Met_1069


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ


СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИСТЕТ


ХАКАССКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


ФИЛИАЛ ФГОУ ВО СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИСТЕТ»






ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ

И КОНСТРУКЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ


Самостоятельная работа



Методические

указания












Абакан

ХТИ


филиал СФУ

2018
УДК
621.3:620.107

ББК
22.3я73

Э45



Составитель:
Чистяков Геннадий Николаевич


Э45

Электротехническое и конструкционное материаловедение.
Сам
о
стоятельная работа : метод. указания

/
с
ост. Г.Н.

Чистяков

; Сиб. федер.
ун

т, ХТИ


филиал СФУ.



Электрон. текстовые, граф. дан. 
0,
33

МБ.


Абакан : ХТИ


филиал СФУ, 2018.



1

файл.


Систем. требования

:
I
n
tnt

Exlo

7 /
Mozill

ifox

3.5 /
O

9 или выше ; скорости по
д
ключения к информ.

т
елекоммуникац. сетям


10 Мбит/с ; надстройки к
браузеру


Aob

R

9 /
oxit

R

4.3.1.


Приведены примерные задачи для самостоятельного решения по разделам: д
и
электрики, проводниковые материалы, полупроводники, магнитные материалы и
конструкционн
ые материалы. Методические приемы для решения задач первого м
о
дуля подробно рассмотрены в методических указаниях для практических занятий.
Для решения задач второго модуля даны методические рекомендации и основные
формулы, позволяющие подготовиться к выпол
нению задач самостоятельно. Подо
б
ные задачи могут быть включены в экзаменационный билет, в котором два теорет
и
ческих вопроса и одна задача.

Предназначены для студентов
, обучающихся по направлению подготовки б
а
калавров

1
3.03.0
2


Электроэнергетика и электрот
ехника
».

УДК
621.3:620.107

ББК
22.3я73




Учебное электронное издание


Компьютерная верстка Н. Я. Бодягина


Подписано к использованию
2
3
.
0
7
.2018 г.


Редакционно

издательский сектор Хакасского технического института


филиала ФГАОУ ВПО Сибирский федера
льный университет»

655017, Абакан, ул. Щетинкина, 27, тел. 390222

53

55, доб. 106


© ХТИ


филиал СФУ, 2018

3



ОГЛАВЛЕНИЕ


ОГЛАВЛЕНИЕ

................................
................................
................................
.........

3

В
ВЕДЕНИЕ

................................
................................
................................
..............

4

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ МОДУЛЬ 1

...................

5

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МОДУЛЯ 1

................................
.

13

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ МОДУЛЬ 2

И РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ИХ РЕШЕНИЯ

................................
.........................

14

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

................................
................................
...

22




























4



ВВЕДЕНИЕ


Цель настоящ
их

методических указаний



оказать помощь студентам
при
решении задач
в самостоятельной работе над изучением курса 
Электротехн
и
ческое и конструкционное материаловедение
», который знакомит их с разли
ч
ными электротехническим
и материалами.

Свойства материалов в основном определяют качество изделия и его п
о
ведения при эксплуатации электрической установки. Поэтому студентам важно
знать о явлениях, происходящих в электротехнических материалах при возде
й
ствии на них электромагнитн
ого поля, а также об оценке качества материала по
его электрическим характеристикам, о связи этих характеристик с химическим
составом и строением вещества, о зависимости их от различных факторов, от
условий работы материала.

Изучение теоретического материа
ла позволяет судить об электрических
процессах в электроизоляционных, полупроводниковых, проводниковых и ма
г
нитных материалах. Таким образом, основной упор

при изучении курса делае
т
ся на электрические характеристики материалов. При изучении диэлектрич
е
ских

материалов основное


это определение диэлектрической проницаемости,
удельного объемного и поверхностного сопротивлений, тангенса угла диэле
к
трических потерь, электрической прочности вещества. Для проводников и п
о
лупроводников


определение удельного сопр
отивления и его температурного
коэффициента, а магнитных материалов


определение магнитной проницаем
о
сти и ее температурного коэффициента, основной кривой намагничивания и г
и
стерезисной петли, остаточной индукции, индукции насыщения и коэрцити
в
ной сил
ы
, п
отерь на вихревые токи и гистерезис.

Решение задач

позволяет закрепить теоретический материал. Определ
е
ние в процессе решения тех или иных электрических характеристик материалов
позволяет глубже познакомиться с отдельными разделами курса.



5



ЗАДАЧИ ДЛЯ САМО
СТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

МОДУЛЬ 1


1.
Керамический

конденсатор

ε



12

был заряжен от источника напряж
е
нием 1,5 кВ и оставлен разомкнутым. Через 10 минут разность потенциалов на
его обкладках оказал
а
сь равной 150 В.

