Общие сведения об электротехнических материалах

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

 

Кафедра «Автоматизированные электротехнологические

установки и системы»

 

 

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ-1

Методические указания и контрольные задания

для студентов заочной формы обучения

для специальностей

 

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

 

 

Саратов –2015

 

Введение

 

Создание линий электропередачи, конструирование различных электротехнических устройств и аппаратов, грамотная эксплуатация современного электрооборудования невозможны без знаний свойств электротехнических материалов. От того, какие электротехнические материалы использованы в конструкциях электротехнических устройствах, зависят их габариты, надежность, величины минимально допустимых напряжения и мощности. Создание новых перспективных электротехнических материалов и их правильное использование оказывает существенное влияние на экономическую сторону вопроса, обеспечивая удешевление устройства.

Все это требует от инженера – электрика глубоких знаний электротехнических материалов, протекающих в них электрических явлений, их основных характеристик.

Курс “Электротехнические материалы” базируется в первую очередь на таких смежных дисциплинах, как “Физика”, “Химия”, “Теоретические основы электротехники”, “Основы метрологии и электрические материалы”.

Цель изучения курса – дать студентам знания по физике электротехнических материалов, их основных характеристик и параметров.

В процессе изучения курса студент заочного обучения слушает обзорные лекции, выполняет контрольное задание и выполняет лабораторные работы.

При выполнении контрольного задания ответы на вопросы должны быть краткими, ясными и исчерпывающими. При решении задач для всех величин, входящих в промежуточные выкладки и окончательное решение, следует обязательно указывать единицы измерения физических величин, а на графиках – масштабы по осям координат.

Контрольное задание выполняется индивидуально, каждым студентом при самостоятельной проработке учебных пособий с привлечением знаний по физике, электротехническим измерениям и теоретическим основам электротехники.

Задания 1 контрольной работы состоят из 5 разделов теоретических вопросов, объединяющих задания одного типа. Вариант задания в каждом разделе выбирается следующим образом:

· Для раздела 1: номер задания является суммой предпоследней и последней цифры зачетной книжки студента (например, № 123765, следовательно, № задания 6+5=11);

· Для раздела 2: номер задания определяют две последние цифры № зачетной книжки (например, № 123725, следовательно, № задания 25; если две последние цифры № зачетной книжки 36-99, то номер задания является суммой предпоследней и последней цифры зачетной книжки студента плюс 10 (например, № 123765, следовательно, № задания (6+5) +10=21);

· Для раздела 3 номер задания определяют две последние цифры № зачетной книжки (например, № 123735, следовательно, № задания 35; если две последние цифры № зачетной книжки 42-99, то номер задания является суммой предпоследней и последней цифры зачетной книжки студента плюс 10 (например, № 123765, следовательно, № задания (6+5) +10=31);

· в разделе 4 выполняются два задания: 1) номер 1 задания определяют две последние цифры № зачетной книжки (например, № 123725, следовательно, № задания 25; если две последние цифры № зачетной книжки 75-99, то отнимается 30 (например, № 123787, следовательно, № задания 87-30= 57); 2) номер 2 задания определяют также, но две последние цифры выбираются в обратной последовательности (например, № 123787, следовательно, № задания 78-30=48);

· Для раздела 5 номер задания определяют две последние цифры № зачетной книжки (например, № 123735, следовательно, № задания 35; если две последние цифры № зачетной книжки 43-99, то номер задания является суммой предпоследней и последней цифры зачетной книжки студента плюс 10 (например, № 123765, следовательно, № задания (6+5) +10=21);

Выполнение контрольного задания рассматривается как подготовка к лабораторным работам и к сдаче теоретического зачета.

 

Раздел 1

Общие сведения об электротехнических материалах

 

Методические указания. Краткое содержание и задачи курса, его связь с другими дисциплинами. Необходимо четко представлять строение вещества, знать классификацию электротехнических материалов по их свойствам и назначению.

Вопросы:

1. Почему электротехнические материалы изучаются самостоятельно? Какие материалы относятся к электротехническим?

2. Как проявляется явление систематизации в области электротехнических материалов?

