Методические указания к решению задач

БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

«ОМСКИЙ ПРОМЫШЛЕННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

(БПОУ ОО ОПЭК)

Задания для контрольной работы и

Методические указания по их выполнению

По дисциплине Материаловедение

Для специальности 13.02.03 Электрические станции, сети и системы

Преподаватель

Исаченко В.В.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ВАРИАНТ 1

1. Приведите классификацию и маркировку углеродистых сталей.

2. Назовите изоляционные материалы на основе слюды, кратко изложите особенности их изготовления и области применения.

3. Что представляют собой и где используются синтетические жидкие диэлектрики?

4. Как классифицируются контактные материалы и какие требования к ним предъявляются?

5. Какие методы используются для получения и очищения полупроводниковых материалов? Почему к их чистоте предъявляются очень высокие требования?

ЗАДАЧА. Двухслойный диэлектрик работает при переменном напряжении 10 кВ. Слои имеют толщину h ₁= 2 мм и h₂ = 4 мм, величины относительных диэлектрических проницаемостей соответственно ɛ_r ₁ = 2,5 мм и ɛ_r ₂ = 4,5 мм. Определите напряжение на каждом из слоев и значения напряженности электрического поля в них.

ВАРИАНТ 2

1. Для каких целей применяется термическая обработка сталей и сплавов? Каковы ее разновидности? Дайте им краткую характеристику.

2. Расскажите об особенностях различных видов пробоя твердых диэлектриков, отразив влияние температуры толщины слоя и других факторов.

3. Охарактеризуйте важнейшие виды поликонденсационных полимеров и приведите области их применения.

4. Охарактеризуйте основные виды волокнистых материалов на основе органических и неорганических волокон и сравните области их применения.

5. Перечислите и дайте определение основных характеристик магнитных материалов, объясните природу их магнитных свойств.

ЗАДАЧА. Определите, до какой температуры нагрелась обмотка электродвигателя, если до начала работы при температуре 20 °С сопротивление его обмотки, выполненной из алюминия, составляло 0,2 Ом, а по окончании – 0,25 Ом.

ВАРИАНТ 3

1. Как классифицируются и где используются листовые электротехнические стали?

2. Перечислите основные электрические характеристики диэлектриков и поясните, какие физические процессы в диэлектрике они отражают.

3. Расскажите о свойствах резин и использовании их в электротехнике.

4. Что такое сегнетоэлектрики, каковы их свойства и области применения?

5. Назовите химические элементы, обладающие полупроводниковыми свойствами, и укажите области их применения.

ЗАДАЧА. Для отрезка медной и алюминиевой проволоки длиной 10 м имеют одинаковое электрическое сопротивление. Какой отрезок весит меньше и на сколько, если известно, что сечение медной проволоки 4 мм²?

ВАРИАНТ 4

1. Расскажите о влиянии примесей на структуру и свойства чугунов и областях применения чугунов различных видов.

2. Какие полупроводниковые материалы используются для создания выпрямителей и как создается эффект выпрямления?

3. Приведите примеры проводниковых сплавов с большим удельным сопротивлением и областей их применения.

4. Сравните нейтральные неполярные и полярные диэлектрики по основным электрическим характеристикам. Приведите по три примера тех и других диэлектриков.

5. Расскажите о принципах маркировки силовых кабелей и их классификации.

ЗАДАЧА. Диэлектрик плоского конденсатора имеет характеристики: ρ_ν = 10¹⁶ Ом·см; tgδ = 0,001; ɛ_r = 4,5. Площадь пластин конденсатора S = 0,025 м², толщина диэлектрика h = 25 мм. Определите рассеиваемую в диэлектрическом конденсаторе мощность при переменном напряжении 10 кВ и частоте 500 Гц.

ВАРИАНТ 5

1. С какой целью применяется химико-термическая обработка стали? Каковы ее разновидности? Дайте им характеристики.

2. Приведите классификацию проводниковых материалов и их наиболее важные электрические характеристики, указав их числовые значения.

3. Что собой представляет и где применяется металлокерамика?

4. Что такое магнитодиэлектрики, какими свойствами они обладают и где используются?

5. Дайте понятие о коррозии металлов, ее видах и мерах борьбы с ней.

ЗАДАЧА. Определите рассеиваемую в конденсаторе мощность при постоянном напряжении 10 кВ и диэлектрические потери при переменном напряжении 10 кВ частотой 100 Гц, если известны площадь пластин конденсатора S 0,025 м², толщина диэлектрика h = 0,002 м, удельное сопротивление ρ_ν = 10¹³ Ом·м, относительная диэлектрическая проницаемость ɛ_r = 2,1, тангенс угла диэлектрических потерь tgδ = 7·10^-4. Полученные результаты сравните и проанализируйте.

