Контрольная работа. Материалы и компоненты. Контрольная работа По дисциплине Материалы электронных средств Группа Вариант 6 Проверил

• Название: Контрольная работа По дисциплине Материалы электронных средств Группа Вариант 6 Проверил
• Анкор: Контрольная работа
• Дата: 28.01.2022
• Размер: 80.56 Kb.
• Имя файла: Материалы и компоненты.docx
• Тип: Контрольная работа; #344407

Федеральное агентство связи

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

Контрольная работа

По дисциплине: Материалы электронных средств

Выполнил:

Группа:

Вариант: 6

Проверил: ___________________

Новосибирск, 2019 г.

Задача № 3.1.2

Вычислить падение напряжения на полностью включенном реостате, изготовленном из константановой проволоки длиной 10 м, при плотности тока 5 А/мм². Удельное сопротивление константана принять равным 0,5 мкОм·м.

Дано:

j=5 А/мм²Решение

l=10м

Сопротивление проводника:

0,5 мкОм·м.

U-?

Плотность тока в материале:



Ток в проводнике тогда будет равен:



Падение напряжения вычисляется по формуле:





Ответ: падение напряжения на полностью включенном реостате, изготовленном из константановой проволоки составит .

Задача № 3.1.6

Определить температуру, до которой нагреется алюминиевый провод сечением15 мм², длиной 1000 м, если по нему течет ток 40А ,создающий падение напряжения 225 В.

Решение. Зная ток и падение напряжения, получим сопротивление проводника. Зная длину и сечение, от сопротивления проводника перейдём к удельному сопротивлению металла. Которое зависит от температуры. Принимая зависимость линейной, и зная удельное сопротивление при 20С и температурный коэффициент сопротивления, получим температуру.

Итак, начнём. Для решения этой задачи нужны след. законы и формулы:
1 - з. Ома - .
2 - зависимость сопротивления от длины, сечения и материала проводника - .
3 - зависимость сопротивления от изменения температуры - .
Температура которая нас интересует может быть найдена как + .
температура при которой измеряется начальное значение ро - (наведена в таблице).
При температуре 20 градусов Цельсия = 4,3 * 1/ .

Идём дальше.
Из (1) находим R. R = U/I. R = 5 Ом.
Из (2) находим . = . Переводить в десятичный дробь пока не будем, так как получится бесконечный дробь. Хотя если большая точность не нужна, можно его округлить и посчитать.
(3) же перепишем так, чтобы выразить дельта т. - .
Отсюда 390,4 гр. Цельсия. А температура алюминия 390,4 + 20 = 410. 4 градусов.

Задача № 3.2.1
Вычиcлить собственную концентрацию носителей заряда в кремнии при

Т=300 К, если ширина его запрещенной зоны ΔW=1,12 эВ, а эффективные

Массы плотности соcтоянийm_c=1,05m₀, m_v=0,56m₀.

Решение.

Концентрация собственных носителей заряда рассчитывается по формуле:




где N_c– эффективная плотность состояний в зоне проводимости,

N_v– эффективная плотность состояний в валентной зоне.

Рассчитаем эффективные плотности: N_c=2,69·10¹⁹ см^-3, N_v=1,05·10¹⁹ см^-3.

Подставим эти значения в формулу концентрации собственных носителей заряда.

Ответ: n_i=6.45·10⁹см^-3,N_c=2,69·10¹⁹ см^-3, N_v=1,05·10¹⁹ см^-3.

Задача № 3.2.12
Объясните, почему при одинаковом содержании легирующих примесей поликристаллический кремний обладает гораздо более высоким удельным сопротивлением, чем монокристаллический материал.
По правилу Маттиссена об аддитивности удельного сопротивления:



т. е. полное сопротивление металла есть сумма сопротивлений,

обусловленных рассеянием электронов на тепловых колебаниях узлов

кристаллической решетки, и остаточного сопротивления, обусловленного

рассеянием электронов на статических дефектах структуры.

При одинаковом содержании легирующих примесей остаточное сопротивление, обусловленное рассеянием электронов на статических дефектах структуры поликристаллического и монокристаллического кремния равны. Следовательно, удельное сопротивление будет зависеть от сопротивления, обусловленного рассеянием электронов на тепловых колебаниях узлов кристаллической решетки. А так как в поликристаллическом кремнии гораздо больше узлов в кристаллической решетке нежели в монокристаллической, то потери вызванные рассеянием электронов на тепловых колебаниях узлов будут больше и удельное сопротивление соответственно то же будет иметь большее значение.
Задача № 3.3.1

В чем различие между ионной и ионно-релаксационной поляризацией? Что характеризует время релаксации и от каких факторов оно зависит?
Ионная поляризация характерна для тел с ионным строением и обусловлена

смещением упруго связанных ионов на расстояния, меньше периода решетки. Ионно-релаксационная поляризация наблюдается в ионных диэлектриках с неплотной упаковкой ионов, например в неорганических стеклах и в некоторых кристаллических веществах. В этом случае слабосвязанные ионы веществ под воздействием внешнего электрического поля среди хаотических тепловых перебросов получают избыточные направлении поля и смещаются на расстояния, превышающие постоянную решетки. После снятия электрического поля ионы постепенно возвращаются к центрам равновесия.