Определите удельное объемное сопр
о
тивление

диэлектрика конденсатора поверхностной утечкой пренебречь.

2. Между плоскими электродами помещен двухслойный диэлектрик, один
из слоев имеет относительную диэлектрическую проницаемость

ε



1
, пров
о
димость

8
1
1
0,510
Омсм




и толщину

1
1
см


, а другой


проницаемость

ε



5
, проводимость

12
2
1
0,510
Омсм



,

толщину
2
0,5
см


.

Этот диэле
к
трик подключен на постоянное по времени напряжение с величиной,

равной

10
кВ
U

. Требуется определить

величины напряженностей в обоих слоях при
времени
t



0

и

t





и построить график распределения потенциала между
электрод
ами. При решении задачи учесть
, что один электрод

заземлен, а другой
изолирован
.

3. Диэлектрик
плоског
о конденсатора имеет

следующие
характеристики:
15
10
Омсм
V

,

t0,001

,
ε



5
. Размер

обкладок

конденсатора

2
5050
см

,
толщина

диэлектрика
25 мм.

Определите рассеиваему
ю в диэлектрике конде
н
сатора
мощность

при переменном

напряжении
5 кВ

и

частотах

50 Гц и 50 кГц
.
Приближенно

считайте, что характеристики диэлектрика от частоты
не

зависят.

4. Диэлектрик плоского
конденсатор
а имеет следующие
характеристики:
15
10
Омсм
V

;

t0,001

,
ε



5
.

Размер

обкладок

конденса
тора

2
5050
см

,

толщина

диэлектрика

25 мм
. Определите величину

тока

утечки

и

рассеиваемую

в диэлектрике конденсатора
мощность

при

постоянном

напряжении
5

кВ
. П
о
верхностной

утечкой

пренебрегите.

5. Диэлектрик

имеет

следующую

схему

замещения
:

1
1,


2
8,


8
10
Ом,
R


12
Кв,
U


12
1


см,
2
12
1
см.
SS


Постройте для

указанной

6



схемы

за
мещения зависимость тангенса
угла потерь

и

мощности

диэле
ктрич
е
ских

потерь от частоты при
изменении
частоты
от

0 до

.

6. Определите удельные
диэлектрические

потери

в

ц
илиндрическом

ко
н
денсаторе с
воздушным
диэлектриком

между

электродами.

Рад
иус

внутреннего
цилиндра 10 мм, радиус внешнего

цилиндра 20 мм
,
напряже
ние
, подведенное
к

электродам конденсатора, равно 5 кВ, частота

переменного напряжения 100
Гц.

7. Диэлектрик
плоского конденсатора имеет
следующие
характеристики:
5
10
Омсм,
V


t0,001,


ε



5.

Размер обкладок
конденсатора


5
0

×

50

см
2
,
толщина диэлектрика 20 мм. Определить величину тока утечки и рассеиваемую
в диэлектрике конденсатора
мощность
при постоянном напряжении 5
кВ.

8
. Медный провод сечением

10 мм
2

имеет полихлорвиниловую изоляцию
толщиной
1 мм,

снабженную в целях

эк
ранировки

медной

оплеткой. Опред
е
лить

потери

мощности

в

изоляции

на
100 метров

провода

при температурах

50

и


20

°С

и частотах
50 и 400 Гц
,

если напряжение между жилой и зазе
м
ленной оплеткой равно
220 В.

Диэлектрическую проницаемость полихлорвин
и
ла возьми
те равной 8. Величину


t


полихлорвинила при


20

°С

примите ра
в
ной

0,05,
а при

50

°С

равной

0,1.

9
. К
ерамический
конденсатор,
диэлектриком

которого

является

материал

типа

Т

150, имеет
емкость
500 пФ.
Найдите

вел
ичину

диэлектрически
х

потерь в
этом конденсаторе
при

напряжении
1

кВ

и
частотах

1 кГц и 1 МГц,

если

и
з
вестно, что

угол диэлектрических
пот
ерь диэлектрика конденсатора равен
2.

10
. Имеются два плоских конденсатора
:

а
возду
шный с расстоянием между электродами
4

мм
;


б двухсло
йный, в котором изоляция состоит из слоя воз
духа толщиной
3

мм и пластины

толщиной 1 мм из твердого диэлектрика с диэлектрической
проницаемостью

5 и электрической
прочностью

75
кВ
/см
.

