АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра электрических станций, сетей и систем

 

 

 

 

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

 

(силабус)

 

Программа, методические указания и контрольные задания

(для студентов заочной формы обучения специальности

050718 - Электроэнергетика)

 

 

 

 

 

Алматы 2005

 

СОСТАВИТЕЛИ: К.Х. Бекмагамбетова, Р.М. Кузембаева. Электротехническое материаловедение (силабус). Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения специальности 050718 – Электроэнергетика.- Алматы: АИЭС, 2005.-17 с.

 

 

 

          Программа и методические указания содержат необходимые сведения об изучении дисциплины и выполнении контрольной работы.

 

Табл.-1, Ил.-4, библиогр.- 5 назв.

 

 

 

Рецензент: канд. техн. наук, профессор Р.М. Шидерова

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2005 г.

© Алматинский институт энергетики и связи, 2005 г.

 

 

 

Введение

 

Выпускники специальности 050718 – Электроэнергетика должны уметь решать задачи, связанные с практическим применением электротехнических материалов. Применение материалов предполагает знание их физических основ, свойств и количественных характеристик.

На изучение данного курса по учебному плану отводится 2 кредита, при этом общее количество учебных часов составляет 90 час. Студентами заочного обучения дисциплина изучается 1-м курсе. Объем часов работы с преподавателем 34 часа. Аудиторные занятия – 14 часов, из них лекций – 6 часов, лабораторных занятий – 8 часов. Занятия с элементами дистанционного обучения составляют 20 часов. Самостоятельные занятия – 36 часов, при этом студент должен выполнить одну контрольную работу.

 

         1 Рабочая программа дисциплины

 

1.1 Введение в дисциплину

 

Предмет и содержание курса. Место курса в учебной программе обучения. Учебная литература.

Классификация электротехнических материалов. Типы химической связи и её влияние на строение и свойства материалов.

 

1.2 Физические процессы в диэлектриках.

 

Поляризация диэлектриков. Механизмы поляризации. Диэлектрическая проницаемость газообразных, жидких и твёрдых диэлектриков.

Диэлектрическая проницаемость композиционных диэлектриков. Методы измерения диэлектрической проницаемости.

Электропроводность диэлектриков. Природа электропроводности газов, жидкостей и твёрдых диэлектриков.

Удельное объёмное и удельное поверхностное сопротивление и методы их измерения.

Диэлектрические потери. Векторная диаграмма токов в диэлектрике. Эквивалентные схемы замещения реального диэлектрика. Полные и удельные потери мощности. Угол диэлектрических потерь. Методы измерения диэлектрических потерь.

Пробой диэлектриков. Пробивное напряжение и пробивная напряжённость. Механизм пробоя. Газы с повышенной пробивной напряжённостью. Пробой жидких диэлектриков. Пробой твёрдых диэлектриков. Методы определения электрической прочности.

 

1.3 Физико-механические свойства электроизоляционных материалов

 

Плотность, вязкость, воздухопроницаемость, гигроскопичность и тропикостойкость. Нагревостойкость, теплопроводность. Температурный коэффициент расширения. Температура плавления и размягчения. Температурный индекс изоляции. Механические свойства. Химостойкость. Воздействие радиоактивных излучений на диэлектрики.

 

1.4 Электроизоляционные материалы

 

Классификация диэлектриков. Современные газообразные и жидкие изолирующие материалы. Нефтяные масла и синтетические жидкие диэлектрики.

Органическая изоляция. Полимерные материалы. Лаки и компаунды. Волокнистые материалы. Слоистые пластики и пластмассы. Каучуковые материалы. Гибкая резина и эбонит.

Неорганическая изоляция. Стекло для различных назначений. Электротехническая керамика. Технология керамических изделий. Изоляторный фарфор. Слюда и слюдяные материалы. Асбест, асбестовые материалы.

 

1.5 Проводниковые материалы

 

Классификация проводников. Природа электропроводности металлов. Основные характеристики проводниковых материалов. Удельное сопротивление и удельная электропроводность. Зависимость удельного сопротивления от температуры. Теплопроводность и её связь с электропроводностью. Контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила (ТЭДС).

