Всё для материаловедения / РГР_ЭЛТМ с испр + металл содп

Уровень развития любой области техники в значительной мере определяется уровнем развития техники производства материалов.

В связи с широким применением высоких напряжений, частотой, возможностью работы электрооборудования при повышенных и низких температурах, высокой влажности, под воздействием вибраций, радиоактивного излучения требования к свойствам электротехнических материалов возрастают.

В электротехнических устройствах железнодорожного транспорта повсеместно используются различные виды электротехнических материалов. Правильное их использование позволяет надежную долговечную работу устройств электрифицированных железных дорог, автоматики, телемеханики и связи.

Для правильного применения и эксплуатации электротехнических материалов необходимо знать их свойства и особенности. В соответствии с учебным планом студенты дневной формы обучения специальности 190901 «Системы обеспечения движения поездов» изучают дисциплину «Материаловедение» и выполняют по ней расчетно-графическую работу.

При выполнении расчетно-графической работы необходимо учитывать следующие требования:

1.Текст задания (условия задачи) должен быть переписан в расчетнографическую работу полностью, без пропусков и сокращений, со всеми числовыми значениями для своего варианта.

2.Расчетную часть каждой задачи следует сопровождать краткими и четкими пояснениями.

3.При решении заданий необходимо пользоваться Международной системой единиц СИ. Допускается применение несистемных единиц десятичных

кратных (образованных умножением на 10, 100. 1000 и т. д.) и десятичных дольных (образованных умножением на 0,1; 0,01; 0.001 и т. д.) от единиц системы СИ.

4. Все задачи должны решаться в общем виде, и числовые значения следует подставлять только в окончательно преобразованные выражения. После численных значений электрических величин должны быть указаны единицы измерения, например: 10 А, 1000 В. 10 Вт, 100 Гц, 1 Т, 10 А/м.

5. Расчетно-графическая работа должна быть написана чернилами, аккуратно, с оставлением полей шириной не менее 30 мм. Страницы работы, следует пронумеровать.

6. Все графические построения нужно делать карандашом, на миллиметровке, пользуясь утвержденным ГОСТом. Кривые и графики следует пронумеровать, их размеры должны быть не менее 10x10 см.

7. В конце работы должны быть указаны: список литературы, которая использовалась при решении задач, дата выполнения работы, поставлена подпись студента. В работе необходимо делать ссылки на литературу для принятия р е- шения.

8. Представленная на проверку расчетно-графическая работа не зачитывается, если она содержит ошибки или не удовлетворяет перечисленным выше требованиям.

3

Все исправления должны быть сделаны студентом в той же тетради, после записи первоначального решения.

Для выполнения контрольной работы рекомендуется следующая литера-

тура:

1. Серебряков А.С. Электротехническое материаловедение. Электроизоляционные материалы.М.,Маршрут, 2005.-280с.

2. Серебряков Л.С. Электротехническое материаловедение. Проводниковые, полупроводниковые и магнитные материалы: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. – М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2008. – 372 с.

4.Богородицкий Н.П.. Пасынков В. В., Тареев Б. М. Электротехнические материалы. 7-е изд. JL: Энергоатомиздат. 1985.

5.Богородицкий Н. П.. Пасынков В. В. Материалы радиоэлектронной техники. М.: Высшая школа, 1969.

6 Справочник по электротехническим материалам/Под ред. Ю. В. Ко-

рицкого. В 3 т. М. - Л.: Энергия, т. 1. 1974; т. 2, 1974; т. 3, 1985.

7. Казарновский Д. М., Яманов С. А. Радиотехнические материалы. М.:

Задание предусматривает детальное раскрытие одной из тем (в соответствии с вариантом) по разделу – номер тему соответствует шифру студента (при цифре шифра студента больше 30, тема выбирается путем пересчета номера) и решение четырех задач.

4

Теоретический вопрос по разделу «Основы металловедения»

1.Физические и химические свойства металлов.

2.Механические и технологические свойства металлов.

3.Чёрные и цветные металлы. Основные группы цветных металлов. Области применения.

4.Классификация электротехнических материалов.

5.Понятие о коррозии металлов. Виды коррозии: химическая и электрохимическая. Способы борьбы с коррозией.

6.Основные виды термической обработки стали. Отпуск, отжиг и нормализация.

7.Сплавы железа. Деление железоуглеродистых сплавов на стали и чугуны. Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов и их свойства.

8.Обзор способов получения чугуна.

9.Кристаллическое строение металлов. Характерные свойства металлов. Виды кристаллических решеток, дефекты их строения.

10.Обзор способов получения стали.

11.Классификация сталей. Маркировка сталей.

12.Химико-термическая обработка стали: цементирование, азотирование, цианирование, диффузионная металлизация.

13.Углеродистые и легированные стали. Их назначение и применение.

14.Электротехнические стали. Области применения.

15.Понятие сплава. Классификация сплавов, их свойства.

16.Чугуны, их свойства и область применения. Маркировка чугунов.

17.Твердые сплавы, их свойства и применение.

18.Основные виды термической обработки стали. Закалка стали. Сведения о поверхностной закалке стали.

19.Основные виды термической обработки стали. Отпуск, отжиг и нормализация.

20.Химико-термическая обработка стали: цементирование, азотирование, цианирование, диффузионная металлизация.

21.Понятие о коррозии металлов. Виды коррозии: химическая и электрохимическая. Способы борьбы с коррозией.

22.Чёрные и цветные металлы. Основные группы цветных металлов. Области применения.

