Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электротехнические материалы»



страница11/11
Дата01.08.2016
Размер1.86 Mb.
ТипУчебно-методический комплекс
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

15.4. Тепловые испытания.


К термическим характеристикам относятся: теплопроводность, температура размягчения и воспламенения материала, нагрево- и холодостойкость, стойкость к термоударам.

 

Теплопроводность - важная теплофизическая характеристика, определяется согласно выражению 

Q = - l dT / dx, где Q -количество переданного тепла в единицу времени, dT/dx - температурный градиент, l - теплопроводность.

Абсолютный стационарный метод - метод неограниченного плоского слоя, заключается в измерении теплового потока, создающего градиент температур в образце.

 

Температура размягчения определяется  для битумов, восков, полимерных компаундов. Метод кольца и шара заключается в следующем. В латунное кольцо заливается материал, ставится на шайбу. На материал помещается шарик (9,5 мм), охлажденный до температуры 5С. Затем нагревают со скоростью 5 С/мин. При размягчении материал продавливается и когда достигнут определенного уровня, фиксируют температуру.

Температуру размягчения пластмасс производят путем измерения деформации образца под нагрузкой.



Температура вспышки - такая температура, при которой пары жидкого или расплавленного диэлектрика образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при контакте с посторонним источником зажигания. Медленно разогревают и проводят горелкой по краю тигля - появление первого синего пламени над поверхностью означает достижение .

Далее продолжают нагревание и подносят пламя через каждые 2 ºС до достижения следующей температурной точки материала.  



Температура воспламенения - такая температура, когда жидкость воспламеняется и продолжает гореть после удаления горелки не менее 5 сек.

Нагревостойкость способность материала без повреждения переносить действие повышенных, по сравнению с рабочей, температур. Фактически это испытание на термическое старение. Погружают в термостат, выдерживают определенное время и подвергают воздействию неосновного разрушающего фактора (механических усилий, электрического напряжения или влажности).

Холодостойкость - тоже, только охлаждают. Сравнивают механические характеристики (хрупкость) при нормальных условиях и при пониженной температуре.

Стойкость к термоударам - для хрупких материалов. Например, фарфоровые изоляторы по ГОСТу, должны выдерживать трехкратное нагревание и охлаждение без ухудшения основных свойств.

 

 


15.5. Механические испытания.


 

Основные механические испытания - это определение прочностных характеристик, т.е. способности выдерживать внешние механические нагрузки без недопустимых изменений первоначальных размеров и формы. По характеру приложения нагрузки испытания делятся на статические, с плавным ростом нагрузки с требуемой скоростью и динамические, когда нагрузка воздействует в виде рывка, удара.

При статических испытаниях определяют разрушающее напряжение при растяжении, сжатии или изгибе, предел текучести, относительное удлинение при разрыве и относительную деформацию при сжатии, модуль упругости и др. При динамических испытаниях - ударную вязкость и стойкость к вибрации. Определяются твердость, гибкость, пластичность.

Следующие типы испытаний:

на растяжение пластмасс, керамики, цемента (двусторонние лопатки),

пластмасс и слоистых пластиков на сжатие (призмы, цилиндры),

пластмасс на раскалывание,

пленок на разрыв,

пластмасс на статический изгиб (брусок лежит на двух опорах и нагружен в середине).

Ударная вязкость пластмасс по Шарпи и т.д. определяется с помощью маятниковых копров. Производят с помощью тяжелого маятника с бойком. После разлома образца маятник поднимается до какой-то точки. По разности первоначального положения и конечного находят энергию удара, затраченную на разрушение. Ударная вязкость - отношение энергии удара к площади поперечного сечения образца.

Твердость определяется несколькими способами:

Метод Бринелля - вдавливается шарик при определенной нагрузке. Чем больше диаметр отпечатка - тем меньше твердость. По значению измеренного диаметра отпечатка с использованием выражения определяется значение твердости по Бринелю.  