Сверхпроводимость и криопроводимость. Перспективы создания сверхпроводников и их применения. Проводниковая медь, её свойства и применение. Бронзы и латунь. Алюминий, его свойства и применение. Сплавы на алюминиевой основе. Стальная, сталеалюминевая и биметаллическая проволоки. Сплавы высокого сопротивления.

 

1.6 Полупроводники

 

Классификация полупроводников. Электропроводность полупроводников. Зонная теория полупроводников, энергетические уровни p-n-переходы и эффект выпрямления. Зависимость электропроводности полупроводников от температуры, освещённости, напряжённости электрического поля. Опытное определение механизма электропроводности полупроводников.

Простые полупроводники. Свойства кремния и германия. Области применения. Сложные полупроводники и их области применения.

 

 

1.7 Магнитные материалы

 

Классификация магнитных материалов. Природа ферромагнетизма. Процесс намагничивания и размагничивания материалов. Кривая намагничивания, гистерезисная петля, потери на перемагничивание и вихревые токи (токи Фуко). Магнитная текстура. Основные характеристики ферромагнитных материалов.

Магнитомягкие материалы. Электротехническая сталь. Магнитомягкие сплавы. Высокочастотные ферромагнетики: магнитодиэлектрики и ферриты.

Магнитотвёрдые материалы. Магнитотвёрдые легированные стали. Магнитотвёрдые сплавы: альни, магнико.

 

 

2 Перечень тем лабораторных занятий

 

2.1 Определение тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости.

2.2 Определение электрической прочности диэлектриков.

2.3 Измерение эксплуатационных характеристик трансформаторного масла.

2.4 Определение удельного сопротивления и температурного коэффициента удельного сопротивления проводниковых материалов.

 

3 Методические указания к изучению дисциплины

 

3.1 В разделе «Физические процессы в диэлектриках» изучаются важнейшие сведения о явлениях, происходящих в электроизоляционных материалах, при воздействии на них электрического поля. Устанавливаются закономерности и характеристики  в зависимости от различных внешних факторов и условий работы материалов. Излагаются физико-механические и химические свойства электроизолирующих материалов. Определяются связи характеристик различных материалов с химическим составом, строением и технологии производства. Указываются необходимые методы измерений и испытаний электроизоляционных материалов.

При изучении  поляризации диэлектриков нужно уяснить физическую сущность явления поляризации, используя известные из физики и электротехники понятия и соотношения, характеризующие поведение диэлектриков в электрическом поле: понятие ёмкости и связь ёмкости с зарядом и потенциалом; связь между векторами электрической индукции – Д, напряжённости поля – Е; поляризованности диэлектрика – Р.

Особое внимание следует обратить на объяснение графика температурной и частотной зависимости диэлектрической проницаемости.

При изучении электропроводности необходимо уяснить физическую сущность тока сквозной проводимости и тока абсорбции, показатели, характеризующие электропроводность диэлектриков. Нужно понять разницу в природе удельного объёмного и удельного поверхностного сопротивлений диэлектрика. Следует обратить внимание на зависимость электропроводности диэлектрика от их состояния, строения и структуры, а также от различных внешних и эксплуатационных факторов: температуры, напряжённости электрического поля, времени нахождения под током, влажности материала.

В теме «Диэлектрические потери» нужно усвоить различия потерь в постоянном и переменном полях, понять векторную диаграмму токов и напряжений в активно-ёмкостной цепи.

При изучении пробоя диэлектриков следует чётко различать особенности электрического и теплового пробоев.

3.2 При изучении раздела «Проводниковые материалы» необходимо уяснить квантовую природу проводимости проводниковых материалов; иметь чёткое представление о физических явлениях, протекающих в металлах и сплавах при воздействии на них температуры, упругой и пластической деформации; уяснить физическую сущность контактной разности потенциалов и термо-ЭДС, явление эмиссии, сверхпроводимости.

Нужно обратить внимание на свойства и область применения проводниковых материалов.

