Скачать 376.77 Kb.
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ГОУ ВПО «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий» Материаловедение. Технология конструкционных материалов Методические указания по выполнению семестрового задания Волгоград 2010 УДК 620.22 (07) М 16 Материаловедение. Технология конструкционных материалов: методические указания по выполнению семестрового задания / Сост. М. В. Панасенко; Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград, 2010. – 23 с. Рассматриваются задачи к семестровому заданию, даются рекомендации по их решению. Предназначены преподавателям и студентам направления 140211.65 «Электроснабжение» очной, очно-заочной и заочной форм обучения. Ил. 3. Табл. 7. Библиогр.: 6 назв. Рецензент: к. т. н., доцент А. А. Шеин Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета Составитель: Михаил Владимирович Панасенко Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Методические указания по выполнению семестрового задания Под редакцией автора Темплан 2010 г., поз. № 51К. Подписано в печать 25. 11. 2010 г. Формат 60×84 1/16. Бумага листовая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,44. Усл. авт. л. 1,31. Тираж 50 экз. Заказ № Волгоградский государственный технический университет 400131, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, корп. 1. Отпечатано в КТИ 403874, г. Камышин, ул. Ленина, 5, каб. 4.5 © Волгоградский государственный технический университет, 2010 ВВЕДЕНИЕДисциплина «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» включает в себя изучение следующих разделов: основы материаловедения; типы твердых тел, их свойства; атомно-кристаллическое строение материалов; металлы; виды и свойства электротехнических материалов; агрегатные состояния, дефекты строения, проводниковые, полупроводниковые, сверхпроводниковые, магнитные материалы, диэлектрики; пробой диэлектриков; влияние внешних факторов на свойства материалов; электротехнические материалы и электроизоляционные конструкции. Научно-технический прогресс связан прежде всего с разработкой и использованием новых, более совершенных, материалов. Особенно это справедливо для электротехники, одной из наиболее масштабных областей техники. Надежность, экономичность, стойкость к ударам, вибрациям, ремонтопригодность и другие важнейшие параметры электротехнических изделий в конечном счете определяются не столько конструкцией или электрической схемой, сколько использованными в них материалами. Начало применения электротехнических материалов было положено в 1802 г. академиком В.В. Петровым. Для изготовления батареи, с помощью которой впервые в мире была получена электрическая дуга, было использовано 8400 медных и цинковых дисков с прокладками из бумаги, пропитанной электролитом. В 1832 г. в своих опытах по созданию электромагнитного телеграфа русский ученый П.Л. Шиллинг использовал в качестве изоляции пленку, пропитанную воском, каучук и шелковую пряжу. В 1872 г. изобретатель А.Н. Лодыгин создал первую угольную лампу накаливания; в 1876 г. инженер П.Н. Яблочков изобрел электрическую “свечу”, положившую начало широкому применению электрического освещения. В данных изобретениях были использованы проводники, магнитные материалы и электрическая изоляция. В настоящее время совершенствуются технологии изготовления электротехнических материалов; разрабатываются и осваиваются новые материалы. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Семестровое задание состоит из шести задач. Вариант семестрового задания выбирается по номеру, из списка академической группы студентов. Оформление семестрового задания должно удовлетворять следующим требованиям:
Страницы тетради должны быть пронумерованы, на каждой из них следует оставлять поля шириной не менее 4 см для замечаний рецензента.
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
ЗАДАЧА № 1 Номера контрольных вопросов, на которые следует дать ответ, приведены в таблице 1. Таблица 1
Примечание: По каждому вопросу необходимо дать обстоятельный ответ (не менее 20 - 40 предложений, с рисунками, графиками, схемами, таблицами, диаграммами и т.д.). ЗАДАЧА № 2 Образец диэлектрика прямоугольной формы длиной а, шириной b и толщиной h имеет параметры: относительную диэлектрическую проницаемость εr, удельное объемное сопротивление ρ, удельное поверхностное сопротивление ρs, тангенс угла диэлектрических потерь при температуре 20°С – tgδ. К верхней и нижней граням образца прикладывается напряжение U. Исходные данные приведены в таблицах 2 и 3 (ширина электродов равняется длине диэлектрика).
