11 خاصية من خصائص المواد التي تحتاج إلى معرفتها لتحقيق الأداء الأمثل

ما الذي يجعل المادة مناسبة لتطبيق هندسي معين؟ تكمن الإجابة في فهم خصائصها. تتناول هذه المقالة 11 خاصية أساسية من خواص المواد، مثل القوة الميكانيكية والصلابة الصدمية والتوصيل الحراري، وتقدم نظرة ثاقبة على تعريفاتها وأهميتها وآثارها العملية. وفي النهاية، ستدرك كيف تؤثر هذه الخواص على أداء المواد ودورها الحاسم في التصميم الهندسي والتصنيع.

جدول المحتويات

1. الخواص الميكانيكية للمواد تحت الشد الاستاتيكي الأحادي المحور

1. التعريف:

جنون الكرايز هو نوع من العيوب التي تحدث في عملية تشوه مواد البوليمر. ويظهر على شكل لون فضي بسبب انخفاض كثافته وانعكاسه العالي للضوء. يحدث التجعد في الأجزاء الضعيفة أو المعيبة من مواد البوليمر.

المرونة الفائقة: في ظل ظروف معيّنة، تُظهر المادة استطالة كبيرة جداً (حوالي 1000%) دون أن تنخر أو تنكسر، وهو ما يُسمّى اللدونة الفائقة. تتراوح نسبة الإجهاد الناتج عن انزلاق حدود الحبيبات εg في الإجهاد الكلي εt عادةً بين 50% و70%، مما يشير إلى أن انزلاق حدود الحبيبات يلعب دورًا رئيسيًا في التشوه فائق اللدونة.

الكسر الهش: قبل أن تنكسر المادة، لا يوجد تشوه بلاستيكي عياني واضح، ولا توجد علامات تحذيرية. وغالبًا ما تكون هذه العملية مفاجئة وسريعة، مما يجعلها خطيرة للغاية.

الكسر القابل للسحب: عملية الكسر التي تظهر تشوهًا بلاستيكيًا عيانيًا واضحًا قبل الكسر وأثناءه. في الكسر المطيل، تكون عملية انتشار الكسر بطيئة بشكل عام وتستهلك كمية كبيرة من طاقة التشوه اللدائني.

الكسر الانشقاقي: يُطلق على الكسر الهش على طول مستوى بلوري معين ناتج عن تدمير روابط الترابط بين الذرات تحت ضغط عادي اسم الكسر الانشقاقي. تُعد خطوة الانشقاق ونمط النهر ونمط اللسان الخصائص المجهرية الأساسية للكسر الانشقاقي.

كسر القص: كسر القص هو الكسر الناجم عن انزلاق المادة وانفصالها على طول مستوى الانزلاق تحت إجهاد القص. الكسر التجميعي الجزئي هو نمط شائع للكسر المطيل في المواد. عادةً ما يكون سطح الكسر رماديًا داكنًا وليفيًا في الكلي، في حين أن سطح الكسر الجزئي له نمط مميز للعديد من "الدمامل" الموزعة على السطح.

2. حاول وصف الفرق بين الكسر المطيل والكسر الهش. لماذا الكسر الهش هو الأكثر خطورة؟

نوع الإجهاد، ودرجة التشوه اللدني، ووجود أو عدم وجود فأل، وسرعة انتشار الشقوق.

3. ما الفرق بين قوة الانكسار σc وقوة الشد σb?

إذا لم تتعرض المادة لأي تشوه بلاستيكي أو تشوه بلاستيكي ضئيل للغاية قبل الكسر، وحدث الكسر الهش دون حدوث نخر، فإن الإجهاد الحرج، σc، يساوي إجهاد الكسر، σb.

ومع ذلك، إذا حدث النخر قبل الكسر، فإن σc و σb غير متساويين.

4. ما هو النطاق الذي تنطبق عليه صيغة غريفيث وما هي الظروف التي ينبغي مراجعتها في ظلها؟

إن صيغة جريفيث مناسبة فقط للمواد الصلبة الهشة التي تحتوي على شقوق دقيقة، مثل الزجاج، والمواد البلورية غير العضوية، والصلب فائق القوة.

