МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Донецький національний технічний університет

Програма, методичні вказівки

і контрольні завдання з курсів

“Електротехнічні матеріали” і

“Матеріали електронної техніки”

(для студентів-заочників спеціальностей 7.090602 «Електричні системи та мережі», 7.090603 «Електротехнічні системи електроспоживання»,7.090803 «Електронні системи»)

Затверджено

на засіданні кафедри

“Електропостачання промислових підприємств і міст”

протокол № 5/02

від 31 січня 2002 р.

Затверджено

на засіданні навчально-видавничої ради ДонНТУ

протокол № 3

від 3 квітня 2002 р.

Донецьк-ДонНТУ-2002

УДК 621.312 (071)

Програма,методичні вказівки і контрольні завдання з курсів “Електротехнічні матеріали” і “Матеріали електронної техніки” (для студентів-заочників спеціальностей 7.090602 «Електричні системи та мережі», 7.090603 «Електротехнічні системи електроспоживання», 7.090803 “Електронні системи” )/ Укладачі: В.І. Чурсінов, С.В. Шлепньов. – Донецьк: ДонНТУ, 2002. – 32 с.

Укладачі: В. І. Чурсінов, к.т.н., доцент

С. В. Шлепньов, к.т.н., доцент

Рецензент: В.О. Есауленко, к.т.н., доцент

Нормоконтролер: в.І. Ярмоленко, доцент вступ

Значення курсів "Електротехнічні матеріали" і “Матеріали електронної техніки” в підготовці спеціалістів пояснюється тією ж виключно важливою роллю, яку відіграють електротехнічні матеріали при конструюванні, виготовленні і експлуатації пристроїв електротехніки і автоматики. Сучасні потужні електромашини, лінії електропередач, апаратура високої напруги, напівпровідникові прилади, пристрої автоматики і телемеханіки не можуть бути створені без застосування високоякісних матеріалів і не можуть правильно експлуатуватися без знання властивостей і особливостей технології електротехнічних матеріалів.

У цей час в Україні не тільки виготовляються всі необхідні матеріали для виробництва енергообладнання, що швидко поширюється, але в нашій країні розробляються найбільш сучасні нові електротехнічні матеріали (ізоляційні, провідникові, напівпровідникові і магнітні). Розвиток електропромисловості висунув на одне з перших місць проблему найшвидшого розвитку промисловості електротехнічних матеріалів, що повністю відповідають новітнім технічним вимогам і виготовляються з вітчизняної сировини за самою довершеною технологією.

Такими новими матеріалами є сегнєтоелектрики, кремнієорганічні і фторорганічні матеріали і багато інших, розроблених вченим

Програма курсу Вступ

Предмет і зміст курсу. Поняття про матеріали: провідникові, напівпровідникові, ізоляційні і магнітні. Значення сучасних матеріалів. Стислий огляд вимог держстандартів, що подаються до електротехнічних матеріалів. Класифікація матеріалів за їх властивостями і областями застосування. Основні відомості про будову речовини. Види зв'язку. Кристалічна і аморфна будова речовини. Типи кристалічних решіток. Дефекти кристалічних решіток, їх класифікації і роль у властивостях речовини. Поняття про зонну теорію твердих тіл. Енергетичні діаграми. Розвиток виробництва електротехнічних матеріалів в Україні і за кордоном. Економічні показники застосування різних електротехнічних матеріалів. Охорона праці і техніка безпеки при виробництві електротехнічних матеріалів.

Охорона довкілля від забруднення відходами виробництва електротехнічних матеріалів.

Частина  електроізоляційні матеріали

Тема 1 Електричні явища в діелектриках

А. Поляризація діелектриків. Види поляризації. Класифікація діелектриків за видами поляризації. Діелектрична проникливість газоподібних, рідких і твердих діелектриків. Вплив температури і частоти на діелектричну проникливість. Діелектрична проникливість складного діелектрика. Методи вимірювання діелектричної проникливості.

Б. Електропровідність. Питома об'ємна і поверхнева провідність. Електропровідність газів, її природа і залежність від напруженості поля. Електропровідність рідин. Електропровідність твердих діелектриків. Вплив домішок. Роль вологості. Залежність від температури. Поверхнева електропровідність. Методи вимірювання питомих об'ємного і поверхневого опорів.

В. Діелектричні втрати. Повні і питомі втрати. Схеми заміщення діелектриків з втратами. Природа і види діелектричних втрат. Залежність втрат від частоти і температури. Методи визначення тангенса кута діелектричних втрат.

Д. Пробій діелектриків. Пробивна напруга і електрична міцність. Пробій газів в однорідному і неоднорідному полях. Пробій на постійному і змінному струмі низької і високої частоти. Пробій при імпульсах. Залежність пробивної напруги від тиску і величини іскрового проміжку. Вплив вологості і температури на пробивну напругу газів.

Пробій рідких діелектриків і механізм цього явища. Вплив домішок на характер залежності пробивної напруги рідини від температури, тривалості впливу напруги, форми поля.

Пробій твердих діелектриків, закономірності при тепловому і електричному пробої. Основи теорії теплового пробою.

Електричний пробій. Залежність електричної міцності твердих діелектриків від форми поля, роду струму, частоти струму, тривалості впливу напруги, товщини діелектриків. Пробій неоднорідного діелектрика. Розряд по поверхні твердого діелектрика.

Експериментальні дані про поверхневий розряд. Методи визначення електричної міцності діелектриків.

Тема 2 Фізико-механічні і хімічні властивості електроізоляційних матеріалів

Щільність, в'язкість, вологопроникливість, гігроскопічність, теплові властивості; нагрівостійкість за механічними і електричними властивостями; теплопровідність, температурні коефіцієнти розширення, температура плавління і розм'якшення, теплове старіння діелектриків; механічні властивості, вплив радіоактивних випромінювань на діелектрики.

Тема 3 Газоподібні і рідкі електроізоляційні матеріали

Повітря, водень, азот, елегаз, фреони, інертні гази, фторорганічні гази і пари рідин з високою електричною міцністю.

Нафтові масла (трансформаторні, конденсаторні, кабельні). Синтетичні рідкі діелектрики - совол і совтол, кремнієорганічні і фторорганічні рідини.