ВАРИАНТ 6

1. Дайте определение о сплавах и диаграммах состояния двойных сплавов.

2. Объясните природу электропроводности газов и пробоя их в однородном и неоднородном электрических полях.

3. Какие материалы используются как пропиточные и заливочные компаунды? Укажите их состав и характерные свойства.

4. Что такое магнитный гистерезис, где он находит применение и в каких случаях он является нежелательным?

5. Что такое сверхпроводимость и криопроводимость? Где они используются? Приведите примеры соответствующих материалов.

ЗАДАЧА. Определите удельное объемное сопротивление диэлектрика плоского конденсатора, если известно, что ток, проходящий через конденсатор при посоянном напряжении5 кВ, равен 3·10^-12 А. Толщина диэлектрика h = 0,2 мм, площадь каждой обкладки конденсатора S = 25 см².

ВАРИАНТ 7

1. Какие стали называются легированными? Как они маркируются и где используются?

2. Расскажите о термопластичных полимерах. Приведите три развернуых примера этих материалов.

3. Что такое поляризация диэлектриков и каковы ее разновидности? Расскажите о каждой из них.

4. Что такое собственная и примесная электропроводность полупроводников?

5. Как классифицируются магнитомягкие материалы и какими свойствами они обладают? Каковы области их применения?

ЗАДАЧА. Коаксиальный кабель со сплошной изоляцией из полиэтилена имеет диаметр внутреннего провода d = 0,7 мм и внешний диаметр изоляции D = 7 мм. Определите потери мощности в изоляции кабеля длиной l = 20 м при частоте 1 кГц. Если напряжение между жилой и металлической оплеткой кабеля 500 В. Принять для полиэтилена ɛ_r = 2,3, tgδ = 0,0002.

ВАРИАНТ 8

1. Опишите процессы кристаллизации чистых металлов и сплавов. Нарисуйте кривую охлаждения чистого железа и дайте пояснение к ней.

2. Перечислите и дайте определение основных параметров, характеризующих качество материала диэлектрика. В каких пределах эти параметры изменяются в известных вам диэлектриках?

3. Опишите свойства и применение магнитотвердых ферритов.

4. Каковы электрические характеристики стекла и возможности применения его в качестве электроизоляционного материала?

5. Как влияют наполнители на свойства пластмасс? Приведите примеры различных композиций полимеров и наполнителей, нашедших широкое применение в электротехнике.

ЗАДАЧА. Определите потери мощности в голом алюминиевом проводе длиной l = 100 м и сечением S = 25 мм², работающем на постоянном напряжении при температурах провода -10 °С и +40 °С, если величина тока в проводе 90 А. Результаты сравните и проанализируйте.

ВАРИАНТ 9

1. Чем отличаются стали от чугунов? Расскажите о структурных составляющих железоуглеродистых сплавов.

2. Чем отличаются полупроводники от электроизоляционных материалов?

3. Каковы основные свойства и области применения различных газообразных диэлектриков?

4. Дайте понятие нагревостойкости электроизоляционных материалов, охарактеризуйте классы нагревостойкости, дайте определения температуры плавления, вспышки и размягчения материалов.

5. Опишите свойства и применение магнитотвердых материалов.

ЗАДАЧА. Полый цилиндр с наружным диаметром D = 50 мм, внутренним диаметром d = 40 мм и высотой h = 80 мм зажат с торцов между металлическими электродами, к которым приложено напряжение 1000 В постоянного тока. Определить ток, протекающий через цилиндр, и потери мощности в нем, если известны для цилиндра ρ_ν = 5·10¹² Ом·см и ρ_s = 2·10¹¹ Ом.

ВАРИАНТ 10

1. Опишите типы кристаллических решеток металлов и дефекты их строения.

2. Что такое карбид кремния? Каковы его свойства и области применения?

3. Расскажите об электропроводности жидких диэлектриков и влиянии на нее различных факторов.

4. По каким признакам можно систематизировать электротехнические материалы? Приведите классификацию основных групп и подгрупп.

5. Расскажите о видах, свойствах и областях применения неметаллических проводниковых материалов.

ЗАДАЧА. Определите потери мощности в голом медном проводе длиной l = 10 м и сечением 16 мм², работающем на постоянном напряжении, при температурах провода -20 °С и +50 °С, если величина тока в проводе 70 А. Результаты сравните и проанализируйте.

Методические указания к решению задач

ВАРИАНТ 1

1. Определите напряжение на каждом из слоев в изоляции по формулам:

(для самопроверки , кВ).

2. Напряженность электрического поля в слоях изоляции

составит:

, кВ/мм; , кВ/мм.

ВАРИАНТ 2

Для определения конечной температуры нагрева обмотки двигателя t ₂ воспользуйтесь формулой:

, Ом,

Где , – сопротивления обмотки при температурах и соответственно, Ом; – температурный коэффициент удельного сопротивления, (таблица 1).