بالنسبة للكثير من المواد الإنشائية الهندسية، مثل الفولاذ الإنشائي ومواد البوليمر، يخضع طرف الشق لتشوه بلاستيكي كبير، مما يستهلك قدرًا كبيرًا من طاقة التشوه البلاستيكي.

لذلك، يجب تعديل صيغة جريفيث لتعكس هذه الظاهرة بدقة.

2. الخواص الميكانيكية للمواد تحت الشد الاستاتيكي الأحادي المحور

1. المعامل اللين لحالة الإجهاد

يُطلق على نسبة أقصى إجهاد قص، τmax، إلى أقصى إجهاد عمودي، σmax، معامل ليونة حالة الإجهاد، ويُشار إليه ب α.

كلما كانت α أكبر، كلما زاد حجم α، أصبح مكون إجهاد القص الأقصى أكبر، مما يشير إلى حالة إجهاد أكثر ليونة وسهولة أكبر في تشوه المادة باللدونة.

وعلى العكس من ذلك، كلما كانت α أصغر، كلما أصبحت حالة الإجهاد أصعب، مما يؤدي إلى مزيد من الكسر الهش.

2. كيف نفهم ظاهرة "تقوية الشق" للمواد البلاستيكية؟

عندما تحتوي العينة على شق، يكون إجهاد الخضوع فيها أعلى من إجهاد العينة تحت الشد الأحادي المحور بسبب وجود إجهاد ثلاثي المحاور، وهو ما يشار إليه بظاهرة "تقوية الشق".

ومع ذلك، لا يمكن اعتبار هذا "التقوية بالشق" طريقة لتقوية المادة، حيث إنه ناتج فقط عن التشوه اللدن للمادة المقيدة بإجهاد ثلاثي الأبعاد.

في هذه الحالة، تظل قيمة σs الخاصة بالمادة دون تغيير.

3. تتم مقارنة شاملة لخصائص ونطاق تطبيق اختبارات الشد والضغط والانحناء والالتواء أحادية المحور.

تمت المراجعة:

في حالة الشد أحادي الاتجاه، يكون مكون الإجهاد العمودي كبيرًا بينما يكون مكون إجهاد القص صغيرًا، مما يؤدي إلى حالة إجهاد صلبة.

يتم تطبيق هذا الاختبار عادةً على المواد ذات المقاومة المنخفضة للتشوه البلاستيكي ومقاومة القطع، والمعروفة باسم المواد البلاستيكية.

الضغط أحادي الاتجاه له معامل ليونة حالة الإجهاد a=2، ويستخدم بشكل أساسي لاختبار المواد الهشة.

لا تعاني اختبارات الانحناء من انحراف العينة الذي يحدث أثناء اختبارات الشد.

عند الانحناء، يصل توزيع الإجهاد على المقطع العرضي إلى أقصى حد له عند السطح، مما يجعلها طريقة فعالة لعكس العيوب السطحية في المواد.

اختبار الالتواء: يكون معامل ليونة حالة الإجهاد في الالتواء أعلى من معامل الليونة في الشد، مما يجعلها طريقة فعالة لتقييم قوة وليونة المواد الهشة تحت الشد.

في اختبار الالتواء، يكون توزيع الإجهاد على قسم العينة أعلى ما يكون عند السطح، مما يجعله شديد الحساسية للمادة تصلب السطح والعيوب السطحية.

ينتج عن اختبار الالتواء إجهاد طبيعي وإجهاد قص متساويين تقريباً.

يكون سطح الكسر في اختبار الالتواء عموديًا على محور العينة وغالبًا ما يستخدم لتقييم المواد البلاستيكية.

في حالة الكسر العمودي، تكون الزاوية بين سطح الكسر ومحور العينة 45 درجة تقريبًا، وهو ما يرجع إلى الإجهاد العمودي. وكثيراً ما تظهر المواد الهشة هذا النوع من سطح الكسر.