Тема 4 Тверді органічні електроізоляційні матеріали

А. Будова і властивості низькомолекулярних і високомолекулярних органічних з’єднань. Лінійні і просторові полімери. Термореактивні і термопластичні матеріали. Полімерізація, поліконденсація і сополімерізація.

Б. Природні смоли: каніфоль, шелак, янтар. Штучні смоли: поліетилен, полістирол, поліхлорвініл, фенолформальдегідні, крезольні, поліамідні, гліфталеві, органічне скло, поліефірні, епоксидні, поліуретани, кремнієорганічні, фторорганічні.

В. Каучукові матеріали. Натуральний і синтетичний каучук. Гнучка гума і ебоніт. Пенопласти.

Д. Рослинні масла. Світлі масляні лаки і масляно-бітумні лаки. Лаки з летючими розчинами. Емалі. Термопластичні і термореактивні компаунди.

Ж. Целюлозні волокнисті матеріали і шовк. Будова волокна. Водовбирання волокнистих ізоляційних матеріалів. Просочення волокнистих матеріалів лаками, рідкими діелектриками, компаундами. Призначення просочення. Зміна властивостей волокнистих матеріалів при просоченні. Теплове старіння органічної ізоляції. Дерево і його застосування. Електроізоляційні папери: конденсаторний, кабельний і інш. Текстильні матеріали: пряжа, тканини, стрічки, лакотканини. Натуральний і штучний шовк. Капрон.

З. Пластики на основі ефіру целюлози. Плівкова ізоляція з ефіру целюлози.

Тема 5 Неорганічні електроізоляційні матеріали

А. Скло. Структура скла. Фізичні і електричні властивості скла в залежності від хімічного складу і термічної обробки. Плавлений і кристалічний кварц. Ізоляторне скло. Скло для вакуумних приладів. Конденсаторне скло і емалі. Скловолокно. Склотканини. Ситалли.

Б. Керамічні діелектрики. Стисла технологія керамічних виробів. Економічні чинники керамічного виробництва. Властивості кераміки в зв'язку з хімічним складом і структурою. Класифікація кераміки за призначенням і складом. Установочна і конденсаторна кераміка. Титанова кераміка. Цельзіанова кераміка. Сегнєто- і п'єзо-кераміки. Керамічні електрети. Вакуумна кераміка.

В. Слюда і слюдяні матеріали. Конденсаторна слюда. Мікалекс. Міканіти.

Д. Азбест і азбестові матеріали. Азбестове волокно, папір, картон, стрічки і тканини. Азбестоцемент. Оксидна і фторидна ізоляція.

Ж. Активні діелектрики. Люмінофорні матеріали квантових приладів.

Частина II провідникові матеріали

Тема 1 Електричні і фізико-механічні властивості провідникових матеріалів

Класифікація і основні характеристики провідникових матеріалів. Питомий опір металів і сплавів. Залежність опору від температури. Теплопровідність і її зв'язок з електропровідністю.

Контактна різниця потенціалів. Термоелектрорушійна сила. Механічна міцність, відносне подовження.

Тема 2 Матеріали високої провідності

Провідникова мідь, її властивості і застосування. Провідникові бронзи і латуні. Алюміній, його властивості і застосування. Провідникові сплави на алюмінієвій основі. Стальні, сталеалюмінієві і біметалеві проводи.

Тема 3 Сплави високого електроопору

Загальні вимоги і класифікація сплавів за застосуванням. Сплави для технічних і зразкових резисторів. Жаростійкі сплави.

Тема 4 Метали і сплави різного електротехнічного призначення

Тугоплавкі метали і сплави. Матеріали для анодів, катодів, сіток. Свинець і олово. Срібло, платина, платініт, інвар, ковар.

Контактні матеріали. Загальні відомості. Метали і сплави для малопотужних розривних контактів. Металокерамічні матеріали для потужних розривних контактів. Матеріали для ковзаючих контактів.

Частина III напівпровідники

Тема 1 Загальна характеристика і параметри напівпровідників

Загальні відомості і класифікація. Основні параметри, що характеризують властивості напівпровідникових матеріалів (тип провідності, ширина забороненої зони, рушийність носіїв і інш.), залежність параметрів від температури матеріалу, частоти струму і т.п. Загальний огляд технології отримання і переробки напівпровідникових матеріалів.

Тема 2 Напівпровідникові матеріали і їх застосування

Германій, кремній. Матеріали систем A^IV, B^IV, A^III, B^V, A^II, B^VI, багатофазні напівпровідникові матеріали. Окісні напівпровідники. Використання напівпровідникових матеріалів для диодів, триодів, диністорів, термоопорів, фотоопорів, тензоопорів, варисторів, датчиків Холла, термоелементів і інших технічних застосувань. Переваги напівпровідникових приладів.

Частина IV магнітні матеріали

Тема 1 Характеристики магнітних матеріалів

Загальні відомості про магнітні матеріали. Призначення і класифікація магнітних матеріалів. Основні характеристики в статичних полях. Статична і реверсивна магнітна проникливість. Динамічна петля гістерезису. Динамічна, амплітудна і комплексна петля гістерезису. Динамічна, амплітудна і комплексна магнітна проникливість. Магнітні втрати, їх розрахунок і шляхи зменшення втрат. Точка Кюрі магнітних матеріалів. Вплив хімічного складу, структури, механічної обробки і термообробки на магнітні властивості матеріалів.

Тема 2 Магнітом'які матеріали

Низькочастотні магнітом'які матеріали з високою індукцією насичення. Технічне залізо, електролітичне залізо, карбонільне залізо, електротехнічна сталь, пермендюр. Низькочастотні магнітом'які матеріали з високою магнітною проникливістю (пермалой, альсифер). Будова і властивості магнітодіелектриків і ферітів. Магнітострикційні метали і сплави. Термомагнітні матеріали.

Тема 3 Магнітотверді матеріали

Питома магнітна енергія. Стабільність постійних магнітів. Сталі, нековкі (литі) магнітотверді матеріали, що загартовуються на мартенсіт, на основі системи залізо-нікель-алюміній. Магнітотверді сплави, що пластично деформуються (ковкі). Матеріали для магнітного запису. Магнітотверді феріти.

