Электроматериаловедение

Вопросы для контрольного задания

1. Роль материалов в научно-техническом прогрессе.

2. Краткая характеристика основных видов связей атомов и екул .при образсргпии веществ. Приведите примеры веществ с

и видами связей. Укажите их электротехнические свойства.

3. Прквматер^алов ячочения диэлектрической проницаемости, уделы**?: ,

155сопротивлений и тангенса угла дцэлектр-шееких потерь. Что назы¬вается ди .юльным моментом молекулы вещ&ст^а?

4. СформулируГ.те основные положения зонной теории твердь* тел. Б чем состоят различия между диэлектриками, полупроводни¬кам:! и проводниками с точки зрения этой теории?

5. Дайте определение процесса поляризации и объясните его физическую сущность. Кратко охарактеризуйте основные виды поля¬ризации. Приведите примеры диэлектриков с различными видами поля¬ризации и их диэлектрическую проницаемость.

6. Перечислите основные, механизма поляризации е указанием их главных особенностей. Привадите классификацию по виду поля¬ризации. Назовите по 5-6 диэлектриков, относящихся к каждой группе, и укажите значения диэлектрической проницаемости каждого названного диэлектрика.

7. Изложите сущность самопроизвольной (спонтанной) поляри¬зации и отметьте ее особенности.

8. Приведите примеры зависимостей диэлектрической проницае¬мости жидких диэлектриков от температуры и частоты и объясни¬те их.

9. Привадите примеры зависимостей диэлектрической прони¬цаемости твердых диэлектриков от температуры и частоты и объяс¬ните их.

10. Объясните зависимость диэлектрической проницаемости оегнетоэлектриков от температуры и напряженности электрического поля.

11. Приведите примеры диэлектриков, обладающих преимущест¬венно электронной, ионной, дипольной, самопроизвольной поляри-вацмей* Укажите диэлектрическую проницаемость каждого названно¬го материала.

12. Постройте качественные графики изменения диэлектриче¬ской проницаемости нейтральных и полярных жидких диэлектриков

В зависимости от температуры и частоты и объясните их. Приведи¬те примеры указанных диэлектриков.

13. Каким образом можно определить значения диэлектрической проницаемости смеси двух или более диэлектриков, не вступающих друг с другом в химическое соединение? Опишите все случаи.

14. Изложите классификацию электроизоляционные материалов по видам поляризации. Приведите примерь? диэлектриков.

т*5. Охарактеризуйте. электрическую проводимость диэлектриков ракие факторы влияют на объемную и поверхностную электрическую Проводимость? Приведите методы определения удельных объектного и поверхностного сопротивлений.

16. Охарактеризуйте электрическую проводимость газов. Какие т;роцессы определяют несамостоятельную и самостоятельную проводимости газов? Объясните ток насыщения у газов.

17. Опишите характер электрической проводимости жидких ди¬электриков и ее зависимость от температуры.

18. Какими процессами обусловлена объемная и поверхностная электрическая проводимость твердых диэлектриков?

19. Объясните влияние температуры и напряженности электри¬ческого поля на электрическую проводимость твердых диэлектриков.

20. Приведите классификацию твердых диэлектриков с точки зрения поверхностной проводимости и примеры диэлектриков для каждой группы. Укажите способы снижения поверхностной проводи¬мости.

21. Дайте определение понятия диэлектрических потерь. Оха¬рактеризуйте природу потерь в постоянных и переменных полях. Что называется углом диэлектрических потерь? Приведите выраже¬ния для определения полных и удельных потерь.

22. Приведите схемы замещения диэлектрика с потерями и век¬торные диаграммы для них. Сравните между собой параметры этих схем. Приведите условие эквивалентности схем.

23. Охарактеризуйте виды диэлектрических потерь. Приведите примеры диэлектриков, у которых преобладают отдельные виды потерь. Для всех названных материалов укажите тангенс угла ди¬электрических потерь.

24. Охарактеризуйте диэлектрические потери в газах. Что называется кривой ионизации электрической изоляции (приведите и объясните ео) и какое практическое значение она имеет?

25. Каков характер температурных зависимостей <5Г и Ц$ при релаксационной поляризации? Приведите с объяснением графики и примера диэлектриков. Что называется.временем релаксации?

