- •Автор-составитель: ручкина любовь григорьевна канд. Техн. Наук, доцент кафедры ЭиЭ
- •1. Цель и задачи дисциплины
- •2. Содержание дисциплины
- •Введение
- •Общие сведения о строении вещества
- •Диэлектрики
- •2.4. Проводниковые и сверхпроводниковые материалы
- •2.5. Полупроводниковые материалы
- •2.6. Магнитные материалы
- •Перечень тем лекционных занятий Примерный объем в часах
- •5. Информационно-методическое обеспечение дисциплины
- •5.1. Основная
- •5.2. Дополнительная
- •6. Краткие методические рекомендации к самостоятельной работе
- •190401 – Электроснабжение железных дорог (энс)
- •190402 – Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте (атс)
- •1.1. Что такое материал, материаловедение, электротехническое материаловедение.
- •1.2. Роль материалов в современной технике.
- •1.3. Основные типы материалов, применяемых в энергетике и электротехнике, композиционные материалы.
- •1.1. Что такое материал, материаловедение, электротехническое материаловедение.
- •1.2. Роль материалов в современной технике, в частности в энергетике.
- •1.3. Основные типы материалов, применяемых в энергетике и электротехнике, композиционные материалы.
- •Характеристики композиционных материалов
- •Лекция 2 Электрофизические характеристики материалов. Электропроводность.
- •2.1. Основное уравнение электропроводности.
- •2.2. Электропроводность проводников, полупроводников и диэлектриков
- •2.3. Проводимость жидких диэлектриков и электролитов.
- •2.1. Основное уравнение электропроводности.
- •2.2. Электропроводность проводников, полупроводников и диэлектриков.
- •2.3. Проводимость жидкостей и электролитов.
- •Лекция 3 Электрофизические характеристики материалов. Диэлектрическая и магнитная проницаемости.
- •3.1. Диэлектрическая проницаемость и электрические поля в диэлектриках.
- •3.2.. Магнитная проницаемость и магнитные поля.
- •3.1. Диэлектрическая проницаемость материалов.
- •Лекция 4 Теплофизические и механические характеристики материалов.
- •4.1. Понятие температуры. Характерные температуры (плавления, кипения, Кюри, и т.П.) Температуростойкость материалов. Теплостойкость материалов.
- •4.2. Теплоемкость, теплопроводность, температурные коэффициенты материалов.
- •4.3. Механические свойства материалов. Удлинение, деформация, модуль упругости. Разрушающие напряжения при различных видах нагрузки.
- •4.1. Понятие температуры. Характерные температуры (плавления, кипения, Кюри, и т.П.) Температуростойкость материалов. Теплостойкость материалов.
- •4.2. Теплоемкость, теплопроводность, температурные коэффициенты материалов.
- •4.3. Механические свойства материалов. Удлинение, деформация, модуль упругости. Разрушающие напряжения при различных видах нагрузки.
- •Лекция 5 Конструкционные материалы.
- •5.1. Общие свойства конструкционных материалов.
- •5.2. Конструкционные стали.
- •5.3. Цветные металлы и сплавы.
- •5.4. Бетон. Железобетон.
- •Лекция 6 Проводниковые материалы
- •6.1. Общие свойства проводников. Температурный коэффициент сопротивления, потери, нагрев проводников.
- •6.2. Материалы для проводов. Медь, алюминий.
- •6.3. Материалы для контактов.
- •6.4. Материалы с малым температурным коэффициентом сопротивления. Материалы для термопар.
- •Лекция 7 Слабопроводящие материалы
- •7.1. Электропроводность полупроводников и слабопроводящих материалов.
- •7.2. Резистивные материалы. Углеродные композиты, бетэл, эком, электропроводящие полимеры.
- •7.3. Материалы с нелинейной проводимостью. Оцк, позисторная керамика , силит, вилит.
- •7.1. Электропроводность полупроводников и слабопроводящих материалов.
- •7.2. Резистивные материалы. Углеродные композиты, бетэл, эком, электропроводящие полимеры.
- •7.2.1 Металлические резистивные материалы
- •7.2.2. Графит. Бетэл
- •7.2.3 Материал «эком» для резисторов и обогревателей
- •7.2.4. Электропроводящие полимеры
- •7.3. Материалы с нелинейной проводимостью. Оцк, силит, вилит.