ВАРИАНТ 3

1. По условию задачи известно, что . Зная формулу для определения сопротивления проводника , имеем:

Из этого равенства определите сечение алюминиевого проводника , мм². Значения удельных сопротивлений меди и алюминия даны в таблице 1.

2. Определите вес каждого проводника, используя формулу:

, г.

где – удельный вес меди и алюминия, г/см³ (таблица 1).

ВАРИАНТЫ 4, 5

1. Диэлектрические потери в конденсаторе при переменном напряжении определяются по формуле:

, Вт,

где – напряжение, В,

– угловая высота, с^-1;

- емкость конденсатора, Ф;

– диэлектрическая постоянная, Ф/м;

– тангенс угла диэлектрических потерь.

2. Чтобы определить рассеиваемую в конденсаторе мощность при работе на постоянном напряжении, рассчитайте:

2.1.Объемное сопротивление диэлектрика

, Ом,

где – удельное объемное сопротивление, Ом·м;

-толщина диэлектрика, м;

– площадь пластин конденсатора, м³.

2.2.Объемный ток утечки

, А,

где – напряжение, В.

2.3.Рассеиваемую в конденсатор мощность

, Вт.

ВАРИАНТ 6

1. Определите величину объемного сопротивления диэлектрика:

, Ом.

2. Рассчитайте значение удельного объемного сопротивления , Ом·м, используя формулу:

, Ом,

где - толщина диэлектрика, м;

– площадь обкладок конденсатора, м².

ВАРИАНТ 7

Для определения потерь мощности в изоляции кабеля, работающего при переменном напряжении, используйте формулу:

, Вт,

где – напряжение, В;

– угловая высота, с^-1;

– емкость кабеля, Ф;

– диэлектрическая постоянная, Ф/м;

– длина кабеля, м;

– радиусы внешней изоляции и внутреннего провода соответственно; – тангенс угла диэлектрических потерь.

ВАРИАНТЫ 8, 10

1. Определите сопротивление провода при нормальной температуре = 20 °С по условию:

, Ом,

где – удельное сопротивление проводника при = +20 °С, Ом·мм²/м

(таблица1)

2. Определите сопротивление проводника при температуре , используя формулу:

, Ом,

где – температурный коэффициент удельного сопротивления, °С^-1 (таблица 1).

3. Потери мощности в проводнике при температуре составляет:

, Вт.

4. Аналогично определите сопротивление проводника и потери мощности в нем при температуре .

ВАРИАНТ 9

1. Определите объемное сопротивление цилиндра:

, Ом

где – удельное объемное сопротивление, Ом·см;

- высота цилиндра, см;

– наружный и внутренний диаметры цилиндра

соответственно, см

2. Рассчитайте объемный ток утечки:

, А,

где – напряжение, В.

3. Определите поверхностное сопротивление цилиндра:

, Ом,

где – удельное поверхностное сопротивление, Ом;

– наружный и внутренний радиусы соответственно, см.

4. Поверхностный ток утечки

, А.

5. Общий ток утечки составит:

, А.

6. Потери мощности определяются по формуле:

, Вт.

Таблица 1

Материал	Удельное сопротивление при = +20 °С ·мм²/м	Температурный коэффициент удельного сопротивления , °С^-1	Удельный вес , г/см³
Алюминий	0,0283	0,0042	2,7
Медь	0,0175	0,0043	8,9

Примечание: 1 Ом·м = 10⁶ ·мм²/м = 1 мк ·м.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Конструкционные и электротехнические материалы/ Под ред. В. А. Филикова. – М.: Мастерство, Высшая школа.

2. Никифоров В. М. Технология металлов и конструкционные материалы. – Л.: Машиностроение..

3. Корицкий Ю. В. Электротехнические материалы. – М.: Энергия.

Дополнительная

4. Богородицкий Н. П., Пасынков В. В., Тареев Б. М. Электротехнические материалы. – Л.: Энергоатомиздат.

5. Казаков Н. Ф. и др. Технология металлов и других конструкционных материалов. – М.: Металлургия.

6. Никулин Н. В. Электроматериаловедение. – М.: Высшая школа.

7. Справочник по электротехническим материалам. В 4-х томах/ Под ред. Ю.В. Корицкого и др. – М.: Энергия.

8. Электротехнический справочник. В.3-х томах. Том 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы/ Под общ. ред. профессоров МЭИ В. Г. Герасимова, П. Г. Грудинского, А. А. Жукова и др. – М.: Изд-во МЭИ.

9. Нечаев Ю. П., Коварский А. И. Программированное обучение по курсу «Электроматериаловедение». – М.: Высшая школа.

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 189; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!