Постойте график распределения напряженнос
ти электрического поля
в

конден
саторе без твердого диэлектрика и с ним при напряжении
на

обкладках
8

кВ

эффективное

значение

и

проанализируйте

надежность

констр
укции
в

обоих
случаях.

7



11
. Диэ
лектрик конденсатора образован двумя
слоями

стекла толщиной
по
5

мм с

относительной диэлектриче
ской проницаемостью

ε



5
, между

которыми

имеется

воздушный

зазор

1

мм.

К

электродам

конденсатора

приложено

напряж
е
ние

частотой

50

Гц
,
постепенно

п
о
вышающееся.

При

каком

значении

напряжения

произойдет

разряд

в

воздуш
н
ом

зазоре?

Как

изменится

величина

этого

напряж
е
ния,

если

воздух

в

зазоре

будет

заменен

элегазом
с

пр
7,2
кВ/мм
E


и

ε  1?


12
.

Миканит состоит из 10
сло
ев слюды
толщиной

по

2

мк
м

и

из

9

слоев

лака

толщиной

по

5

мк
м
.

Свойства

этих

материалов

следующие:


Наименование


материала

Удельн
ое объемное
с
о
противление,


,
V

Омсм



Диэлектрическая

проницаемость

ε

Электрическая
про
ч
ность,

пр
E
,

кВ
/мм

Слюда

16
10

8

75

Лак

13
10

4

50


Определите пробивное напряжение листа миканита при
постоянном

напряжен
ии и при частоте 50
Г
ц.
Считайте

приближенно,

что

приведенные

х
а
рактеристики

слюды

и

лака

от

частоты

не

зависят.

13
.

Определите

пробивное

напряжение

композиции

из

двух

диэлектр
и
ков:

воздуха

и

фарфора.

Толщина

воздушной

прослойки

0,1

мм,

толщина

фа
р
фора

5

мм.

Оба

диэлектрика

плоской

формы.

Расчет

произвести

для

постоянн
о
го

и

переменного

напряжений.

Свойства

материалов

сл
едующие:


Наименование
материала

Удельное объе
м
ное сопротивл
е
ние,
,
V


Омсм


Диэлектрическая

проницаемость

ε

Электрическая про
ч
ность,

пр
,
Е

кВ/мм

Толщина,


Воздух

18
10

1

3

1
,
0

Фарфор

13
10

6

30

5


14
. В

соответствии с

ГОСТ

удельное

сопротивление

медных

токопровод
я
щих

жил

силовых

кабеле
й

не

должно

превышать

2
мм
0,0184
Ом
м

. Определите:

А
Н
а
сколько

мм
2

можно уменьшить фактическое сечение жилы
одн
о
жильного

кабеля

номинальным

сечением

240

мм
2
,
если

учесть,

что

удельное

с
о
8



противление меди, идущей на
изготовление

проволоки,

равно

2
мм
0,0172
Ом
м


при

расчете

учтите,

что

в

результате

скрутки

проволок

с
о
противление

токопроводящей

жилы

одножильного

кабеля

увеличивается

на

2

%
?

Б
С
колько

килограммов

меди

на

1

км,

кабеля

можно

сэкономить

при

уменьшении

сечения?

15
. Определи
те

потери

мощности

в

голом

медном

проводе

длиной

100

м

и

сечением

16 мм
2


при

температурах


20

°С и 60

°С
,

если
величи
на

тока

в

пр
о
воде

равна

75 А
.

16
. Два

отрезка

медной

и

алюминиевой

проволоки

длиной

1

м

имеют

одинаковое

электрическое

сопротивление.

Как
ой

из

отрезков

весит

меньше

и

на

сколько,

если

сечение

медной

проволоки

равно

4 мм
2
?


Материал

Удельное сопротивление

2
Оммм
,
м



Удельный
вес

3
,
гсм


Алюминий

0,0265

0,0295

7
,
2

Медь

0.01752

0,01820

9
,
8


17
. Определите

размеры

сечение,

диаметр

алюминиево

медной

пров
о
локи

алюминий

внутри,

медь

снаружи,

предназначенной

для

замены

медной

проволоки

контрольных

кабелей

сечением

10 мм
2
,

обладающей

той

же

пров
о
димостью.

Примите,

что

сеч
ение

меди

составляет

20 %

общего

сечения

алюм
и
ниево

медной

проволоки.

18
. Сопоставьте

размеры

и

вес

алюминиевой

проволоки

сечением

6 мм
2

и

биметаллической
сталь



медь,

имеющей

ту

же

проводимость,

что

и

ал
юм
и
ниевая

проволока.

Примите сечение меди в бимет
аллической проволоке ра
в
ным сечению
стали.