3. Как изменяются требования к электротехническим материалам?

4. Каковы прогнозы разработок и исследований электротехнических материалов?

5. От каких факторов зависят свойства материалов?

6. Что такое старение материалов, можно ли помешать процессу старения?

7. Какие существуют способы управления свойствами электротехнических материалов? Как на свойства влияют «примесь» и «загрязнение»?

8. Как связаны свойства простых веществ со структурой атомов?

9. Что такое жидкие кристаллы, какое значение они имеют для электротехники?

10. Как связаны свойства материалов с кристаллической структурой?

11. Что такое пластмассы, каковы их достоинства и недостатки?

12. Чем вызван интерес к металлическим стеклам, почему они являются перспективными материалами?

13. Что такое анизотропия, как это свойство проявляется в электротехнических материалах?

14. Нарисуйте и объясните энергетические диаграммы для разных групп электротехнических материалов?

15. Нарисуйте и объясните модели молекул с ковалентной, ионной металлической, молекулярной (связь Ван-дер-Ваальса) связью.

16. Объясните зонную теорию твердых тел.

17. Почему в свойствах химических элементов проявляются сходство и периодичность?

18. Как и по каким критериям классифицируются электротехнические материалы?

19. как связаны свойства с кристаллической структурой?

20. Что такое полиморфизм?

 

 

Раздел 2

Проводниковые материалы

Методические указания. В разделе необходимо рассмотреть общую характеристику проводниковых материалов, их классификацию. Основные показатели, характеризующие свойства проводниковых материалов.

Вопросы:

1. Какие материалы способны проводить электрический ток?
2. Какие электротехнические материалы относятся к проводникам?
3. Каковы направления и прогнозы развития проводниковых материалов?
4. Какие свойства проводниковых материалов являются главными?
5. Как происходит перенос электрических зарядов в металлических проводниках?
6. Почему металлы в газообразном состоянии являются электроизоляционными материалами?
7. Существует ли в металлах электрический ток?
8. Какова скорость движения электронов в металлических проводниках?
9. С какой скоростью течёт в металлических проводниках электрический ток?
10. От каких факторов зависит удельная электрическая проводимость металлических проводников?
11. Почему и как зависят удельная электрическая проводимость и удельное электрическое сопротивление металлических проводников от температуры?
12. Как связана удельная электрическая проводимость металлов с их структурой?
13. Что такое криопроводимость и где её можно использовать?
14. Какие металлы являются перспективными криопроводниками?
15. Что такое сверхпроводимость? Когда она была открыта?
16. Являются ли сверхпроводники всегда сверхпроводящими?
17. Являются ли критические параметры сверхпроводников константами материала или они зависят от каких-либо факторов?
18. Сколько существует сверхпроводников?
19. Какие материалы являются перспективными сверхпроводниками?
20. Существует ли сверхпроводимость только в материалах, которые при нормальной температуре являются хорошими проводниками электрического тока, или она может существовать в полупроводниках и в диэлектриках?
21. Каким способом получают очень низкие температуры, соответствующие области сверхпроводящего состояния сверхпроводников?
22. Каковы возможности использования сверхпроводников в электротехнике?
23. Что мешает быстрейшему внедрению сверхпроводников в техническую практику?
24. Что такое ионные сверхпроводники?
25. Каковы требования к проводниковым материалам и какие материалы им соответствуют?
26. Почему медь заменяется алюминием? Какие он имеет преимущества и недостатки?
27. Что такое водородная болезнь меди?
28. Может ли медь, лучший проводниковый материал, выполнять функцию электроизоляционного материала?
29. Что такое биметаллические проводники?
30. Где необходим в электротехнике5 металл с минимальным температурным коэффициентом длины?
31. Почему электрические контакты отравляют жизнь электрикам (и не только им)?
32. Что такое кермет?
33. Важным контактным материалом считается и углерод. Какая из его модификаций используется для этих целей?
34. Какие требования предъявляются к материалам для реостатов и резисторов?
35. Какие материалы высокого электрического сопротивления являются наиболее распространёнными? В чём их достоинства и недостатки?

 

 

Раздел 3