文档介绍：电工材料基础
尹小根 **********@
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第一章电工材料物理基础
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第一节概述
材料所表现的性能是由其内部结构所决定的,即材料的性能与原子结构(电子的排列情况,特别是外层电子的排列情况)有很大关系。组成物质的原子是怎样结合的?为什么有的物质容易通过电流?为什么炭元素既能形成绝缘体又能形成导体?金属导电形成电流的是电子,这些电子又是从哪里来的?影响电流大小的因素又有哪些?只有了解了物质内部微观结构,才能够从根本上回答上述疑问,物质内部可能的微观结构就是电工材料学科的基础。
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第二节原子结构
原子核
原子是由位于原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子所组成。原子签核则由质子和中子组成,中子不带电,每个质子带一个单位正电荷。原子核所带正电荷和核外所有电子所带的负电荷之和相等,所以整个原于呈电中性。10-81kg,10-27kg,约为电子质量的1836倍,中子的质量与质子相同。
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第二节原子结构
有的原子的质子相同而它们的中子数不同。例如,氢元素的原子都含一个质子,但有的原子中不含中子,这种氢原于就是普通的氢;含一个中子的氢原子叫氘,即重氢,如含两个中子的氢原子就叫氚,即超重氢。在金属学上,凡是原子内含相同的质子数而中子数不同的同—元素称为同位素。
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第二节原子结构
核外电子的运动状态
1. 电子云
按经典理论,电子在核外绕原子核做高速运动,这种状态只能用量子力学,用统计的观点去描述电子在核外空间某个区域出现的概率。以氢原子为例,它的核外只有一个电子,这个电子在核外空间各处都有出现的可能,但在各处出现的概率不同,电子在核外空间出现的概率分布称为电子云。10-10米的球面上,该距离用α0表示,这就是氢原子的波尔半径。
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第二节原子结构
2. 四个量子数
量子力学用四个量子数描述核外电子的状态
1)主量子数
电子在核外有规则地按离核的远近分层分布,即电子壳层,这是决定电子的能量的主要因素,用主量子数n表示。n越小,表示电子离核越近,电子能量也越小。通常也用K、L、M、N……表示,分别称为K、L、M、N……层。
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第二节原子结构
2)角量子数
同一壳层的电子,其能量并不完全相同,角量子数就表示这种差异,角量子数用l表示。主量子数和角量子数相同的电子,其能量相同,这样的电子称为处于同一亚层中的电子。图1-3角量子数p电子云
角量子数l表征着电子云的形状。l 不同,电子云的形状不同,一般用s、p、d、f……表示。角量子数为s的电子云是以原子核为球心的球形,角量子数为p的电子云形状是哑铃形,有三个伸展方向,角量子数为d的电子云形状是花瓣形,
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第二节原子结构
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第二节原子结构
3)磁量子数
同一亚层的电子,具有相同的能量,其不同之处是电子云的伸展方向不同。量子力学用磁量子数mt来表征这种不同。电子云的一个伸展方向代表同一壳层的一个运动轨道,所以磁量子数也表征着亚层电子的运动轨道数目,其可能取值是所有整数,包括零。
同一壳层的电子可能具有的最多轨道数为n2。
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