Полученные знания о проводниковых материалах необходимо связывать с конструкцией проводов, кабелей, резисторов, термопар, других изделий электротехники.

3.3 В разделе «Полупроводники» уяснить физический смысл двух типов электропроводности полупроводников и её зависимости от различных факторов: температуры, освещённости, электрического и магнитного полей. Необходимо и уметь объяснить свойство электронно-дырочного перехода. Следует знать свойства германия, кремния, арсенида галлия, карбида кремния и области их применения.

3.4 В разделе «Магнитные материалы» надо обратить внимание на общие свойства и основные характеристики магнитных материалов, различие магнитомягких и магнитотвёрдых материалов, назначение ферритов и магнитодиэлектриков, области применения этих материалов.

 

4 Контрольная работа

 

После изучения теоретической части курса студент должен выполнить контрольную работу.

Контрольная работа состоит в решении задач согласно варианту темы. Студент решает по одной задаче из каждой темы. Всего тем – 8.

Номер варианта выбирается по первой букве фамилии и последней цифре номера зачётной книжки по таблице 1.

Таблица 1 - Варианты заданий

Первая буква фамилии студента

Последняя цифра зачётной книжки

№ темы

1

2

3

4

5

6

7

8

Номера задач

А, Б, В, Г, Д,

Е, Ж, З, И, К

0

1

2

3

4

5

6

7

1

1

3

1

2

3

4

5

6

2

2

2

3

1

2

3

4

5

3

3

4

6

5

1

2

1

4

4

4

6

5

6

6

1

2

3

5

5

5

4

7

5

6

3

2

6

6

6

7

7

7

7

7

1

7

7

1

8

1

8

3

8

8

8

8

3

9

2

11

1

9

9

9

9

2

10

3

9

2

10

1

10

Л, М, Н, О, П, Р, С, Т, У, Ф

0

6

11

7

10

1

11

9

9

1

6

12

5

4

3

7

8

8

2

5

4

6

3

4

6

7

7

3

4

3

7

2

5

5

6

6

4

3

2

6

1

6

4

5

5

5

2

1

5

10

7

3

4

1

6

1

7

4

9

3

2

3

2

7

1

6

3

8

3

1

2

3

8

2

5

2

7

2

11

1

7

9

3

12

1

6

1

10

3

5

Х, Ц, Ч, Ш, Щ, Э, Ю, Я

0

4

11

7

11

7

3

4

5

1

3

10

6

4

3

4

5

4

2

1

8

1

9

6

6

7

2

3

1

8

1

9

6

6

7

2

4

3

7

2

10

4

7

8

1

5

5

6

3

11

1

8

9

10

6

6

5

4

11

2

11

5

9

7

5

10

3

1

4

5

6

8

8

3

1

6

3

6

4

1

7

9

1

3

7

5

4

3

3

6

 

4.1 Тема 1. Поляризация диэлектриков

 

Задача 1. Коаксиальный кабель со сплошной изоляцией из полиэтилена имеет диаметр изоляции 5 мм. Определить ёмкость (в пикофарадах) на один метр кабеля. Диэлектрическая проницаемость полиэтилена – 2,3.

Задача 2. Композиционный диэлектрик состоит из хаотической смеси двух компонентов с объёмным содержанием компонента 1 - 30 %, компонента 2 – 70 %. Определить диэлектрическую проницаемость композиционного диэлектрика, если диэлектрическая проницаемость компонента 1 -  = 3, диэлектрическая проницаемость компонента 2 -  = 8.

Задача 3. Плоский конденсатор имеет пластины 50x50 мм и расстояние между ними 1 мм. Рассчитать ёмкость данного конденсатора: а) если между пластинами находится воздух; б) если между пластинами помещена плёнка полиэтилена. Принять для воздуха  = 2,3.

Задача 4. Рассчитать ёмкость плоского конденсатора, имеющего пластины 30x30 мм и расстояние между пластинами 0,5 мм. Промежуток между обкладками на 1\3 заполнен полистиролом, а на 2\3  бакелитовым лаком.

