Файл: РМ текст лекций.doc

Консультация

Для ответа на этот вопрос Вам нужно знать формулу связывающую электрическую прочность диэлектрика и напряжение пробоя (см. стр. 211-212(Л1) или стр. 144-146(Л2)). Подумайте об особенностях использования конденсаторов на основе окислов алюминия и тантала! Как они называются?

10. Диэлектрик плоского конденсатора имеет следующие ха­рактеристики:_v=10¹⁵Омсм; tg = 0,001;  = 5. Размер обкладок конденсатораS = 50 х 50 мм², толщина диэлектрикаd = 2,5 мм. Определите величину тока утечки и рассеиваемую в диэлектрике конденсатора мощность при постоянном напряжении2 кВ; оцените, рассеиваемую в диэлектрике конденсатора мощность при переменном напряжении2 кВи частотах50 гци50 кГц. По­верхностной утечкой пренебрегите. Какие величины, входящие в выражение для расчета потерь при переменном напряжении, зави­сят от частоты? Приведите необходимые для вычисления формулы.

Консультация

При решении задачи изучите параграф 6.3(Л1), воспользуйтесь соотношением (6.17) на стр. 202(Л1). Из курса физики и ТОЭ вспомните выражение для вычисления ёмкости плоского конденсатора (С), и мощности потерь при постоянном напряжении! Мощность потерь при переменном напряжении можно вычислить из соотношения 6.19 на стр. 201(Л1), или 17.6 на стр. 131(Л2). Изучите виды диэлектрических потерь.

11.Композиционный керамический материал изготовлен на основе двух диэлектриков с диэлектрическими проницаемостями ₁ = 40 и ₂ = 80. Предполагая, что компоненты расположены хаотически и выполняются условия термокомпенсации, определите состав керамики, если _1=210^-4 К^-1; _2 = -1,510^-3 К^-1.

Консультация

Для расчета диэлектрической проницаемости необходимо использовать формулу Лихтенекера (см. стр. 193(Л1);стр.120(Л2)). Неизвестные велечины определяются из условия термокомпенсации:

Θ1 TK1+Θ2 TK2=0 стр. 193(Л1) и условия:

Θ1+Θ2=1.

Ответ: ε=43.4, Θ1=0.888, Θ2=0.112.

12. Пленка поливинилхлорида при электрическом пробое про­бивается при напряжении1,5кВ. Определите толщину пленки, ес­ли электрическая прочность материала равна50 МВ/м.

Консультация

Вычисления очень просты: толщину пленки можно узнать из выражения: U_пр=E·d; где U_пр- напряжение пробоя; Е - электрическая прочность. Главное в этой задаче - разобраться в физической сути явления электрического пробоя, а также необходимо дать характеристику свойств поливинихлорида!

13. Активная мощность рассеяния в кабеле с изоляцией из полиэтилена при напряженииU=20 В, с частотой1 МГцравна200 мкВт. Чему равна активная мощность рассеяния в этом же кабе­ле при напряжении10 Ви частоте2 МГц? Считать, что потери в полиэтилене обусловлены только сквозной электропроводимостью.

Консультация

При расчете потерь можно воспользоваться параллельной схемой замещения диэлектрика. Активная мощность рассеяния в этом случае не зависит от частоты и может быть определена из выражения: P = U²/R где R - сопротивление. Тогда P₁/P₂= U/ U.

Ответ Р2 = 50 МкВт (см. стр. 202 (Л1)).

14. Известно, что при тепловом пробое диэлектрик, толщиной 4 мм, пробивается при напряжении 15 кВ частотой 100 Гц. При каком напряжении промышленной частоты пробьется такой же диэлектрик, толщиной 2мм?

Консультация

Напряжение теплового пробоя пропорционально корню квадратному от толщины диэлектрика и обратно пропорционально корню квадратному от частоты приложенного напряжения. Поэтому U останется равным 1.5 В. Изучите физическую суть явления теплового пробоя. Найдите в учебнике формулу, позволяющую оценить напряжение теплового пробоя, проанализируйте ее.

15. Определите удельное объемное сопротивление диэлектрика плоского конденсатора, если известно, что ток через него при постоянном напряжении 10кВ равен 5·10^-7A. Толщина диэлектрика 0,2 мм, площадь обкладок с каждой стороны 0,25 м²(поверхностным током утечки пренебрегите).

Консультация

Для решения, необходимо используя закон Ома определить сопротивление диэлектрика, а затем, зная его геометрические размеры, определить его удельное электрическое сопротивление.

16. Оцените время стабильной работы электрета, выполненного из политетрафторэтилена (фторопласта-4). Опишите область использования электретов в промышленности.