Несколько другой способ реализован в методе Роквелла.  Здесь производится вдавливание конусной иглы (индентора)  при определенной нагрузке и по значению смещения индентора (это характеризует глубину), определяется твердость по Роквеллу. 

Еще один популярный способ основан на царапанье более твердого материала менее твердым. Тем самым определяется относительная твердость материалов. Сравнение с рядом эталонных материалов, которым присвоены номера твердости по Моосу, (алмаз -10, корунд - 9, кварцит - 7, известняк - 3 и т.д.) позволяет получить и количественную характеристику. 

Твердость пленок определяют маятниковым методом - на пленку ставится маятник, чем тверже материал, тем дольше маятник качается.

Помимо вышеиздлженных, упомянем методы определения гибкости - число перегибов тонкого материала, вызывающих его разрушение.




МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
В помощь студентам для выполнения контрольной работы предложены учебно-методические материалы, включающие примеры решения подобных задач. Ниже представлен пример из темы «Объемная и поверхностная электропроводность материала. Удельное объемное и удельное поверхностное сопротивление диэлектрика».

К диэлектрику прямоугольной формы размерами a, b и высотой h приложено постоянное напряжение U = 1000 В. Напряжение подводится к противоположным граням ab, покрытым слоями металла. Известны размеры диэлектрика: a = 200 мм, b = 100 мм, h = 2 мм, удельное объемное сопротивление ρv = 2 · 1010 Ом · м, а удельное поверхностное сопротивление

ρs = 8 · 1010 Ом.

Требуется определить ток утечки, мощность потерь и удельные диэлектрические потери.



Решение. Ток утечки протекает как через объем диэлектрика, так и по поверхностям четырех боковых граней (через две грани a и через две грани b).Поэтому сопротивление между электродами определяется параллельным соединением объемного и поверхностного сопротивлений. Объемное сопротивление равно:

h 2 · 10-3

Rv = ρv--------- = 2 · 1010 ------------- = 2 · 109 Ом = 2 ГОм.

a ·_b 0,2 · 0,1


Поверхностное сопротивление равно:

h 2 · 10-3

Rs = ρs ------------ = 8 · 1010 -------------- = 0,267 · 109 Ом = 0,267 ГОм.

2(a +_b) 2(0,2+0,1)




Полное сопротивление изоляции равно:

Rv Rs 2 · 109 · 0,267 · 109

Rиз =-------------- = --------------------------- = 0,235 · 109 Ом = 0,235 ГОм.

Rv + Rs 2 · 109 + 0,267 · 109


Ток утечки

U 1000


Iу = ------- = --------------- = 4,25 10- 6 А = 4,25 мкА.

Rиз 0,235 · 109

Мощность потерь
Р = U Iу = 1000 · 4,25 10- 6 = 4,25 · 10-3 Вт = 4,25 мВт.
Удельные диэлектрические потери
Р Р 4,25 · 10-3 Вт

ΔР = ------ =------- = -------------------- = 106 ----- .

V abh 0,2 · 0,1 · 0,002 м3
1.Серебряков А.С. Электротехническое материаловедение. Электроизоляционные материалы. – М.: Маршрут, 2005. – 280 с.

Требования к оформлению контрольной работы

 

1. Контрольная работа выполняется в отдельной тетради или на листах формата А4. На обложке указывают название дисциплины, номер контрольной работы, курс, фамилию, имя, отчество и учебный шифр студента. Текст контрольной работы должен быть написан чернилами разборчивым почерком или набран на персональном компьютере с оставлением полей не менее 30 мм. Страницы работы следует пронумеровать.



2. Условие задачи должно быть полностью переписано в контрольную работу со схемой, изображение элементов которой должно соответствовать ГОСТам, и числовыми значениями для своего варианта.

3. Расчетную часть каждой задачи следует сопровождать краткими и четкими пояснениями.

