Методические рекомендации и указания

• Название: Методические рекомендации и указания
• Дата: 16.03.2023
• Размер: 0.62 Mb.
• Имя файла: 82487.doc
• Тип: Методические рекомендации; #994608
• страница: 6 из 6

2 Перечень вопросов и задач для контрольных работ

2.1 Строение материалов и проводниковые материалы

1. 
   Найти плотность вольфрама, если известно, что вольфрам имеет структуру объемно-центрированного куба. Расстояние между ближайшими атомами равно 0,2737 нм.
   

2. 
   Определить вероятность заполнения электронами энергетического уровня в металле, расположенного на 0,1 эВ выше уровня Ферми.
   

3. 
   Определить температуру, при которой вероятность нахождения электрона с энергией 0,5 эВ выше уровня Ферми в металле равна 1%.
   

4. 
   Определить длину свободного пробега электронов в меди при комнатной температуре.
   

5. 
   Удельное сопротивление чистой меди при 20 и 100^оС равно соответственно 0,0168 и 0,0226 мкОмм. Определить удельное сопротивление и температурный коэффициент удельного сопротивления при 0^оС.
   

6. 
   Удельное сопротивление меди, содержащей 0,5% индия, равно 0,0234 мкОмм. Определить концентрацию атомов индия в медном сплаве с удельным сопротивлением 0,0298 мкОмм.
   

7. 
   Один спай термопары помещен в печь с температурой 200 ^оС, другой находится при температуре 20 ^оС. Вольтметр показывает при этом термоЭДС 1,8 мВ. Чему будет равна термоЭДС, если второй спай термопары поместить в сосуд: а) с тающим льдом, б) с кипящей водой?
   

8. 
   Удельное сопротивление меди, содержащей 0,3 атомных процента олова, составляет 0,0258 мкОмм при комнатной температуре. Определить удельное сопротивление меди, содержание олова в которой составляет 0,6 атомных процента.
   

9. 
   Определить плотность тока в молибденовой проволоке, к концам которой приложено напряжение 1,2 В. Длина проволоки 100 м.
   

10. 
    Стержень из графита соединен последовательно с медным стержнем того же сечения. Определить, при каком отношении длин стержней сопротивление этой композиции не зависит от температуры. Удельные сопротивления меди и графита равны соответственно 0,017 и 8,0 мкОмм, а значения температурного коэффициента удельного сопротивления для этих материалов составляют 4,310^–3 и – 10^–3 К^–1.
    
11. 
    Найти сопротивление квадрата поверхности плоского проводника из латуни на частоте 10 МГц, если удельное сопротивление латуни при постоянном напряжении равно 0,08 мкОмм.
    

12. 
    Для отопления помещения используется электрокамин, работающий от сети с напряжением 220 В. Помещение теряет в сутки 10⁵ кДж теплоты. Найти длину нихромовой проволоки для изготовления нагревательного элемента. Диаметр проволоки 0,7 мм, удельное сопротивление нихрома 1 мкОмм.
    

13. 
    Вычислить удельное сопротивление металлического проводника, имеющего плотность 970 кг/м³ и молярную массу 0,023 кг/моль, если известно, что средняя скорость дрейфа электронов в электрическом поле напряженностью 0,1 В/м составляет 510 ^{– 4} м/с. На каждый атом кристаллической решетки приходится один электрон.
    

14. 
    Определить отношение удельных теплопроводностей серебра при температуре 20 и 200 ^оС. Удельное сопротивление серебра при температуре 20 ^оС равно 0,015 мкОмм, а температурный коэффициент удельного сопротивления составляет 4,110^–3 К^–1.
    

15. 
    В цепь включены последовательно медная и нихромовая проволоки равной длины и диаметра. Найти отношение количеств теплоты, выделяющейся в этих проводниках, и отношение падений напряжения на проводах. Удельное сопротивление меди и нихрома равно соответственно 0,017 и 1 мкОмм.
    

16. 
    Пленочный резистор состоит из трех участков, имеющих различные удельные поверхностные сопротивления =10 Ом; =20 Ом; =30 Ом (см. рисунок). Определить полное сопротивление резистора.
    

17. 
    Вычислить удельную теплопроводность меди при комнатной температуре по измеренному значению ее удельного сопротивления 0,017 мкОмм.
    

2.2 Магнитные материалы

18. 
    Определить намагниченность и магнитную индукцию в медном проводе при воздействии на него однородного магнитного поля напряженностью 1000 А/м.
    
19. 
    Магнитная индукция насыщения никеля равна 0,65 Тл. Определить магнитный момент, приходящийся на один атом никеля. Плотность никеля – 8960 кг/м³.
    

