Приведены краткие теоретические сведения по разделу

УДК 620.2

К

 

Рецензент:

 

П Электротехнические материалы: метод. указания по
выполнению лабор. работ / сост. А. В. Коловский ; Сиб. федер. ун-т; ХТИ – филиал СФУ – Абакан : РИО ХТИ – филиала СФУ, 2012. – __ с.

 

Приведены краткие теоретические сведения по разделу
«Электротехнические материалы» дисциплины «Электротехническое и конструкционное материаловедение», даны рекомендации к
выполнению лабораторных работ.

Предназначено для студентов специальности 140211.65 – «Электроснабжение» и бакалавров по направлению подготовки 140211.62 – «Электроэнергетика» очной и заочной форм обучения.

 

УДК 620.2

© ХТИ – филиал СФУ, 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение …………..………………………………………............
Диэлектрики …………………………………………………………
Лабораторная работа № 1. Измерение диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь твёрдых диэлектриков …………………...
Лабораторная работа № 2. Измерение зависимости угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости от температуры ………………………
Лабораторная работа № 3. Измерение диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь активных диэлектриков …………………
Лабораторная работа № 4. Изучение прямого и обратного пьезоэффекта ……………………...
Лабораторная работа №5. Электрический пробой в диэлектриках ……………………………..
Проводники…………………………………………………….........
Лабораторная работа № 6 Определение удельного сопротивления проводника ………………
Лабораторная работа № 7. Изучение температурной зависимости сопротивления проводника
Лабораторная работа № 8. Контактные явления и термоэлектродвижущая сила ………………
Полупроводники………………………………………………...
Лабораторная работа № 9. Изучение температурной зависимости сопротивления полупроводников ……………………………………………..………
Лабораторная работа № 10. Фотопроводимость ……………………………………………………
Лабораторная работа № 11. Контактные явления в полупроводниках и барьерный фотоэффект ……………………………………………………………
Магнитные материалы ……………………………………….........
Лабораторная работа № 12. Снятие основной кривой намагничивания ферромагнетика ………
Лабораторная работа № 13. Изучение свойств ферромагнетика с помощью петли гистерезиса .
Лабораторная работа № 14. Определение точки Кюри ……………………………………………
Лабораторная работа № 15. Изучение магнитотвёрдых материалов …………………………...…
Заключение…………………………………………………………..
Библиографический список………………………………………...

ВВЕДЕНИЕ

 

Материалы являются одним из главных звеньев в решении многих инженерных задач в производст­ве электрооборудования, где основная роль принадлежит электро­техническим материалам (ЭТМ). Современное электро­оборудование представляет собой сложное устройство с большим количеством разнообразных деталей, для изготовления которых тре­буется широкий ассортимент различных электротехнических материалов с вполне определенными электрически­ми, механическими и химическими свойствами.

Главной задачей науки материаловедение является:

1) изучение основных физических процессов, протекающих в материалах пои воз­действии на них электрического, магнитного или теплового полей и механического напряжения;

2) изучение зависимости электрических, механических и других свойств материалов от их химического соста­ва и строения;

3) описание свойств и знакомство с материалами, наиболее часто применяемыми в производстве электрооборудования.

Электротехнические материалы разделяются на четыре основных класса: диэлектрические, полупроводниковые, проводни­ковые и магнитные. По своему поведению в электрическом поле ЭТМ подразделяют на три класса: диэлектрические, полупроводниковые и проводни­ковые. В магнитном же поле – на два класса: магнитные (сильномагнитные) и немагнитные (слабомагнитные).

Диэлектрические материалыобладают способностью поляризо­ваться под действием приложенного электрического поля и подраз­деляются на два подкласса: диэлектрики пассивные и активные.

Пассивные диэлектрики (или просто диэлектрики) используют: 1) для создания электрической изоляции токопроводящих час­тей; 2) служат для создания определенной электрической емкости в электрических конденсаторах.

Активные диэлектрики в отличие от обычных применяют для из­готовления активных элементов (деталей) электрических схем. Дета­ли, изготовленные из них, служат для генерации, усиления, модуля­ции, преобразования электрического сигнала. К ним относятся: сегнето- и пьезоэлектрики, пироэлектрики, электреты, люминофо­ры, жидкие кристаллы, электрооптические материалы и др.