4. محاولة مقارنة أوجه التشابه والاختلاف بين مبادئ اختبار صلابة برينل واختبار صلابة فيكرز ومقارنة مزايا وعيوب اختبار صلابة برينل واختبار صلابة روكويل واختبار صلابة فيكرز ونطاق تطبيقها.

يتشابه مبدأ اختبار فيكرز للصلادة مع اختبار فيكرز للصلابة صلابة برينل الاختبار، حيث تحسب كلتا الطريقتين قيم الصلابة بناءً على الحمل لكل وحدة مساحة من المسافة البادئة.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الاختبارين في نوع أداة الإندنتر المستخدمة. ففي اختبار فيكرز للصلابة، يتم استخدام مركز إبر هرمي من الماس بزاوية 136 درجة بين الجانبين المتقابلين. وعلى النقيض من ذلك، يستخدم اختبار صلابة برينل كرة فولاذية مقواة أو سبيكة صلبة الكرة كمسند.

مزايا اختبار صلابة برينل:

إن مساحة المسافة البادئة الكبيرة لاختبار صلابة برينل تجعله قادراً على عكس متوسط أداء كل مرحلة من المراحل المكونة على مساحة كبيرة، كما أن نتائج الاختبار مستقرة وقابلة للتكرار بدرجة كبيرة.

ونتيجة لذلك، فإن اختبار صلابة برينل مناسب بشكل خاص لقياس صلابة مواد مثل حديد الزهر الرمادي وسبائك المحامل.

عيوب اختبار صلابة برينل:

إن قطر المسافة البادئة الكبير لاختبار صلابة برينل يجعله غير مناسب بشكل عام للفحص المباشر للمنتجات النهائية.

وعلاوة على ذلك، فإن الحاجة إلى استبدال قطر المسافة البادئة والحمل للمواد ذات الصلابة المتفاوتة، بالإضافة إلى الإزعاج الناتج عن قياس قطر المسافة البادئة، هي عيوب إضافية للاختبار.

مزايا اختبار صلابة روكويل:

تشغيل سهل وسريع;

المسافة البادئة صغيرة، ويمكن فحص قطعة العمل مباشرةً;

العيوب: 

تمثيل ضعيف بسبب صغر المسافة البادئة;

لا يمكن مقارنة قيم الصلابة المقيسة بمقاييس مختلفة أو تبادلها مباشرةً.

يتميز اختبار فيكرز للصلابة بالعديد من المزايا:

قياس دقيق وموثوق;

يمكنك تحديد أي حمولة.

وبالإضافة إلى ذلك، لا تعاني صلابة فيكرز من مشكلة عدم إمكانية توحيد صلابة المقاييس المختلفة لصلابة روكويل، كما أن سمك قطعة الاختبار أرق من سمك صلابة روكويل.

عيوب اختبار فيكرز للصلابة: 

طريقة قياسها مزعجة، وكفاءتها في العمل منخفضة، ومساحة المسافة البادئة صغيرة، وتمثيلها ضعيف، لذا فهي غير مناسبة للفحص الروتيني للإنتاج بكميات كبيرة.

قراءة ذات صلة: صلابة المعادن: الدليل المحدد

3. صلابة الصدمات وهشاشة المواد في درجات الحرارة المنخفضة

1. هشاشة بدرجة حرارة منخفضة، درجة حرارة انتقال هشّة قابلة للسحب.

عندما تنخفض درجة الحرارة أثناء الاختبار إلى أقل من درجة حرارة معينة، tk (درجة حرارة الانتقال من الدكتايل إلى الهشاشة)، فإن المواد مثل المعادن والسبائك البلورية السداسية المتقاربة أو البلورات السداسية المتقاربة، وخاصة الفولاذ الإنشائي متوسط ومنخفض القوة المستخدم عادةً في الهندسة، تمر بمرحلة انتقال من حالة الدكتايل إلى حالة الهشاشة، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في طاقة امتصاص الصدمات.

ويتميز هذا التحول بتغير في نمط الكسر من تجمع المسام الدقيقة إلى انقسام عبر الحبيبات وتغير في مظهر الكسر من ليفي إلى بلوري، وهي ظاهرة تعرف باسم الهشاشة في درجات الحرارة المنخفضة.