26. Охарактеризуйте диэлектрические потери в нейтральных и полярных жидких диэлектриках. Приведите примеры зависимостей этих потерь от температуры и частоты. Объясните их.27. Охарактеризуйте диэлектрические потери в твердых дч- , электриках. Приведите примеры зависимостей от температур^

и чпстоты и объясните их.

23. Как определяется диэлектрическая проницаемость смеси двух (или большего числа) диэлектриков, не образующих друг с другом химическое соединение? Приведите основные уравнения для определения диэлектрической проницаемости сложных диэлектриков.

29. Как зависит пробивное напряжение газов от произведения давления газа на расстояние между электродами при неизменной температуре? Приведите числовые значения минимальных пробивных напряжений для разных газов.

30. Опишите процесс пробоя газов в однородном поле. Приведи¬те зависимость электрической прочности газов от расстояния между электродами и объясните его.

31. Опишите процесс пробоя газов в неоднородном поле.

32. Приведите пример вавйсимости электрической прочнооти газов от давления (при постоянной температуре) и объясните ее.

33. Назовите виды и механизмы пробоя жидких диэлектриков. Какие факторы влияют на электрическую прочность жидкости?

. 34. В каких диэлектриках г^блкщается электротепловой про¬бой и каковы закономерности его развития?

35. Дайте сравнительную характеристику всех видов пробоя твердых диэлектриков.

36. Понятия влажности, гигроскопичности, смачиваемости, влагопрокупаемости электроизоляционных материалов. Как опреде¬ляются гигроскопичность и влагопроницаемость? Приведите примеры диэлектриков о малыми и большими значениями гигроскопичности и влагопроницаемости.

37* Какие электроизоляционные материалы отличается высокой гигроскопичностью и почему? В чем заключаются способы уменьше¬ния гигроскопичности?

38, Назовите классы нагревостойкости электрической изоляции по действующему стандарту и материалы, относящиеся к каждому классу.

39л.-Что подразумевается под радиационной стойкостью изоля¬ционных материалов? Как влияет радиоактивное облучение на элект¬рические* механические и тепловые свойства диэлектриков?

40. Какое практическое значение имэю*.п тотюпроаодкесть

■и температурный коэффициент растпирекгя электроизоляционных ма¬териалов? Ь каких единицах они измеряются? Приведите примеры ди¬электриков, обладающих наибольшими и наименьшими значениями температурного коэффициента расширения.

41. Опишите методы Определения удельной ударной вязкости и теплостойкости пластических масс. Укажите значения удельной ударной вязкости и теплостойкости для нескольких диэлектриков.

42. Приведите примеры изменения механических, тепловых и электрические свойств диэлектриков при радиоактивном облучении.

43. Чем отличаются органические диэлектрики от неорганиче¬ских ? Назовите 8-10 органических и неорганических диэлектриков и укажите их механические, электрические и тепловые свойства.

44. Назовите гаоы, обладающие повышенной по сравнению с воздухом электрической прочностью; укажите их основные особен¬ности и области применения.

45. Перечислите Беднейшие природные и синтетические жидкие электроизоляционные материалы; укажите их свойства, особенности И основные области применения.

46. Опишите процесс получения трансформаторного масла. Какие химические процессы происходят в масле при работе транс--форматора?

47. В чем заключается явление старения трансформаторного масла? Какие факторы ускоряют и замедляют старение?

48. Перечистите и сравните мелщу собой различные способы очистки изоляционных масел. Когда И как они применяются? Какова достигаемая эффективность и экономичность способов очистки?

49. Опишите свойства соволз и совтола и сравните их со свойствами трансформаторного масла.

50. Какие вещества называются полимерами? В чем состоят различия между линейными и пространственными, термареактивными и термоплабтичными полимерами? Приведите примеры указанных поли мерсв, укажите их основные свойства.

51. Что называется смолами? На какие группы подразделяютоя смолы и для чего они применяются в электротехнике? Какие техни¬ко-экономические преимущества имеют синтетические смолы по ср№ нио с природными?52. Что понимают пси синтетически;.::-! смолами? В чем состо- -ят различая ме^ггу процессами полимеризации и поликонденсации? ПряЕ^те ггрпыоры диэлектриков, пол ученых с помощью псишмериза-ции ;■! хонденсаци;:, л укажите их осноыше свойства.