Полупроводниковые материалыпо величине удельной электро­проводности занимают промежуточное положение между диэлек­триками и проводниками. Характерной их особенностью является существенная зависимость электропроводности от интенсивности внешнего энергетического воздействия: напряженности электриче­ского поля, температуры, освещенности, длины волны падающего света, давления и т. п. Эта их особенность положена в основу работы полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, термисторов, фоторезисторов, тензодатчиков и др.

Проводниковые материалыподразделяются на четыре подкласса: материалы высокой проводимости, сверхпроводники и криопроводники, материалы высокого (заданного) сопротивления, контактные материалы.

Материалы высокой проводимости используют там, где необходи­мо, чтобы электрический ток проходил с минимальными потерями. К таким материалам относятся металлы: Сu, Al, Fe, Ag, Аu, Pt и сплавы на их основе. Из них изготавливают провода, кабели и другие токопроводящие части электроустановок.

Сверхпроводниками являются материалы, у которых при темпера­турах ниже некоторой критической T_кр сопротивление электрическо­му току становится равным нулю.

Криопроводники – это материалы высокой проводимости, рабо­тающие при криогенных температурах (температуре кипения жидко­го азота –195,6 °С).

Проводниковыми материалами высокого (заданного) сопротивле­ния являются металлические сплавы, образующие твердые растворы. Из них изготавливают резисторы, термопары и электронагреватель­ные элементы.

Из контактных материалов изготавливают скользящие и разрыв­ные контакты. В зависимости от предъявляемых требований эти ма­териалы очень разнообразны по своему составу и строению. К ним относятся, с одной стороны, металлы высокой проводимости (Сu, Ag, Аu, Pt и т. п.) и сплавы на их основе, с другой — тугоплавкие металлы (W, Та, Мо и др.) и композиционные материалы. Послед­ние, хотя и имеют относительно высокое удельное электрическое со­противление, обладают повышенной стойкостью к действию элек­трической дуги, образующейся при разрыве контактов.

Различие между про­водниками, полупроводниками и диэлектриками наиболее наглядно можно показать с помощью энергетических диаграмм зонной теории твердых тел (рис. В.1).

Диэлектриками будут такие материалы, у которых запрещенная зона настолько велика, что электронной электропроводности в обыч­ных случаях не наблюдается.

Полупроводниками будут вещества с более узкой запрещенной зоной, которая может быть преодолена за счет внешних энергетиче­ских воздействий.

Проводниками будут материалы, у которых заполненная элек­тронами зона вплотную прилегает к зоне свободных энергетических уровней или даже перекрывается ею. Вследствие этого электроны в металле свободны, т. е. могут переходить с уровней заполненной зоны на незанятые уровни свободной зоны под влиянием слабой напряженности приложенного к проводнику электрического поля.

 

Рис. В.1. Энергетические диаграммы диэлектриков (а), полупроводников (б), проводников (в).

1 – Заполненная электронами зона; 2 – запрещенная зона; 3 – зона свободных энергетических уровней.

 

К магнитным материалам,используемым в технике, относят фер­ромагнетики и ферриты. Собственное магнитное поле в сотни и ты­сячи раз больше, чем вызвавшее его внешнее магнитное поле. Для них характерно наличие магнитного гистерезиза. Магнитные мате­риалы применяют для концентрации магнитного поля в сердечниках катушек индуктивности, дросселях и других конструкциях, в качест­ве магнитопроводов запоминающих устройств в ЭВМ и т. п. Они способны сильно намагничиваться даже в слабых полях, а некоторые из них сохраняют намагниченность и после снятия внешнего маг­нитного поля. К наиболее широко используемым в технике магнит­ным материалам относятся Fe, Co, Ni и их сплавы.

Методические указания являются руководством по выполнению (аудиторные занятия), а также по подготовке, и оформлению (самостоятельные занятия) лабораторных работ по части «Электротехнические материалы» дисциплины «Электротехническое и конструкционное материаловедение» для студентов специальности 140211.65 «Электроснабжение и по направлению бакалавриата 140200.62 «Электроэнергетика».