2. شرح الجوهر الفيزيائي للهشاشة في درجات الحرارة المنخفضة والعوامل المؤثرة فيها.

عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة الانتقال من الدكتايل إلى الهشّ، تكون قوة الكسر أقل من قوة الخضوعمما يؤدي إلى سلوك هش في درجات الحرارة المنخفضة.

A. تأثير التركيب البلوري: تتسم المعادن المكعبة المتمركزة على الجسم وسبائكها بهشاشة في درجات الحرارة المنخفضة، بينما لا تتسم المعادن المكعبة المتمركزة على الوجه وسبائكها عمومًا بهشاشة في درجات الحرارة المنخفضة.

قد تكون هشاشة معادن BCC في درجات الحرارة المنخفضة مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بظاهرة الاستسلام المتأخر.

B. تأثير التركيب الكيميائي: يزداد محتوى العناصر الذائبة الخلالية، وتقل الطاقة الأعلى، وتزداد درجة حرارة الانتقال الهش القابل للسحب.

C. تأثير البنية المجهرية: يمكن أن يؤدي تنقية الحبيبات والبنية إلى زيادة صلابة المواد.

D. تأثير درجة الحرارة: وهو معقد نسبيًا، ويحدث الهشاشة (الهشاشة الزرقاء) في نطاق درجة حرارة معينة.

E. تأثير معدل التحميل: إن زيادة معدل التحميل مثل خفض درجة الحرارة، مما يزيد من هشاشة المادة ويزيد من درجة حرارة الانتقال الهش القابل للسحب.

F. تأثير شكل العينة وحجمها: كلما كان نصف قطر انحناء الشق أصغر، كلما كان tk أعلى.

3. سبب تحسين الصلابة عن طريق تكرير الحبوب؟

تعمل حدود الحبيبات كمقاومة لانتشار الشقوق.

يساعد تقليل عدد الخلخلة في تعبئة حدود ما قبل الحبوب على تقليل تركيز الإجهاد.

تقلل الزيادة في المساحة الكلية لحدود الحبيبات من تركيز الشوائب على طول حدود الحبيبات وبالتالي تقلل من احتمالية حدوث كسر هش بين الحبيبات.

4. صلابة انكسار المواد

1. الكسر الهش منخفض الإجهاد

عندما لا يكون إجهاد العمل للأجزاء الكبيرة مرتفعًا، حتى لو كان أقل بكثير من حد الخضوع، غالبًا ما يحدث الكسر الهشّ، وهو ما يسمى بالكسر الهشّ منخفض الإجهاد.

2. اشرح أسماء ومعاني الرموز التالية: KIc؛ JIc؛ GIc؛ GIc؛ δc.

KIC (عامل كثافة مجال الإجهاد والانفعال عند طرف الشق في جسم الشق) هو مقياس لصلابة الكسر في الانفعال المستوي ويمثل قدرة المادة على مقاومة انتشار الشقوق غير المستقر في ظروف الانفعال المستوي.

تُعرف JIc (طاقة الانفعال عند طرف الشق) أيضًا باسم صلابة الكسر وتمثل قدرة المادة على مقاومة بدء الشقوق وانتشارها.

يمثل GIc الطاقة المستهلكة لكل وحدة مساحة لمنع انتشار الشقوق غير المستقرة في المادة.

تشير δC (إزاحة فتح الشقوق)، والمعروفة أيضًا باسم صلابة كسر المادة، إلى قدرة المادة على منع تمدد الشقوق من البدء.

3. اشرح أوجه التشابه والاختلاف بين KI و KIc.

KI و KIC مفهومان مختلفان.

KI هو بارامتر ميكانيكي يمثل قوة مجال الإجهاد والانفعال عند طرف الشق في جسم الشق ويعتمد على الإجهاد المطبق وحجم العينة ونوع الشق، ولكنه مستقل عن المادة.

من ناحية أخرى، فإن KIC هو مؤشر خاصية ميكانيكية للمادة يعتمد على عوامل داخلية مثل التركيب والهيكل، ولكنه لا يتأثر بالعوامل الخارجية مثل الإجهاد المطبق وحجم العينة.