Время релаксации–это промежуток времени, в течение которого упорядоченность ориентированных полем диполей после снятия поля уменьшается вследствие наличия теплового движения в 2,7 раза от первоначального значения, т. е. система из не равновесного состояния приближается к равновесному. Время релаксации сильно зависит от температуры. Чем выше температура, тем меньше силы молекулярного сопротивления повороту диполей в вязкой среде, тем меньше время релаксации.
Задача № 3.3.13
Электрическая прочность непропитанной конденсаторной бумаги и конденсаторного масла соответственно равна 35 и 20 кВ/мм. После пропитки бумаги конденсаторным маслом ее электрическая прочность возросла до 50 кВ/мм. Почему электрическая прочность пропитанной бумаги больше, чем электрические прочности непропитанной бумаги и пропитывающего диэлектрика?

Пробивное напряжение изоляции зависит от ее толщины (т. е. от расстояния между электродами а): чем толще слой данного электроизоляционного материала, тем выше его пробивноенапряжение.Бумажно-масляная изоляция изготовляется из слоев пропитанной маслом бумаги, причем промежутки между слоями бумаги тоже заполнены маслом. Бумажно-масляная изоляция является самой надежной и поэтому применяется в изоляционных конструкциях с наиболее высокими напряженностями электрического поля. Пробивное напряжение масляных промежутков определяет пробивное напряжение всей бумажно-масляной изоляции, так как электрическая прочность масла ниже, чем бумаги.

Электрическая прочность диэлектрика:

,

где U_пр – напряжение пробоя диэлектрика.

h – толщина материала.

Задача № 3.3.15

Чем отличается пробой газа в однородном и неоднородном электрических полях? Каким образом в газе можно создать однородное поле? Почему при увеличении расстояния между электродами пробивное напряжение газа в однородном поле возрастает?

Пробой газа в неоднородном электрическом поле отличается от пробоя в однородном поле. Неоднородное поле образуется между остриём и плоскостью, коаксиальными цилиндрами, между сферическими поверхностями, если расстояние между ними больше радиуса сферы.

Пробой газа в неоднородном электрическом поле происходит при меньшем напряжении по сравнению с пробоем того же слоя газа в однородном электрическом поле. Вначале наступает неполное электрическое разрушение слоя газа у электрода с меньшим радиусом, так как у его поверхности наблюдаются наибольшие напряженности электрического поля. При повышении напряжения возникает разряд в виде короны. При дальнейшем повышении напряжения корона переходит в искровой разряд, а при достаточной мощности источника – в дуговой.

Однородное  поле  реализуется  между  плоскими  электродами  с закругленными краями, а также  между  сферами, если расстояние  между  ними не более их диаметра.

В однородном электрическом поле при T=const пробой газообразного диэлектрика выражается следующей формулой:

U_пр=Aph

где U_пр = пробивное напряжение слоя газа, В;

р – давление газа

h – расстояние между электродами, м;

А – коэффициент.

Из формулы видно, что при увеличении расстояния между электродами прямо пропорционально возрастает и пробивное напряжение.



Рис.1 Зависимость пробивного напряжения газа от расстояния между электродами при постоянном давлении

создаются наиболее благоприятные условия для развития ударной ионизации. Это, повидимому, связано с тем, что расстояние между электродами оказывается соизмеримым с длиной свободного пробега электронов. В этом случае электроны, двигаясь в электрическом поле и, достигнув электрода, меняют свое направление движения одновременно при изменении полярности приложенного напряжения. За счет этого они быстрее накапливают энергию, необходимую для развития ударной ионизации.

При дальнейшем уменьшении расстояния между электродами до значений см условия развития ударной ионизации практически не меняются, и пробивное напряжение также остается практически постоянным. При расстояниях между электродами меньших, чем см пробивное напряжение вновь начинает падать. Это связано с тем, что при столь малых расстояниях пробой газа уже обусловлен не ударной ионизацией, а другими процессами, связанными, например, с вырыванием электронов из катода возросшими силами электрического поля.

Задача № 3.3.27

На каких принципах основано создание термостабильной конденсаторной керамики?
Ответ:

Керамика – это поликристаллический материал, полученный из минералов и оксидов металлов спеканием при высокотемпературном обжиге. По строению керамика представляет собой сложную систему состоящую из трех основных фаз: кристаллической, стекловидной и газовой. Кристаллическая фаза (основная) представляет собой химические соединения или твердые растворы, она определяет характерные свойства керамического материала; стекловидная фаза находится в керамическом материале  в виде прослоек между кристаллической составляющей или обособленных микрочастиц и выполняет роль связующего вещества; газовая фаза представляет собой газы, содержащиеся в порах керамики. Поры ухудшают свойства керамики, особенно при повышенной влажности.