Целью выполнения лабораторных работ является закрепление теоретических знаний, полученных на лекциях, приобретение навыков постановки эксперимента.

При выполнении лабораторных работ студенты знакомятся с основными свойствами ЭТМ и возникающими физическими процессами при помещении их в электрическое или магнитное поле, а также исследуют зависимость этих свойств от внешнего энергетического воздействия.

Методические указания приведены для пятнадцати лабораторных работ. Последовательность выполнения и количество лабораторных работ определяется преподавателем в зависимости от изложения лекционного материала и индивидуального графика работы каждой бригады.

Методические указания по каждой работе содержат: цели и задачи выполняемой работы, краткие теоретические сведения, описание применяемого оборудования (блоков), схемы для проведения экспериментов, программу работы, содержание отчета по выполняемой работе, контрольные вопросы для подготовки к защите работы.

Задания на выполнение лабораторной работы могут при необходимости корректироваться преподавателем. При этом возможна корректировка объема выполняемых экспериментов или замена части экспериментов индивидуальным заданием.

Техника безопасности при выполнении лабораторных работ

2. Подавать питание на стенд следует только после проверки правильно­сти собранной схемы преподавателем. 3. При выполнении эксперимента запрещаетсяпроизводить какие-либо эксперименты… 4. Запрещаетсяподавать питание на незаземленный стенд.

ДИЭЛЕКТРИКИ

Диэлектрические материалы имеют молекулярное или ионное строение. Молекулы, в свою очередь, образованы из атомов, атомы и ионы – из электронов и… Идеальный диэлектрик состоит только из связанных между собой заряженных… В реальных диэлектриках из-за наличия в них дефектов строения и ионогенной примеси име­ются свободные заряженные…

Лабораторная работа № 1

ИЗМЕРЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ТВЁРДЫХ
ДИЭЛЕКТРИКОВ

 

Цель работы

 

Изучить процессы поляризации в диэлектриках. Определить диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь в образцах диэлектрических материалов.

 

Задачи работы

1. Измерить тангенс угла диэлектрических потерь и относительную диэлектрическую проницаемость.

2. Определить целесообразность применения диэлектрика в качестве изоляционного материала или в конденсаторе.

 

Краткие теоретические сведения

В отсутствие внешнего электрического поля все связанные и сво­бодные заряженные частицы диэлектрика, а также его полярные молекулы (диполи)… Диэлектрическая проницаемость e количественно характеризует спо­собность… Заряд Q0 на каждой пластине плоского конденсатора с вакуумом равен (по модулю):

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. Для выданных образцов определить e и tgd,

2. Сравнить полученные результаты со справочными данными.

3. Построить гистограммы и сравнить диэлектрики по величине e и tgd.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

 

1. Приведите определение поляризации

2. Назовите основные механизмы поляризации

3. Приведите определение «диэлектрической проницаемости».

4. Физическая природа диэлектрических потерь.

5. На что расходуется мощность диэлектрических потерь и от чего она за­висит?

6. Приведите векторные диаграммы, соответствующие последовательной и параллельной схемам замещения диэлектрика.

7. Приведите определение тангенса угла диэлектрических потерь.

8. В чем опасность диэлектрических потерь в конденсаторах и изоляционных материалах?

 

Лабораторная работа № 2

ИЗМЕРЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ.

 

Цель работы

 

Изучить влияние температуры на тангенс угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницае­мости представленных диэлектриков.

 

Задачи работы

 

1. Построить график зависимости диэлектрической проницае­мости (или емкости) e и тангенса угла диэлектрических потерь tgd исследуемых диэлектриков от температуры.

2. Определить температурный коэффициент диэлектрической проницае­мости при температуре, указанной преподавателем.

 

Краткие теоретические сведения

Диэлектриче­ская проницаемость e зависит от концентрации молекул п диэлек­трика и поляризуемости a каждой молекулы. В свою очередь, п и a зависят от… В твердых неполярных диэлектриках молекулярного стро- ения обладают в… Значения п и aэ от частоты напряжения не зависят, поэтому и диэлектрическая проницаемость e неполярных диэлектриков не…

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. Измерить емкость конденсатора и тангенс угла диэлектрических потерь tgd исследуемых диэлектриков при различных температурах.