العلاقة بين KI و KIC مشابهة للعلاقة بين σ و σs، حيث إن KI و σ هما معامِلان ميكانيكيان، و KIC و σs هما مؤشرا الخواص الميكانيكية للمواد.

5. خاصية الإعياء للمواد

1. ما هي خصائص فشل الإجهاد؟

(1) هذا النوع من الفشل هو فشل مفاجئ وغير متوقع يحدث دون تشوه لدن ملحوظ قبل فشل الإجهاد ويتميز بالكسر الهش.

(2) فشل التعب والإجهاد هو نوع من الكسر المتأخر في دورة الإجهاد المنخفض.

(3) التعب حساس للغاية للعيوب مثل الشقوق والشقوق والعيوب الهيكلية.

(4) يمكن تصنيف أشكال التعب بعدة طرق.

وفقًا لحالة الإجهاد، تشمل أشكال الإجهاد إجهاد الانحناء، وإجهاد الالتواء، وإجهاد الشد والضغط، وإجهاد التلامس، والإجهاد المركب.

استنادًا إلى مستوى الإجهاد وعمر الكسر، يمكن تصنيف الإجهاد إلى إجهاد عالي الدورة وإجهاد منخفض الدورة.

2. كم عدد المناطق المميزة لسطح الكسر الناتج عن الإجهاد؟

مصدر التعب، ومنطقة نمو شقوق التعب ومنطقة الكسر العابر.

3. حاول وصف أوجه التشابه والاختلاف بين σ-1و Δكث.

σ-1 (قوة الإجهاد) تمثل قوة إجهاد الحياة اللانهائية للعينات الملساء، وهي مناسبة لتصميم قوة الإجهاد التقليدية والتحقق منها;

ΔKth (القيمة الحدية لنمو التشقق التعب) تمثل أداء التعب اللانهائي لعينة التشقق في الحياة اللانهائية، وهي مناسبة لتصميم وفحص قوة التعب للأجزاء المتشققة.

6. مقاومة المواد للتآكل

1. كم عدد أنواع التآكل الموجودة؟ يوضح شكل تلف سطحها.

تآكل الالتصاق، والتآكل الكاشط، والتآكل الناتج عن التآكل، والتآكل الناتج عن التآكل، والتآكل الناتج عن التآكل الناتج عن التآكل (التعب الناتج عن التلامس).

تآكل الالتصاق: يتميز سطح التآكل بوجود قشور بأحجام مختلفة على سطح الأجزاء.

التآكل الكاشطة: أخدود مكون من خدش أو ثلم واضح على سطح الاحتكاك.

إجهاد الاتصال هناك العديد من الحفر (البثور) على سطح التلامس، وبعضها عميق، وهناك آثار لخطوط نمو شقوق التعب في الأسفل.

2. هل العبارة "كلما كانت المادة أكثر صلابة، زادت مقاومة التآكل" صحيحة؟ لماذا؟

صحيح. لأن التآكل يتناسب عكسيًا مع الصلابة.

3. من وجهة نظر تحسين قوة إجهاد المواد، وقوة إجهاد التلامس ومقاومة التآكل، يتم تحليل المسائل التي تحتاج إلى اهتمام في المعالجة الحرارية الكيميائية.

يزداد الإجهاد الانضغاطي المتبقي للطبقة السطحية بينما يزداد الإجهاد الانضغاطي المتبقي للطبقة السطحية القوة والصلابة زيادة.

7. أداء المواد في درجات الحرارة العالية

1. اشرح المصطلحات التالية:

درجة الحرارة المحددة التقريبية: تي/تيm

الزحف: يشير هذا إلى التشوه اللدن التدريجي للمادة تحت تأثير درجة الحرارة والحمل الثابتين على مدى فترة زمنية طويلة.

قوة التحمل: يشير هذا المصطلح إلى أقصى إجهاد يمكن أن تتحمله المادة دون التعرض لكسر زاحف تحت درجة حرارة محددة وضمن إطار زمني محدد.