ЬЗ. Ь состоят различия меяду смолами и воскообразными диэлектриками? -Прицедите примеры, опиняте свойства и назовите области прккэиокип возкообраэуюцих диэлектриков.

54. В чем состоит различия мегеу термопластичными и тер-цореакти 9пы:ж смелет;:? Приведите примеры и кратко опишите их основ-ные свойсты..

Ьо. Ук?жите способы получения и основные характеристики синтетических смол, у которых тангенс угла диэлектрических по¬терь менее 0,004.

06. Опишите свойства и области применения полиамидных смол.

57. Укагате состав, свойства и области применения полихлор¬винила в электроизоляционной технике. Зависимость свойств ма¬териала от его химического состава и строения.

58. Как получают термопластичные и термореактивные фенолфор-мальдегидные смолы? Приведите примеры указанных смол и их основ¬ные параметры. Для чего они исп льэуются в электротехнике?

59. Опишите свойства, особенности и приведите примеры поли¬эфирных смол. Укажите области применения указанных смол.

60. Опишите Особенности и области применения эпоксидных

смол.

61. Укажите основные виды кремниЙорганических электроизо¬ляционных материалов, их особенности* основные овойства и об¬ласти использования в электро- и радиотехникэ.

62. Какие смолы находят широкое применение при изготовле¬нии лаков и пластмасс? Приведите примеры смол и укажите их овойства.

63. Приведите примеры и укажите основные свойотва жидких и твердых фторорганичеоких электроизоляционных материалов.

64. Опишите природные омоды и укажите области их использо¬вания, в электроизоляционной технике.

65. Какие ; масла являются высыхающими? Укажите их свойства и области применения.

66. Опишите свойотва. битумов и компаундов. В каких областях Электроизоляционной техники они используются? Как можно повысить и понизить температуру размягчения битума?

67, Укажите назначение пропиточных, покровных и клеящих „ лаков и требования, предъявляемые к каждой из этил групп. При¬ведите примеры лаков каждой груипы. Каковы способы сушки лаков?

66. Б чем преимущества и недостатки волокнистых электро¬изоляционных материалов (органических и неорганических)? Приве¬дите примеры и опишите свойства этих материалов.

69. Опишите различные виды электроизоляционных бумаг и кар-стонов, охарактеризуйте их свойства и укажите области применения.

■ 70. Опишите синтетические и искусственные волокна, их-овойства и укажите области применения в электропромышленности..

71. Приведите характеристики важнейших видов лакотканей и области применения различных видов лакотканей,

72. Кратко опишите технологию изготовления пластических масс. Укажите основные составные части пластмасс, особенности пластмасс без наполнителя.

73. Охарактеризуйте основные виды электроизоляционных слоистых пластмасс; укажите их свойства и области применения.

74. Сущность процесса вулканизации каучука. Опишите свой¬ства резин и эбонита. Каковы особенности и свойства эскапола?

75. Классифицируйте электроизоляционные стекла по химиче¬скому составу. Какими способами улучшают электроизоляционные свойства стекол?

76. Классифицируйте электроизоляционные отекла по их на- 1 значению. Охарактеризуйте каждую труппу. _

77. Как получают стекловолокно? Опишите его свойства и укажите области применения в электроизоляционной технике.

76, Какие материалы называются керамическими и как они из¬готовляются? Укажите важнейшие типы керамических и электроизо¬ляционных материалов и области их применения.

79. Опишите процесс производства и свойства готового фар¬фора. С какой целью производится глазуровка фарфора.

80. Приведите примеры керамических материалов установочной и конденсаторной групп, назовите их свойства и области приме¬нения.

81. Назовите, и опишите важнейшие виды радиокерамических материалов с малым углом диэлектрических потерь. Укажите их осо¬бенности и области применения.82. Приведите примеры, укажите особенности и области при¬менения керамических материалов с очень высокой диэлектрической проницаемостью (в том числе и сегнетокерамических материалов).

83. Укажите особенности и области применения слад - муско¬вита и флегопита. Назовите основные группы материалов на основе слюд и способы их изготовления.

