Тема 13. Механические, тепловые и химические свойства диэлектриков

Основные понятия и общие представления о не электрических свой­ствах диэлектрических материалах. Механические свойства. Тепловые свойства. Влажностные свойства. Энергия смачивания, поверхностного натяжения и краевой угол смачивания. Физико-химические свойства.

Рекомендуемая литература: [1, с. 168-184]. [2, с. 73-90].

Методические указания

Необходимо изучить основные механические свойства диэлектри­ческих материалов. Усвоить понятия хрупкости и эластичности. Изу­чить вязкость и способы её определения. Изучить понятие нагревостойкости и холодостойкости. Усвоить классы нагревостойкости диэлектри­ческих материалов и их характеристики. Изучить теплопроводность ди­электрических материалов и её характеристики. Усвоить понятие гигро­скопичности и влагопроницаемости. Изучить способ определения энергии смачивания, энергии поверхностного натяжения и краевого угла смачивания методом погружения. Изучить растворимость, химостойкость. кислотное число, радиационную стойкость и светостойкость ди­электрических материалов.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Какими основными характеристиками описываются механиче­ские свойства диэлектриков?

2. Описать методы определения вязкости жидких диэлектриков.

3. Описать методы определения смачивающих свойств жидкими диэлектриками поверхности твердого тела.

4. Описать классы нагревостойкости систем изоляции.

5. Описать температурный индекс диэлектриков.

6. Описать методы определения твердости диэлектриков.

7. Описать основные Физико-химические свойства диэлектриков.

Тема 14. Классификация диэлектрических материалов

Виды классификации диэлектриков. Свойства и области примене­ния диэлектриков различных квалификационных групп.

Рекомендуемая литература: [1, с. 184-190]. [2, с. 90-186].

Методические указания

Необходимо виды классификации диэлектрических материалов. Усвоить понятия активных и пассивных диэлектриков. Изучить свойст­ва основных групп твердых, жидких и газообразных диэлектриков.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Дайте классификацию диэлектрических материалов.

2. Дайте понятия активных и пассивных диэлектриков.

3. Опишите виды газообразных диэлектриков, их свойства и об­ласть применения.

4. Опишите виды жидких диэлектриков, их свойства и область применения.

5. Опишите виды твердых диэлектриков, их свойства и область применения.

СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

Тематика практических занятий

Тема 1. Современно состояние электротехнических материалов

1. Проводниковые материалы.

2. Полупроводниковые материалы.

3. Диэлектрические материалы.

4. Магнитные материалы

Рекомендуемая литература

1. Карабасов Ю.С. Новые материалы. - М.: МИСИС, 2002. - 736 с.

2. Харрнс П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века: пер. с англ./П. Харрис. - М.: Техносфера. 2003.-336 с.

3. Герасименко Н.Н., Пархоменко Ю.Н. Кремний - материал нано-электроники. - М: Техносфера, 2006. - 352с.

4. Стародубцев Ю.Н. Магнитомягкие материалы. Энциклопедиче­ский словарь-справочник. -М.:, Техносфера, 2011. - 664с.

5. Ханнинка Р. Наноструктурные материалы. - М.:Техносфера. 2009.-488 с

6. Ю-Винг Май, Жонг-Жен Ю. Полимерные нанокомпозиты. - М.: Техносфера, 2011 - 688 с.

7. Алиев И.И. Электротехнические материалы и изделия. - М.: РадиоСофт, 2005.-351 с.

3.2. Перечень лабораторных работ для студентов, изучающих дисциплину

В данном разделе приведен перечень лабораторных работ для сту­дентов, изучающих дисциплину по классической дневной форме.

Лабораторные работы проходят во время сессии в Н. Новгороде. Название лабораторных работ, их число и последовательность выполнения опре­деляются маршрутом и календарным планом, составленным преподава­телем. Методические указания к выполнению лабораторных работ приве­дены в [4].

Тематика лабораторных работ

Раздел «Магнитные материалы»

1. Изучение влияния температуры на величину относительной

магнитной проницаемости ферро- и ферримагнитных материалов.

2. Изучение основных магнитных характеристик ферро- и ферри­магнитных материалов.

3. Определение величины магнитных потерь на гистерезис.

Раздел «Проводниковые материалы»

4. Изучение температурной зависимости сопротивления проводника.

5. Контактные явления и термоэлектродвижущая сила.

6. Изучение скин-эффекта резонансным методом.

Раздел «Полупроводниковые материалы»

7. Изучение температурной зависимости сопротивления полупро­водника.

8. Изучение влияния напряжения на величину электрического сопротивления полупроводников.

9. Изучение эффекта Холла в полупроводниках.

10. Фотоэлектрические явления в полупроводниках.

Раздел «Диэлектрические материалы»

11. Изучение температурной зависимости твердого диэлектрика.

12. Исследование влияния температуры на величину относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических по­терь твердых диэлектриков.

13. Пробой твердых диэлектриков.

14. Пробой жидких диэлектриков.

ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КОНТРОЛЬ

После завершения изучения дисциплины студенты сдают экзамен.

К экзамену допускаются только те студенты, у которых зачтено индивидуальное задание и лабораторные работы.

4.1. Вопросы для подготовки к экзамену

1. Какими электрофизическими характеристиками описывается поведение диэлектриков в электрическом поле?

2. Какие вещества относятся к полярным, а какие к неполярным диэлектрикам?

3. Что называется собственным, а что индуцированным электри­ческим моментом?

4. Процесс электронной поляризации в диэлектриках.

5. Процесс ионной поляризации в диэлектриках.

6. Процесс дипольно-релаксационной поляризации в диэлектриках.

7. Процесс ионно-релаксационной поляризации в диэлектриках.

8. Процесс миграционной поляризации в диэлектриках.

9.  Процесс спонтанной поляризации в диэлектриках.

10. Быстрые и медленные виды поляризации. Чем они отличаются?

11. В каких диэлектриках наблюдаются быстрые, а в каких - ре­лаксационные виды поляризации?

12. Основные типы носителей заряда и механизм электропровод­ности в газообразных, жидких и твёрдых диэлектриках.

13. Определение удельного объёмного и поверхностного сопро­тивления. Единицы измерения этих величин?

14. Вольт-амперная характеристика газов.

15. Характер изменения тока в диэлектрике при подаче на него не­изменяющегося во времени напряжения.

16. Характер изменения электропроводности диэлектрика при из­менении температуры.

17. Характер изменения электропроводности увлажненных ди­электриков при изменении температуры.

18. Виды диэлектрических потерь.

19. Характер изменения tgδ неполярного диэлектрика при измене­нии температуры.

20. Характер изменения tgδ неполярного диэлектрика при измене­нии частоты приложенного электрического поля.

21. Характер изменения tgδ полярного диэлектрика при изменении температуры.

22. Характер изменения tgδ полярного диэлектрика при изменении частоты приложенного электрического поля.

23. Характер изменения tgδ пористого диэлектрика при изменении напряженности электрического поля.

24. Виды пробоя диэлектриков.

25. Лавинный пробой в газах.

26. Лавинно-стриммерный пробой в газах.

27. Механизм пробоя увлажненных жидких диэлектриков.

28. Механизм пробоя жидких диэлектриков, загрязненных твер­дыми примесями.

29. Влияние полярности в системе электродов «игла-плоскость» на величину пробивного напряжения газоразрядного промежутка.

30. Закон Пашена.

31. Электрический пробой твердых диэлектриков.

32. Электротепловой пробой диэлектриков.

33. Ионизационный пробой диэлектриков.

34. Основные характеристики, описывающие механические свой­ства диэлектриков.

35. Методы определения вязкости жидких диэлектриков.

36.Методы определения смачивающих свойств жидкими диэлек­триками поверхности твердого тела.

37. Классы нагревостойкости систем изоляции.

38. Температурный индекс диэлектриков.

39. Методы определения твердости диэлектриков.

40. Классификация диэлектрических материалов.

41. Какие вещества относятся к полупроводникам?

42. Типы химических связей характерны для полупроводниковых материалов?

43. Механизм образования свободных носителей зарядов в собст­венном полупроводнике.

44. Донорные и акцепторные примеси в полупроводниках.

45. Описание зонной структуры полупроводника примесного типа.

46. Типы свободных носителей зарядов характерны для полупро­водниковых материалов.

47. Механизм образования свободных носителей зарядов в донорном полупроводнике.

48. Механизм образования свободных носителей зарядов в акцеп­торном полупроводнике.

49. Соотношение энергии активации собственного и примесного полупроводников.

50. Характер изменения подвижности свободных носителей заря­дов в полупроводнике при изменении температуры.

51. Характер изменения концентрации свободных носителей заря­дов в примесном полупроводнике при изменении температуры.

52. Характер изменения электропроводности в собственном полу­проводнике при изменении температуры.

53.Характер изменения электропроводности в примесном полу­проводнике при изменении температуры.

54. Характер изменения электропроводности в полупроводнике при изменении напряженности электрического поля.

55. Физическая сущность туннельного эффекта.

56.Эффект Зеебека.

57. Эффект Пельтье.

58. Эффект Томпсона.

59. Эффект Холла.

60. Определение типа электропроводности полупроводника с по­мощью эффекта Зеебека.

61. Определение типа электропроводности полупроводника с по­мощью эффекта Холла.

62. Характер изменения электропроводности полупроводника при изменении освещенности.

63. Определения спектра поглощения и спектра отражения.

64. Механизмы поглощения света полупроводниками.

65. Явление фотопроводимости.

66. Механизм люминесценции полупроводников.

67. Физическая сущность (р-n) -перехода.

68. Основные типы полупроводниковых материалов.

69. Принцип работы полупроводникового термистора.

70. Принцип работы полупроводникового варистора.

71. Принцип работы полупроводникового лазера.

72. Метод зонной перекристаллизации.

73. Метод Чохральского.

74. Метод Бриджмена-Стокбаргера.

75. Принцип работы термоэлектрического генератора.

76. Принцип работы термоэлектрического холодильника

77. Классификация проводниковых материалов по области приме­нения.

78. Материалы для изготовления электронагревательных элементов.

79. Требования и основные материалы, применяемые для изготов­ления скользящих контактов.

80. Требования и основные проводниковые материалы, исполь­зуемые в электровакуумной технике.

81. Назначение и краткая характеристика припоев.

82. Характер изменения подвижности свободных носителей заря­дов в металлических проводниках при изменении температуры.

83. Проводимость и удельное сопротивление поводников.

84. Характер изменения электропроводности проводников при из­менении температуры.

85. Явление криопроводности.

86. Явление сверхпроводимости.

87. Характер изменения сопротивления проводников при всесто­роннем сжатии.

88. Температурный коэффициент удельного сопротивления.

89. Характер изменения сопротивления проводников при всесто­роннем растяжении.

90. Характер изменения сопротивления проводников при механи­ческой обработке (волочение, резание).

91. Поверхностный (скин-) эффект в проводниковых материалах.

92. ТермоЭдс в проводниковых материалах.

93. Влияние примесей на величину электропроводности проводни­ковых материалов.

94. Принцип работы проводниковой термопары.

95. Процесс намагничивания ферро- и ферримагнетиков.

96. Процесс перемагничивания ферро- и ферримагнетиков.

97. Потери на гистерезис в ферро- и ферримагнетиках.

98. Потери на вихревые токи ферро- и ферримагнетиков. Способы их уменьшения.

99. Точкой Неля.

100. Зависимость µ = f (T ° C) ферро- и ферримагнетиков.

101. Зависимость µ = f (H) ферро- и ферримагнетиков.

102. Зависимость µ = φ(f) ферро- и ферримагнетиков.

103.Магнитомягкне и магнитотвердые материалы, их отличие и область применения.

104. Явление магнитострикции и область применения.

105. Магнитные материалы, используемые в устройствах высоких и сверхвысоких частот.

106. Особенности и способы получения текстурированных магнит­ных материалов.

107. Магнитодиэлектрики. Области их применения.

108. Магнитный момент атома.

109. Условия возникновения доменной магнитной структуры

110. Доменная структура.

111. Магнитная индукция.

112. Относительная магнитная проницаемость.

113. Парамагнетик (его основные свойства).

114. Диамагнетик (его основные свойства).

115. Антиферромагнетик (его основные свойства).

116.Ферримагнетик (его основные свойства).

117. Определение электропроводности.

118. Классификация веществ по электрическим свойствам

119. Ионная связь.

120. Ковалентная (атомная).

121. Металлическая связь.

122. Молекулярная связь.

123. Водородная связь.

124. Энергия химических связей. Что определяется данная энергия.

125. Классификация диэлектрических материалов.

126. Активные и пассивные диэлектрики.

127. Виды газообразных диэлектриков, их свойства и область применения.

128.  Виды жидких диэлектриков, их свойства и область применения.

129.  Виды твердых диэлектриков, их свойства и область применения.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Основная литература

1. Дудкин А.Н., Ким B.C. Электротехническое материаловедение: учебное пособие- Томск: Изд-во ТПУ, 2004. - 198 с.

2. Тареев Б.М.. Электрорадиоматериалы.- М: Высшая школа, 1978.-336 с.

3. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В.. Тареев Б.М.. Электротехни­ческие материалы. - Л: Энергия, 1985. - 352 с.

4. Дудкин А.Н., Ким B.C.. Петров А.В. Лабораторный практикум по курсу «Электротехническое материаловедение» - Томск: Изд-во ТПУ, 2006 - 80 с.

5. Шуликин С.Н. Изучение основных свойств ферро- и ферримаг-нитных материалов: методические указания к выполнению лаборатор­ной работы по дисциплине «Электротехническое материаловедение» для студентов ИДО. - Томск: Изд-во Томского политехнического уни­верситета, 2012. - 8 с.

6. Справочник по электротехническим материалам / под ред. Ю.В. Корицкого. В.В.Пасынкова. Б.М.Тареева. т.1. - М.: Энергоатомиз-дат. 1986- 368с; т. 2- М.: Энергоатомиздат, 1987.- 464с; т.З. - Л.: Энергоатомиздат, 1988.-728с

Дополнительная литература

1. Преображенский А.А., Бишар Е.Г.. Магнитные материалы и эле­менты. -М:Высшая школа. 1986 - 352 с.

2. Шалимова К.В.. Физика по.лупроводников.-М: Энергия, 1976-416 с.

3. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. М: Энергоиздат. 1982-320 с.

4. Калинин Н.Н., Скибинский Г.Л., Новиков П.П. Электрорадиома­териалы. - М.: Высш. школа, 1981.- 293с

5. Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. - М.: Высш. школа, 1977.-448с

6. Пасынков В.В., Чиркин Л.К., Шинков А.Д. Полупроводниковые приборы. -М.: Высш. школа, 1981.— 436с.

Internet -ресурсы

1. ChemPort.Ru [Электронный ресурс]: сайт о химии. - Режим дос­тупа: www.chemport.m, свободный.

2. Химик [Электронный ресурс]: сайт о химии. - Режим доступа: www.xiimiik.ru. свободный.

3. Подборка статей на тему: Электромонтаж и электромонтажные работы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.licevim.ru, сво­бодный.

4. Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия [Электронный ресурс].-Режим доступа: www.megabook.ru. свободный.

5. Нормативные документы [Электронный ресурс]. - Режим дос­тупа: www.normativinfo.ru. свободный.