حد الزحف: يمثل هذا الحد مقاومة المادة للتشوه الزاحف في درجات الحرارة العالية.

ثبات الاسترخاء: يُطلق على المصطلح المستخدم لوصف قدرة المادة على مقاومة استرخاء الإجهاد استقرار الاسترخاء.

2. يتم تلخيص التشوه الزاحف وآلية انكسار المواد.

تشمل الآليات الرئيسية للتشوه الزاحف في المواد انزلاق الخلع والانتشار الذري وانزلاق حدود الحبيبات.

بالنسبة لمواد البوليمر، يعد تمدد السلسلة الجزيئية تحت قوة خارجية عاملًا مساهمًا في الزحف.

الكسر بين البلورات هو شكل شائع من أشكال الكسر الزاحف، خاصةً في درجات الحرارة العالية ومستويات الإجهاد المنخفضة. ويرجع ذلك إلى أن قوة الحبيبات متعددة الكريستالات وحدود الحبيبات تتناقص مع درجة الحرارة، ولكن هذه الأخيرة تتناقص بشكل أسرع، مما يؤدي إلى انخفاض قوة حدود الحبيبات بالنسبة إلى قوة الحبيبات في درجات الحرارة العالية.

يوجد نموذجان لتفسير انكسار حدود الحبيبات: نموذج انزلاق حدود الحبيبات وتركيز الإجهاد، ونموذج تجمع الشواغر.

3. تتم مناقشة الاختلافات بين التشوه الزاحف وآليات التشوه اللدائني للمعادن في درجات الحرارة العالية.

تعتمد آلية التشوه البلاستيكي للمعادن على الانزلاق والتوأمة.

تُدار آلية التشوه الزاحف للمعادن في المقام الأول عن طريق انزلاق الخلع، وزحف الانتشار، وانزلاق حدود الحبيبات.

في درجات الحرارة المرتفعة، توفر درجة الحرارة المرتفعة تنشيطًا حراريًا للذرات والفجوات، مما يسمح للخلخلة بالتحرك والاستمرار في إحداث التشوه الزاحف.

وتحت تأثير قوة خارجية، يتولد مجال إجهاد غير متساوٍ داخل البلورة، مما يؤدي إلى اختلافات في طاقة الوضع بين الذرات والفجوات. وينتج عن ذلك انتشار اتجاهي من طاقة وضع عالية إلى طاقة وضع منخفضة.

8. الخواص الحرارية للمواد

1. حاول تحليل العوامل التي تؤثر على السعة الحرارية للمواد؟

بالنسبة للمواد الصلبة، لا تتأثر السعة الحرارية بشكل كبير ببنية المادة.

في حالة الانتقال الطوري من الدرجة الأولى، يتغير منحنى السعة الحرارية بشكل مفاجئ ويكون له قيمة لا نهائية.

في التحول الطوري من الدرجة الثانية، يحدث التغير تدريجيًا على نطاق درجة حرارة محددة وينتج عنه سعة حرارية قصوى محدودة.

2. حاول أن تفسر لماذا تكون الموصلية الحرارية للزجاج أقل بعدة مرات من الموصلية الحرارية للمادة الصلبة البلورية.

تتميز المواد غير المتبلورة بتوصيلية حرارية منخفضة لأن بنيتها قصيرة المدى المرتبة يمكن اعتبارها بلورة ذات حبيبات صغيرة للغاية.

ونظرًا لصغر حجم الحبيبات وحدود الحبيبات العديدة، تتشتت الفونونات بسهولة، مما يؤدي إلى انخفاض التوصيل الحراري بشكل كبير.

9. الخواص المغناطيسية للمواد

1. لماذا تنتج المغناطيسية في المواد؟

تحت تأثير المجال المغناطيسي، تُنتج الحركة المدارية للإلكترونات في المادة مغناطيسية قطرية.