Изменяя состав твердых растворов можно получить очень незначительный температурный коэффициент диэлектрической проницаемости как с положительным, так и с отрицательным знаком. Такая керамика используется для изготовления термостабильных конденсаторов.

Для улучшения температурной стабильности в состав керамики добавляют цирконат кальция CaZrO₂, лантанат алюминия LaAlO₃, станнат кальция CaSnO₂, которые образуют кристаллическую фазу с положительным значением ТКЕ. Изменяя соотношения между этими компонентами получают термостабильную керамику с ТКЕ от +33×10^-6 до -75×10^-6К^-1.

Принципы создания термостабильной конденсаторной керамики:

1)малая емкость обкладок конденсатора;

2)малое значение ТКЕ(температурный коэффициент емкости ) ТКЕ - температурный коэффициент ёмкости. Конденсаторы с группами ТКЕ П100 (П120), П33, М47, М75, т.е. с малыми значениями ТКЕ называют ещё термостабильными;

3)жесткие допуски ( ±2%; ±5%)

Задача № 3.4.2.
К какому классу веществ по магнитным свойствам относятся полупроводники кремний и германий, химические соединения А^IIIВ^V?

К диамагнетикам относятся инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть и ее производные), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и др.), большинство полупроводников (кремний, германий, соединения АЗВ5, А2В6) и органических соединений, щелочно-галоидные кристаллы, неорганические стекла и др. Диамагнетиками являются все вещества с ковалентной химической связью и вещества в сверхпроводящем состоянии. Соединения типа АIIIВV являются ближайшими электронными аналогами германия и кремния. Они образуются в результате соединения элементов III группы Периодической системы (бора, алюминия, галлия и индия) с элементами V группы (азотом, фосфором, мышьяком и сурьмой).
Задача № 3.4.6

Укажите, следствием какого универсального закона являются диамагнитные свойства вещества. Почему парамагнетизм, в отличие от диамагнетизма, не универсален? Как зависит диамагнитная восприимчивость химического элемента от его места в Периодической системе элементов?

Диамагнетизм(диамагнетизм (от греч. dia… — расхождение (силовых линий), и магнетизм) — один из видов магнетизма, который проявляется в намагничивании вещества навстречу направлению действующего на него внешнего поля) универсален, в отличии от парамагнитизма (Парамагнетизм (от пара… и магнетизм), свойство тел, помещенных во внешнее магнитное поле, намагничиваться (приобретать магнитный момент)в направлении, совпадающем с направлением этого поля), так как он свойственен всем веществам.

Таблица Менделеева чётко разделяется на две компактные области: диамагнитную и парамагнитную, что особенно хорошо видно в длиннопериодном варианте. Граница раздела проходит по линии  элементов  с номерами 3 – 13 – 28 – 46 – 78 – 110 (литий – алюминий – никель – палладий – платина – дармштадтий).

Исходя из вида распределения диамагнитных и парамагнитных  элементов  в ПСЭ и с учётом приведенных выше замечаний, можно сделать следующие обобщения (в отношении  элементов  7-го периода некоторые из данных обобщений являются гипотетическими):

1.      За исключением 1-го периода, каждый период начинается с парамагнитного  элемента  и заканчивается диамагнитным (впрочем, и в 1-ом периоде водород в атомарном состоянии представляет собой классический пример парамагнитного вещества).

2.      В коротких периодах (периоды 1 – 3) преобладают диамагнитные элементы, а в длинных (периоды 4 – 7) – парамагнитные.

3.      В длинных периодах содержится одинаковое количество диамагнитных  элементов  (N_d = 8) в конце каждого периода, а количество парамагнитных  элементов  в начале каждого периода составляет N_p = N - N_d, где N – общее число  элементов  в периоде.

4.      В 1-ом периоде оба s-элемента являются диамагнитными; во 2-ом периоде содержится один парамагнитный и один диамагнитный s-элементы; в каждом из остальных периодов оба s-элемента являются парамагнитными.

5.      Все р-элементы являются диамагнитными, за исключением алюминия и магнитоамфотерных элементов .

6.      В длинных периодах содержится одинаковое количество парамагнитных d-элементов – по 8 в начале каждого ряда d-элементов, и одинаковое количество диамагнитных d-элементов – по 2 в конце каждого ряда d-элементов.

7.      Все f-элементы являются парамагнитными.

8.      Все элементы 1 – 10 групп являются парамагнитными, за исключением бериллия.

9.      Все элементы 11 – 18 групп являются диамагнитными, за исключением алюминия и магнитоамфотерных элементов .

Диамагнитный эффект, являющийся следствием закона индукции Фарадея: внешнее магнитное поле всегда создаёт в веществе такой индукционный ток, магнитное поле которого направлено против начального поля (Ленца правило). Поэтому создаваемый внешним полем диамагнитный момент вещества всегда отрицателен по отношению к этому полю.