Задача 5. Двухслойный диэлектрик включён на переменное напряжение. Напряжение на первом слое 3 кВ, на втором 9 кВ. Толщины слоев соответственно равны 0,5 мм и 2 мм. Определить диэлектрическую проницаемость первого слоя, если диэлектрическая проницаемость второго слоя равна 6.

Задача 6. У смеси керамических материалов при нагреве от 200С до 800С изменяется  от 8 до 60. Чему равен температурный коэффициент относительной диэлектрической проницаемости ТК смеси керамических материалов?

 

4.2 Тема 2. Электропроводность диэлектрика

 

Задача 1. Плоский конденсатор содержит диэлектрик с удельным объёмным сопротивлением  = 1013 Ом × см и полным сопротивлением изоляции Rиз = 1010Ом. Поверхность соприкосновения диэлектрика с электродом равна 50x50 мм, а толщина диэлектрика – 3 мм. Вычислить величину удельного поверхностного сопротивления диэлектрика  (Ом) и указать поверхности диэлектрика, по которым протекает поверхностный ток утечки IS конденсатора.

Задача 2. Посредством вазелина на поверхности  плоского конденсатора наклеены две параллельные полоски из алюминиевой фольги. Вычислить поверхностное сопротивление диэлектрика, если его удельное сопротивление  равно 1013 Ом, расстояние между полосками 2 см, длина полоски 5 см. Привести рисунок с указанием размеров электродов и принципиальную схему измерения поверхностного сопротивления.

Задача 3. Полистирол при частоте 1 МГц имеет параметры:  = 2,6; tg = . Вычислить удельное объёмное сопротивление  полистирола при переменном напряжении. 

Задача 4. Диэлектрик плоского конденсатора имеет следующие характеристики:  = 1015 Ом × см; tg = 0,001;  = 5. Размер обкладок конденсатора 50x50 см, толщина диэлектрика 25 мм. Определить:

а) величину тока утечки и рассеиваемую в диэлектрике конденсатора мощность при постоянном напряжении 5 кВ;

б) рассеиваемую в диэлектрике конденсатора мощность при переменном напряжении 5 кВ и частотах 50 Гц и 50 кГц. Поверхностной утечкой пренебречь.

Задача 5. Керамический конденсатор ( = 12) был заряжён от источника напряжения 1,5 кВ и оставлен разомкнутым. Через 10 минут разность потенциалов на его обкладках оказалась равной 150 В. Определить  диэлектрика конденсатора.

Задача 6. Полый цилиндр с наружным диаметром 50 мм, внутренним диаметром 35 мм и высотой 125 мм с  удельным объёмным сопротивлением 3 × 1011 Ом × см и удельным поверхностным сопротивлением 2 × 1011 Ом зажат с торцов между электрическими электродами, к которым приложено постоянное напряжение 1500 В. Определить ток, протекающий через цилиндр, и потери мощности в нём.

Задача 7. Определить удельное объёмное сопротивление диэлектрика плоского конденсатора, если известно, что ток, протекающий через конденсатор при постоянном напряжении 10 кВ, равен 5 × 10-7 А. Толщина диэлектрика 0,2 мм, площадь обкладок с каждой стороны 25 см2 (поверхностной утечкой пренебречь).

Задача 8. На две противоположные грани кубика из микалекса с ребром 20 мм нанесены слои металла, служащие электродами, через которые кубик включается в электрическую цепь. Определить величину установившегося тока через кубик при постоянном напряжении 2 кВ, если  = 1016 Ом × см, а  = 5 × 1014 Ом.

Задача 9. Конденсаторная керамика при 200С имеет проводимость  = 10-13 Сим/см. Какова проводимость  при 2500С, если  = 0,8 К-1, где  - температурный коэффициент проводимости.

Задача 10. Определить удельное объёмное сопротивление диэлектрика плоского конденсатора, если известно, что ток через конденсатор при постоянном напряжении 6 кВ равен 3 × 10-7 А. Толщина диэлектрика 0,1 мм, площадь обкладок с каждой стороны 20 см2. Поверхностной утечкой пренебречь.

