15) Потери от вихревых токов – причины возникновения и зависимости.

В соответствии с Джоуля — Ленца законом Вихревые токи нагревают проводники, в которых они возникли. Поэтому Вихревые токи приводят к потерям энергии (потери на Вихревые токи) в магнитопроводах (в сердечниках трансформаторов и катушек переменного тока, в магнитных цепях машин). Для уменьшения потерь энергии на Вихревые токи (и вредного нагрева магнитопроводов) и уменьшения эффекта «вытеснения» магнитного потока из ферромагнетиков магнитопроводы машин и аппаратов переменного тока делают не из сплошного куска ферромагнетика (электротехнической стали), а из отдельных пластин, изолированных друг от друга (например, специальным лаком). Такое деление на пластины, расположенные перпендикулярно направлению Вихревые токи, ограничивает возможные контуры путей Вихревые токи, что сильно уменьшает величину этих токов. При очень высоких частотах применение ферромагнетиков для магнитопроводов нецелесообразно; в этих случаях их делают из магнитодиэлектриков, в которых Вихревые токи практически не возникают из-за очень большого сопротивления этих материалов

16) Магнитомягкие материалы, магнитно-мягкие материалы — материалы, обладающие свойствами ферромагнетика или ферримагнетика, причём их коэрцитивная сила по индукции составляет не более 4 кА/м. Такие материалы также обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на гистерезис.

Магнитомягкие материалы используются в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, в измерительных приборах и в других случаях, где необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции. Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах используют магнитомягкие материалы с повышенным удельным электрически сопротивлением, обычно применяются в виде магнитопроводов, собранных из отдельных изолированных друг от друга тонких листов. Листы изолируются лаком друг от друга. Такое исполнение сердечника называется шихтованным.

17) Магнитотвердые материалы после намагничивания должны создавать внешние постоянные поля, по возможности нечувствительные к различным возмущающим факторам. Необходимыми условиями здесь являются высокие значения остаточной индукции, коэрцитивной силы, малая проницаемость возврата и большой коэффициент выпуклости. Одним из основных оценочных критериев качества магнитотвердых материалов является энергетическое произведение (ВН)_mах, зависящее как от В_r и H_c, так и от характера кривой размагничивания, оцениваемого коэффициентом выпуклости  .

В существующих магнитотвердых материалах значение этого коэффициента находится в пределах 0,25—0,75. Относительная проницаемость возврата определяется как тангенс угла наклона к оси H прямой, соединяющей вершины цикла возврата (см. рис. 1). Чем больше  , тем чувствительнее материал к дестабилизирующим факторам.

18. Полупроводники — материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. Свойства:

• электропроводность полупроводников обычно существенно ниже, чем металлов.

• электропроводность полупроводников обычно быстро растет с ростом температуры - у металлом обычно снижается (и зависимость слабее).

• электропроводность полупроводников исключительно сильно зависит от их чистоты (от концентрации примесей) - и обычно растет с ведением примесей (у металлов зависимость слабая и обычно другого знака).

• на электропроводность полупроводников влияет облучение светом или ионизирующей радиацией - для металлов подобное влияние практически отсутствует.

Полупроводниковыми называют материалы, которые являются по своей удельной проводимости промежуточными между проводниковыми и диэлектрическими материалами и отличительным свойством которых является исключительно сильная зависимость удельной проводимости от концентрации и вида примесей или других дефектов, а также в большинстве случаев от внешних энергетических воздействий (температуры, освещенности и т. п.).

К полупроводникам относится большая группа веществ с электронной электропроводностью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре больше, чем у проводников, но меньше, чем у диэлектриков, и находится в диапазоне от 10-4 до 1010 Ом•см. В энергетике полупроводники напрямую мало используются, но электронные компоненты на основе полупроводников используются достаточно широко. Это любая электроника на станциях, подстанциях, диспетчерских управлениях, службах и т.п. Выпрямители, усилители, генераторы, преобразователи. Также из полупроводников на основе карбида кремния изготавливают нелинейные ограничители перенапряжений в линиях электропередачи (ОПН).

19. В собственном полупроводнике носителями заряда являются свободные электроны и дырки (квазичастицы) концентрации которых одинаковы. В полупроводниках n-типа (negative) носителями заряда являются свободные электроны. В полупродниках p-типа (positive) носителями заряда являются дырки.