Справочные данные для
алюминия
, меди и
стали

Материал

Удельная

проводимость

2
м
,
Оммм



Удельное сопротивл
е
ние
2
Оммм
,
м



Удельный вес


3
г
,
см


Алюминий

38
,0

028
,
0
0

7
,
2

Медь

58
,0

0175
,
0

9
,
8

Сталь

7
,
7

13
,
0
00

8
,
7

9



19
. Сопротивление

провода

при

темп
ературах

20

и 100 °С

равно
,

соотве
т
ственно
,

6,1 и 9,0 О
м
.

Определите

сре
днее

значение

температурного
коэффиц
и
ента

сопротивления

этого

провода

и

укажите,

какому

металлу оно
соответств
у
ет.

Чему

равно

сечение

провода,

если

его

длина
1000 м?
Изменением

размеро
в

провода

при

изменении

температуры

пренебрегите.

20. Мощность, потребляемая
эл
ектронагревательным элементом при
напряжении
220 В
,

равна
500 Вт
.

Подсчитайте

длину

требующ
ейся

для

изг
о
товления

этого
элемента
из нихромовой

и константовой

проволок
диаметром
0
,2 мм. Нагревательный элемент из константана работает при
температуре

400

°С,

элемент

из

нихрома

при

температуре

900 °С
.


Материал

Удельное сопротивление

ρ


при

20
°С
,

2
Оммм
м


Температурн
ый

коэффициент
R
TK

при
20
°
С
,

1
град

Константан

0,45

0,52



5
0,30,510



Нихром

1,00

1,27



5
121710




21
. Цилиндрический стержень длиной
20 мм

и диаметром
20 мм
зажат
между
электродами,

к которым подведено напряжение 1000 В. Определ
ить ток
и потери мощности в стержне, если удельное объемное сопротивление матер
и
ала

стержня

8
510
Омм
V

, а удельное поверхностное сопротивление равно
10
510
Ом
S

.

22
. Постройте график зависимости диэлектрической проницаемости
п
о
ристого полистирола от его объемной массы, имея в виду, что для сплошного
не имеющего пор полистирола диэлектрическая проницаемость равна 2,5, а
его плотность 1050 кг/м
3
.

23
. Определите удельное объемное сопротивление эпоксидной смолы,
используемой в к
ачестве диэлектрика в плоском конденсаторе, и потери мо
щ
ности в нем, если известно, что ток через конденса
тор при постоянном напр
я
жении 1

кВ равен

9
210A


.

Толщина диэлектрика 1 мм, площадь обкладок с
каждой стороны 20 см
2
.

Поверхностн
ой утечкой пренебрегите.

10



24
.
Определите удельное объемное сопротивление полиамидной смолы,
используемой в качестве диэлектрика в плоском конденсаторе, и потери мо
щ
ности в нем, если известно, что ток через конденсатор при постоянном напр
я
жении 10 кВ равен

7
510A


.

Толщина диэлектрика 0,2 мм; площадь обкладок
с каждой стороны 25 см
2
. Поверхностной утечкой пренебрегите.

25
. На две противоположные грани кубика из полистирола с ребром 15
мм нанесены слои металла, служащие электродами, через
которые кубик вкл
ю
чен в электрическую цепь. Определите величину установившегося тока через
кубик и потери мощности в нем при постоянном напряжении 5 кВ. Удельное
объемное сопротивление полистирола равно

14
10
Омм

, а удельн
ое повер
х
ностное
сопротивление


16
10
Ом
.

26
. На две противоположные грани кубика из микалекса с ребром 20 мм
нанесены слои металла, служащие электродами, через которые кубик включен в
электрическую цепь. Определите величину установившегося тока через ку
бик и
потери мощности в нем при постоянном напряжении 2 кВ; удельное объемное
сопротивление микалекса равно
10
10
Омм

, а удельн
ое поверхностное сопр
о
тивление


10
510
Ом

.

27
. На две противоположные грани кубика из политриф
тор

хлорэтилена
фторо
пласта

3 с ребром 10 мм нанесены слои металла, служащие электрод
а
ми, через которые кубик включен в электрическую цепь. Определите величину
установившегося тока через кубик и потери мощности в нем при постоянном
напряжении 2 кВ. Удель
ное объемное сопротивление фторопласта

3 равно
15
10
Омм

, а удельное поверхностное сопротивление


16
10
Ом
.

28
. На
рис.

1.1
изображена зависимость удельног
о объемного сопроти
в
ления
фенол
формадегидной

смолы от температуры. Определите температу
р
ный коэффициент объемного сопротивления

для
фенол
формаде
гидной

смолы
при температуре

0 и 80
°С
.