Задача 11. Рассчитать ток утечки плоского конденсатора, к которым приложено постоянное напряжение 600 В. Принять, что площадь обкладок конденсатора равна 1,5 × 10-3 м2, а его удельное объёмное сопротивление  = 1012 Ом × м.

Задача 12. Куб с ребром 5 × 10-2 м из эбонита с удельным объёмным сопротивлением  = 1013 Ом × м имеет две противоположные грани, покрытые  слоями металла. Эти слои металла служат электродами, через которые куб включён под постоянное напряжение 200 В. Определить сквозной ток утечки через куб и потери мощности в нём. Поверхностной утечкой пренебречь.

 

 

 

 

4.3 Тема 3. Диэлектрические потери

 

Задача 1. Вычислить удельные потери мощности  [Вт/см3] конденсатора переменной ёмкости, применяемого в радиотехнике (диэлектрик-воздух), tg = 10-6, который работает при частоте 1 МГц и действующей напряжённости Е = 10 В/см.

Задача 2. Определить tg и  капроновой лакоткани, приняв к ней объёмное соотношение капрона и связующей смолы 2:1. Для капрона tg = 0,01, для смолы tg = 0,03. Диэлектрическая проницаемость капрона  = 4, для смолы  = 6.

Задача 3. Керамический конденсатор, диэлектриком которого является материал типа Т-150, имеет ёмкость 9 × 10-10 Ф. Найти величину диэлектрических потерь в этом конденсаторе при напряжении 3000 В и частотах 50 Гц и 50 кГц, если известно, что tg = 0,005 и не зависит от частоты.

Задача 4. Диэлектрик плоского конденсатора имеет следующие характеристики:  = 1012 Ом × м, tg = 0,005,  = 7. Размеры обкладок конденсатора (0,2 × 0,2) м2, толщина диэлектрика 0,01 м. Определить: а) величину тока утечки и рассеиваемую в диэлектрике конденсатора мощность при постоянном напряжении 3 кВ; б) рассеиваемую в диэлектрике конденсатора мощность при переменном напряжении 3 кВ и частотах электрического поля 50 Гц и 50 кГц. Поверхностной утечкой пренебречь. Принять, что характеристики диэлектрика от частоты не зависят.

Задача 5. Рассчитать тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 50 Гц для последовательной эквивалентной схемы замещения с параметрами С = 800 пФ, R = 1 × 106 Ом. Привести схему замещения.

Задача 6. Рассчитать тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 50 Гц для последовательной эквивалентной схемы замещения с параметрами С = 800 пФ, R = 5 × 109 Ом. Привести схему замещения.

Задача 7. Плоский конденсатор, диэлектриком которого является титано-циркониевая керамика Т-20, имеет характеристики  = 24,8, tg = 3 × 10-4, включён под напряжение 1000 В при частоте 5 МГц. Толщина диэлектрика 0,5 мм, площадь электродов 25 см2. Вычислить ёмкость конденсатора, и найти величину диэлектрических потерь.

 

4.4 Тема 4. Пробой диэлектриков

 

Задача 1. Электрическая прочность плёнки конденсаторного масла толщиной 0,12 мм при частоте 50 Гц равна 60 кВ/мм. Пояснить, почему конденсаторное масло, испытанное на электрическую прочность в стандартном сосуде при расстоянии между электродами 2,5 мм, имеет прочность, меньшую (30 кВ/мм), чем у плёнки.

Задача 2. На рисунке 1 изображена зависимость электрической прочности полиэтилена от температуры. Принимая запас электрической прочности К = 10, вычислить рабочую напряжённость и рабочее напряжение при температурах -500С и +700С (толщина изоляции 2 мм). Какие формы пробоя наблюдаются при этих температурах?

 

Рисунок 1- Зависимость Епр =

 

Задача 3. Для листового полиэтилена электрическая прочность Епр. = 40 кв/мм, а наложенного в виде шланга на жилу сечением 70 мм2 – 28 кв/мм. Вычислить напряжение пробоя  в обоих случаях, используя формулу между E и U для плоского и цилиндрического конденсатора, если толщина изоляции .