Зміст лабораторних робіт

1. Ознайомлення з лабораторією. Інструктаж щодо техніки безпеки - 1 година.

2. Визначення діелектричної проникливості й діелектричних втрат - 2 години.

3. Дослідження електропровідності твердих діелектриків - 2 години.

4. Визначення електричної міцності діелектриків - 2 години.

5. Визначення фізичних і теплових характеристик рідких діелектриків - 2 години.

6. Визначення властивостей і галузей застосування електроізоляційних матеріалів - 2 години.

7. Дослідження властивостей провідникових матеріалів - 2 години.

8. Дослідження властивостей напівпровідникових приладів - 2 години.

9. Дослідження основних характеристик магнітних матеріалів- 2 години.

Список літератури

Основна

1. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. - Л.: Энергия 1977.- 352 с.

2. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В. Материалы радиоэлектронной техники. - М.: Высшая школа , 1969. - 422 с.

3. Преображенский А.А. Теория магнетизма, магнитные материалы и элементы. - М.: Высшая школа , 1972. - 288 с.

Додаткова

4. Корицкий Ю.В., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Справочник по электротехническим материалам. В 3т. - М.: Энергия, 1986.

5. Казарновский Д.М.. Тареев Б.М. Испытание электроизоляционных материалов. - М.: Энергия , 1969. - 295 с.

6. Методичні вказівки до лабораторних робіт з курсів “Електротехнічні матеріали” та “Електроматеріалознавство” (для студентів спеціальностей 7.090601 «Електричні станції», 7.090602 «Електричні системи та мережі», 7.090603 «Електротехнічні системи електроспоживання», 7.0922.03 «Електромеханічні системи автоматизації і електропривод», 7.090803 «Електронні системи»)/Укладачі: В.І. Чурсінов, С.В. Шлепньов. – Донецьк: ДонДТУ, 2000. – 29 с.

7. Штофа Ян. Электротехнические материалы в вопросах и ответах. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 200 с.

Загальні методичні вказівки

При вивченні курсів "Електротехнічні матеріали" і “Матеріали електронної техніки” головну увагу потрібно зосередити на:

1) розгляді теоретичних основ, з яких потрібно вийти при вивченні і випробуванні матеріалів, що застосовуються в електро- і електронної техніці;

2) встановленні класифікації електротехнічних матеріалів за їх призначенням, складом і властивостями;

3) розгляді основних характеристик, що служать для оцінки придатності матеріалів при їх використанні в електро- і електронної техніці;

4) основних особливостях технології електротехнічних матеріалів;

5) новітніх досягненнях української і зарубіжної науки і техніки по створенню електротехнічних матеріалів.

Студенти всіх спеціальностей виконують контрольну роботу. У кожному контрольному завданні є задача і теоретичні питання. Відповіді повинні бути досить повними і чітко сформульованими. Завдання відповідно номеру шифру студента викладені нижче. Питання, що не війшли в завдання, рекомендується використати як питання для самоперевірки.

При виконанні лабораторних робіт студенти проводять випробування і вимірювання основних характеристик ізоляційних, провідникових, напівпровідникових і магнітних матеріалів, знайомляться з конструкцією і схемою апаратів, що застосовуються, і приладів.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ПО ЧАСТИНАМ

Частина I

Теми 1 і 2 присвячені вивченню таких практично важливих питань, як будова речовини, поляризація і електропровідність діелектриків, діелектричні втрати, пробій діелектриків; фізико-механічні, хімічні і радіаційні властивості речовини. Необхідно ясно уявляти відмінності в електричних і інших фізико-хімічних властивостях між нейтральними і полярними діелектриками. По кожній з характеристик, що вивчаються, необхідно уясняти не тільки фізичну суть і математичний опис, але також методи і схеми вимірювань цих характеристик.

Теми 3,4 і 5 торкаються великої кількості питань, пов'язаних з вивченням конкретних груп газоподібних, рідких і твердих діелектриків. При вивченні цих груп виникають труднощі в запам'ятовуванні численних назв і основних характеристик. Необхідно знати порядок цифрових характеристик матеріалів і їх основні відмітні властивості і найбільш доцільні області застосування.

Велику увагу потрібно приділити високомолекулярним з'єднанням, особливо синтетичним, які знаходять все більше застосування в електротехніці і радіотехниці.

Частина II

Теми 1, 2, 3 і 4. Для кожної з груп провідникових матеріалів потрібно засвоїти їх основні характеристики. Особливу увагу треба звернути на вивчення властивостей міді і алюмінію, техніко-економічні показники застосування цих матеріалів і заміну міді алюмінієм.

При вивченні сплавів високого електроопору потрібно засвоїти область застосування кожного з матеріалів, що вивчаються.

Частина III

Теми 1 і 2. Прі вивченні цих тем необхідно уясняти різницю між провідниками, напівпровідниками і діелектриками, вплив на напівпровідникові властивості домішок, зміну електропровідності напівпровідників при впливі різних чинників, властивості переходів.

Необхідно знати характеристики, переваги і недоліки різних напівпровідникових приладів і області їх застосування.

Частина IV

Теми 1, 2 і 3. Вивчаючи магнітні матеріали, головну увагу потрібно приділити фізиці магнітних явищ і зв'язку між будовою матеріалу і його властивостями. Потрібно засвоїти загальні характеристики і параметри магнітних матеріалів в постійних і змінних полях. Треба знати порядок величин основних характеристик, перевагу одних матеріалів перед іншими, області практичного застосування різних магнітних матеріалів.

Контрольні завдання

1. Укажіть основні види поляризації діелектриків. Як класифікуються діелектрики за видами поляризації? Укажіть матеріали, у яких переважають ті або інші види поляризації.

2. Покажіть на графіку зміну діелектричної проникливості в залежності від температури для нейтральних, дипольних, іонних діелектриків і опишіть хід кривих.

3. Викладіть особливості поляризації сегнєтоелектриків в порівнянні з поляризацією звичайних діелектриків.