11




Рис. 1.1. Зависимость удельного объемного сопротивления фенолформадегидной смолы

от температуры


29
. Коаксиальный

кабель со сплошной полиэтиленовой изоляцией имеет
диаметр центрального проводника 2,6 мм и внутренний диаметр центрального
проводника 9,4 мм. Определите емкость в микрофарадах на метр длины каб
е
ля между внутренним и внешним проводниками, а также диэлект
рические п
о
тери в ваттах на метр д
лины кабеля при напряжении 100

В и двух значениях
частоты: 800

кГц и 8 МГц. Диэлектрическая проницаемость полиэтилена равна

2,3, а

t0,0003

.

30
. Диэлектрик конденсатора представляет собой тесную смесь д
вух к
е
рамических материалов типа термоконда С

III

на основе станната кальция и т
и
таната магния и типа термоконда Т

20 на основе титаната циркония. Каково
должно быть соотношение составных частей, чтобы температурный коэффиц
и
ент диэлектрической проницаемост
и смеси был равен нулю? Чему равна д
и
электрическая проницаемость такой смеси?

Примите для термоконда С

III

16


и

41
0,310
град
TK


, для терм
о
конда Т

20
20


и

41
0,510
град
TK


.

31
. Конденсат
ор диэлектрик


слюда с диэлектрической проницаемостью
7 был заряжен до напряжения 500 В, после чего источник напряжения был о
т
ключен. Через 40 минут разность потенциалов на обкладках конденсатора ок
а
залась равной
100 В.

Определите постоянную времени сам
оразряда конденс
а
тора и удельное объемное сопротивление его диэлектрика. Поверхностной
утечкой при расчетах пренебрегите.

12



32
. Определите сопротивление изоляции конденсатора, если через 20 с
е
кунд после отключения его от источника питания разность потенциало
в на о
б
кладках умень
ши
лась на 5

%. Емкость конденсатора равна

2 мк
Ф
.

33
. Определите сопротивление изоляции коаксиального кабеля длиной 5
км, если диаметр центрального проводника равен 5 мм, а внутренний диаметр
внешнего проводника 18 мм. Изоляция выполнена

из полиэтилена с удельным
объемным сопротивлением

14
10
Омм


и поверхностным удельным сопротивл
е
нием

15
10
Ом
.

34
. На
рис 1.2
изображена зависимость удельного объемного сопротивл
е
ния полиэтилена от температуры.

Постройт
е график зависимости температу
р
ного коэффициента

удельного объемного сопротивления полиэтилена от те
м
пературы для полиэтилена.


Рис 1.2. Зависимость удельного объемного сопротивления полиэтилена от температуры


35
.
Определите размеры сечение, диаметр ал
юминиево

медной провол
о
ки алюминий внутри
,

медь снаружи, предназначенной для замены медной пр
о
волоки сечением

2
10
мм
, обладающей той же проводимостью. Примите, что с
е
чение меди составляет 20

% от общего сечения алюминиево

медной пров
ол
о
ки.

36
. Сопротивление провода при температуре 20 и 100
°С

соответственно
равно 8,1 Ом и 9,0 Ом. Определите среднее значение температурного коэфф
и
циента удельного сопротивления материала этого провода.
Укажите,

какому
материалу оно примерно может соответ
ствовать. Изменением размеров провода
при изменении температуры
пренебречь
.

37
. Сопоставьте
размеры

и вес алюминиевой проволоки сечением
6 мм
2

и
биметаллической проволоки сталь



медь, имеющей ту же длину и провод
и
13



мость, что и алюминиевая проволока. Прим
ите сечение меди в биметаллич
е
ской проволоке равным сечению стали.

38
. Определите температурный коэффициент удельного сопротивления
технически чистого железа при температурах

0, 400, 900
°С,
воспользовавшись
приведенными

на рис. 1.3
зависимостями

график
а

у
дельного сопротивления
железа от температуры.



Рис. 1.3. Г
рафик зависимости удельного сопротивления железа от температуры


39
. На рис
.

1.4
изображена зависимость удельного сопротивления совола от
температуры. Кривая 1 соответствует тщател
ьно очищенному с
оволу; кривая 2



соволу заводского изготовления. Определите температурный коэффициент ТК
удельного сопротивления той и другой жидкости при температурах

40 и 70 °
C
.


Рис.

1.4
.

Зависимость удельного сопротивления совола от температуры



РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ
РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МОДУЛЯ 1


Рекомендации для решения задач модуля 1 приведены в
методических
указаниях

для практических занятий
.