2. Методом графического дифференцирования вычислить температурный коэффициент емкости и тангенса угла диэлектрических потерь исследуемых образцов при указанной преподавателем температуре.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

 

1. Какие физические процессы сопровождают нагрев диэлектрика, ведущие к изменению его основных параметров?

2. Какое физическое явление лежит в основе измерения температуры с ис­пользованием термопары?

 

Лабораторная работа № 3

ИЗМЕРЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ АКТИВНЫХ
ДИЭЛЕКТРИКОВ

 

Цель работы

 

Исследовать явление поляризации в активных диэлектриках.

 

Задачи работы

Определить tgd и e активных диэлектриков и по полученным результатам определить исследуемый материал.

 

Краткие теоретические сведения

Активными называют диэлектрики, свойствами которых есть возможность управлять с помощью внешних энергетических воздействий и использовать эти… К числу активных диэлектриков относят сегнето- , пьезо- и пироэлектрики;… Свойствами активных диэлектриков могут обладать не только твердые, но также жидкие и даже газообразные вещества…

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. Измерить тангенс угла диэлектрических потерь и емкость активных диэлектриков.

2. Вычислить относительную диэлектрическую проницаемость.

3. На основании полученных данных определить материал.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

 

1. Приведите определение активных диэлектриков? Области их примене­ния

2. Какая электрическая упорядоченность свойственна сегнетоэлектрикам?

3. Приведите определение сегнетоэлектрической точки Кюри?

4. Назовите главное отличие сегнетоэлектриков от других активных ди­электриков

5. Приведите определение пироэлектрического эффекта? Какие применения пироэлектриков вам известны?

 

Лабораторная работа № 4

ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОГО И ОБРАТНОГО ПЬЕЗОЭФФЕКТА

 

Цель работы

 

Определить заряд, выделяемый при прямом пьезоэффекте. Изучить явления обратного пьезоэффекта

 

Задачи работы

1. Вычислить пьезомодуль пьезоэлектрика при прямом пьезоэффекте.

2. Построить АЧХ выходного напряжения пьезоэлектрика при обратном пьезоэффекте и определить резонансную частоту.

 

Краткие теоретические сведения

К пьезоэлектрикам относят диэлектрики, которые обладают сильно выра­женным пьезоэлектрическим эффектом. Прямым пьезоэлектрическим эффектом называют явление поляризации диэлектрика… Это явление было открыто братьями Кюри в 1880 г. Возникающий на каж­дой из поверхностей диэлектрика электрический…

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. Определить заряд, выделяемый при прямом пьезоэффекте.

2. Вычислить пьезомодуль пьезоэлектрика при прямом пьезоэффекте.

3. Построить АЧХ выходного напряжения пьезоэлектрика при обратном пьезоэффекте.

4. По полученному графику определить резонансную частоту. На слух проверить соответствует ли частота резонанса максимальной громкости звучания пьезоизлучателя.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

 

1.Приведите определение прямого и обратного пьоэффекта? В каких ди­электриках наблюдаются эти явления?

2.От каких факторов зависят пьезоэлектрические свойства сегнетоэлектри- ческой керамики?

 

Лабораторная работа № 5

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОБОЙ В ДИЭЛЕКТРИКАХ

 

Цель работы

 

Закрепить и расширить знания студентов по теории пробоя газообразных диэлектриков.

 

Задачи работы

1. Определить электрическую прочность воздуха.

2. Сравнить полученные результа­ты со справочными данными.

 

Краткие теоретические сведения

Пробой - потеря электрической прочности под действием напряжённости электрического поля - может иметь место как в образцах различных диэлектри­ков и… Причины пробоя бывают различными, поэтому не существует единой уни­версальной… Пробивное напряжение обозначается Uпp и измеряется чаще всего в кило­вольтах. Электрическая прочность определяется…

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. Подавая на исследуемый образец напряжение от 500 В до 2500 В визуально пронаблюдать возникновение искры между электродами при пробое.