4. Як визначається діелектрична проникливість суміші двох і більшого числа діелектриків, не вступаючих один з одним в хімічну реакцію? Приведіть рівняння для визначення діелектричної проникливості суміші. Опішіть всі випадки за допомогою яких можливо визначити значення діелектричної проникливості суміші.

5. Дайте стислу характеристику методів вимірювання діелектричної проникливості.

6. Опишіть різні види електропровідності діелектриків. Що називається питомим об'ємним і питомим поверхневим опорами зразка ізоляції, яка їх розмірність?

7. Як фізично пояснити електропровідність рідких діелектриків? У чому полягає суть моліонної електропровідності рідких діелектриків?

8. Від яких основних чинників залежить питома провідність органічних аморфних діелектриків?

9. Чому у твердих діелектриків враховується не тільки об'ємна, але і поверхнева провідність? Від яких чинників залежить остання?

10. Дайте стислу характеристику методів вимірювання питомих об'ємного і поверхневого опорів.

11. Покажіть на графіку залежність зміни для газоподібних і рідких діелектриків тангенса кута діелектричних втрат від температури і напруги. Поясніть хід цієї залежності.

12. Наведіть принципову схему високовольтного моста змінного струму і покажіть, як з його допомогою можна виміряти тангенс кута діелектричних втрат і ємність ізоляції.

13. Як за допомогою ватметра, вольтметра і амперметра можна визначити tg і Е?

14. Сформулюйте основні особливості електричного, електротеплового і електрохімічного пробою діелектриків.

15. Наведіть залежність електричної міцності газів від тиску і відстані між електродами.

16. Стисло опишіть основні чинники, що впливають на електричну міцність технічних рідких діелектриків.

17. Як впливають на величину пробивної напруги тривалість дії напруги, температура і форма електричного поля при електричному і електротепловому характері пробою?

18. Сформулюйте основні положення зонної теорії твердих тіл. У чому полягають відмінності між діелектриками, напівпровідниками і провідниками з точки зору цієї теорії?

19. Дайте визначення процесу поляризації і поясніть його фізичну суть. Стисло охарактеризуйте основні види поляризації. Наведіть приклади діелектриків з різними видами поляризації і значення їх діелектричної проникливості.

20. Викладіть суть самоповільної (спонтанної) поляризації і відмітьте її особливості.

21. Приведіть приклади діелектриків, що володіють переважно електронною, іонною, дипольною, самоповільною поляризацією. Укажіть діелектричну проникливість кожного названого матеріалу.

22. Як відрізняються за електропровідністю полярні електроізоляційні матеріали від неполярних?

23. Побудуйте якісні графіки зміни діелектричної проникливості нейтральних і полярних рідких діелектриків в залежності від температури і частоти і поясніть їх.

24. Охарактеризуйте електричну провідність газів. Які процеси визначають несамостійну і самостійну провідність газів? Поясніть появу струму насичення у газів.

25. Дайте визначення поняттю діелектричних втрат. Охарактеризуйте природу втрат в постійних і змінних полях. Що називається кутом діелектричних втрат? Приведіть вирази для визначення повних і питомих втрат.

26. Охарактеризуйте діелектричні втрати в твердих діелектриках. Приведіть приклади залежності від температури і частоти і поясніть їх.

27. Приведіть схеми заміщення діелектрика з втратами і векторні діаграми для них. Порівняйте між собою параметри цих втрат. Приведіть умову еквівалентності схем.

28. Охарактеризуйте діелектричні втрати в нейтральних і полярних рідких діелектриках. Приведіть приклади залежності цих втрат від температури і частоти, поясніть їх.

29. Як залежить пробивна напруга газів від тиску газу на певної відстані між електродами при незмінній температурі? Приведіть числове значення мінімальних пробивних напруг для різних газів.

30. Опишіть процес пробою газів в однорідному полі. Приведіть залежність електричної міцності газів від відстані між електродами і поясніть її.

31. Дайте стислу характеристику методів визначення електричної міцності діелектриків.

32. Чому електрична міцність багатьох електроізоляційних матеріалів при постійної напрузі більше, ніж при змінної?

33. Перерахуйте і охарактеризуйте основні показники властивостей діелектричних матеріалів.

34. Що називається вологістю, гігроскопічністю, змочиваємістю електроізоляційних матеріалів? Яке практичне значення мають ці характеристики?

35. Опишіть класи нагрівостійкості електричної ізоляції.

36. Яке практичне значення має теплопровідність електроізоляційних матеріалів? У яких одиницях вимірюється питома теплопровідність?

37. Які гази знаходять застосування в електричній ізоляції?

38. Назвіть гази, що володіють підвищеною в порівнянні з повітрям електричною міцністю, укажіть їх основні особливості і області застосування.

39. Що являє собою трансформаторне масло? Укажіть його основні особливості як електроізоляційного матеріалу. У чому полягає явище старіння трансформаторного масла?

40. Перерахуйте найважливіші природні і синтетичні рідкі електроізоляційні матеріали, укажіть їх властивості, особливості і основні області застосування.

41. Дайте стислу характеристику синтетичних рідких діелектриків.

42. Опишіть методи визначення питомої ударної в'язкості і теплостійкості пластичної маси. Укажіть значення питомої в'язкості і теплостійкості для декількох діелектриків.

43. Які синтетичні полімери знаходять особливо широке застосування в електроізоляційної техніці і чому?

44. Вкажіть відмінності процесів полімеризації, поліконденсації і сополімерізації. Приведіть приклади.

45. Чим відрізняються термопластичні і термореактивні смоли? Укажіть декілька тих або інших смол і стисло опишіть їх основні властивості.

46. У чому полягають відмінності лінійних і просторових полімерів? Наведіть приклади.

47. Як отримують полістирол і поліетилен? Приведіть структурні формули цих матеріалів. Укажіть їх основні електричні характеристики, допустимі робочі температури і області застосування в електроізоляційній техніці.

48. Дайте порівняльну характеристику ізоляційних властивостей: полістиролу, поліетилену, фторопласту-4, поліхлорвініла.

49. Опишіть найважливіші поліамідні смоли, їх властивості і області застосування в електротехніці.

50. Як отримують термопластичні і термореактивні фенолформальдегідні смоли? Для чого вони використовуються в електротехніці?

