Материалы электронной техники. Диэлектрики. Учебное пособие

24. В плоском конденсаторе емкостью C используется неорганическое стекло, имеющее диэлектрическую проницаемость ε и пробивную напряженность Eпр . Каким следует выбрать толщину диэлектрика h и

площадь обкладок S, если конденсатор должен работать при напряжении U при четырехкратном запасе по электрической прочности? Возможность поверхностного пробоя при расчете не учитывать.

25. Известно, что при тепловом пробое в равномерном поле диэлектрик однородной структуры толщиной h, расположенный между электродами площадью S, пробивается при напряжении U. При каком напряжении пробьется этот же диэлектрик, если его расположить меж-

ду электродами площадью S1?

26. Известно, что при тепловом пробое диэлектрик толщиной h0

пробивается при напряжении U на частоте f. При каком напряжении промышленной частоты пробьется такой же диэлектрик толщиной h?

27. На обкладки конденсатора подали напряжение U1. Между обкладками находится однородный материал с диэлектрической проницаемостью 1 . Затем его заменили материалом с другой диэлектриче-

ской проницаемостью, а к конденсатору приложили напряжение U2 . Напряженность электрического поля в диэлектрике в обоих случаях одинакова, а расстояние между обкладками во втором случае h2 .

Определить расстояние между обкладками и емкость конденсатора в первом случае, если площадь обкладок S.

28. Определить минимальную скорость электрона, чтобы он мог ионизировать атом неона, если потенциал ионизации последнего U = 21,5 В. Какое расстояние должен пройти электрон в поле напряженностью 3 МВ/м, чтобы приобрести эту скорость?

35

29. Средняя длина свободного пробега электрона в неоне составля-

ет 7,9 10 4 м при T = 300 К и давлении p = 133 Па. Определить мини-

мальную напряженность электрического поля, при которой электрон на длине свободного пробега достигнет энергии ионизации неона. Начальную скорость электрона принять равной нулю. Потенциал ионизации неона U = 21,5 В.

30.При нормальных условиях (p = 105 Па, T = 20 ºC) электриче-

ская прочность воздуха составляет 3,2 МВ/м. Как изменится электрическая прочность, если температура повысится до 100 ºC, а давление – до 0,2 МПа?

31.Поляризованность насыщения Ps монокристаллического образца титаната бария при воздействии электрического поля вдоль кри-

сталлографического направления [100] составляет 0,26 Кл/м2 . Определить значение Ps при воздействии электрического поля вдоль направления [111].

32. Вывести выражение, позволяющее рассчитать тангенс угла диэлектрических потерь сегнетоэлектрика по известной площади петли гистерезиса, полученной, например, на экране осцилографа.

33. В результате электризации плоского диэлектрика на нем получена поверхностная плотность связанных электрических зарядов

10 4 Кл/м2 . Как изменится σ, если электрет на некоторое время

закоротить с помощью металлических электродов? Электрическая плотность воздуха Eпр.в 3,2 МВ/м.

34. К пластине пьезоэлектрического кварца, вырезанной перпендикулярно оси Х, приложена разность потенциалов U = 2000 В. Найти деформацию образца h в направлении действия электрического поля, если толщина пластины h = 1,5 мм, а пьезомодуль для продольного

пьезоэффекта d11 2,3 10 12 Кл/Н. Как изменится абсолютная деформация образца, если его толщину увеличить вдвое?

35. Определить:

а) изменение поляризованности P для ниобата лития, пироэлектрический коэффициент которого p 2 10 3 Кл/(м3 К) , при изменении температуры на T = 10 К;

36

б) чувствительность по напряжению RU , если его диэлектрическая проницаемость ε = 30, а удельная объемная теплоемкость c =

=3 МДж/( м3 К ).

36.Диэлектрическая проницаемость кристаллов граната иттрия Y3Al5O12 на частоте f = 1 МГц 1 = 11,7. Во сколько раз изменится

диэлектрическая проницаемость 2 на частоте 5 1014 Гц, если на этой частоте показатель преломления n = 1,83?

37. Дана эквивалентная схема конденсатора (см. рисунок), на которой C – емкость конденсатора, R – сопротивление изоляции, r – сопротивление выводов и обкладок. Вывести выражение для расчета танген-

са угла электрических потерь tg к конденсатора, учитывая потери в диэлектрике и в металле.

Схема для задачи № 37

38. Два дисковых конденсатора, изготовленных из одного и того же керамического материала, имеют различные номинальные емкости и

напряжения: Cном1, Uном1, Cном2, Uном2 . Чему равно отношение постоянных времени этих конденсаторов?

переменного электрического поля 30 МВ/м. Два плоских конденсатора емкостью C1 = 150 и C2 = 470 пФ с изолирующим слоем из этого

диэлектрика толщиной h = 0,5 мм соединены последовательно. При каком наименьшем переменном напряжении частотой 50 Гц пробьется

эта система? Постоянная времени конденсаторов C = 100 МОм · мкФ.

Варианты для задачи 39

Окончание таблицы

39

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Сорокин В.С., Антипов Б.Л., Лазарева Н.П. Материалы и элементы электронной техники: учебник для вузов. – М.: Издательский Центр «Акаде-

мия», 2006. – 208 с.

2.Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы: учебник для вузов. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 304 с.

3.Поплавко Ю.М. Физика диэлектриков: учеб. пособие для вузов. – Киев: Высшая школа, 1980. – 400 с.

4.Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники: учеб-

ник. – СПб.: Лань, 2004. –368 с.

5.Агеева Н.Д., Винаковская Н.Г., Лифанов В.Н. Электротехническое мате-

риаловедение: учеб. пособие. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2006. – 76 с.

6.Антипов Б.Л., Сорокин В.С., Терехов В.А. Материалы электронной тех-

ники: вопросы и задачи. – М.: Высшая школа, 1990. – 208 с.

40