14



ЗАДАЧИ ДЛЯ СА
МОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
МОДУЛЬ 2

И РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ
ИХ
РЕШЕНИЯ


ПОЛУПРОВОДНИКИ

2.1
.
Обратный ток насыщения

S
I

германиевого


n

перехода равен

0,5

мк
A
. Какое напряжение

U

нужно приложить к


n

переходу в прямом
направлении, чтобы при температуре
t

через


n

переход протекал прямой ток

I
? Начертить в
ольт

амперную характеристику


n

перехода.


№ варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1
цифра

зачетки

,
tC



20

20

50

35

10

25

60


10

45

75

,
мА

I

70

150

100

90

140

120

110

80

160

130

2

цифра

,
мкА
s
I

1
,2

0,4

1

0,8

1,4

1,6

0,6

1
,5

1

2


При решении используйте формулу
:


1
U
kT
S
II




,


где


I



прямой ток через


n

переход;

S
I



обратный ток через переход;
U



напряжение на


n

переходе;

235
1,3810
ДжК8,6210 эВ
k





постоянная
Больцмана;

T



температура в

К
, причем

0
tC


соответствует 273 К.

2
.2
. Прямоугольный образец полупроводника
n

типа с размерами

5
мм
x

,

толщиной

h

и длин
ой

l

помещен в магнитное поле

с индукцией

B
.

Вектор магнитной индукции перпендикулярен плоскости образца. Вдоль пол
у
проводника приложено напряжение



U
,

п
од действием которого протекает ток


I
.

Вольтметр показывает напряжение Холла

x
U
. Найти удельную провод
и
мость
n

,

подвижность
n
u

и

концентрацию
0
n

носителей заряда для полупр
о
водника, полагая, что электропроводность обусловлена только электрона
ми.

15





Рис. 2.1. Эффект Холла в полупроводнике


№ варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1
цифра

зачетки

x
,
мм

5

10

4

6

9

7

8

6

11

5

h
,
мм

1

3

1

1

2

3

3

1

3

2

l
,
мм

40

50

30

60

55

70

45

80

60

65

B
,
Тл

0,5

0,4

0,6

0,4

0,7

0,5

0,3

0,8

0,2

0,5

2

цифра

U

,

В

0,3

0,4

0,25

0,35

0,45

0,5

0,6

0,7

0,8

0,75

I

, мА

30

40

50

65

65

75

80

85

80

75

U
X
, мВ

5,5

6

6,5

7,4

6,7

5,6

8

9

9,5

8,5


При решении восполь
зоваться формулой для нахождения напряжения
Холла

0
1

Х
IBIB
U
Х
qnhh

,


где

q



заряд частицы;

0
n



концентрация носителей заряда;


I



ток под де
й
ствием напряжения


U
;

B



магнитная индукция
;

h



толщина полупроводника.

Учесть что удельная электропроводность полупроводника, обусловлен
ная
электронами
,

равна

0

nn
qnu


,


где

n
u



подвижность электронов.

2.
3.
Образец полупроводника нагревают от

1
t

до

2
t
. Определить
,

во
сколько раз увеличится его удельн
ая электропроводимость.


№ варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1
цифра

зачетки

t
1
,

C


5

0

1


2


4

2


3

0


1

3

t
2
,

C

10

17

8

9

12

13

15

11

10

20

2

цифра

W

,
эВ

1,12

1,50

0,72

1,70

0,36

2,5

1,25

0,36

0,72

1,70

16



Собственная удельная эл
ектропроводность

полупроводника


2
собсоб
W
kT




,


г
де

W




ширина запрещенной зоны
пол
у
проводника
.


МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2
.
4.

При напряженности магнитного поля
H

магнитотвердый сплав имеет
магнитную индукцию
В
. Определит
ь намагничен
ность материала.


№ варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1
цифра

зачетки

H,
кА/м

400

300

450

600

500

650

350

550

750

700

2

цифра

В
,
Тл

1,116

1,056

1,250

1,356

1,256

1,456

1,160

1,016

1,356

1,365


2
.5
. При н
апряженности магнитного поля
H

магнитотве
рдый сплав обл
а
дает намагниченностью

J
. Определить магнитную индукцию поля внутри мат
е
риала и его относительную магнитную проницаемость.


Вариант

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1
цифра зачетки

H
, кА/м

200

210

430

220

340

240

250

470

260

380

2

цифра

J
, кА/м

150

300

320

500

690

500

450

470

600

600


2.6
.
Построить график зависимости относительной магнитной проница
е
мости от напряженности поля для
ферро
магнитного материала.

Дана кривая
намагничивания. Определить магнитную восприимчивость
материала

при
напряженности поля

H
.