4. Основные положения решения объясняют и иллюстрируют электрическими и структурными схемами, векторными и временными диаграммами и т.п., которые выполняют аккуратно с помощью чертежного инструмента. Все рисунки должны быть пронумерованы и могут иметь подрисуночные подписи. На электрических схемах показывают положительные направления токов.

5. Выдерживают следующий порядок записи при вычислениях: сначала приводят формулу, затем подставляют числовые значения величин, входящих в формулу, без каких-либо преобразований, далее выполняют преобразования с числами, после этого записывают результат вычислений с указанием единиц измерения.

6. В работе указывают список использованной литературы, в конце работы ставят дату и подпись.

7. Работы, выполненные не по своему варианту, а также написанные неразборчиво, не рецензируются.

8. Правильно выполненная контрольная работа возвращается к студенту с указанием «Допущен к зачету» или, при необходимости, с перечнем замечаний, которые студент должен исправить к зачету.

9. После получения отрецензированной работы студент должен исправить все ошибки и сделать требуемые дополнения. При большом количестве исправлений они делаются в конце работы.

 

 


Перечень вопросов к экзамену

по дисциплине «Электротехническое материаловедение»

для III курса специальности

190303 – Электрический транспорт железных дорог (ЭПС)
1.Виды связи между атомами и молекулами в веществе: ковалентная, ионная, металлическая и молекулярная.

2.Классификация веществ по электрическим свойствам: диэлектрики, проводники, полупроводники.

3. Энергетические диаграммы зонной теории твердых тел.

4. Классификация материалов по магнитным свойствам: диамагнетики, пара -магнетики, магнитные материалы.

5. Поляризация диэлектриков и ее основные виды.

6. Диэлектрическая проницаемость газообразных, жидких и твердых диэлектриков.

7. Электропроводность диэлектриков. Поляризационные токи и токи утечки.

8. Объемная и поверхностная электропроводность материала. Удельное объемное и удельное поверхностное сопротивление диэлектрика.

9.Виды диэлектрических потерь в электроизоляционных материалах. Удельные диэлектрические потери.

10. Угол диэлектрических потерь, тангенс угла диэлектрических потерь.

11. Расчет мощности потерь в диэлектрике при постоянном и переменном напряжении.

12. Пробой диэлектриков. Пробой газов.

13. Пробой диэлектриков. Пробой жидких диэлектриков.

14. Пробой диэлектриков. Пробой твердых диэлектриков.

15. Механические и физико-химические свойства диэлектриков. Показатели прочности, хрупкости твердых диэлектриков, вязкости жидких диэлектриков.

16. Тепловые свойства: нагревостойкость, холодостойкость, теплопроводность, температурный коэффициент линейного расширения.

17. Влажностные свойства твердых диэлектриков.

18. Свойства и области применения электроизоляционных масел (трансформаторных, конденсаторных, кабельных ), электроизоляционных лаков и компаундов, слоистых пластиков, керамических диэлектрических материалов, слюдяных материалов.

19. Основные электрические, тепловые и механические свойства проводников.

20. Материалы высокой проводимости, их параметры и области применения.

21. Сплавы высокого сопротивления, применяемые в технике, и их основные параметры.

22. Припои, их классификация, состав, основные свойства.

23. Электроугольные изделия, их параметры и области применения.

24. Факторы, влияющие на электрическую проводимость полупроводников. Два типа электропроводности полупроводников.

25. Классификация полупроводниковых материалов. Преимущества приборов, изготовляемых из полупроводниковых материалов.

26. Физические явления, определяющие влияние различных факторов на электропроводность полупроводников, и ее количественные показатели.

27. Химические элементы со свойствами полупроводников, получившие набольшее распространение в технике: германий, кремний, селен. Их свойства, области применения.

28. Материалы на основе полупроводниковых химических соединений и особенности применения изготавливаемых из них полупроводниковых приборов.

29. Структура ферромагнитных веществ. Процесс намагничивания ферромагнитиков. Магнитное насыщение. Анизотропия магнитных свойств ферромагнитных материалов.