Консультация:

Для решения этой задачи необходимо изучить параграфы 8.5 (Л1), 26.1, 26.2 (Л2) и воспользоваться соотношением t=ε₀·ε·ρ, где ε₀- диэлектрическая постоянная (см. справочник), ε - относительная диэлектрическая постоянная, ρ - удельное электрическое сопротивление. Какие еще материалы используются при изготовлении электретов? Сравните их свойства.

4. Магнитные материалы

Тема 1. Магнитные характеристики Тема 2. Классификация веществ по магнитным свойствам Тема 3. Природа ферромагнетизма Тема 4. Доменная структура Тема 5. Намагничивание магнитных материалов. Кривая намагничивания Тема 6. Магнитный гистерезис Тема 7. Структура ферромагнетиков Тема 8. Магнитострикционная деформация Тема 9. Магнитная проницаемость Тема 10. Потери в магнитных материалах Тема 11. Электрические свойства магнитных материалов Тема 12. Классификация магнитных материалов Тема 13. Основные параметры магнитотвердых материалов

4.1. Магнитные характеристики

Намагниченность любого вещества в магнитном поле можно определить как отношение суммарного момента М материала к единичному объему V

J=M/V. (4.1.1)

Намагниченность зависит от намагничивающего поля

J=kмH, А/М, (4.1.2)

где kм — магнитная восприимчивость — безразмерная величина, характеризующая способность к намагничиванию данного вещества. Магнитная индукция В является основным параметром магнитного материала

B__J_км_ (4.1.3),

где_=4π10^-7Гн/м—магнитная постоянная;o=l+kм— относительная магнитная проницаемость.

Основная кривая намагничивания. Зависимости B=F(H) и J=F(H), изученные на предварительно размагниченных образцах, называют основными кривыми намагничивания. Основная кривая намагничивания — важнейшая характеристика магнитных материалов. Физика процессов намагничивания магнитных материалов может быть понята при отождествлении ее с характерными участками основной кривой намагничивания. На рис. 4.1.1 а показана основная кривая намагничивания по намагниченности и по индукции магнитного поля.

рис. 4.1.1 a

4.2. Классификация веществ по магнитным свойствам

Димагнетики — вещества, в которых в “чистом” виде проявляется диамагнитный эффект, являющийся результатом воздействия внешнего магнитного поля на молекулярные токи. Магнитный момент, возникающий при этом эффекте направлен навстречу внешнему полю. Для диамагнетиков Км  (10^-6—10^-7'), μ<1. kм слабо изменяется от температуры. Диамагнетизм присущ всем веществам, однако в большинстве случаев он маскируется другими типами магнитного состояния.

Примерами диамагнетиков являются все вещества с ковалентной химической связью, щелочно-галлоидные кристаллы, неорганические стекла, полупроводники—соединения А³В⁵, А²В⁶, кремний, германий, бор и др.; ряд металлов: медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и др.; водород, азот, вода, нефть и др.

Парамагнетики— вещества с нескомпенсированными магнитными моментами, отсутствием магнитного атомного порядка. Магнитный момент парамагнетика равен нулю. Под действием внешнего поля из-за преимущественной ориентации магнитных моментов в направлении поля является намагниченность. Для парамагнетиков Км>0,μ<1. Км парамагнетиков в большинстве случаев сильно зависит от температуры. При комнатной температуре Кмl0^-6—10^-3.

К парамагнетикам относятся щелочные и щелочноземельные металлы, соли железа, кобальта, никеля, редкоземельных металлов, кислород, окись азота, А1,Na, Mg, Та, W, СаО и др.

Ферромагнетики— вещества, в которых ниже температуры Кюри, Тк, наблюдается магнитная упорядоченность, соответствующая параллельному расположению спинов в макроскопических областях даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Км ферромагнетиков (также как и м) достигает больших положительных значений, сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры.

К ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, некоторые сплавы марганца, серебра, марганца, алюминия и др. При низких температурах некоторые редкоземельные элементы — гадолиний, тарбий, дис-прозий, гольмий, эрбий, тулий, сплавы RC0₅, где R — редкоземельный элемент (Sm, Се или Рг).

Антиферромагнетики характеризуются антиферромагнитным атомным порядком, возникающим из-за антипараллельной ориентации одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки. Для антиферромагнетиков Км10^-3—10^-5сильно зависит от температуры. При нагревании магнитная упорядоченность исчезает при температуре, называемой точкой Нееля (антиферромагнитная точка Кюри).

К антиферромагнетикам относятся хром, марганец, церий, неодим, самарий и др. Химические соединения на основе металлов переходной группы окислов,галогенидов, сульфидов, карбонатов и др. MnSe, FeCl₂, FeF₂, CuCl₂, MnO, FeO, NiO.

Ферримагнетики — вещества с нескомпенсированным антиферромагнетизмом. Как и антиферромагнетизм ферримагнетизм существует при температуре не выше точки Нееля, выше этой температуры ферримагнетики переходят в парамагнитное состояние.