51. Укажіть властивості і області застосування в електротехніці найважливіших поліефірних смол.

52. Опишіть особливості і області застосування в електротехніці епоксидних смол.

53. Опишіть властивості совола і совтола і порівняйте їх з властивостями трансформаторного масла.

54. У чому полягають відмінності між смолами і воскоподібними діелектриками? Наведіть приклади, опишіть властивості і назвіть області застосування воскоутворюючих діелектриків.

55. Властивості бітумів і компаундів. У яких областях електроізоляційної техніки вони використовуються? Як можна підвищити і знизити температуру розм'якшення бітуму.

56. Призначення просочувальних, покровних і клеючих лаків. Вимоги, що подаються до кожної з цих груп. Приведіть приклади лаків кожної групи. Способи сушки лаків.

57. Опишіть природні смоли і укажіть області їх використання в електроізоляційної техніці.

58. Дайте стислу характеристику кремнійорганічних матеріалів і укажіть області їх застосування.

59. Охарактеризуйте фторорганічні електроізоляційні матеріали (фторопласт-4, фторопласт-3).

60. Як впливає просочення лаками і компаундами на електричні і фізико-механічні властивості волокнистих електроізоляційних матеріалів?

61. Дайте визначення і класифікацію пластмас. Укажіть їх застосування і переваги.

62. Опишіть шаруваті пластики, їх властивості і області застосування.

63. Як отримують скловолокно? Опишіть його властивості і укажіть області застосування в електроізоляційній техніці.

64. Особливості і області застосування слюди мусковита і флогопита. Основні групи матеріалів на основі слюди і способи їх виготовлення.

65. Дайте класифікацію електроізоляційного скла за хімічним складом і призначенням.

66Які матеріали називаються керамічними? Укажіть найважливіші типи і області застосування керамічних електроізоляційних матеріалів.

67. Опишіть процес виробництва і властивості готової порцеляни.

68. Укажіть основні види порцелянових ізоляторів, що мають найбільше значення для Вашої спеціальності, їх властивості і методи випробування.

69. Опишіть характер електричної провідності провідникових матеріалів. Дайте визначення питомого опору і його температурного коефіцієнта.

70. Матеріали високої провідності. Їх основні фізико-механічні і електричні властивості і області застосування.

71. Мідні і алюмінієві сплави, їх призначення і властивості.

72. Призначення і властивості сталеалюмінієвих проводів і провідникового біметала.

73. Поясніть явище надпровідності в провідниках при температурах, близьких абсолютному нулю.

74. Наведіть можливі застосування явища надпровідності провідників в електротехніці.

75. Як залежить термо ЕРС від різниці температур? Опишіть основні матеріали, що застосовуються для виготовлення термопар.

76. Укажіть відмінності у властивостях міді марок ММ і МТ і областях застосування цих марок. У яких випадках вигідно замінити мідь для проводів алюмінієм?

77. Перерахуйте сплави високого опору, що найбільш широко застосовуються. Укажіть їх характеристики і призначення.

78. Стисло опишіть електротехнічні вироби з вугілля, найбільш важливі для Вашої спеціальності.

79. Опишіть основні показники властивостей провідникових матеріалів.

80. Які матеріали відносяться до провідникових і за якими ознаками вони класифікуються?

81. Що являють собою обмотувальні проводи і на які групи їх ділять за видами ізоляції?

82. Що являють собою монтажні проводи і кабелі і де їх застосовують?

83. Дайте зіставлення фізичної суті процесів електропровідності в напівпровідниках, провідниках і діелектриках.

84. Які хімічні елементи є напівпровідниками? Опишіть їх властивості і області застосування.

85. Опишіть основні показники властивостей напівпровідникових матеріалів.

86. Опишіть різні види електричної провідності напівпровідників. Власна і домішкова провідність. У чому складається відмінність між напівпровідниками типу n і р?

87. Опишіть процес намагнічування феромагнітних матеріалів. Якими параметрами характеризуються феромагнітні матеріали в постійних і змінних полях?

88. Які напівпровідникові опори застосовуються у вентильних розрядниках? У чому полягає суть дії такого розрядника?

89. Дайте стислу характеристику областей застосування напівпровідників.

90. У чому полягає ефект Холла і як він застосовується в техніці.

91. Як і чому впливають зовнішні чинники (температура, напруженість електричного поля, освітленість) на опір напівпровідникових матеріалів?

92. Перерахуйте хімічні елементи, що найбільш широко застосовуються, які володіють властивостями напівпровідників. Їх властивості і області застосування.

93. Перерахуйте напівпровідникові хімічні з’єднання, що найбільш широко застосовуються. Їх властивості і області застосування.

94. Основні властивості електронно-дірочних переходів і їх практичне використання.

95. Фотоопори і фотоелементи. Якими особливостями вони володіють? Які матеріали використовують при їх виготовленні.

96. Яким способом можна визначити тип електричної провідності напівпровідників?

97. Як пов'язана ширина забороненої зони напівпровідника з його чутливістю до зовнішніх енергетичних впливів і чому?

98. Наведіть характеристику напівпровідникових термоопорів і нагрівачив, укажіть області їх застосування в техніці.

99. Укажіть області застосування напівпровідників в електро- і радіотехніці. Доведіть ефективність їх використання.

100. Опишіть основні магнітом'які матеріали, їх властивості і області застосування.

101. Опишіть основні магнітотверді матеріали, їх властивості і області застосування.

102. Опишіть електротехнічні стали. Як впливає вміст кремнію на властивості листової електротехнічної сталі?

103. Опишіть залізо-нікелеві сплави з високою магнітною проникливістю. Укажіть основні області їх застосування.

104. Що являють собою пермалой, перминвар, альсифер? Їх властивості і області застосування.

105. Що являють собою феріти, їх різновиди, властивості і області застосування?

106. Опишіть явище магнітострікції. У яких матеріалів це явище виражене особливо сильно і для яких цілей воно використовується?

107. Що являють собою текстуровані магнітні матеріали? Їх особливості і властивості. Способи отримання цих матеріалів. Наведіть приклади цих матеріалів.

