ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.02.2025
Просмотров: 32475
Скачиваний: 5
СОДЕРЖАНИЕ
Руководство по изучению дисциплины
1.2. Теплопроводность металлов
1.3. Термоэлектродвижущая сила
1.4. Зависимость удельного электрического сопротивления металлов от температуры
1.5. Электрические характеристики сплавов
1.6. Классификация проводниковых материалов
1.7. Материалы высокой проводимости
1.8. Сплавы высокого сопротивления
1.11. Высокотемпературные сверхпроводники (втсп)
Контрольные вопросы по теме: «Проводниковые материалы».
2.1. Определение и классификация
2.2. Основные параметры полупроводников.
2.3. Зависимость подвижности носителей заряда от температуры
2.4. Зависимость концентрации носителей заряда от температуры
2.6. Время жизни носителей и диффузионная длина
2.7. Основные эффекты в полупроводниках и их применение
2.8. Полупроводниковые материалы
Контрольные вопросы к разделу Полупроводниковые материалы
А) Простыми органическими п/п материалами
А) Поликристаллический кремний
Задачи и упражнения к разделу Полупроводники
3.1.2 Диэлектрическая проницаемость
3.1.3 Классификация диэлектриков на линейные и нелинейные
3.1.4 Диэлектрики полярные, неполярные и с ионной структурой
3.1.7 Релаксационные виды поляризации
3.1.8 Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры, давления, влажности, напряжения
Влияние давления на ε учитывается барическим коэффициентом ε
3.1.9 Диэлектрическая проницаемость смесей
3.2 Электропроводность диэлектриков
3.2.1 Зависимость тока от времени приложения постоянного напряжения
3.2.3 Общее выражение для удельной объемной электропроводности
3.2.4 Поверхностное сопротивление твердых диэлектриков
3.2.5 Электропроводность газообразных диэлектриков
3.2.6 Электропроводность жидких диэлектриков
3.2.7 Электропроводность твердых диэлектриков
3.2.8 Зависимость удельной электропроводности от напряженности электрического поля
3.3.2 Полные и удельные диэлектрические потери
3.3.3 Потери на электропроводность
3.3.5. Диэлектрические потери полимеров
3.3.6. Диэлектрические потери неорганических диэлектриков
3.3.7. Диэлектрические потери в неоднородных диэлектриках
3.4. Электрическая прочность диэлектриков
3.4.1 Пробивное напряжение и электрическая прочность
3.4.3. Пробой газообразных диэлектриков
3.4.4. Пробой жидких диэлектриков
3.4.5. Пробой твердых диэлектриков
3.5. Механические, термические и физико-химические свойства диэлектриков
3.10. Пластмассы и пленочные материалы
3.13. Слюда и слюдяные материалы
Задачи и упражнения к разделу Диэлектрические материалы
Консультация Напомним, что поляризованность есть электрический момент единицы объема
4.2. Классификация веществ по магнитным свойствам
4.5. Намагничивание магнитных материалов. Кривая намагничивания
4.7. Структура ферромагнетиков
4.8. Магнитострикционная деформация
4.10. Потери в магнитных материалах
4.11. Электрические свойства магнитных материалов
4.12. Классификация магнитных материалов
4.13. Основные параметры магнитотвердых материалов
Тема 8. Магнито диэлектрики (мд)
4.14.1. Технически чистое железо
4.14.2. Электротехнические стали
4.14.5. Магнитомягкие ферриты.
4.14.6. Специальные магнитные материалы
14.4.7. Аморфные магнитные материалы (амм)
4.14.8. Магнито диэлектрики (мд)
4.15. Магнитотвердые материалы
4.15.1. Сплавы на основе железа—никеля—алюминия
4.15.2. Металлокерамические магниты
4.15.3. Магнитотвердые ферриты
4.15.4. Сплавы на основе редкоземельных металлов (рзм)
Контрольные вопросы к разделу «Магнитные материалы»
А) температуру, при которой значение минимально;
Задачи и упражнения к разделу “Магнитные материалы“
Термины и определения Термины, использованные в эу в соответствии с госТом 22622 – 77
Основные государственные стандарты на электротехнические материалы *
Потери на электропроводность и поляризацию описываются, соответственно графиками:
а) 1 и 3
б) 1 и 2
3 2
в) 3 и 2 (+)
г) 2 и 3
1
t
Какой из перечисленных материалов можно использовать, в качестве высокочастотной гибкой изоляции при температуре 150оС?