2. По полученному напряжению пробоя определить электрическую прочность воздуха.

3. Проверить результаты со справочными данными.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

 

1. Опишите механизмы и назовите условия пробоя диэлектриков?

2. Почему значение напряжения пробоя не характеризует электрическую прочность диэлектрика.

3. У каких диэлектриков наибольшая электрическая прочность, у каких наименьшая (твердых, жидких или газообразных)? Объяснить, чем вызвано это явление.

4. Как влияет давление газа на его электрическую прочность?

5. Как внешне проявляется процесс пробоя в газообразных диэлектриках?

 

ПРОВОДНИКИ

К проводникам электрического тока относятся как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. Важнейшими практически… Из металлических проводниковых материалов могут быть выде­лены металлы высокой… К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Для большинства металлов температура…

Лабораторная работа № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА

 

Цель работы

 

Задачи работы

Определить удельные сопротивления исследуемых образцов и сравнить со справочными данными.

 

Краткие теоретические сведения

С позиции классической электронной теории металлы рассмат­риваются как система, состоящая из положительных ионов, обра­зующих узлы кристаллической… Электрический ток в металлических проводниках обусловлен упорядоченным… Количественно это явление описывается законом Ома. Согласно закону Ома в дифференциальной форме плотность тока…

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. Измерить сопротивления проводников R и вычислить удельное сопротивление материалов r.

2. Сравнить полученные результаты со справочными.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

 

1.Опишите механизм проводимости электрического тока в проводнике.

2. Как влияют геометрические размеры проводника на его сопротивление?

3. Приведите формулу для расчета сопротивления проводника.

4. Назовите методы измерений сопротивления проводника.

5. Какие методы измерения сопротивления из рассмотренных в теоретиче­ской части являются более точными?

6. Какой метод измерения сопротивления лежит в основе работы цифрового омметра?

 

Лабораторная работа № 7

ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ
СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА

 

Цель работы

 

Изучить зависимость сопротивления проводника от температуры. Научиться определять темпе­ратурный коэффициент сопротивления.

 

Задачи работы

1. Для исследуемых образцов определить темпе­ратурные коэффициенты сопротивления ТК_R.

 

Краткие теоретические сведения

Концентрация п электронов проводимости в металлических про­водниках от температуры не зависит, однако от температуры зависит их подвижность а. С… Величина, на которую изменится удельное сопротивление про­водника при…  

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. Для исследуемых образцов построить графики зависимости сопротивления проводников от температуры.

2. Определить темпе­ратурные коэффициенты сопротивления ТК_R.

3. Сравнить результаты со справочными данными.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

 

1. В чем принципиальное отличие проводников, и диэлектриков?

2. Проводники с каким ТКС используются для изготовления резисторов?

3. Приведите определение ТКС проводника? Единицы его измерения.

4. Приведите определение положительного и отрицательного ТКС?

5. Описать метод определения температурного коэффициента сопротивления.

 

Лабораторная работа № 8

КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И
ТЕРМОЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА

 

Цель работы

 

Изучить явления, возникающие при контакте двух проводников, измерить термоэдс.

 

Задачи работы

 

Определить удельную термоэдс исследуемой термопары медь-хромель.

 

Краткие теоретические сведения

При соприкосновении двух различных металлов между ними возникает контактная разность потенциалов. Это явление открыл итальянский физик А. Вольта в… Пусть в изолированном состоянии электронный газ в металлах А и В…  

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. Измерить термоэдс U и разность температур горячего спая t_г и свободных концов t_с.

2. На основании формулы (8.2) вычислить удельную термоэдс исследуемой термопары.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

 

1. В каких условиях возможно появление термоэдс в замкнутой цепи?

2. Назовите основные механизмы возникновения термоэдс.

3. Приведите определение рабочего спая термопары?

4. Каков физический смысл относительной удельной термоэдс?

 

ПОЛУПРОВОДНИКИ

Большая группа материалов с электронной п и дырочной р про­водимостью, удельное сопротивление r которых при температуре 20 °С больше, чем у… Электрофизические характеристики полупроводниковых мате­риалов зависят не… Управляемость удельной электропроводностью полупроводниковых материалов посредством температуры, света, электрического…

Лабораторная работа № 9

ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

 

Цель работы

 

Изучить зависимость сопротивления полупроводника от температуры. Научиться определять энергию активации полупроводников в джоулях по зависимости lnr от обратной температуры 1/T.

 

Задачи работы

1. Для исследуемых образцов определить темпе­ратурные коэффициенты сопротивления ТК_R.

2. Вычислить энергию активации полупроводников для исследуемых образцов.

 

Краткие теоретические сведения

При температуре 0 К и в отсутствие другого энергетического воз­действия все валентные электроны полупроводникана­ходятся на энергетических уровнях… В примесных полупроводникахпереходы электронов из ВЗ полупроводника на уровни… Вероятность переходов носителей заряда на свободные уровни энергии и, следовательно, величина электропроводности…

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. На основании экспериментальных данных построить графики зависимости lnR(1/T) для исследуемых образцов.

2. По графикам определить темпе­ратурные коэффициенты сопротивления ТК_R.

3. Вычислить энергию активации полупроводников для исследуемых образцов.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

 

1. В чем принципиальное отличие полупроводников и проводников?

2. Приведите определение терморезистора?

3. Какие материалы используются для изготовления терморезисторов?

4. Как зависит ТКС терморезистора от температуры?

5. Описать метод определения температурного коэффициента сопротивле­ния используемый в данной лабораторной работе.

 

Лабораторная работа № 10

 

ФОТОПРОВОДИМОСТЬ

 

Цель работы

 

Изучить явление фотопроводимости полупроводников.

 

Задачи работы

1. Определить параметры полупроводника, применяемого для изготовления фоторезистора.

2. По осциллограмме тока определить значение времени жизни носителей заряда в полупроводнике.

 

Краткие теоретические сведения

 

10.4. Используемое оборудование

 

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. На основании экспериментальных данных натурального логарифма изменения тока через полупроводник ln(Di) от натурального логарифма светового потока ln(E).

2. Вычислить параметры полупроводника (коэффициент b и показатель степени x), применяемого для изготовления фоторезистора.

3. По осциллограмме тока определить значение времени жизни носителей заряда в полупроводнике.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

 

Лабораторная работа № 11

КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
И БАРЬЕРНЫЙ ФОТОЭФФЕКТ

 

Цель работы

 

Изучить явления, возникающие при контакте полупроводни­ков, измерить фотоэдс и фототок при различной освещенности и определить па­раметры полупроводника примененного для изготовления фотодиода.

 

Задачи работы

1. Построить график зависимости тока насыщения светодиода i_c от светового потока E, облучаемого фотодиод.

2. Построить график зависимости фотоэдс U_BL от светового потока E.

 

Краткие теоретические сведения

Контакты полупроводника с металлом или с другим полупроводником об­ладают иногда выпрямляющими свойствами, т. е. значительно эффективнее про­пускают… В отличие от металлов, в полупроводниках эта область оказывается доста­точно… Такие контакты явились первыми полупроводниковыми приборами (вы­прямители, детекторы), однако развитие…

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. Снять семейство ВАХ фотодиода при различной освещенности.

2. По экспериментальным данным построить график зависимости тока насыщения светодиода i_c от светового потока E, облучаемого фотодиод.

3. Сделать вывод об изменении ВАХ фотодиода при облучении его светом различной интенсивности.

4. По экспериментальным данным построить график зависимости фотоэдс U_BL от светового потока E.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

 

1. Приведите определение р-п перехода?

2. Приведите определение тока насыщения?

3. Повлияет ли увеличение концентрации свободных носителей заряда в об­ласти р-п перехода на значении тока насыщения, если да то как?

4. Опишите особенности режима холостого хода и короткого замыкания фо­тодиода?

5. Почему зависимость фототока от светового потока отклоняется от линей­ной при больших потоках

 

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основные типы магнитного состояния вещества. Все вещества в приро­де считаются магнетиками, так как они обладают определенными магнитными свойствами… В зависимости от значения M характера ее зависимости от Н и температуры… Диамагнитный эффект является результатом воздействия внешнего маг­нитного поля на молекулярные токи и проявляется в…

Лабораторная работа № 12

СНЯТИЕ ОСНОВНОЙ КРИВОЙ
НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКА

 

Цель работы

 

Исследовать характеристики намагничивания ферромагнетика в постоянном магнитном поле.

 

Задачи работы

1. Построить и изучить основную кривую намагничивания ферромагнетика.

2. Построить график зависимости магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля.

 

Краткие теоретические сведения

 

12.4. Используемое оборудование

 

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. Изменяя ток намагничивающей обмотки, следовательно и напряженность магнитного поля в образце, измерить величины тока первичной обмотки и напряжения на конденсаторе.

2. Вычислить значения B, H и m и по полученным данным построить графики зависимости магнитной индукции и магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля.

3. Сделать выводы.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

 

 

Лабораторная работа № 13

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНЕТИКА С ПОМОЩЬЮ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА

 

Цель работы

 

Исследовать характеристики намагничивания ферромагнетика при работе его в переменном магнитном поле. Изучить явление гистерезиса.

 

Задачи работы

1. Определить параметры предельной петли гистерезиса (остаточная ин­дукция В_r, коэрцитивная сила Н_с, индукция насыщения B_s).

2. Снять семейство частных петель гистерезиса и построить основную кривую намагничивания.

 

Краткие теоретические сведения

 

13.4. Используемое оборудование

 

Задание на выполнение лабораторной работы

 

1. Снять предельную петлю гистерезиса и измерить координаты (напряжения) точек петли, соответствующие величинам коэрцитивной силы, остаточной индукции и индукции насыщения.

2. Рассчитать величины коэрцитивной силы, остаточной индукции и индукции насыщения. Определить удельную энергию перемагничивания ферромагнетика.

3. Снять и сохранить осциллограммы для семейства частных петель гистерезиса и построить основную кривую намагничивания.

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

 

Контрольные вопросы

 

Лабораторная работа № 14

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧКИ КЮРИ

 

Цель работы

 

Исследовать зависимость магнитных свойств ферромагнетика от температуры.

 

Задачи работы

1.

 

Краткие теоретические сведения

 

14.4. Используемое оборудование

 

Задание на выполнение лабораторной работы

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

 

Контрольные вопросы

1. Какова физическая природа точки Кюри? Как её определить эксперимен­тально?

2. Приведите определение парамагнитного состояния вещества?

3. Как и почему изменяется индукция насыщения ферромагнетиков при из­менении температуры?

4. Приведите выражение для определения магнитного момента атома фер­ромагнетика.

Лабораторная работа № 15

ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТОТВЁРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Цель работы

 

Исследование кривой размагничивания магнитотвёрдых материалов, определение удельной энергии постоянного магнита.

 

Задачи работы

 

 

Краткие теоретические сведения

  Метод измерения.Основными свойствами магнитотвердых материалов являются… Коэффициент возврата определяется как тангенс угла наклона прямой воз­врата:

Задание на выполнение лабораторной работы

 

Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы. 2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе. 3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае…

Содержание отчета

 

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

 

Контрольные вопросы

1. Какая часть кривой намагничивания называется прямой возврата, каков её физический смысл?

2. Какова величина магнитной индукции на поверхности замкнутого фер­ромагнитного сердечника?

3. Метод измерения индукции магнитного поля в данной работе?

4. Изобразите качественно картину магнитного поля создаваемого прямо­угольным магнитом?

5. Приведите определение однородного поля?

6. Объясните, почему полюсные наконечники сердечников электромагни­тов и постоянных магнитов изготавливаются в форме усеченного конуса?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перечень и объем выполнения лабораторных работ, приведенных в Методических указаниях, соответствует рабочей программе дисциплины «Электротехническое… В процессе изучения дисциплины студентами ведущим преподавателем дисциплины…  

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Колесов, С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов : Учебн. для вузов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. – 2-е изд., перераб. и… 2. Богородицкий, Н.П. Электротехнические материалы : Учебн. для вузов / Н.П.… 3. Электротехнические и конструкционные материалы : учеб. пособие для студ. сред. проф. образования / В.Н. Бородулин,…

Коловский Алексей Владимирович

  ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