Примесная проводимость полупроводников — электрическая проводимость, обусловленная наличием в полупроводнике донорных или акцепторных примесейПримесная проводимость, как правило, намного превышает собственную, и поэтому электрические свойства полупроводников определяются типом и количеством введенных в неголегирующих примесей. Собственная проводимость полупроводников обычно невелика, так как число свободных электронов, например, в германии при комнатной температуре порядка 3·10^-13 см^-3. В то же время число атомов германия в 1 см³ ~ 10²³. Проводимость полупроводников увеличивается с введением примесей, когда наряду с собственной проводимостью возникает дополнительная примесная проводимость. Примесной проводимостью полупроводников называется проводимость, обусловленная наличием примесей в полупроводнике. Примесными центрами могут быть:

1. атомы или ионы химических элементов, внедренные в решетку полупроводника;

2. избыточные атомы или ионы, внедренные в междоузлия решетки;

3. различного рода другие дефекты и искажения в кристаллической решетке: пустые узлы, трещины, сдвиги, возникающие при деформациях кристаллов, и др.

Изменяя концентрацию примесей, можно значительно увеличивать число носителей зарядов того или иного знака и создавать полупроводники с преимущественной концентрацией либо отрицательно, либо положительно заряженных носителей. Примеси можно разделить на донорные (отдающие) и акцепторные (принимающие). Рассмотрим механизм электропроводности полупроводника с донорной пятивалентной примесью мышьяка As⁵⁺, которую вводят в кристалл, например, кремния. Пятивалентный атом мышьяка отдает четыре валентных электрона на образование ковалентных связей, а пятый электрон оказывается незанятым в этих связях. Энергия отрыва (энергия ионизации) пятого валентного электрона мышьяка в кремнии равна 0,05 эВ = 0,08·10^-19 Дж, что в 20 раз меньше энергии отрыва электрона от атома кремния. Поэтому уже при комнатной температуре почти все атомы мышьяка теряют один из своих электронов и становятся положительными ионами. Положительные ионы мышьяка не могут захватить электроны соседних атомов, так как все четыре связи у них уже укомплектованы электронами. В этом случае перемещения электронной вакансии — "дырки" не происходит и дырочная проводимость очень мала, т.е. практически отсутствует. Небольшая часть собственных атомов полупроводника ионизирована, и часть тока образуется дырками, т.е. донорные примеси — это примеси, поставляющие электроны проводимости без возникновения равного количества подвижных дырок. В итоге мы получаем полупроводник с преимущественно электронной проводимостью, называемый полупроводником n-типа. В случае акцепторной примеси, например, трехвалентного индия In³⁺ атом примеси может дать свои три электрона для осуществления ковалентной связи только с тремя соседними атомами кремния, а одного электрона «недостает». Один из электронов соседних атомов кремния может заполнить эту связь, тогда атом In станет неподвижным отрицательным ионом, а на месте ушедшего от одного из атомов кремния электрона образуется дырка. Акцепторные примеси, захватывая электроны и создавая тем самым подвижные дырки, не увеличивают при этом числа электронов проводимости. Основные носители заряда в полупроводнике с акцепторной примесью — дырки, а неосновные — электроны. Полупроводники, у которых концентрация дырок превышает концентрацию электронов проводимости, называются полупроводниками р-типа. Необходимо отметить, что введение примесей в полупроводники, как и в любых металлах, нарушает строение кристаллической решетки и затрудняет движение электронов. Однако сопротивление не увеличивается из-за того, что увеличение концентрации носителей зарядов значительно уменьшает сопротивление. Так, введение примеси бора в количестве 1 атом на сто тысяч атомов кремния уменьшает удельное электрическое сопротивление кремния приблизительно в тысячу раз, а примесь одного атома индия на 10⁸ - 10⁹ атомов германия уменьшает удельное электрическое сопротивление германия в миллионы раз. Возможность управления удельным сопротивлением благодаря введению примесей используется в полупроводниковых приборах. Дырочная проводимость не является исключительной особенностью полупроводников. У некоторых металлов и их сплавов существует смешанная электронно-дырочная проводимость за счет перемещений некоторой части неколлективированных валентных электронов. Например, в цинке, бериллии, кадмии, сплавах меди с оловом дырочная составляющая электрического тока преобладает над электронной.Если в полупроводник одновременно вводятся и донорные и акцепторные примеси, то характер проводимости (n- или p-тип) определяется примесью с более высокой концентрацией носителей тока — электронов или дырок.

20. Основная цель легирования — изменить тип проводимости и концентрацию носителей в объёме полупроводника для получения заданных свойств (проводимости, получения требуемой плавности pn-перехода). Самыми распространёнными легирующими примесями для кремния являются фосфор Р и мышьяк As (позволяют получить n-тип проводимости) и бор В (p-тип).

Терморезистор (термистор, термосопротивление) - зависимость сопротивления от температуры. Редко Si, для низких температур Ge (точные терморезисторы). Обычно – окислы металов CuO/Cu₂O/Mn₂O₃, CoO/Mn₂O₃, NiO, FeO/Fe₂O₃ и т.д.