а) гетинакс, текстолит
б) поливинилхлорид
в) фторопласт –4 (+)
Для работы в области высоких частот по приведенным значениям ε и
наиболее подходит материал с:
а) ε=1,9.
=0,001.(+)
б) ε=5,5
=0,004.
в) ε=17.
=0,1.
В каком случае при измерении диэлектрической проницаемости была допущена ошибка?
а) ε=2500.
б) ε=5.
в) ε=0,5. (+)
Задачи и упражнения к разделу Диэлектрические материалы
Определите удельные диэлектрические потери в плоском конденсаторе, изготовленном из пленки полистирола толщиной 20 мкм, если на конденсатор подано напряжение 2В частотой 2МГц (
=2,5
tg
=2·10-4)
Консультация:
Предварительно изучите параграф 6.3 (Л1) или 17.1 (Л2), и вспомните, что под удельными потерями понимают потери на ед. объема диэлектрика, тогда, воспользовавшись соотношениями 6.17 (Л1) или 6.20 (Л1); Вы легко решите эту задачу.
Ответ 600 Вт/М3
2. Как подходить к выбору диэлектрика, который должен работать в полях высокой частоты? Подробно обоснуйте ответ с приведением конкретных примеров.
Консультация:
В качестве изоляции, работающей в полях высокой частоты необходимо использовать такие диэлектрики, потери в которых были бы невелики и оставались бы таковыми в широком диапазоне частот. А теперь подумайте, и назовите эти материалы! См. также стр. 200 – 207 (Л1) или стр. 130 – 133 (Л2).
При комнатной температуре тангенс угла диэлектрических потерь ультрафарфора равен 510-4, а при повышении температуры до 100°С его значение возрастает в два раза. Чему будет равенtg этого материала при температуре 200°С? Во сколько раз увеличится активная мощность, выделяющаяся в высокочастотном проходном изоляторе, изготовленном из этой керамики при изменении температуры от 20 до 200°С? Изменением диэлектрической проницаемости керамики пренебречь.
Консультация:
В ультрафарфоре потери обусловлены сквозной электропроводностью, поэтому tgδ увеличивается с температурой по экспоненциальному закону:
tgδT=tgδ0exp[α(T–T0)],
где tgα0– значение tgα при Т0=20 °С. Температурный коэффициент может быть найден из выражения:
α = (lntgδ100-lntgδ20)/(100 – 20) = 8.66·10-3
Тогда ln tgδ200=2.38·10-3
Активная мощность, выделяющаяся в изоляторе Pa = U2·w·c·tgδ. Поэтому при 200 °С рассеиваемая мощность увеличивается в 4,76 раза.
Изучите свойства ультрафарфора. Что такое потери на сквозную электропроводность, какие виды потерь вы знаете еще?
4. Вычислите тангенс угла потерь при частоте 50Гцдля хорошо очищенного трансформаторного масла, имеющего удельное объемное сопротивление 1012Омми диэлектрическую проницаемость 2,2.
Консультация:
Выделим некоторый объем трансформаторного масла и вспомним, что: tgδ=Ia/Ic, где Ia и Ic, активная и ёмкостная составляющая тока, протекающих через этот образец.
Иначе можно записать tgδ = Rc/Ra, где Rc и Ra – соответственно активное и емкостное сопротивление;
Но Rс
=
,
a Ra = ρ
,
C = ε·ε0
,
w = 2πf
Используя приведенные выше соотношения, Вы без труда вычислите tgδ.
Ответ: 1.6·10–4
При собеседовании необходимо знать свойства и применение трансформаторного масла, а также уяснить физический смысл tgδ.