108. Укажіть шляхи зниження втрат в магнітопроводах.

109. Як залежить відносна магнітна проникливість магнітних матеріалів від температури, інтенсивності магнітного поля і його частоти? Яку інформацію несе петля гистерезісу про властивості магнітного матеріалу?

110. Які види втрат виникають в феромагнітних матеріалах і як вони оцінюються? Фізична суть виникнення магнітних втрат. Від яких чинників вони залежать?

111. Двошаровий діелектрик увімкнений під змінну напругу. На першому шарі товщиною в 1 мм напруга становить 6 кВ, а на другому товщиною в 4 мм - 12 кВ. Визначте діелектричну проникливість першого шара, якщо діелектрична проникливість другого шара дорівнює 5.

112. Визначте питомий опір діелектрика конденсатора, якщо останній був заряджений від джерела напруги 1000 В, а через 5 хвилин після цього різниця потенціалів на його обкладках виявилася рівною 370 В. Діелектрична проникливість діелектрика дорівнює 6.

113. Кубик з ребром 20 мм з ебоніту з питомим об'ємним опором 10¹⁶ Ом*см і питомим поверхневим опором 5*10¹⁵ Ом має дві протилежні грані, покриті металом, до якого підведена постійна напруга 2 кВ. Визначити сталий струм через кубик.

114. Визначте питомий об'ємний опір діелектрика плоского конденсатора товщиною 0,2 мм площею 25 см², якщо при постійної напрузі 10 кВ струм через конденсатор дорівнює 5*10^-7 А. Поверхневим витоком знехтувати.

115. Діелектрик плоского конденсатора має наступні характеристики: Е=5 кВ/мм; tg=0,001. Розмір обкладок конденсатора 50х50 см², товщина діелектрика 25 мм. Визначити ту потужність, що розсіюється в діелектрику конденсатора при змінної напрузі 5 кВ і частотах 50 Гц і 50 кГц (вважати, що характеристики діелектрика не залежать від частоти).

116. Діелектрик конденсатора утворений двома шарами скла товщиною по 5 мм з Е=5 кВ/мм, між якими є повітряний зазор в 1 мм. До електродів конденсатора прикладена напруга частотою 50 Гц, що поступово підвищується. При якому значенні напруги станеться розряд в повітряному зазорі? Як зміниться величина цієї напруги, якщо повітря в зазорі буде замінене елегазом?

117. Визначте величину пробивної напруги для пластинки текстоліта товщиною 20 мм. Характеристики цього матеріалу: Е=5 кВ/мм; tg=0,05 при 20°С; tg=0,1 при 50°С; =3*10^-4 кал/(С*Ом*град). Робоча температура 40°С. Коефіцієнт тепловіддачі =10^-4 кал/(С*см²*град). Вважайте електроди надзвичайно тонкими, тобто прийміть  = 0.

118. Потужність, споживана електронагрівальним елементом при напрузі 220 В, дорівнює 500 Вт. Підрахуйте довжину, що вимагається для виготовлення цього елемента ніхромовим і константановим дротами діаметром 0,2 мм. Нагрівальний елемент з константана працює при температурі 400°С, елемент з ніхрома - при температурі 900°С (дані про ніхром і константан візьміть з довідника).

119. На двошаровий конденсатор з неоднорідним діелектриком подана змінна напруга U (табл. 1). Шари мають товщину d₁ і d₂ і складаються з різних електроізоляційних матеріалів. Визначте напругу на шарах і напруженість поля в них, а також діелектричну проникливість суміші двох компонентів.

Таблиця 1

Варіант	Перший шар		Другий шар		U, кВ
	Діелектрик	d1, мм	Діелектрик	d2, мм
1	Мусковит	0,5	Поліетилен	1,0	1,0
2	Полістирол	2,0	Флогопіт	1,5	2,0
3	Мікалекс	3,0	Поліамід	2,0	0,5
4	Поліетилен	4,0	Ситал	1,0	0,5
5	Вініпласт	5,0	Поліетилен	1,5	2,5

120. Двошаровий діелектрик увімкнений на змінну напругу. На першому шарі напруга U₁, на другому U₂, товщина шарів дорівнює відповідно h₁ і h₂ (табл. 2). Визначте відносну діелектричну проникливість першого шара, якщо діелектрична проникливість другого шара ₂=5, і діелектричну проникливість суміші двох компонентів.

Таблиця 2

Варіант	U1, В	U2, В	h1, мм	h2, мм
1	600	1200	1	4
2	500	1000	1,71	3
3	400	1600	0,5	2
4	275	1100	0,81	1,6
5	1000	600	4,0	1

Укажіть діелектрик, якому відповідає отримане значення діелектричної проникливості.

121. Конденсатор з матеріалу з діелектричною проникливістю  був заряджений до напруги U₁, після чого був відімкнений. За час t напруга на обкладках конденсатора знизилася до U₂ (табл. 3). Визначте сталу часу самозаряду конденсатора і питомий об'ємний опір його діелектрика. Поверхневим витоком при розрахунку знехтувати.

Таблиця 3

Варіант		U1, В	U2, В	t, мин
1	6	1000	200	5
2	2,5	200	40	180
3	2	500	100	40
4	3	1200	240	1
5	4	400	80	50

122. Визначте опір ізоляції конденсатора, якщо через час t після його відімкнення від джерела живлення різниця потенціалів на обкладках поменшала на N. Ємність конденсатора дорівнює С (табл. 4).

Таблиця 4

Варіант	t, с	C, мкФ	N, %
1	20	2	5
2	20	10	10
3	30	20	5
4	40	25	10
5	50	30	10

123. Між плоскими електродами вміщений кубик з діелектрика з ребрами а. Обчисліть величину діелектричних втрат в діелектрику при напрузі U (діюче значення) частотою f (табл. 5).

Таблиця 5

Варіант	Діелектрик	U, кВ	а, мм	, Гц
1	Фарфор	1	10	50
2	Скло	2	20	102
3	Ескапон	5	50	103
4	Бакеліт	10	25	104
5	Фторлон-4	15	40	105

124. Мідний циліндричний провід перерізом S має поліхлорвінілову ізоляцію товщиною d, забезпечену з метою екранування мідної оплеткі (табл. 6). Обчисліть діелектричні втрати в ізоляції на 1 км проводу при температурах -20  +60С і частотах 50 і 400 Гц. Напруга між жилою і оплеткою дорівнює U (діюче значення). Необхідні дані вибрати з літератури, що рекомендується.