Задача 4. Трансформаторное масло при температуре 200С и давлении 760 мм рт. ст. имеет электрическую прочность в 7 раз большую, чем воздух. Вычислить электрическую прочность масла в указанных условиях. Какое давление должно иметь воздух, чтобы достигнуть электрической прочности масла при расстоянии между электродами 2,5 мм?

 

Рисунок 2 - Зависимость пробивного напряжения воздуха

(амплитудные значения) от произведения давления Р на           расстояние S между электродами

 

Задача 5. Определить пробивное напряжение композиции из двух диэлектриков: воздуха и фарфора. Толщина воздушной прослойки 0,1 мм, фарфора – 5 мм. Оба диэлектрика плоской формы. Для фарфора  = 8.

Задача 6. Потенциалы электродов изолированного от земли конденсатора равны ± 2000 В. Определить напряжение, действующее между его выводами.

Задача 7. Миканит состоит из 10 слоёв слюды  толщиной по 25 мм и 9 слоёв лака толщиной 5 мкм. Определить пробивное напряжение листа миканита. Для слюды  = 8, Епр. = 75 кВ/мм, для лака  = 4, Епр. = 50 кВ/мм.

Задача 8. Как изменится электрическая прочность воздуха при нормальном давлении, если промежуток между электродами изменить от 1 см до 0,01 см?

Задача 9. Определить пробивное напряжение изоляции одножильного кабеля с диаметром жилы 15,3 мм и толщиной изоляции 10 мм, если пробивная напряжённость поля для изоляции равна 300 кВ/см.

Задача 10. Плоский конденсатор с воздушной изоляцией имеет ёмкость 100 пФ и заряжён до напряжения 2 кВ. Определить напряжённость электрического поля между электродами, имеющими площадь 625 см2. При каком напряжении произойдёт пробой конденсатора?

Задача 11. Определить величину пробивного напряжения для пластины текстолита толщиной 10 мм. Характеристики этого материала: диэлектрическая проницаемость  = 5, tg = 0,05 при + 200С; tg = 0,1 при + 500С, удельная теплопроводность  = 1,25 × 10-3 Вт/м × с. Рабочая температура Траб = + 400С, частота приложенного напряжения f = 50 Гц. Указание: расчёт вести для теплового пробоя по теории В.А. Фока. При нахождении параметра С считать электроды чрезвычайно тонкими, т.е. l = 0, коэффициент теплопередачи – К принять равным 1,25 × 10-3 Вт/м × с. График функции  в [1].

 

4.5 Тема 5. Физико-механические свойства материалов

 

Задача 1.  Динамическая вязкость кабельного масла при температуре 300С равна 40 сПз, а плотность  = 0,85 г/см3. Вычислить кинематическую вязкость масла в единицах СИ.

Задача 2. Определить допускаемую величину силы Р, избегающей свободно лежающую на двух опорах стальную балку длиной 1 м. Сечение балки прямоугольное и равно b = 4 см, h = 6 cм? Предел текучести материала QТ = 3000 кг/см2, запас прочности k = 15.

Задача 3. При температуре 200С динамическая вязкость электротехнического фарфора равна 1014 Н × с/м2, а воздуха – 0,0181 сПз. Во сколько раз вязкость фарфора больше вязкости воздуха?

Задача 4. Определить, сколько надо взять безводной серной кислоты плотностью 1,84 для приготовления 10 л электролита плотностью 1,274.

Задача 5. Определить относительное удлинение стержня, если его первоначальная длина l = 250 мм, а длина после растяжения l = 250,5 мм.

Задача 6. Имеется раствор серной кислоты плотностью 1,41. Определить, сколько необходимо взять такого раствора и дистиллированной воды для приготовления 5 л электролита плотностью 1,22.

Задача 7. Кинематическая вязкость синтетического жидкого диэлектрика при температуре 250С,  = 0,65 сСт, а плотность  = 0,76 г/см3. Вычислить динамическую вязкость  этой жидкости в системе СИ.