2. ما هي التطبيقات الرئيسية لقابلية التأثر المغناطيسية والبارامغناطيسية في أبحاث الفلزات؟

تحديد منحنى الذوبان الأقصى في مخطط طور السبيكة:

من خلال استخدام القاعدة التي تنص على أن المحاليل الصلبة أحادية الطور تُظهر بارامغناطيسية أعلى من الهياكل المختلطة ثنائية الطور والعلاقة الخطية بين بارامغناطيسية الخليط وتركيب السبيكة، يمكن تحديد الحد الأقصى لذوبان السبيكة عند درجة حرارة محددة ومنحنى ذوبان السبيكة.

التحقيق في تحلل سبائك الألومنيوم:

تمت دراسة الانتقال من الرتبة إلى عدم الرتبة، والانتقال من الأيزومرية، ودرجة حرارة إعادة التبلور لفهم تحلل سبائك الألومنيوم بشكل أفضل.

3. شرح الظروف التي تحدث فيها المغناطيسية الحديدية.

لكي يُظهِر الفلز مغناطيسية حديدية، ليس من الضروري أن يكون لذراته عزوم مغناطيسية غير صفرية فحسب، بل من الضروري أيضًا أن تتراصف هذه العزوم تلقائيًا وتولد مغنطة تلقائية.

4. حاول شرح علامات الأداء الرئيسية للمواد المغناطيسية اللينة والمواد المغناطيسية الصلبة.

تحتوي المواد المغناطيسية اللينة على حلقة تباطؤ ضيقة وتتميز بتوصيلية مغناطيسية عالية و Hc منخفضة. وعلى النقيض من ذلك، تتميز المواد المغناطيسية الصلبة بحلقة تباطؤ سميكة وموصلية مغناطيسية عالية Hc وBr و(BH)m.

10. الخواص الكهربائية للمواد

1. شرح أوجه التشابه والاختلاف بين نظرية التوصيل الإلكتروني الحر الكمي ونظرية التوصيل الكلاسيكي.

في الفلز، يكون المجال الكهربي الناتج عن الأيونات الموجبة منتظمًا ولا يوجد تفاعل بين إلكترونات التكافؤ والأيونات. ويعتبر هذا المجال خاصية للفلز بأكمله ويسمح بحرية حركة الإلكترونات في جميع أنحاء الفلز.

ووفقًا لنظرية الإلكترونات الحرة الكمية، تحتفظ الإلكترونات الداخلية لكل ذرة في الفلز بحالة طاقة ذرة واحدة، بينما تمتلك إلكترونات التكافؤ حالات طاقة مختلفة بسبب التكميم ولها مستويات طاقة مختلفة.

وتعترف نظرية حزام الطاقة أيضًا بأن إلكترونات التكافؤ في الفلزات مشتركة ومكمَّمة في الطاقة، لكنها تشير إلى أن مجال الجهد الناتج عن الأيونات في الفلزات ليس منتظمًا، بل يتغير دوريًّا.

2. لماذا تزداد مقاومة الفلز مع ارتفاع درجة الحرارة، بينما تقل مقاومة أشباه الموصلات مع ارتفاع درجة الحرارة؟

ويؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تكثيف اهتزاز الأيونات وزيادة سعة الاهتزاز الحراري، مما يؤدي إلى زيادة الاضطراب الذري وانخفاض حركة الإلكترونات وزيادة احتمال التشتت. تؤدي هذه العوامل إلى زيادة المقاومة النوعية.

في أشباه الموصلات، يتم التوصيل بشكل أساسي بواسطة الإلكترونات والثقوب. وتؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى زيادة الطاقة الحركية للإلكترونات، مما يؤدي إلى زيادة عدد الإلكترونات الحرة والفجوات في البلورة، وبالتالي زيادة في التوصيلية وانخفاض في المقاومة.

3. ما هي المؤشرات الثلاثة الرئيسية لأداء الموصلات الفائقة؟

(1) درجة حرارة الانتقال الحرجة Tc

(2) المجال المغناطيسي الحرج Hc

(3) كثافة التيار الحرجة Jc

4. نناقش بإيجاز تطبيق قياس المقاومة في بحوث المعادن.

تتم دراسة تغير البنية المجهرية للمعادن والسبائك من خلال قياس تغير المقاومة النوعية.