20. 
    При напряженности магнитного поля 104 А/м магнитная индукция в висмуте равна 12,5 мТл. Определить магнитную восприимчивость материала.
    

21. 
    Для двух магнитных материалов выполняются условия: _max1>_max2; B_s1s2. _max – максимальная магнитная проницаемость, B_s – индукция насыщения. Построить на одном графике основные кривые намагничивания для этих материалов (зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля).
    

22. 
    Найти магнитные потери в катушке с сердечником, который перемагничивается магнитным полем с частотой 0,1 МГц. Индуктивность катушки 0,2 мГн, ток через обмотку 0,1 А, тангенс угла магнитных потерь tg_м = 0,2.
    

23. 
    Определить коэрцитивную силу кольцевого ферромагнитного сердечника, если для его размагничивания через обмотку, содержащую 100 витков, требуется пропустить ток 63 мА. Средний диаметр кольца сердечника равен 20 мм.
    

24. 
    Определить, сколько витков необходимо намотать на магнитный сердечник длиной 100 мм и диаметром 8 мм, чтобы получить индуктивность 10 мГн. Магнитная проницаемость сердечника равна 500.
    

25. 
    При напряженности магнитного поля 400 кА/м материал имеет магнитную индукцию 1 Тл. Определить намагниченность материала.
    

2.3 Диэлектрики

26. 
    Определить плотность заряда на обкладках конденсатора и на поверхности диэлектрика для конденсатора: U=80 В, d=0,1 мм, =4.
    

27. 
    Сопротивление изоляции двухжильного кабеля длиной 2 м равно 300 МОм. Чему равно сопротивление изоляции такого же кабеля длиной 6 м? Сопротивление изоляции измеряется между двумя жилами.
    

28. 
    В конденсаторе последовательно располагаются два слоя диэлектриков. Определить постоянную времени такого конденсатора, если диэлектрическая проницаемость первого и второго диэлектрика равны соответственно: 2 и 4, удельные проводимости – 1,5х10^–14 Смсм^–1 и 3х10^–14 Смсм^–1. Толщины – 0,2 см и 0,1 см.
    
29. 
    После отключения внешнего источника напряжение на обкладках конденсатора за 10 минут уменьшается на 90 %. Определить удельное сопротивление диэлектрика, если его диэлектрическая проницаемость равна 4.
    

30. 
    Толщина и площадь плоского конденсатора равны 0,5 см и 2 см², диэлектрическая проницаемость равна 2,5. Частота приложенного напряжения 1 кГц. Тангенс угла диэлектрических потерь 510^–3. Определить удельную проводимость диэлектрика, если известно, что потеря энергии обусловлена его электропроводностью.
    

31. 
    На поверхности диэлектрика параллельно друг другу на расстоянии 12 мм расположены два узких электрода длиной 20 мм. Определить удельное поверхностное сопротивление диэлектрика, если сопротивление между электродами 5 МОм.
    

32. 
    Определить тангенс угла диэлектрических потерь в неполярном диэлектрике на частоте 1,5 Мгц, если удельное сопротивление материала равно 310¹⁵ Ом м, а диэлектрическая проницаемость 2,4.
    
33. 
    Как изменится емкость плоского конденсатора, если сплошной диэлектрик между его обкладками заменить на пористый? Пористый диэлектрик на 50% легче сплошного. Диэлектрическая проницаемость сплошного диэлектрика равна 2,8.
    

34. 
    В выходном фильтре источника постоянного напряжения 1,5 кВ применено последовательное соединение трех конденсаторов, рассчитанных на рабочее напряжение 630 В. Могут ли быть использованы в этом фильтре конденсаторы, сопротивление изоляции которых составляют 600, 1000 и 400 МОм?
    

35. 
    Электрическая прочность диэлектрика составляет 310⁷ В/м, =12,4. Определить толщину диэлектрика в конденсаторе с параметрами: С=150 пФ, рабочее напряжение 150 В. Запас по электрической прочности равен 3.
    

36. 
    Активная мощность рассеяния в диэлектрике при напряжении 20 В и частоте 1МГц равна 200 мкВт. Чему равна активная мощность рассеяния в этом же диэлектрике при напряжении 10 В и частоте 2 МГц? Считать, что потери в диэлектрике обусловлены только сквозной электропроводностью.
    

37. 
    Определить полное сопротивление пластины диэлектрика с размерами 20 мм  10 мм  1 мм в продольном направлении. Удельное объемное и удельное поверхностное сопротивление равны соответственно 10¹⁰ Омм и 10¹⁰ Ом.
    

38. 
    На пластину пьезоэлектрического кварца толщиной 0,5 мм и с диэлектрической проницаемостью 4,6 действует механическое напряжение 10⁵ Н/м². Определить поверхностную плотность заряда на противоположных плоскостях пластины, если пьезомодуль продольного пьезоэффекта равен 210^–12 Кл/Н.
    