4.6 Тема 6. Проводники

 

Задача 1. Определить удельное сопротивление для ленты алюминированного никеля при 200С, если толщина алюминия с каждой стороны 15 мкм, а толщина ленты 0,15 мм.

Задача 2. Сопротивление провода при температурах 200С и 1000С равно соответственно 6,1 и 9,0 Ом. Определить значение температурного коэффициента сопротивления этого провода и указать, какому металлу оно соответствует, Чему равно сечение провода, если его длина равна 1000 м. Изменением размеров провода при изменении температуры пренебречь.

Задача 3. Определить размеры (сечение, диаметр) алюминиево-медной проволоки (алюминий внутри, медь снаружи), предназначенной для замены медной проволоки контрольных кабелей сечением 10 мм­­­2, обладающей  той же проводимостью. Принять, что сечение меди составляет 20% общего сечения алюминиево-медной проволоки. Данные об алюминии и меди взять из учебника.

Задача 4. Сопоставить вес и размеры алюминиевой проволоки сечением 6 мм2 и биметаллической (сталь-медь), имеющей ту же проводимость, что и алюминиевая проволока. Принять сечение меди в биметаллической проволоке равным сечению стали. Данные об алюминии, меди, стали взять из учебника.

Задача 5. Два отрезка медной и алюминиевой проволоки длиной по 1 м имеют одинаковое электрическое сопротивление. Какой из отрезков весит меньше и насколько, если сечение медной проволоки равно 4 мм2 ?

Задача 6.Определить потери мощности в голом медном проводе длиной 100 м и сечением 16 мм2 при температурах провода - 200С и +600С, если величина тока в проводе равна 75 А.

Задача 7. Какого диаметра нужен провод для тока 250 мА при допустимой плотности 2 А/мм2?

Задача 8. Вычислить термо-ЭДС UT термопары медь-константан при Т1 = 1000С и Т2 = 4000С.

Указание: UT = UT1 - UT2, где термо-ЭДС UT1 вычисляется при ТО = 00С и Т2 = 4000С, а UT2 – при ТО = 00С и Т2 = 1000С.

Задача 9. Нихром, который представляет собой сплав, содержащий 80% Ni и 20% Cr, при 200С имеет  = 1,03 ∙ 10-6 Ом ∙ м. Температурный коэффициент сопротивления в диапазоне температур от 200С до 10000С ТКR = 2,31 ∙ 10—4 К-1 .  Определить удельное сопротивление при 10000С.

Задача 10. Для линии электропередачи длиной 100 км использовался многопроволочный твёрдотянутый медный провод. Полное сечение провода равно 300 мм2, удельное сопротивление стандартной меди  = 1,72 ∙ 10-8 Ом ∙ м. Каково сопротивление всей линии?

Задача 11. При намотке добавочного сопротивления к милливольтметру была ошибочно применена проволока из константана. Какая погрешность появится при измерении напряжения U = 20 мВ, если температура холодного спая Т1 = -100С, а горячего  спая Т2 = +500С?

 

 

4.7 Тема 7. Полупроводники

 

Задача 1. Вычислить удельную проводимость кристалла Si, если коэффициент Холла для него RХ = -2,7 ∙ 10-4 м3К-1.

Задача 2. Собственное удельное сопротивление кремния при температуре 200С равно 2000 Ом ∙ м, а подвижности электронов и дырок соответственно 0,14 и 0,05 м2/В ∙ с. Какую концентрацию носителей тока имеет собственный кремний?

Задача 3. В беспримесном кремнии при повышенной температуре определена собственная концентрация носителей n1 = 2,5 ∙ 1013 I/см3. Найти проводимость .

Задача 4. Определить собственную концентрацию в полупроводнике, если подвижность дырок UP = 10-2 см2/В ∙ с, а его удельная проводимость  = 8 ∙ 10-8 I/Ом ∙ см.

Задача 5. Определить подвижность электронов в германии n-типа, для которого удельное сопротивление  = 1,6 ∙ 10-2 Ом ∙ м и коэффициент Холла RХ = 7 ∙ 10-3 м3К-1.