- •Лекция 8 Электропроводность и потери в диэлектриках
- •8.1. Диэлектрическое и резистивное состояние вещества.
- •8.2. Особенности электропроводности для различных агрегатных состояний.
- •8.3. Проводимость неоднородных диэлектриков.
- •8.4. Диэлектрические потери.
- •Лекция 9 Процессы в диэлектриках под действием сильных электрических полей
- •9.1. Элементарные процессы в газах. Лавина, стример, лидер.
- •9.2. Пробой в жидкостях. Эмпирические зависимости электрической прочности. Роль газовых пузырьков.
- •9.3. Пробой твердых диэлектриков. Электрический пробой. Тепловой пробой. Частичные разряды.
- •9.1. Элементарные процессы в газе. Лавина, стример, лидер.
- •9.2. Пробой жидкостей
- •Закономерности импульсного пробоя жидкости
- •9.3. Электрический пробой твердых диэлектриков
- •Лекция 10 Газообразные и жидкие диэлектрики
- •10.1. Газообразные диэлектрики.
- •10.1.1. Основные характеристики.
- •10.1.2. Электроотрицательные газы, применение газообразных диэлектриков.
- •10. 2. Жидкие диэлектрики.
- •10.2.1. Общие свойства.
- •10.2.2. Используемые и перспективные жидкие диэлектрики.
- •Лекция 11 твердые диэлектрики
- •11.1. Общие характеристики твердых диэлектриков.
- •11.2. Виды диэлектриков. Применение твердых диэлектриков в энергетике.
- •11.3. Свойства наиболее применяемых диэлектриков.
- •11.3.1. Полимерные материалы.
- •11.3.2. Бумага и картон.
- •11.3.3. Материалы для изоляторов.
- •11.3.4. Слюдяные материалы.
- •Лекция 12 Магнитные материалы
- •12.1. Общие характеристики магнитных материалов. Определения. Кривая намагничивания, гистерезис, индукция насыщения, коэрцитивная сила. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Магнитные потери.
- •12.2. Виды магнитных материалов. Применение магнитных материалов в энергетике. Свойства наиболее применяемых материалов. Электротехнические стали. Ферриты. Магнитодиэлектрики.
- •12.1. Общие характеристики магнитных материалов.
- •12.2. Виды магнитных материалов. Применение магнитных материалов в энергетике. Свойства наиболее применяемых материалов. Электротехнические стали. Ферриты. Магнитодиэлектрики.
- •Лекция 13 Сверхпроводящие материалы
- •13.2. Низкотемпературные сверхпроводники.
- •13.3. Сверхпроводящая керамика.
- •13.1. Принцип сверхпроводимости. Влияние магнитного поля
- •13.2. Низкотемпературные сверхпроводники
- •13.3. Сверхпроводящая керамика
- •Лекция 14 Долговечность и старение материалов в условиях воздействующих факторов
- •14.1. Природные факторы старения.
- •14.2. Техногенные факторы старения.
- •14.3. Коррозия металлов и композитов. Электрокоррозия. Защита от коррозии.
- •14.1. Природные факторы старения
- •14.2. Техногенные факторы старения.
- •14.3. Коррозия материалов.
- •Медь свинец сталь в бетоне сталь в грунте алюминий цинк.
- •Лекция 15 Испытания материалов
- •15.1. Подготовка образцов и условия испытаний
- •15.2. Поддержание и контроль условий испытания.
- •15.3. Электрические испытания.
- •15.3.1. Определение общих и удельных сопротивлений образцов.
- •15.3.2. Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь на низких частотах.
- •15.3.3. Определение электрической прочности.
- •15.3.4. Определение стойкости к внешним электрическим воздействиям.
- •15.3.5. Определение параметров статической электризации.
- •15.4. Тепловые испытания.
- •15.5. Механические испытания.
- •Методические указания для студентов по дисциплине «Материаловедение»
- •Требования к оформлению контрольной работы
- •Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ
- •«Исследование ферромагнитных материалов»
- •Основные положения и соотношения:
- •Порядок выполнения работы:
- •Часть 1. Экспериментальное определение вах катушки индуктивности с замкнутым магнитопроводом
- •Часть 2. Расчетное определение параметров кривой намагничивания ферромагнитного материала сердечника катушки индуктивности с учетом параметров магнитопровода
Медь свинец сталь в бетоне сталь в грунте алюминий цинк.