Вариант

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1
цифра зачетки

H
, кА/м

50

120

300

70

90

420

220

350

150

440

2

цифра зачетки

М
арка

стали

1511

1512

3412


Марки стали

В,
Тл

0

0,5

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1512

H
, А/м

0

100

160

240

500

1000

2000

3412

H
, А/м

0

30

50

75

120

250

1200


Марка стали

B, Тл

0

0,3

0,6

0,8

1

1,1

1,2

1,26

1,3

1,35

1,4

1,5

1,55

1511

H, А/м

0

75

150

200

300

400

550

700

800

1000

1200

3100

3900

17



2.7
.
Ток
I

проходит по про
воднику, на который надет ферро
магнитный
тороидальный сердечник

рис.

2.2
. Кривая нама
гничивания стали приведена в
виде таблицы. Радиус средней магнитной линии в сердечнике

. Определить
напряжен
ность магнитного поля в сердечнике, магнитн
ую индукцию и относ
и
тельную маг
нитную проницаемость материала сердечника.




Рис.

2.2. Тороидальный сер
дечник


№ варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1
цифра

зачетки

I
,

A

50

30

25

15

20

10

42

40

55

35


,

см

3

6

4

2

5

7

3,5

4,5

2,5

5,5

2

цифра

М
арка

стали

1512

1511

3412

1511

1512

1511

3412

1512

1511

3412


2.8
. Тороидальный сердечник имеет размеры: наружный р
адиус
R
, вну
т
ренний радиус

, высота
h
. На сердечник намотана обмотка, содержащая
w

ви
т
ков. К обмотке приложено напряжение
U

частотой
f
. Ток, протекающий по о
б
мотке,
I
. Вычислить магнитную проницаемость материала, из которого
изг
о
товлен сердечник, пренебре
гая активным сопротивлением обмотки и потерями
в сердечнике
,

при условии, что сердечник не насыщен.


В
ариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 цифра

U
, В

5

10

12

6

2

4

7

11

9

3

I
, А

0,1

0,2

0,5

1

0,3

0,4

0,8

0,6

0,7

0,9

f
, Гц

10000

5000

15000

2500

2000

1500

2000

1000

5500

2000

2 цифра

R
, мм

20

30

45

35

50

25

40

55

60

65


, мм

10

15

20

10

25

15

25

30

45

30

h
, мм

10

9

8

15

11

5

7

12

12

14

w

50

60

45

35

75

65

85

55

40

60


Намагниченность вещества связана с напряженностью магнитного поля
соотношением
:

М

JkH


А/м
.

18



Намагниченность магнитотвердого сплава определяется по формуле
:


0
B
JH



А/м
.

Из условия симметрии

0
2
I
H





А/м

.


Магнитная индукция в вакууме


000
BH


Тл
.


Ток
ܫ

про
ходит по проводнику, на который

надет ферромагнитный т
о
р
о
идальный сердечник рис.
2.2
, выполненный из электротехнической стали ма
р
ки

1512. Кривая намагничивания стали приведена на рис.

2.3
. Радиус средней
магнитной линии в сердечнике


. Определить напряже
нность магнитного поля в
сердечнике, магнитную индукцию и относительную магнитную проницаемость
материала сердечника.



Рис.

2.3

Основная кривая намагничивания горячекатанной электротехнической ст
али

марки 1512 толщиной 0,35 мм


Напряженность магнитного
поля в сердечнике определим как


2
I
H




А/м
.

19



По графику рис. 2.3
по

полученному

значению

H

найдем
B
.

Относительная магнитная проницаемость



0

B
H


.


Следовательно, магнитное поле

в ферромагнитном сердечнике усил
ив
а
ется в




раз по сравнению с вакуумом.

Тороидальный сердечник имеет размеры: наружный радиус

R
, внутре
н
ний радиус


, высота
h
. На сердечник намотана обмотка, содержащая

w

витков
.
К обмотке приложено напряжение

U
,

В
,

частотой

f
. Т
ок, протекающий по о
б
мотке,

I
. Вычислить магнитную проницаемость материала, из которого изг
о
товлен сердечник, пренебрегая активным сопротивлением обмотки и потерями
в сердечнике
,
при условии, что сердечник не насыщен.

Максимальное значение магнитной индукц
ии найдем по формуле
:




x
4,444,44
UU
B
fwSfwRh



Тл
.


Максимальное значение напряженности магнитного поля:


x
срср
222

Ам
2
2
2
wIwIwI
H
R
l







.


Относительная магнитная проницаемость


x
0x

B
H


.