Задача 6. При 200С известны подвижности электронов Un = 0,39 и дырок Uр = 0,19 м2/В ∙ с, а также  концентрация одного из носителей тока n1 = 1,58 ∙ 1013 I/см3 собственного германия. Вычислить собственное удельное сопротивление германия.

Задача 7. У конца слитка германия, прошедшего очистку методом направленной кристаллизации, удельное сопротивление  = 0,5 Ом ∙ см. Считая примесь донорной, вычислить концентрацию примеси, если подвижность электронов UP = 0,39 м2/В ∙ с.

Задача 8. Сопротивление кристалла PbS при ТО = 200С равно 104 Ом. Определить его сопротивление при Т1 = +800С, если ТКR = 1 ∙ 10-2 1/К.

Задача 9. Удельное сопротивление чистого германия при Т = 3000К равно 0,47 Ом ∙ м. Рассчитать концентрацию собственных носителей при заданной температуре, если Un = 0,38 и Uр = 0,182 м2/В ∙ с.

 

4.8 Тема 8. Магнитные материалы

 

Задача 1. Определить значение магнитной проницаемости пермендюра при Н = 800 А/м. Пользоваться рисунком 3.

Задача 2. Каковы магнитные свойства сверхпроводников в сверхпроводящем состоянии?

Задача 3. Определить величину (ВН)max для сплава ЮНДК 35 Т5. Пользоваться рисунком 4.

 

 

Рисунок 3 - Основная кривая намагничивания пермендюра

 

Задача 4. Определить величину (ВН)max для сплава ЮНДК 25 Т5. Пользоваться рисунком из [1].

Задача 5. Указать единицы измерения магнитных характеристик вещества в системе СИ:

- напряжённость магнитного поля – Н;

- магнитная индукция – В;

- магнитный поток – Ф;

- магнитодвижущая сила: м.д.с. – F;

- индуктивность – L;

- магнитная постоянная - .

 

 

Рисунок 4 - Кривая размагничивания для сплава ЮНДК 35 Т5

 

Задача 6. Какие параметры определяют свойства магнитомягких материалов? Назначение магнитомягких материалов?

Задача 7. Какие параметры определяют свойства магнитотвёрдых материалов? Назначение магнитотвёрдых материалов?

Задача 8. Как маркируют электротехническую сталь?

Задача 9. Что представляют собой ферриты? Каковы магнитные свойства ферритов?

Задача 10. Что представляют собой магнитодиэлектрики? Основные свойства и назначение магнитодиэлектриков.


Список литературы

 

1. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. – М.: Энергия, 1985. – 304 с.

2. Корицкий Ю.В. Электротехнические материалы. –М.: Энергия, 1986. – 278 с.

3. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. –М.: Высшая школа, 1990. – 417 с.

4. Справочник по электротехническим материалам. –Т.1.11.111. /Под редакцией Корицкого Ю.В. –М.: Энергия, 1988. 

5. Бекмагамбетова К.Х. Электротехническое материаловедения: Учебное пособие .- Алматы.: Изд-во «Ѓылым», 2001.-257 с. 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………….        3

 

1 Программа дисциплины…………………………………………….3     

2 Перечень тем лабораторных занятий……………………………..         5       

3 Методические указания к изучению дисциплины……………….          5       

4 Контрольная работа………………………………………………..         6       

Список литературы……………………………………………………16

  


Сводный план 2005 г., поз.105

 

 

Куралай Хамитовна Бекмагамбетова

 

Роза Мендыхановна Кузембаева

 

 

 

 

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

 

 

Программа, методические указания и контрольные задания

(для студентов заочной формы обучения специальности

050718 - Электроэнергетика)

 

 

 

Редактор Ж.М. Сыздыкова

 

 

Подписано в печать                                                      Формат 60*84 1/16

Тираж 150 экз.                                                              Бумага типографская №1

Объём – уч.- изд.л.                                                       Заказ                    Цена 50 тг.

 

 

 

 

Копировально – множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

480013 Алматы, ул. А. Байтурсынова, 126