Все вы проводили лабораторную работу по изучению материала "ЭКОМ", где измеряли контактное сопротивление электродов. Если вы помните, у пятой плитки очень маленькое сопротивление по сравнению с остальными. Так вот, у этой плитки электроды выполнены из латуни, а у остальных плиток - из оцинкованной стали. Если после изготовления плитки ее сразу использовать для нагревателей, то оцинкованные электроды прекрасно служат. А если плитки полежат во влажной теплой атмосфере, то произойдет коррозия. Цинк полностью "съедается" на электродах, остается слабоэлектропроводный слой оксида цинка. Это наглядный пример вредного эффекта коррозии.
Электрокоррозия (коррозия под действием блуждающих токов).
Происходит в водной и грунтовой средах в зонах, прилегающих к электрифицированному на постоянном токе транспорту (железная дорога, трамвай, метро). Предполагает наличие протяженных подземных коммуникаций, в которые попадает блуждающий ток. Места "входа" тока (катодные зоны) не корродируют; в местах "выхода" тока металл растворяется по закону Фарадея. В связи с движением источника тока (электровоз) катодные и анодные зоны меняют свое местоположение на коммуникации.
Защита от коррозии.
Существует огромное количество способов борьбы с коррозией, которые применимы в зависимости от условий.
1. Уменьшить влажность среды.
2. Защитить с помощью расположенного рядом "жертвенного" или "протекторного" анода (цинк, магний, алюминий).
3. Подать напряжение на объект с помощью источника постоянного тока, при этом "минус" подается на защищаемый металл. (Катодная защита).
4. Подать повышенное напряжение противоположной полярности. (Анодная защита). Когда подают повышенное напряжение, в некоторых случаях, происходит пассивация поверхности.
5. Сделать покрытия на поверхность металла. Существуют два типа покрытий:
а) коррозионностойкие с помощью более благородных металлов (никелирование, омеднение, освинцовывание, хромирование), при этом недопускается наличие пор в покрытии.
б) протекторные, (цинковые, алюминиевые, оловянные).
6. Покрыть поверхность изолятором. Это эмалирование, например, посуды, покраска, покрытие лаком.
Лекция 15 Испытания материалов
15.1. Подготовка образцов и условийиспытания.
15.2. Поддержание контроль условийиспытания.
15.3. Электрическиеиспытания.
15.3.1.Определение общих и удельных сопротивлений образцов.
15.3.2. Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь на низких частотах. 15.3.3. Определение электрической прочности. 15.3.4. Определение стойкости к внешним электрическим воздействиям. 15.3.5. Определение параметров статической электризации.
15.4. Тепловые испытания.
15.5. Механические испытания.
15.1. Подготовка образцов и условия испытаний
Условиями окружающей среды при проведении испытаний называют сочетание температуры и относительной влажности воздуха или температуры и жидкости, в которых находится образец.
Подготовка образцов преследует две цели - устранить предшествовавшие испытанию воздействия среды и стабилизировать свойства материала. Этим целям служат нормализация и кондиционирование.
Нормализация - предварительная обработка образцов твердых электроизоляционных материалов в течение определенного времени и при определенных условиях окружающей среды с целью устранения или частичного снижения предшествующего состояния материала. Если стандартом на материал не предусмотрены особые условия нормализации, то она заключается в выдержке образца в течение 24 ч при 50 ºС и относительной влажности не более 20%.
Кондиционирование - вторичная обработка образцов в определенных условиях в течение определенного времени с целью стабилизации свойств материала.
Условия нормализации, кондиционирования и испытаний указываются в стандартах на материал и должны выбираться из ряда, определенного в ГОСТ 6433.1-71.
В течении этих процессов к образцам должен быть обеспечен свободный доступ окружающей среды. Образцы не должны соприкасаться со стенками камеры или друг с другом. Время между кондиционированием и испытанием не должно превышать, как правило, 5 мин. В тех случаях, когда температуры при подготовке и испытаниях различны, необходимо довести температуру образца до испытательной и выдержать его при этой температуре.