(1) قياس منحنى الذوبان للمحلول الصلب

(2) قياس درجة حرارة التحول في سبيكة ذاكرة الشكل.

5. ما هي التأثيرات الحساسة الموصلة لأشباه الموصلات؟

التأثير الحراري، والتأثير الحساس للضوء، والتأثير الحساس للضوء، والتأثير الحساس للضغط (حساس الجهد وحساس الضغط)، والتأثير الحساس المغناطيسي (تأثير هول وتأثير المقاومة المغناطيسية)، إلخ.

6. ما هي أشكال التلف الرئيسية للمواد العازلة؟

الانهيار الكهربائي، والانهيار الحراري، والانهيار الكيميائي.

11. الخواص البصرية للمواد

1. يتم وصف مفهوم الأداء البصري الخطي وبارامتراته الأساسية بإيجاز.

الخواص البصرية الخطية: عندما يسقط ضوء ذو تردد واحد على وسط شفاف لا يمتص الضوء، لا يتغير تردده. وعندما يسقط ضوء بترددات مختلفة على الوسط في الوقت نفسه، لا يحدث أي تفاعل بين الموجات الضوئية ولا ينتج تردد جديد.

عندما يتقاطع شعاعان ضوئيان، إذا كانا ضوءين مترابطين، يحدث تداخل. أما إذا كانا ضوءين غير مترابطين، فستتحد شدة الضوءين فقط، وفقًا لمبدأ التراكب الخطي.

تشمل الخواص البصرية الأخرى الانكسار والتشتت والانعكاس والامتصاص والتشتت.

2. محاولة تحليل جدوى إعداد منتجات معدنية شفافة؟

ليس من العملي استخدام المعادن في البصريات الضوئية المرئية لأنها تمتص الضوء المرئي بقوة. ويرجع ذلك إلى أن إلكترونات التكافؤ في الفلزات تشغل نطاقاً غير مكتمل، وبعد امتصاص الفوتونات تكون في حالة إثارة. ويمكنها نقل الطاقة من خلال التصادمات وإنتاج الحرارة، ولكنها لا تنتقل إلى نطاق التوصيل.

3. يتم وصف شروط إنتاج الخواص البصرية غير الخطية بإيجاز.

الضوء الساقط قوي;

متطلبات التماثل للبلورات;

مطابقة المرحلة.

لا تنس أن المشاركة تعني الاهتمام! : )
شين
المؤلف

شين

مؤسس MachineMFG

بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.

قد يعجبك أيضاً
اخترناها لك فقط من أجلك. تابع القراءة وتعرف على المزيد!
طرق تشحيم المحامل

11 طريقة لتزييت المحامل، كم طريقة تعرفها؟

هل فكرت من قبل في مدى أهمية التشحيم المناسب للمحمل لطول عمر الماكينة؟ يمكن لطريقة التشحيم الصحيحة أن تقلل الاحتكاك بشكل كبير، وتمنع التآكل، وتطيل عمر المحامل الخاصة بك....

أفضل 7 مواد هندسية جديدة: ما تحتاج إلى معرفته

ماذا لو كان مستقبل الهندسة لا يتعلق فقط بالتصاميم المبتكرة، بل بالمواد الرائدة؟ من الألياف الضوئية التي أحدثت ثورة في نقل البيانات إلى المواد فائقة التوصيل التي تعزز كفاءة الطاقة، فإن أحدث التطورات في مجال الألياف الضوئية...
الكشف عن 7 مواد مركبة عالية الإمكانات

الكشف عن 7 مواد مركبة عالية الإمكانات

نحن نعيش في عصر يتسم بالتغير السريع، حيث تعمل التطورات التكنولوجية على تغيير المشهد بسرعة. تتسارع وتيرة الابتكار في تقنيات المواد الجديدة. وغالبًا ما تكون المواد المفردة...
الماكينةMFG
ارتقِ بعملك إلى المستوى التالي
اشترك في نشرتنا الإخبارية
آخر الأخبار والمقالات والمصادر التي يتم إرسالها إلى صندوق الوارد الخاص بك أسبوعياً.

اتصل بنا

سيصلك ردنا خلال 24 ساعة.