Таблиця 6

Варіант	S, мм2	d, мм	U, кВ
1	10	1	1
2	5	2	0,8
3	14	3	0,6
4	18	4	1,2
5	22	5	1,5

125. На дві протилежні грані кубика з ребром а=20 мм нанесені шари металу, що служать електродами, через які кубик вмикається в електричне коло. Визначте, використовуючи табл. 5, сталий струм через кубик і діелектричні втрати при постійної напрузі, якщо об’ємний опір діелектрика _v, а поверхневий _s.

126. Визначте сталий струм в плоскому конденсаторі з твердим діелектриком і втрати потужності в ньому при постійної напрузі U. Товщина діелектрика h, площа обкладок (з кожної сторони) S (табл. 7). Поверхневим витоком знехтувати. Які будуть діелектричні втрати при змінної напрузі (діюче значення) частотою 1000 Гц?

Таблиця 7

Варіант	Діелектрик	U, кВ	h, мм	S, см2
1	Мікалекс	10	0,9	25
2	Полістирол	1	0,2	20
3	Поліетилен	5	1,0	10
4	Фторлон-4	7	2,0	15
5	Вініпласт	6	1,5	12

127. Плоский конденсатор з діелектриком має розміри обкладок 5х5 см² і товщину діелектрика 10 мм. Визначте: а) ампераж витоку і потужність, що розсіюється в діелектрику при постійної напрузі 5 кВ; б) потужність, що розсіюється в діелектрику конденсатора при змінної напрузі 5 кВ і частоті 50 Гц (діелектрик для свого варіанту вибрати з табл. 8).

Таблиця 8

Варіант	Діелектрик	d1, мм	d2, мм	U, кВ
1	Мікалекс	5	5	7
2	Полістирол	6	4	10
3	Поліетилен	7	3	12
4	Фторлон-4	8	2	20
5	Вініпласт	3	7	15

128. Циліндричний стрижень діаметром 10 мм і довжиною 20 мм, виготовлений з діелектричного матеріалу, затиснутий двома металевими електродами, між якими підтримується напруга постійного струму 500 В. Визначте струм крізь стрижень і втрати потужності в ньому, використовуючи табл. 5.

129. Визначте питомий об'ємний і поверхневий опір діелектрика циліндричної форми довжиною 20 мм і діаметром 5 мм (електроди нанесені на торці зразка), якщо відомо, що струм у колі з діелектриком при постійної напрузі U дорівнює I, а потужність втрат складає Р (табл. 9). Як зміниться струм у колі і потужність втрат в діелектрику, якщо напруга зросте в два рази, а питомий об'ємний опір поменьшає в 100 разів?

Таблиця 9

Варіант	U, кВ	I, А	Р, мкВт
1	3	1	0,1
2	2	5	12
3	6	15	80
4	1	4	0,8
5	4	20	50

130. Трубка з діелектрика має розміри: внутрішній діаметр d₁, зовнішній діаметр d₂ (табл. 10). Побудуйте графіки залежності діелектричних втрат в температурному діапазоні від Т₁ до Т₂: а) при постійної напрузі U; б) при змінної напрузі U (діюче значення). Електроди нанесені торцевуповерхнютрубки

Таблиця 10

Варіант	Діелектрик	d1, мм	d2, мм	U, кВ	Т1, С	Т2, С
1	Поліетилен	2	5	2	-20	+100
2	Полівінілхлорид	1,5	4,5	1,5	-20	+60
3	Полістирол	1	4	1	0	+100
4	ПЕТФ	2,5	5	0,5	+20	+120
5	Поліефір	3	6	2,5	+20	+120

131. Визначте повний струм витоку і діелектричні втрати в ізоляторі, який виготовлений у вигляді трубки довжиною 10 мм (внутрішній діаметр 5 мм, зовнішній діаметр 12 мм). Задачу вирішити для випадку розташування електродів на торцевій поверхні трубки. Струм витоку визначити при постійної напрузі U=1 кВ. Діелектричні втрати обчислити при змінної напрузі. Матеріал діелектрика вибрати по табл. 5.

132. Діелектрик конденсатора утворений двома шарами твердого діелектрика, між якими є повітряний зазор. До електродів конденсатора прикладена напруга, що поступово підвищується, частотою 50 Гц. При якої напрузі станеться розряд в повітряному зазорі? Як зміниться значення цієї напруги, якщо повітря в зазорі замінити елегазом? Товщина кожного шара твердого діелектрика d₂, а товщина повітряного зазора d₁. Варіант вибрати по табл. 8.

133. Шаруватий діелектрик складається з n₁ шарів електроізоляційного матеріалу товщиною h₁ і n₂ шарів конденсаторного масла товщиною h₂ (табл. 11). Дані електроізоляційних матеріалів взяти з літератури, що рекомендується. Визначити пробивну напругу діелектрика: а) при постійної напруженості; б) при частоті 50 Гц.

Таблиця 11

Варіант	Діелектрик	h1, мкм	n1	h2, мкм	n2
1	Полістирол	100	15	100	14
2	Поліетилен	150	25	50	24
3	Фторлон-4	100	6	150	5
4	Вініпласт	500	9	200	8
5	Полікарбонат	100	20	100	19

134. Двошаровий конденсатор з неоднорідним діелектриком працює на змінної напрузі. Шари мають товщину d₁ і d₂ і складаються з різних електроізоляційних матеріалів. Визначити пробивну напругу конденсатора (з табл. 1 вибрати для свого варіанту комбінації діелектриків і їх товщину).

135. Опір проводу при температурах Т₁=20°С і Т₂=100°С дорівнює відповідно R₁ і R₂ (табл. 12). Визначте середній температурний коефіцієнт питомого опору і укажіть, якому металу він відповідає. Чому дорівнює переріз проводу при температурі Т₂, якщо його довжина L? Зміною розмірів проводу при зміні температури знехтувати.