84. Снизите различные марки конденсаторной слщцы и требо¬вания, предъявляемые к ним.

85. Что представляет собой микалекс? Укажите его свойства и области применения. В чем преимущества микалекса на основе синтетической слюды?

86. Укажите основные виды миканитов, их состав, свойства (обратите внимание на нагревостойкость) и особенности применения в электромашино- и аппаратостроении.

87. Приведите характеристику электроизоляционных материалов на основе асбеста и укажите области их применения.

88. Какая изоляция называется оксидной и как она получается на различных металлах и сплавах? Где находит применение этот вид изоляции?

89. Дайте характеристику основных групп электроизоляционных материалов на основе слюды и укажите области применения этих материалов.

90. Опишите процесс получения трансформаторного масла. Какие химические процессы происходят в масле при работе транс¬форматора?

91. В чем заключается явление старения трансформаторного масла? Какие факторы ускоряют и замедляют старение?

92. Опишите свойства еовола и совтола и сравните их со свойствами трансформаторного масла.

93. Опишите свойства и области применения полиамидных смол.

94. Приведите примеры полиэфирных смол. Опишите их свойст¬ва и .особенности. Где находят применение указанные смолы?

95. Опишите особенности и укажите области применения эпок¬сидных смол. .

96. Приведите примеры и укажите основные свойства жидких и твердых фторорганических электроизоляционных материалов.

97. Опишите природные смолы и укажите области их использо¬вания в электроизоляционной технике.

Э8. Какие масла являются высыхающими? Укажите их свойства -и области применения.

99. Опишите характер электрической проводимости проводнико- , вых материалов. Дайте определение удельного сопротивления и его температурного коэффициента.

100. Опишите материалы высокой проводимости; охарактери¬зуйте их основные физико-механические и электрическое свойства; укажите области применения.

101. Опишите свойства мягкой и твердой меди и укажите область их применения в электротехнике.

10?.. Дайте сравнительную характеристику свойств меди и алюминия. В чем состоит технико-экономическая целесообразность замены меди алюминием?

103. Опишите медные и алюминиевые сплавы, их назначение и свойства.

104. Опишите назначение и свойства сталеалюминиевых прово¬дов и проводникового биметалла.

105. Объясните явление сверхпроводимости при температурах, близких к абсолютному нулю.

106. Опишите возможные применения явления сверхпроводимос¬ти проводников в электротехнике.

107. Дайте общую характеристику сплавов высокого сопротив¬ления. Перечислите наиболее широко применяемые сплавы; укажите , их свойства и области применения..

108. Какие сплавы высокого сопротивления применяются в измерительных приборах, реостатах( электронагревательных при¬борах? Укажите их свойства.

109. Как зависит термоЭДС от разности температур? Опишите основные материалы, применяемые для изготовления термопар.

110. Охарактеризуйте изделия из электротехнического угля.

111. Опишите следующие металлы: вольфрам, эрлото, сереб¬ро, платину, никель* кобальт, свинец.

• 112. Сравните физическую сущность процессов электрической проводимости в полупроводниках, проводниках и диэлектриках.

113. Опишите различные виды электрической проводимости полупроводников. Собственная и примесная проводимости. В чем состоит различие меаду полупроводниками типе П и р ?П4. .Объясните, как и почему влияют внешние факторы (темпе¬ратура, напряженность электрического поля, освещенность) на сопротивление полупроводниковых материалов.

115. Перечислите наиболее широко применяемые химические элементы, обладающие свойствами полупроводников; отметьте их свойства и области применения.

НО. Перечислите наиболее широко применяемые полупроводни¬ковые химические соединения, отметьте их свойства и области при¬менения.

П7. Опишите основные свойства электронно-дьпрочньк перехо¬дов и укажите их практическое использование.

116. Фотосонротивления и фотоэлементы. Какими особенностями они обладает? Какие материалы используются при их-изготовлении?

119. Опиште полупроводниковые материалы на оснойе карбида кремнит и укажите области применения их в электротехнике.

120. Каким способом можно.определить тип электрической про¬водимости полупроводников?

121. Опишите эффект Холла в полупроводниках и его использо¬вание для определения параметров полупроводников.

1-2. Как связана ширина запрещенной зоны полупроводника с его чувствительностью к внешним энергетическим воздействиям и почему?

123. Приведите характеристику полупроводниковых термосопро¬тивлений и нагревателей; укажите области их применения в технике.

124. Укажите применения полупроводников в электро- и радио¬технике. Докажите эффективность их использования.

125. Опишите процесс намагничивания ферромагнитных материа¬лов. Какими параметрами характеризуются ферромагнитные материа¬лы в постоянных и переменных полях?

126. Опишите назначение магнитомягких материалов и трйбо-Еанид, предъявляемые к ним. Назовите 8-10 таких материалов; кажите их основные магнитные свойства,

127. Опишиге желеэоникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью. Укажите основные области их применения.

128. Опншите основные свойства электротехнической стали. Приведите примеры маркировки этих сталей и объясните ее Назна¬чение.

129. Что представляют собой пермаллой, перминвар и альси-. ■Т Рр? Укажите их свойства-и области применения.,

^30. Огышитз яБленме иагнитострикции. У каких материалов эт явление выражено особенно сильно и для каких целей оно ис-пользуотся.

131. .Что представляют собой текстурозашше магкитные мате¬риалы. Каковы их особенности и свойства? Укажите способы полу¬чение этих материалов. Приведите примеры этих материалов.

^32. Магнитные параметр),! карбонильных, альсиферовых и других магнит диэлектриков. Укажите области их применения.

133. Как влияет содержание кремния на электрические, маг¬нитные и механические свойства электротехнической стали?

134. Назначение магнитотвердых материалов. Каковы требоЕа-.ния, предъявляемые к ним. Назовите несколько таких материалов

и приведите их основные параметры;

135. Что представляют собой ферриты? Укажите основные свойства и области применения магкитомягких и магнитотвердых , ферритов. -

136. Как зависит относительная магнитная проницаемость маг¬нитных материалов от температуры, интенсивности магнитного по¬ля и его частоты? Какую информацию несет петля гистерезиса о свойствах магнитного материала?

137. Какие виды потерь возникают в ферромагнитных.материа¬лах и как они оцениваются? Физическая сущность возникновения магнитных потерь. От каких факторов они зависят?

■ 138, Постройте график зависимости температурного коэффици¬ента ( ТК$Г ) диэлектрической проницаемости от температуры, воспользовавшись методом графического дифференцирования кривой €г (7) . Зависимости 6Г от температуры показаны на рис. 6.1-6,10. Варианты представлены в табл. 6.2. ,

139. Диэлектрик плоского конденсатора представляет„^аобой Ы сочетание двух материалов. Постройте график зависимости ди¬электрической проницаемости смеси двух компонентов от их объем¬ного содержания, если они включены: а) последовательно; б) параллельно. Варианты представлена в табл. 6,3,

Примечание. Оба графика постройте в одной системе координат. В качестве независимой переменной принять объемное содержание одного из материалов (от 0 до I).48. Привел намагничивания. Макетный гистерезис. Магнитная проницаемость.

49. Магнитная анизотропия. Магнитоотрикция.

50. Поведение ферромагнетиков в переменных магнитных полях.

51. Особенности ферромагнетиков.

52. Магнитные пленки.

53. Иагнитомягкие и магнитотвердые материалы.

54. Магнитные материалы специального назначения.

60. Опишите особенности и области применения эпоксидных смол.

81. Назовите и опишите важнейшие виды радиокерамических материалов с малым углом диэлектрических потерь. Укажите их особенности и области применения.

106. Опишите возможные применения явления сверхпроводимос¬ти проводников в электротехнике.

117. Опишите основные свойства электронно ''дырочных переходов и укажите их практическое применение.

130. Опишите явление магнитострикции. У каких материалов это явленно выражено особенно сильно и для каких целей оно ис¬пользуется.

38. Назовите классы нагревостойкости электрической изоляции по действующему стандарту и материалы, относящиеся к каждому классу.

60. Опишите особенности и области применения эпоксидных смол.

80. Приведите примеры керамических материалов установочной и конденсаторной групп, назовите их свойства и области приме¬нения.

99. Опишите характер электрической проводимости проводниковых материалов. Дайте определение удельного сопротивления и его температурного коэффициента.

124. Укажите применения полупроводников в электро- и радиотехнике. Докажите эффективность их использования.

137. Какие виды потерь возникают в ферромагнитных материа¬лах и как они оцениваются? Физическая сущность возникновения магнитных потерь. От каких факторов они зависят?

Задачи

Задача 1 вар 2

На двухслойный конденсатор с неоднородным диэлектриком подано напряжение U = 2 кВ. Слои имеют толщины d1 = 2 мм и d2 = 1 мм и диэлектрические проницаемости, соответственно, ε1 = 2,5 и ε2 = 6,2. Определить напряжение на слоях и напряженности поля в них.

Задача 2

Диэлектрик конденсатора образован двумя слоями твердого диэлектрика, между которыми имеется воздушный зазор 1 мм. При каком переменном напряжении произойдет разряд в воздушном зазоре, если толщина каждого слоя h = 2 мм, а их диэлектрическая проницаемость ε = 2,5. Eпр.возд = 4 МВ/м.

Задача 2

Плоский конденсатор с диэлектриком (εr = 2,5, ρν = 1015 Ом•м, ρs =1015 Ом, tgδ = 3•10–4) имеет размеры обкладок 5×5 см2 и толщину диэлектрика 1 см. Определить: а) силу тока утечки и рассеиваемую в диэлектрике мощность при постоянном напряжении 5 кВ; б) рассеиваемую в диэлектрике мощность при переменном напряжении 5 кВ и частоте 50 Гц.

Задача 2

Плоский конденсатор с диэлектриком (εr = 2,8, ρν = 1015 Ом•м, ρs =1014 Ом, tgδ = 5•10–4) имеет размеры обкладок 5×5 см2 и толщину диэлектрика 1 см. Определить: а) силу тока утечки и рассеиваемую в диэлектрике мощность при постоянном напряжении 5 кВ; б) рассеиваемую в диэлектрике мощность при переменном напряжении 5 кВ и частоте 50 Гц.

Задача 1

Сопротивление провода при T1 = 20°C и T2 = 100°C равно соответственно R1 = 7,0 Ом и R2 = 7,6 Ом. Определить средний температурный коэффициент сопротивления. Чему равно сечение провода при температуре T2, если его длина l = 100 м. Изменениями размеров провода при изменении температуры пренебречь. ρ = 1,1 мкОм·м.

Задача 2

Мощность электронагревательного элемента при напряжении 220 В составляет 500 Вт. Определить длину проволоки (ρ0 = 0,05 мкОм·м, TKρ = 46·10–4 K–1) диаметром 1 мм, необходимый для изготовления этого элемента. Рабочая температура нагревательного элемента равна T = 800°С.

Задача 3

Конденсатор из материала с диэлектрической проницаемостью εr = 3 был заряжен до напряжения U1 = 1000 B, после чего источник был отключен. За время t = 1 мин напряжение на обкладках конденсатора снизилось до U2 = 200 В. Определить постоянную времени саморазряда конденсатора и удельное объемное сопротивление его диэлектрика. Поверхностной утечкой пренебречь.

Задача 4

Определить сопротивление изоляции конденсатора, если через время t = 30 c после отключения его от источника питания разность потенциалов на обкладках уменьшилась на N = 10%. Емкость конденсатора равна C = 25 мкФ.

Задача 5

На две противоположные грани кубика с ребром d = 20·10–3 м нанесены слои металла, служащие электродами, через которые кубик включается в электрическую цепь. Определить установившийся ток через кубик и диэлектрические потери при постоянном напряжении U = 2 кВ, если удельное объемное сопротивление диэлектрика ρv = 1016 Ом·м, а поверхностное ρs = 1017 Ом.

Задача 6

Плоский конденсатор с диэлектриком (εr = 6, ρv = 1010 Ом·м, ρs = 1010 Ом, tg δ = 7·10–2) имеет размеры обкладок 5×5 см2 и толщину диэлектрика 1 см. Определить: а) силу тока утечки и рассеиваемую в диэлектрике мощность при постоянном напряжении 5 кВ; б) рассеиваемую в диэлектрике мощность при переменном напряжении 5 кВ и частоте 50 Гц.


Способ заказа и контакты