23.Классификация электротехнических материалов.

24.Влияние примесей на качество сталей

25.Физические и химические свойства металлов.

26.Механические и технологические свойства металлов.

27.Понятие сплава. Классификация сплавов, их свойства.

28.Кристаллическое строение металлов. Характерные свойства металлов. Виды кристаллических решеток, дефекты их строения.

29.Электротехнические стали. Области применения.

30.Понятие о диаграмме состояния сплавов. Примеры диаграмм состояний. Связь между структурой сплава и его механическими, физическими и технологическими свойствами.

5

ЗАДАЧА 1

К образцу прямоугольной формы из диэлектрическо го материала размерами а b и толщиной h приложено постоянное напряжение U. Напряжение подводится к граням ab, покрытыми слоями металла.

Известны:

-удельное объёмное сопротивление ,

-удельное поверхностное сопротивление s,

-диэлектрическая проницаемость ,

-тангенс угла диэлектрических потерь tg . Требуется определить:

ток утечки,

мощность потери на постоянном напряжении U,

удельные диэлектрические потери на постоянном напряжении U, удельные диэлектрические потери при включении образца на переменное

напряжение U при частотах f1, f'2, f3.

Числовые значения заданных величин указаны, в таблице 1.

Таблица 1

Методические указания к решению задачи 1

В цепях постоянного напряжения через диэлектрик длительно протекает незначительный ток, обусловленный движением свободных зарядов. Он назы-

вается током сквозной проводимости Iск или током утечки. Ток утечки равен сумме объемного IV и поверхностного токов IS. Токи IV и IS определяются вели-

6

чиной приложенного напряжения и сопротивлением диэлектрика, объёмным или поверхностным соответственно. Объемное сопротивление образца прямоугольной формы вычисляется по формуле, Ом

Поверхностное сопротивление образца прямоугольной формы вычисляется по формуле, Ом

Мощность потерь при постоянном напряжении определяется по формуле

Мощность потерь в диэлектрике обычно относят к единице его объема и выражают в Вт/м3 (удельные потери)

где V = a b h – объём образца диэлектрика, м3.

При включении образца на переменное напряжение диэлектрические потери пропорциональны емкости. Емкость в Ф определяется по формуле

где 0 – электрическая постоянная, равная 8,85 10–12 Ф/м;

S = a b – площадь диэлектрика, м2.

Диэлектрические потери на переменном напряжении определяются по формуле, Вт

где = 2 f – циклическая частота, рад/с.

7

ЗАДАЧА 2

В таблице 2 для каждого, варианта даны два различных проводниковых материала.

1.Дайте определение проводника.

2.Приведите практическую классификацию проводниковых материалов.

3.Назовите основные параметры проводников и кратко поясните их физический смысл.

4.Для заданных материалов приведите числовые значения этих парамет-

ров.

5.Кратко опишите сами материалы, укажите основные области их применения.

Методические указания к решению задачи 2

Проводниковые материалы в соответствии с их свойствами и областями применения классифицируются на ряд групп. По указанной литературе следует ознакомиться с основными свойствами проводников и. уяснить, что главным отличием проводников от остальных видов электротехнических материалов является их повышенная электропроводность. Классификация проводников может быть выполнена по различным признакам. В ответе по задаче 2 приведите тот вид классификации, который требуется по заданию.

При описании конкретного проводника надо указать, к какой группе (по приведенной классификации) он относится.

ЗАДАЧА 3

В таблице 3 для каждого варианта приведены полупроводниковый материал и полупроводниковый прибор.

8

1.Дайте определение полупроводника.

2.Приведите классификацию полупроводниковых материалов.

3.Укажите, от каких факторов зависит электропроводность полупровод-

ников.

4. Кратко опишите заданный материал, укажите области его использова-

ния.

5.Укажите назначение полупроводникового прибора, опишите принцип его действия.

6.Укажите полупроводниковые материалы, используемые в данном при-

боре.

Методические указания к решению задачи 3

Разнообразные свойства полупроводников обусловили широкое применение полупроводниковых приборов в электротехнике.

Полупроводниковые приборы отличаются простотой и надежностью конструкции, малыми габаритами и весом, большим сроком службы. На железнодорожном транспорте применяется большое количество различных полупроводниковых приборов.

По указанной литературе следует ознакомиться с классификацией и основными свойствами полупроводников и зависимостью этих свойств от различных внешних факторов. При этом необходимо уяснить, в чем заключается главное отличие полупроводников от остальных классов электротехнических материалов.

При описании конкретного полупроводника необходимо указывать, к какой группе полупроводниковых материалов он относится.

При описании полупроводникового прибора необходимо указать, в каких устройствах на железнодорожном транспорте о» применяется.

9

ЗАДАЧА 4

В таблицах 4 и 5 для каждого варианта даны два различных магнитных материала.

Дайте определение магнитного материала. Приведите классификацию магнитных материалов. Назовите основные параметры магнитных материалов и кратко поясните их физический смысл. Кратко опишите сами материалы, определите их место по приведенной классификации. Приведите примерные числовые значения основных магнитных параметров заданных материалов. Назовите основные области использования заданных материалов.

Рассчитайте и постройте зависимости магнитной проницаемости µ от напряженности магнитного поля Н (для магнитно-мягкого материала), магнитной индукции В от магнитной энергии WL (для магнитно-твердого материала).

Числовые значения индукции В и напряженности Н приведены в таблицах 4 и 5.

10