Сердечник из ферромагнитного материала имеет пло
щадь поперечного
сечения

S
, среднюю длину магнитной силовой линии

l
. На сердечник намотана
20



обмотка, содержащая

w

витков. Через обмотку проходит ток

I
. Относительная
магнитная проницаемость сердечника



. Вычислить индукцию и магнитн
ый
поток в сердечнике, а так же индуктивность катушки с сердечником.

Значение магнитной индукции найдем по формуле
:


0
0
wI
BH

l



Тл

.


Магнитный поток в сердечнике
:



Ф
ВS



Вб

.


Индуктивность катушки с сердечником
:


w
L
II


.


Катушка в виде соленоида с числом витков
w

намотана на ферромагни
т
ный стержень длиной

l
. Площадь поперечного сечения стержня

S
. Относител
ь
ная магнитная проницаемость сердечника с учетом размагничивающего де
й
ствия воздушного зазор
а



. Вычислить индукцию соленоида.

Индуктивность соленоида, длина которого значительно больше его ди
а
метра, находится по формуле
:

0
2
/

LwSl



.


КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2.9
.
Вычертите диаграмму состояния

железо



карбид железа
»
, укажите
структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращ
е
ния при охлаждении для сплава, содержащего
______

% С. Какова структура
этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

21



№ вар

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

% С

0,6

0,1

0,8

0,2

0,3

0,9

0,7

0,4

1,1

1,2

0,5


Если последние 2 цифры зачетки 47


вариант №

7


2
.10
.
Что такое нормализация? Используя диаграмму состояния железо

цементит, укажите температуру нормализации стали
____

и стали
___
.

Опишите превращ
ения, происходящие в сталях при выбранном режиме
обработки, получаемую структуру и свойства.


Вариант

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1
цифра зачетки

марка

стали 1

05А

15

08

30

35А

60

85А

75

80А

20

2

цифра зачетки

марка

стали 2

У7

У8А

У10

У13

У9А

У11

У12

40А

45

75




22



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК


1.

Богородицкий, Н. П. Материалы радиоэлектронной техники / Н. П. Богородицкий,
В. В. Пасынков.


М. : Высшая школа, 1969.

2.

Богородицкий, Н. П. Электротехнические материалы / Н. П. Богородицкий,
В.

В.

Пасынков, Б. М. Тареев.


Из
д. 5

е, перераб.


Л. : Энергия, 1989.

3.

Готман, П. Е. Электротехнические материалы : справочник / П.

Е.

Готман,
В.

Б.

Березин, А. М. Хайкин.


Изд. 2

е, доп. и перераб.


М. : Энергия, 1969.

4.

Дроздов, Н. Г. Электроматериаловедение / Н. Г. Дроздов, Н. В. Нику
лин.


Изд. 4

е,
перераб. и доп.


М. : Высшая школа, 1973.

5.

Казарновский Д. М. Испытания электроизоляционных материалов / Д. М. Каза
р
новский, Б. М. Тареев.


Изд. 2

е, перераб. и доп.


Л. : Энергия, 1969.

6.

Казарновский, Д. М. Радиотехнические материалы / Д
. М. Казарновский,
С.

А.

Яманов.


М. : Высшая школа, 1972.

7.

Корицкий, Ю. В. Электротехнические материалы / Ю. В. Корицкий.


Изд. 2

е, п
е
рераб. и доп.


М. : Энергия, 1968.

8.

Никулин, Н. Б. Справочник молодого электрика по электротехническим матери
а
лам и изд
елиям / Н. Б. Никулин.


Изд. 2

е, перераб. и доп.


М. : Высшая школа, 1967.

9.

Осипов, О. А. Справочник по дипольным моментам / О. А. Осипов, В.

И. Минкин,
А. Д. Гарновский.


Изд.3

е, перераб. и доп.


М. : Высшая школа, 1971.

10.

Серебряков, А. С. Электротехн
ическое материаловедение. Проводники, полупр
о
водниковые и магнитные материалы : учеб. пособие для вузов ж.

д. транспорта / А. С. С
е
ребряков.


М. : Учебно

методический центр по образованию на железнодорожном тран
с
порте, 2008.

11.

Федоров, Э. А. Электротехничес
кие материалы : метод. пособие для решения з
а
дач и варианты контрольных работ для студентов заочного факультета специальности
Электроснабжение промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства»

/
Э.

А.

Федоров.


Улан

Удэ, 1974.

12.

Чертов, А. Г. Междун
ародная система единиц измерений / А. Г. Чертов.


Изд. 2

е,
перераб. и доп.


М. : Высшая школа, 1967.


Приложенные файлы

  • pdf 9361792
    Размер файла: 450 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий