Метод. указ.ЭКМ заочники. казанский государственный энергетический университет электротехническое и конструкционное материаловедение
 Скачать 341 Kb.
|
|
Раздел 5. Магнитные материалы Литература: [1], гл. 14, 15; [2], гл. IV, XIII. Наиболее широкое применение в электроэнергетике и электротехнике получили ферромагнитные и ферримагнитные материалы. В зависимости от конфигурации петли магнитного гистерезиса их подразделяют на магнитно-твердые и магнитно-мягкие. Магнитно-твердые сплавы используют для изготовления постоянных магнитов. Они имеют широкую петлю гистерезиса с большой коэрцитивной (размагничиваюшей) силой Нс> 4 кА/м и обладают значительной магнитной энергией, пропорциональной величинам Нс и остаточной магнитной индукции Вr. Увеличение коэрцитивной силы магнитно-твердых сталей достигается получением неоднородной напряженной структуры, представленной высокоуглеродистым мартенситом с высокой плотностью дефектов строения. Для постоянных магнитов небольшой мощности могут быть использованы углеродистые инструментальные стали. Обычно применяют высокоуглеродистые стали, легированные хромом и кобальтом (ЕХ3, ЕХ5К5 и др.). Легирующие элементы увеличивают прокаливаемость стали, повышают ее коэрцитивную силу и магнитную энергию. Широкое применение получили литые сплавы типа алнико, например ЮНДК15, ЮНДК40Т8АА, обладающие значительно большей коэрцитивной силой и магнитной энергией, чем легированные стали. В качестве материалов постоянных магнитов применяют сплавы системы Fe-Ni-AI, сплавы на основе РЗМ (Sm, Рг,Y), получаемые методом порошковой металлургии. Из магнитномягких сплавов изготавливают электромагниты, магнитопроводы электрических машин, трансформаторов, электрических приборов и аппаратов. Основные требования, предъявляемые к магнитно-мягким материалам: малая коэрцитивная сила (узкая петля гистерезиса), высокая магнитная проницаемость, высокая индукция насыщения, малые потери на вихревые токи и перемагничивание, Низкие значения Нс и высокая магнитная проницаемость µ достигаются в ферромагнетиках при однофазной близкой к равновесию структуре с минимумом внутренних напряжений. Наиболее широкое распространение в качестве магнитно-мягких материалов, работающих в полях промышленной частоты (низкочастотные поля), получили кремнийсодержащие (электротехнические) стали. Основное назначение кремния - увеличение удельного электросопротивления стали, и, следовательно, сокращение потерь при перемагничивании. Дальнейшее уменьшение тепловых потерь достигается изготовлением магнитопроводов (роторов и статоров двигателей, сердечников трансформаторов и т.д.) из набора тонколистовых деталей с прослойкой изоляции (полимеров, оксидов). Ферриты представляют собой материалы, состоящие из оксидов Fe, Zn, Мп, Ni, получаемые методом порошковой металлургии. Ферриты широко применяют в устройствах, работающих в слабых полях на низких и высоких радиочастотах. Вопросы для самопроверки Классификация материалов по магнитным свойствам. Какие химические элементы обладают ферромагнитными свойствами? Укажите условия возникновения спонтанной намагниченности и, как следствие, высокой магнитной восприимчивости. Что такое домены в магнитных материалах? Как называется физическая величина, показывающая во сколько раз индукция магнитного поля в однородной среде отличается от индукции магнитного в вакууме называется? Как называется материалы, атомы которых в отсутствие внешнего магнитного поля не имеют результирующего магнитного момента? Что такое точка Кюри? Какие материалы применяют для изготовления сердечников трансформаторов? Почему сердечники из электротехнической стали изготавливают из тонких листов с прослойками изоляции? Магнитострикционные материалы, их состав, свойства и назначение. Что такое ферромагнитная керамика? Ее свойства и область применения. Что представляют собой магнитодиэлектрики? Укажите их состав, свойства и назначение. Какие материалы имеют прямоугольную петлю гистерезиса? Каковы их состав и структура? Коэффициент прямоугольности. Как классифицируются магнитотвердые материалы, и каковы их характеристики? Чем объясняются повышенные магнитные свойства сплавов с кристаллической текстурой? Каковы конструкция, свойства и области применения магнитных лент? СОДЕРЖАНИЕ И ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ Правила оформления контрольной работы Студент должен выполнить контрольную работу, которая включает 2 задачи и 5 вопросов. Вариант задания студента соответствует последней цифре номера зачетной книжки. Если последняя цифра в номере зачетной книжки 0, выполняется вариант контрольного задания № 10. При выполнении контрольных работ необходимо придерживаться указанных ниже правил. Работы, выполненные без соблюдения этих правил, не зачитываются и возвращаются студенту для переработки. 1. Каждая контрольная работа должна быть выполнена в отдельной тетради в клетку. Необходимо оставлять поля шириной 4–5 см для замечаний рецензента. 2. На обложке тетради должны быть указаны фамилия, и инициалы студента, учебный номер (шифр), номер учебной группы, название дисциплины; название учебного заведения, дата отсылки работы в университет и адрес студента. В конце работы следует расписаться. 3. В работу должны быть включены все задания, указанные в контрольной работе по положенному варианту. Контрольная работа, содержащая не все задания, а также задания не своего варианта, не засчитывается. 4. Ответы на вопросы надо располагать в порядке номеров, указанных в заданиях, сохраняя номера вопросов. 5. Перед ответом на каждый вопрос надо полностью выписать формулировку вопроса. 6. После получения рецензии на незачтенную работу студент должен исправить все отмеченные рецензентом ошибки и недочеты и выполнить все рекомендации рецензента. Если рецензент предлагает внести в ответы те или иные исправления или дополнения и прислать их для повторной проверки, то это следует сделать в короткий срок. Варианты контрольных заданий ВАРИАНТ 1 1. Что позволяет объяснить зонная теория твердого тела? 2. Что такое тангенс угла диэлектрических потерь? Какова векторная диаграмма токов в диэлектрике при переменном напряжении. 3. Собственные (простые) полупроводники. Каков механизм электропроводности металлических проводниковых материалов. 5. Магнитострикция. Состав, свойства и назначение магнитострикционных материалов. 6. Задача №1, вариант 1. 7. Задача №2, вариант 1. ВАРИАНТ 2 1. Каково расположение энергетических зон в диэлектриках, полупроводниках и проводниках в соответствии с зонной теорией твердого тела. 2. Что такое поляризация диэлектрика? Как количественно оценивается поляризация диэлектрика? Что называется диэлектрической проницаемостью, диэлектрической восприимчивостью, поляризуемостью частиц? 3. Каковы физические процессы, обуславливающие примесную проводимость в дырочных и электронных полупроводниках? 4. Что называется удельным сопротивлением и температурным коэффициентом удельного сопротивления проводниковых материалов? В каких единицах измеряются и каковы их величины у различных металлов и сплавов? 5. Магнитотвердые материалы. Виды, состав, свойства, применение. 6. Задача №1, вариант 2. 7. Задача №2, вариант 2. ВАРИАНТ 3 1. В чем заключается различие полярных и неполярных веществ? Приведите примеры. 2. Какова зависимость диэлектрической проницаемости жидких полярных и неполярных диэлектриков от частоты? 3. Каков характер зависимости удельной электропроводности полупроводников от напряженности электрического поля? 4. Как изменяется удельное электрическое сопротивление металлического проводника в результате холодной пластической деформации 5. Магнитомягкие материалы. Виды, состав, свойства, применение. 5. Задача №1, вариант 3. 6. Задача №2, вариант 3. ВАРИАНТ 4 1. Какие заряды в диэлектриках являются сильно связанными, слабо связанными и свободными? 2. Рассмотрите основные виды слюдяных материалов и области их применения. 3.Электропроводность полупроводниковых материалов. Зависимость электропроводности от различных факторов. 4. Рассмотрите материалы, применяемые для изготовления термопар. Как зависит термоэлектродвижущая сила от разности температур спаев термопары? 5. Что представляют собой магнитодиэлектрики? Укажите их состав, свойства и назначение. 5. Задача №1, вариант 4. 6. Задача №2, вариант 4. ВАРИАНТ 5 1. Чем отличаются процессы полимеризации и поликонденсации при получении полимерных диэлектрических материалов? 2. Газообразные диэлектрики. Состав, свойства, области применения. 4. Каковы физико-химические процессы, определяющие примесную проводимость в дырочных и электронных полупроводниках? 4. Сплавы с повышенным электрическим сопротивлением. Состав, свойства, области применения. 5. Магнитная анизотропия в магнитном материале. 6. Задача №1, вариант 5. 7. Задача №2, вариант 5. ВАРИАНТ 6 1. Дефекты кристаллической решетки веществ. 2. Какая изоляция называется оксидной и фторидной, как она получается на различных металлах и сплавах'? Укажите возможности применения оксидной и фторидной изоляции в электроэнергетике и электротехнике. 3. Полупроводниковые химические соединения. Состав. Свойства. Области применения. 4. Материалы для скользящих контактов. 5. Природа ферромагнетизма. 6. Задача №1, вариант 5. 7. Задача №2, вариант 1. ВАРИАНТ 7 1. Физические состояния аморфных полимеров. 2. Какова зависимость диэлектрической проницаемости различных типов диэлектриков от температуры и частоты? 3. Полупроводниковые химические соединения типа АIVВIV. Виды, свойства, области применения. 4. Металлы и сплавы высокой проводимости. Виды, свойства. применение. 5. Магнитная проницаемость материалов. 6. Задача №1, вариант 4 7. Задача №2, вариант 2. ВАРИАНТ 8 1. Зонная теория твердого тела. 2. Что такое диэлектрические потери? Вывод формул удельных диэлектрических потерь при постоянном и переменном напряжениях. 3. Полупроводниковые химические соединения типа АIIIВIV. Виды, свойства, области применения. 4. Медь и ее сплавы. Виды, свойства, области применения. 5. Какие материалы имеют прямоугольную петлю гистерезиса? Каковы их состав и строение? Коэффициент прямоугольности. 6. Задача №1, вариант 2. 7. Задача №3, вариант 3. ВАРИАНТ 9 1. Какие заряды в диэлектриках являются сильно связанными, слабо связанными и свободными? 2. Нефтяные электроизоляционные масла. 3. Полупроводниковые химические соединения типа АIIВIV. Виды, свойства, области применения. 4. Сверхпроводники и криопроводники. Виды, свойства, применение. 5. Магнитные потери в магнитных материалах. 5. Задача №1, вариант 1. 6. Задача №2, вариант 4. ВАРИАНТ 10 1. Каково расположение энергетических зон в диэлектриках, полупроводниках и проводниках в соответствии с зонной теорией твердого тела. 2. Керамические диэлектрики. Виды, свойства, применение. 3. Зависимость удельной электропроводности полупроводников температуры. 4. Что называется удельным электрическим сопротивлением и температурным коэффициентом удельного электрического сопротивления проводниковых материалов? В каких единицах они измеряются и каковы их величины у различных металлов и сплавов. 5. Магнитомягкие материалы. Виды, свойства, применение. 6. Задача №1, вариант 2. 7. Задача №2, вариант 5. ЗАДАЧА № 1 На две противоположные грани куба с ребром d, изготовленного из диэлектрика с удельным объемным сопротивлением  и удельным поверхностным сопротивлением  , нанесены слои металла, служащие электродами, через которые куб включается в цепь.Определите величину установившегося тока через куб и потери мощности в нем при постоянном напряжении. Таблица 1 Варианты заданий к задаче №1
|