30. Основная кривая намагничивания ферромагнитных материалов. Магнитная проницаемость: начальная, максимальная, динамическая.

31. Зависимость магнитной проницаемости от температуры. Точка Кюри. Температурный коэффициент магнитной проницаемости.

32. Явление гистерезиса при перемагничивании ферромагнитных веществ. Предельный цикл перемагничивания и его параметры: индукция насыщения, остаточная индукция, коэрцитивная сила.

33. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Зависимость магнитных свойств материалов от технологии обработки.

34. Потери в ферромагнитных материалах: виды потерь, расчет потерь на гистерезис и потерь от вихревых токов. Тангенс угла магнитных потерь.

35. Виды температурных зависимостей индукции насыщения ферромагнетиков. Ферромагнитные материалы, имеющие точку компенсации и имеющие точки компенсации.

36. Магнитомягкие материалы: состав, технология получения, основаные свойства, области применения. Железо. Электротехническая сталь. Пермаллои. Альсиферы.

37. Ферромагнитные материалы специализированного назначения: с незначительной зависимостью магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля; с сильной завасимостью магнитной проницаемости от температуры. Их состав, параметры, области применения.

38. Ферромагнитные материалы специализированного назначения: с высокой магнитострикцией; с повышенной индукцией насыщения; конструкционные стали и чугуны. Их состав, параметры, области применения.

39. Ферриты: состав и структура материала, технология получения, классификация. Особенности кривых намагничивания, свойств и области применения магнитомягких ферритов и ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса.

40. Магнитотвердые материалы. Основные параметры и области применения магнитотвердых материалов. Магнитная энергия магнита, ее зависимость от воздушного зазора.

41. Магнитотвердые материалы. Кривые размагничивания и магнитной энергии в воздушном зазоре. Коэффициент выпуклости кривой размагничивания материала.

42. Состав, свойства, технология получения и особенности применения магнитотвердых материалов, используемых в технике: легированных мартенситных сталей, литых магнитотвердых сплавов, порошковых материалов, магнитотвердых ферритов, пластически деформируемых сплавов.



МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ


  1. Изучив глубоко содержание учебной дисциплины, целесообразно разработать матрицу наиболее предпочтительных методов обучения и форм самостоятельной работы студентов, адекватных видам лекционных и семинарских занятий.

  2. Необходимо предусмотреть развитие форм самостоятельной работы, выводя студентов к завершению изучения учебной дисциплины на её высший уровень.

  3. Организуя самостоятельную работу, необходимо постоянно обучать студентов методам такой работы.

  4. Вузовская лекция – главное звено дидактического цикла обучения. Её цель – формирование у студентов ориентировочной основы для последующего усвоения материала методом самостоятельной работы. Содержание лекции должно отвечать следующим дидактическим требованиям:

  • изложение материала от простого к сложному, от известного к неизвестному;

  • логичность, четкость и ясность в изложении материала;

  • возможность проблемного изложения, дискуссии, диалога с целью активизации деятельности студентов;

  • опора смысловой части лекции на подлинные факты, события, явления, статистические данные;

  • тесная связь теоретических положений и выводов с практикой и будущей профессиональной деятельностью студентов.

Преподаватель, читающий лекционные курсы в вузе, должен знать существующие в педагогической науке и используемые на практике варианты лекций, их дидактические и воспитывающие возможности, а также их методическое место в структуре процесса обучения.

  1. При изложении материала важно помнить, что почти половина информации на лекции передается через интонацию. В профессиональном общении исходить из того, что восприятие лекций студентами заочной формы обучения существенно отличается по готовности и умению от восприятия студентами очной формы.

  2. При проведении аттестации студентов важно всегда помнить, что систематичность, объективность, аргументированность – главные принципы, на которых основаны контроль и оценка знаний студентов. Проверка, контроль и оценка знаний студента, требуют учета его индивидуального стиля в осуществлении учебной деятельности. Знание критериев оценки знаний обязательно для преподавателя и студента.


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница