Билет 1.

Методы регулирования температуры.

Регулирование температуры в электрических печах достигается изменением мощности печи.

Регулирование мощности печи может быть осуществлено следующими способами:

1) Двухпозиционное регулирование.

2) Переключением нагревателей печи с треугольника на звезду. Это весьма грубое регулирование связано с нарушением равномерности температуры и применяется лишь в бытовых нагревательных приборах.

3) Включением последовательно с печью регулируемого активного или реактивного сопротивления. Этот способ связан с очень большимипотерями энергии и снижением cosφ установки.

4) Питание печи через регулировочный трансформатор или автотрансформатор с переключением печи на разные ступени напряжения. В этом случае регулирование также грубое, так как регулируется питающее напряжение, а мощность печи пропорциональна напряжению в квадрате.

5) Фазовое регулирование с помощью полупроводниковых приборов. В этом случае питание печи осуществляется через тиристоры, угол включения которых изменяется системой управления. Таким путем можно получить плавное регулирование мощности печи в широких пределах. Приборное оформление, настройка и эксплуатация систем непрерывного автоматического регулирования температуры намного сложнее, чем при позиционном регулировании. Мощность нагревательных элементов можно плавно менять дросселями насыщения и автотрансформаторами или периодическим включением и отключением нагревателей печей (двухпозиционное регулирование); последний способ благодаря простоте и экономичности наиболее распространен. Включение нагревательного элемента печи производиться терморегулятором ТР, контакты которого замыкаются или размыкаются, в зависимости от температуры печи цепь катушки КМ.

Нелинейные п/п сопротивления. Для изготовления нелинейных полупроводниковых симметричных сопротивлений (НПС), которые иначе называют варисторами, применяют карбид кремния SiC с различными диэлектрическими связками (стекло, ультрафарфор, глина). Размеры зерен SiC достигают 40+150 мкм. Варисторы характеризуют значениями проводимости или сопротивления при соответствующем значении приложенного напряжения.

Нелинейность вольтамперных характеристик варисторов из SiC связана с явлениями на контактах или на поверхности кристалликов. Известны четыре причины, влияющие на изменение сопротивления варисторов.1.Явление замыкания контактных зазоров между зернами SiC при нарастанииприложенного напряжения и увеличения эффективной площади сечения сопротивления. Механизм этого процесса обусловлен электронной эмиссией с острых зубцов и граней кристаллов.2.Образование на поверхности кристаллов запирающих слоев, вследствие присутствия слоев с противоположным типом электропроводности на поверхности зерен по сравнению с объемом кристалла. У образцов, состоящих из большого числа зерен, включения р-п-переходов в прямом и обратном направлениях оказываются равновероятными, и вольтамперная характеристикатакой системы симметрична.3.Увеличение проводимости и частичный пробой оксидных пленок, образующихся на поверхности зерен при сильных электрических полях.4.Микронагрев контактирующих точек между кристаллами SiC, приводящий к возрастанию проводимости контактов.

НПС изготавливают в виде дисков различных размеров, с напыленными на плоскости электродами, и в виде стерженьков с металлизированными торцами. НПС применяют для защиты от перенапряжений электрических аппаратов и линий электропередач, для стабилизации напряжения.

Свойства диэлектриков. Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных емкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определенной емкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.

Билет 2.

Поляризация. Основные виды поляризации. Практическое значение диэлектрической проницаемости.

П-й называется процесс смещения связанных эл. зарядов в диэлектрике под действием эл. поля. Этот процесс происходит во всём объеме Д и сопровождается выделением зарядов на поверхности материала у электродов, помещенных на образец Д. При этом у каждого из электродов появляются заряды против-го знака, т.е. образец Д приобретает полярность. Численно П харак-ся величиной эл. индукции, представляющей собой величину заряда, сместившегося через единицу площади сечения Д перпендикулярно напр. эл. поля. Добавочный эл поток за счет П, рассчитанный на эдиницу площади поверхности электрода наз-ся поляризованностью. Р=χ*Е (восприимчивость)

Видно, что диэл прониц не может быть меньше 1, так ак воспр. вакуума равна нулю. Ёмкость конденсатора при введении между электродами тв или жидкого Д увеличивается. Таким образом, чем больше , тем больше емкость конденсатора. Наименьшей обладают газы, например воздух 1,0006.

Виды поляризации:

1. Электронная – смещение электронов в этамох Д по направлению к противоположному электроду. Имеет место во всех Д. Другие виды П добавляются к электронной. Д, облажающие только эл. П, называют неполярными. Эл. П не связаны с потерями энергии. При нагревании вещ-во расширяется, плотность падает, уменьшается число атомов и электронов в единице объема и ослабевает П (нефтяное масло, парафин, фторопласт-4).

2. Ионная – смещение ионов в узлах кристалической решетки. Имеет место только у Д, представляющих собой ионные кристалы, у которых в узлах кр. решетки не атомы, а ионы. При воздействии эл. поля полож. ионы будут смещаться в сторону отр. электрода и наоборот. Это значительно более сильная П, чем электронная. (слюда, нек. виды керамики).

3. Дипольная – поворот дипольных молекул, диполей, под действием эл. поля. В диполе центры тяжести пол. и отр. зарядов на совпадают, потому диполь стремится повернуться в эл. поле так, чтобы полож. конец был повернут к отр. электроду, а отр. – к полож. Дипольная П происходит медленно и сопровождается потерями энергии, затрачиваемой на преодоление внутреннего трения. (целлюлозные материалы, касторовое масло, канифоль).

4. Спонтанная (сегнетоэлектрическая) поляризация – свойственная особой группе в-в, называемых сегнетоэлектриками. В них имеются области – «домены», в которых в отсутствие внешнего эл. поля диполи самопроизвольно ориентированы параллельно друг другу. Домены обладают эл. моментом. Однако направление ориентации у разных доменов различно. Поэтому в целом материал эл. моментом не обладает. При наложении внешнего поля происходит изменение направления поляризации в доменах.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ε: эта характеристика показывает, насколько сильно диэлектрик поляризуется в эл. поле и какую емкость можно получить от данного вида изоляции.

Вентильный фотоэффект.

При облучении п/п, содержащего p-n переход, помимо изменения проводимости, нередко возникает разность потенциалов на электродах, прилегающих к каждой из областей – это вент. фотоэффект. При этом один из электродов должен быть полупрозрачным для падающего свет. потока, поэтому его наносят напылением в вакууме. В рез-те поглощ.

лучистой энергии в п/п образуются неравновесные фЭ и фД. ФЭ, оказываясь

в зоне действия контактной разности пот-в, перем-ся к пол. объемному заряду

и попадают в n-область, которая перенасыщается электронами. В рез-те на мет.

электроде, прелегающем к этой области, возникает отриц. пот-л. Аналогично с фД.

На электроде, прилегающем к р-области – полож. потенциал. Рост концентрации Э

в n-области и концентрации Д в р-области будет постепенно замедляться, т.к.

одновременно начнет увел. создаваемое ими поле обр. направления, препятствующее переходу неравн. носителей заряда через запорный слой. В опр. момент устанавливается равн. концентрация зарядов и соотв. ЭДС. Между выводами, подключенными к электродам, появляется напряжение. Этот фотоэффект лежит в основе принципа действия ист. питания, неп-но преобраз-х энергию солнца или ат. ядра в эн. эл. тока – солн. и ат. батареи.

Теория индукционного нагрева.

Уст-ва, в кот. нагрев электропроводящих материалов осуществляется посредством теплового действия тока, индуктируемого в этих материалах, называются установками индукц. нагрева. Основным элементом таких установок является индуктор – катушка, создающая переменное магнитное поле. При внесении проводящего материала в перем. магн. поле индуктора в материале индуктируется э.д.с. В установках прямого электронагрева обрабатываемое изделие зажимают в контактах и от специального понижающего Т через заготовку пропускают ток. Прямой нагрев получил применение для нагрева труб с целью их отжига, для поверхностной закалки, а также для нагрева металла перед обработкой его давлением.

Билет 3.

Проводимость диэлектриков.

Пр-ть Д кол. и кач. резко отличается от пр-ти метал. проводников. Металлы обладают эл. п-ю. Идеальные Д ток не проводят, т.к. электроны в них отсутствуют. Однако реал. д. материалы обладают пр-ю. Она носит ионный характер и обусловлена присутствием примесей, которые диссоциируют на ионы. Поляризационные процессы смещения связ. зарядов в в-ве до момента установления равновесного состояния прот. во времени, создавая токи смещения, в Д. Токи смещения при электронной и ионной поляризации столь кратковременны, что их не удается зафиксировать прибором. Токи смещения различных видов замедленной поляризации, наблюдаемые у большинства технических диэлектриков, называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи протекаю только в моменты включения и выключения напряжения. При переменном напряжении они имеют место в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле. Таким образом, полный ток в диэлектрике представляет собой сумму токов утечки и смещения. Поляризационные токи необходимо принимать во внимание при измерении пр-ти Д ввиду того, что при небольшой выдержке образца Д под напряжением обычно регистрируется не только сквозной ток, но и ток абсорбции, вследствие чего может возникнуть неправильное представление о большой пр-ти. Хар-ой пр-ти, как и у металлов, обычно служит обратная ей величина – уд. сопротивление, р. Для Д р = 10¹⁰- 10²⁰ Ом-м. Ввиду того, что Д легче загрязнить с поверхности, определяют ток утечки по поверхности, и через толщу. Это различные физ. хар-ки, показывающие два свойства Д: проводить ток по поверхности и через толщу материала.