用于制造存儲芯片的導(dǎo)線，連接不同的存儲單元。金屬材料在光電子中的應(yīng)用1光纖2光電探測器3激光器金屬材料在生物醫(yī)療中的應(yīng)用1醫(yī)療器械金屬材料用于制造醫(yī)療器械，如手術(shù)刀、骨釘、人工關(guān)節(jié)等。