39. 
    Тепловой датчик изготовлен из материала с пироэлектрическим коэффициентом 10^–3 Кл/(м^2.К) и имеет рабочую поверхность 10 см². Какой ток будет зафиксирован в цепи датчика, если температура его за 1 секунду увеличилась на 1 К?
    

2.4 Полупроводниковые материалы и методы исследования материалов электронной техники

40. 
    Уровень Ферми в полупроводнике находится на 0,3 эВ ниже дна зоны проводимости. Какова вероятность того, что при комнатной температуре энергетические уровни, расположенные на 3kT выше зоны проводимости, заняты электронами?
    

41. 
    Определить вероятность заполнения электронами энергетического уровня, расположенного на 10 kT выше уровня Ферми.
    

42. 
    Определить положение уровня Ферми при Т=300 К в кристаллах германия, легированных мышьяком до концентрации 10²³ м^–3.
    

43. 
    Вычислить собственную концентрацию носителей заряда в кремнии при Т=300 К, если ширина его запрещенной зоны равна 1,12 эВ, а эффективные массы плотности состояний m_C = =1,05m_o, m_V = 0,56m_o.
    

44. 
    Рассчитать число атомов в единице объема кристалла кремния при температуре 300 К, если период кристаллической решетки равен 0,54307 нм.
    
45. 
    Определить удельное сопротивление полупроводника n-типа, если концентрация электронов проводимости в нем равна 10²² м^–3, а их подвижность 0,5 м²/(Вс).
    

46. 
    К стержню из арсенида галлия длиной 50 мм приложено напряжение 50 В. За какое время электрон пройдет через весь образец, если подвижность электронов _n = 0,9 м²/(Вс)?
    

47. 
    Вычислить удельное сопротивление германия p-типа с концентрацией дырок 410¹⁹ м^–3. Найти отношение электронной проводимости к дырочной. Собственная концентрация носителей заряда при комнатной температуре n_i = 2,110¹⁹ м^–3, подвижность электронов _n = 0,39 м²/(Вс), подвижность дырок _p = =0,19 м²/(Вс).
    

48. 
    Прямоугольный образец полупроводника n-типа с размерами a = 50 мм, b = 5 мм,  = 1 мм помещен в магнитное поле с индукцией B = 0,5 Тл. Вектор магнитной индукции перпендикулярен плоскости образца. Под действием напряжения U_a= =0,42 В, приложенного вдоль образца, по нему протекает ток I_a = 20 мА. ЭДС Холла U_H= 6,25 мВ. Найти удельную проводимость, подвижность и концентрацию носителей заряда для этого полупроводника, полагая, что электропроводность обусловлена носителями только одного знака.
    

49. 
    Рассчитать количество легирующей добавки мышьяка, которое необходимо ввести в пластину кремния объемом 100 мм², чтобы при равномерном распределении примеси удельное сопротивление кристалла было равно 0,01 Омм. Подвижность электронов равна 0,12 м²/(Вс).
    

50. 
    Определить, какая концентрация атомов акцепторной примеси требуется для получения арсенида галлия с удельной проводимостью 10 мСм/см при комнатной температуре. Подвижность дырок и электронов равна 0,045 и 0,8 м²/(Вс) соответственно.
    

51. 
    Удельное сопротивление антимонида индия с концентрацией дырок 10²³ м^–3 при температуре 300 К составляет 3,510^–4 Омм. Определить подвижность электронов и дырок, если их отношение , а собственная концентрация носителей заряда при этой температуре 210²² м^–3.
    

3 Список литературы

Основная:

1 Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические мате-риалы: Учебник для вузов.- 7-е изд., перераб. и доп.- Л.: Энергоатомиздат • 1985. - 304 с. :ил.

2 Журавлева Л.В. Электроматериаловедение. Учеб. / Л.В. Журавлева; Мин. Образования РФ-М.: ПрофОбрИздат, 2001. - 311 с.

3 Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 2004. - 519 с.

4 Материаловедение/ Под ред. Г. Н. Арзамасова, М.: Машиностр.,1986.

5 Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Учеб. издание/ Под ред. Чередниченко В.С.- Новосибирск: Изд-во , НГТУ, 2009. - 752 с.
Дополнительная:

6 Козлов Ю.С. Материаловедение: Учебное пособие / Ю.С. Козлов.-М.: Агар, 2000.-181 с.

7 Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материалловедение, М.:Машиностр.,1980.

8 Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материалловедение, М.:Машиностр.,1990.

9 Материалы в приборостроении и автоматике: Справочник / Под ред. Ю. М. Пятина, М.:Машиностр.,1982.