5. Спонтанная поляризованность у монокристаллов титаната бария при комнатной температуре равна0,25 Кл/м2. Предполагая, что причиной возникновения спонтанной поляризованности является только смещение иона из центра элементарной кубической ячейки, определите величину этого смещения. Период идентичности решеткиа = 0,4 нм.
Консультация Напомним, что поляризованность есть электрический момент единицы объема
где q- заряд иона;l - величина смещения;V– объем элементарной ячейки.
Ответ: 0.025 нм
6. Емкость плоского слюдяного металлизированного конденсатора 200 пФ при 200С. Чему будет равна емкость этого конденсатора при 1000С, если температурный коэффициент диэлектрической проницаемости слюды принять равным 50·10-6К-1, а температурный коэффициент ее линейного расширения – 14·10-6К-1?
Консультация
Емкость плоского конденсатора равна:
С = ε·ε0
Где ε0– диэлектрическая постоянная,ε- диэлектрическая проницаемость; S – площадь обкладок конденсатора; d – расстояние между ними.
Анализируя эту формулу приходим к выводу, что изменение емкости с изменением температуры может быть связано, как с изменением диэлектрической проницаемости материала, так и его геометрических размеров. Теория показывает, что в этом случае температурный коэффициент емкости конденсатора TKc можно вычислить следующим образом:
TKc = TKε+ TKl, тогда используя соотношение:
ТКc=
·
,
можно ответить на вопрос задачи
Ответ: 201 пФ.
7. Определите максимально возможное значение показателя преломления материала светоизолирующей оболочки n0цилиндрического световода, при котором все световые лучи из конического пучка с углом 120° при вершине испытывают полное внутреннее отражение на границе сердцевина - оболочка (рис. 7). Показатель преломления сердцевиныnCравен 1,60. Внешней средой является воздух (nB=1).
Консультация
Изучите материял на стр. 249-250(Л1), стр. 199(Л2), и уясните физические основы передачи информации с помощью световодов.
Задачу легко решить, если вспомнить из курса физики следующую формулу
sinα=
где ncи n0- показатель преломления сердечника и оболочки. Формула справедлива, если окружающей средой является воздух, т.к. nв=1 Ответ: 1.345
8. Между плоскими электродами помещен двухслойный диэлектрик, один слой которого имеет относительную диэлектрическую проницаемость ε1=1и толщинуd1 = 1,5 мм, а другой - проницаемость ε2 = 5и толщинуd2 = 4 мм. Определите величины напряженности поляЕ1иE2на каждом слое при переменном напряженииU = 1000 В. Постройте график распределения потенциала в конденсаторе. Что можно сказать об электрической прочности такой системы? Что делают на практике, чтобы ее увеличить?
Консультация
Для ответа на вопрос изучите параграф 6.4 (Л1), стр. 67 - 68 (Л3), стр 153 - 154 (Л2) и решите систему уравнений, первое из которых соотношение (18.8) на стр. 154 (Л2), второе: U = U1·d1 + U2·d2, где U1, U2 - падение напряения на первом и втором слое, d1 , d2 - их толщина. При построении графика считайте, что один из электродов заземлен.
Ответ: Е1 = 434.78 В/мм ; Е2 = 86.96 В/мм ; U1 = 652/17 В ; U2 = 347.82 В
9. В табл. 1 приведены основные характеристики и наименования материалов, широко используемых при изготовлении тонкопленочных конденсаторов (ТПК).
Используя какой из этих материалов в качестве тонкой диэлектрической пленки (при указанной в табл. 1 толщине d) , можно изготовить емкостный элемент, имеющий наибольшее значение рабочего напряжения? Определите величину этого напряжения.
Таблица 1
|
Диэлектрик |
|
Eпр, В/мкм |
d, мкм |
tg х 10-3, при f = 1000 Гц |
|
SiO2 Al2O3 Ta2O5 TiO2 CeO2 BaTiO3 |
5-6 8-10 20-27 40-140 10-11 13-20 |
50-100 400-600 70-600 100 50-1,50 100 |
0,44 0,05 0,02 0,065 1 0,1 |
1-20 5-17 2-10 20-30 1-5 20-100 |