Таблиця 12

Варіант	R1, Ом	R2, Ом	L, м
1	6,1	8,17	1000
2	5,0	6,8	500
3	6,5	7,95	900
4	7,0	7,565	100
5	5,8	6,9	25

136. Питомий опір мідних струмопровідних жил силових кабелів не повинен перевищувати 0,0184 Оммм²/м.

Визначте, на скільки можна зменшити фактичний переріз жили одножильного кабелю перерізом S (табл. 13) за умовою, що питомий опір, який йде на виготовлення дроту, дорівнює 0,017 Оммм²/м (при скрутці проволок опір струмопровідної жили кабелю збільшується на 2%). Скільки кілограмів міді можна зекономити на 1 км кабелю при такому зменшенні перерізу?

Таблиця 13

Варіант	S, мм2
1	20
2	35
3	40
4	50
5	75

137. Визначте, на скільки можна зменшити фактичний переріз трижильного кабелю перерізом 3хS (табл. 13) за умовою, що питомий опір алюмінію, який йде на виготовлення дроту, дорівнює 0,028 Оммм²/м (при скрутці проволок в жилу і ізольованих жилах в трифазному кабелі опір жили збільшується на 3%). Скільки кілограмів алюмінію можна зекономити на 1 км кабелю при такому зменшенні перерізу?

138. Визначте розміри (переріз S, діаметр d) біметалевого дроту (сталь всередині, мідь ззовні), призначеного для заміни мідного дроту перерізом S₁, що володіє тією ж провідністю. Прийняти, що переріз міді складає n загального перерізу біметалевого дроту (табл. 14).

Таблиця 14

Варіант	S1, мм2	n, %
1	10	20
2	12	25
3	16	20
4	14	10
5	20	10

139. Потужність електронагрівального елемента при напрузі 200 В становить 500 Вт. Визначте довжину дроту діаметром 1 мм, необхідного для виготовлення цього елемента. Робоча температура нагрівального елемента дорівнює t (табл. 15).

Таблиця 15

Варіант	Матеріал	t, С
1	Вольфрам	300
2	Ніхром Х15Н60	800
3	Ніхром Х20Н80	1000
4	Фехраль Х13Ю4	500
5	Фехраль Х23Ю5	1000

140. Визначте напругу на клемах генератора, що живить електродвигун, який знаходиться на відстані h від електростанції і розрахований на ампераж 10 А при напрузі 120 В, якщо проводка складається з мідного проводу діаметром d (табл. 16).

Таблиця 16

Варіант	h, км	d, мм
1	1,5	4
2	10,00	6
3	0,74	2
4	3,7	4
5	4,16	6

141. Споживач отримує електроенергію від генератора змінного струму потужністю Р, що знаходиться на відстані L від нього. Напруга на затискувачах генератора U (табл. 17). Розрахувати переріз мідного проводу, що з'єднує генератор з споживачем, якщо падіння напруги в проводі не повинне перевищувати 5%.

Таблиця 17

Варіант	U, В	L, км	P, кВт
1	220	10	100
2	110	1	10
3	220	0,8	6,6
4	380	10	10
5	220	5	20

142. Визначте концентрацію дірок і їх рушійність в германії р-типу провідності, якщо коефіцієнт (стала) Холла дорівнює Х, а питомий опір- (табл. 18).

Таблиця 18

Варіант	, Омм	Х, м3/Кл
1	0,06	7х10-3
2	6х10-3	7х10-4
3	8х10-4	7х10-5
4	10-4	7х10-6
5	5х10-5	7х10-7

143. Питомий об‘ємний опір напівпровідника при 300К дорівнює . Розрахуйте концентрацію власних носіїв струму n_i при 300К (табл. 19). Дані про напівпровідникові матеріали потрібно вибрати з рекомендованої літератури.

Таблиця 19

Варіант	, Омм	Матеріал
1	0,5	Германій
2	2500	Кремній
3	1000	Карбід кремнія
4	3,7х106	Арсенід галія
5	2х1014	Фосфід галія

144. Розрахуйте ширину забороненої зони напівпроводника і визначте, якому матеріалу вона відповідає, якщо відомо, що при Т₁ = 300 К його питомий об’ємний опір дорівнює ₁, а при Т₂ = 400 К-₂ (табл. 20).

Таблиця 20

Варіант	1, Омм	2, Омм
1	2х1014	2,95х109
2	3,7х106	3,67х103
3	1000	1,31х10-3
4	2500	11,1
5	0,5	1,5х10-2

ТАБЛИЦЯ КОНТРОЛЬНИХ ЗАВДАНЬ

Варі-ант	№ запитання					Варі-ант	№ запитання
	1	2	3	4	5		1	2	3	4	5
1	1	46	61	105	112	16	16	31	76	106	127
2	2	47	62	104	113	17	17	32	77	107	128
3	3	48	63	103	114	18	18	33	78	108	129
4	4	49	64	102	115	19	19	34	79	109	130
5	5	50	65	101	116	20	20	35	80	110	131
6	6	51	66	100	117	21	21	36	81	111	132
7	7	52	67	99	118	22	22	37	82	99	133
8	8	53	68	98	119	23	23	38	83	98	134
9	9	54	69	97	120	24	24	39	84	97	135
10	10	55	70	96	121	25	25	40	85	96	136
11	11	56	71	95	122	26	26	41	86	104	137
12	12	57	72	94	123	27	27	42	87	105	138
13	13	58	73	93	124	28	28	43	88	108	139
14	14	59	74	92	125	29	29	44	89	109	140
15	15	60	75	91	126	30	30	45	90	110	141

Методичні вказівки до контрольних робіт з курсів “Електричні матеріали” і “Матеріали електронної техніки” (для студентів-заочників спеціальностей 7.090602 «Електричні системи та мережі», 7.090603 «Електротехнічні системи електроспоживання», 7.090803 “Електронні системи” )

Укладачі: Віктор Іванович Чурсінов, к.т.н., доцент

Сергій Володимирович Шлепньов, к.т.н., доцент

3

30

4

29

5

28

6

27

7

26

8

25

9

24

10

23

11

22

12

21

13

20

14

19

15

18

16

17