Таблица 2
Таблица 3
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ № 2 Основным электрическим свойством диэлектриков является способность их поляризоваться в электрическом поле. При поляризации происходит ограниченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул. Мерой поляризации является относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика εr которую можно определить как отношение емкости конденсатора с данным диэлектриком С к емкости того же конденсатора при замене диэлектрика вакуумом Со εr = С / Со . Поляризационные процессы смещения любых зарядов в веществе обуславливают появление токов смещения в диэлектриках. Токи смещения при различных видах замедленной поляризации называют токами абсорбции Iаб. При постоянном напряжении абсорбционные токи, меняя свое направление, протекают только в моменты включения и выключения напряжения; при переменном напряжении они протекают в течение всего времени нахождения диэлектрика в электрическом поле. Наличие в диэлектриках небольшого числа свободных зарядов приводит к возникновению слабых по величине сквозных токов. Ток утечки в техническом диэлектрике представляет собой сумму сквозного тока и тока абсорбции Iут. = Iаб. + Iск. После завершения процесса поляризации через диэлектрик протекает только сквозной ток. На практике ток утечки используют для оценки состояния изоляции высоковольтного оборудования при эксплуатации и перед включением его в работу. У твердых изоляционных материалов различают объемную и поверхностную проводимость. Удельное объемное сопротивление ρ численно равно сопротивлению куба с ребром в 1 м, мысленно выделенного из исследуемого материала, если ток проходит через две противоположные грани этого куба; ρ выражают в Ом∙м ρ = (R∙S)/h , где R – объемное сопротивление образца, Ом; S – площадь электрода, м2; h – толщина образца, м. По удельному объемному сопротивлению можно определить удельную объемную проводимость, γ выражают в См/м γ = 1 / ρ . Удельное поверхностное сопротивление ρs численно равно сопротивлению квадрата (любых размеров), мысленно выделенного на поверхности материала, если ток проходит через две противоположные стороны этого квадрата, ρs выражают в Ом ρs = (Rs∙l)/d , где Rs – поверхностное сопротивление образца, Ом; l – ширина параллельно поставленных электродов, м; d – расстояние между электродами, м. По удельному поверхностному сопротивлению можно определить удельную поверхностную проводимость, γs выражают в См γs = 1 / ρs . Сквозной ток равен сумме токов объемной и поверхностной проводимостей Iск. = Iv + Is . Диэлектрическими потерями называют электрическую мощность, затрачиваемую на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле. Для характеристики способности диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле используют угол диэлектрических потерь, а также тангенс этого угла. Углом диэлектрических потерь δ называют угол, дополняющий до 90° угол фазового сдвига между током и напряжением в емкостной цепи. В случае идеального диэлектрика вектор тока в такой цепи опережает вектор напряжения на угол 90°, при этом угол δ равен нулю. Чем больше рассеивается в диэлектрике мощность, тем меньше угол фазового сдвига и тем больше угол диэлектрических потерь δ и его функция – тангенс угла диэлектрических потерь tgδ. Мощность потерь в диэлектрике Р = U∙Iа = U2∙ω∙C∙tgδ . где C – емкость диэлектрика, Ф; ω = 2πf – угловая частота приложенного напряжения, рад/с. Таким образом, мощность потерь пропорциональна тангенсу угла диэлектрических потерь. Емкость диэлектрика для расчета мощности потерь можно определить по формуле: С = (εr∙εо∙S) / d. где S – площадь граней, к которым подводиться напряжение, м2; d – толщина диэлектрика, м; εо = 8,86∙10-12 Ф/м – электрическая постоянная. Удельными диэлектрическими потерями называют диэлектрические потери, отнесенные к единице объема диэлектрика Р = Pа / V = (U2∙ω∙C∙tgδ) / (S∙h) . где V – объем диэлектрика между плоскими электродами, м3. ЗАДАЧА № 3 В таблице 4 даны два различных проводниковых материала, которые выбираются по номеру списка. 1. Укажите свойства заданных проводниковых материалов, области их применения, кратко опишите материалы. 2. Приведите основные параметры проводников, поясните их физический смысл и укажите численные значения параметров заданных материалов. Таблица 4
ЗАДАЧА № 4 В таблице 5 приведены два различных полупроводниковых материала, которые выбираются по номеру списка. Таблица5
1. Укажите свойства заданных полупроводниковых материалов, области их применения, кратко опишите материалы. 2. Приведите численные значения основных параметров заданных материалов. ЗАДАЧА № 5
Числовые значения индукции и напряженности приведены в таблицах 6 и 7. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ № 5 Любое вещество, помещенное в магнитное поле, приобретает магнитный момент. В соответствии с магнитными свойствами все материалы делятся на диамагнитные, парамагнитные, ферромагнитные, антиферромагнитные и ферримагнитные. Зависимость индукции ферромагнитного вещества от напряженности внешнего поля B=f(H) называют основной кривой намагничивания (рис. 1). Используя последнюю, можно определить различные виды магнитной проницаемости. Различают абсолютную μа=В/Н и относительную μ=В/μоН магнитные проницаемости. Магнитным гистерезисом называется явление отставания изменения магнитной индукции от вызывающей эти изменения напряженности магнитного поля (рис. 2). При уменьшении Н до нуля в образце имеется остаточная индукция Вr. Если направление поля изменить на противоположное и начать его увеличивать, то можно уменьшить индукцию до нуля. В этом случае значение Нс называется коэрцитивной (задерживающей) силой. По значению коэрцитивной силы материалы делятся на магнитомягкие ( это технически чистое железо ( низкоуглеродистая сталь ); Рис. 1. Основная кривая намагничивания кремнистая электротехническая сталь; сплавы с высокой начальной магнитной проницаемостью; сплавы с большой индукцией насыщения, ферриты) и магнитотвердые (литые высококоэрцитивные, металлокерамические материалы, магнитотвердые ферриты, сплавы на основе редкоземельных элементов, прочие магнитотвердые материалы). Рис. 2. Петля магнитного Рис. 3. Кривые размагничи- гистерезиса вания (1) и магнитной энер- гии (2) в воздушном зазоре Значение индукции насыщения принято определять в поле Нs , для ферримагнитных веществ это значение принимается равным 5Нс. Кривая изменения индукции при изменении напряженности внешнего магнитного поля от +Нs до –Нs и обратно называется предельной петлей гистерезиса. Она является важной характеристикой материала, поскольку позволяет определить основные параметры материала – коэрцитивную силу Нс, индукцию насыщения Вs, остаточную индукцию Вr и др. При намагничивании магнитных материалов наблюдается изменение их размеров и формы, такое явление получило название магнитострикции, которая может быть объемной или линейной. Постоянные магниты имеют рабочий воздушный зазор; следовательно на рабочих концах возникают полюсы, создающие размагничивающее поле и напряженностью Нd, снижающее индукцию внутри магнита до Вd, которая меньше остаточной индукции Вr. Остаточная индукция Вr характеризует материал, если магнит находится в замкнутом состоянии и предварительно намагничен до насыщения в сильном внешнем магнитном поле. На рис. 3 приведены кривые, характеризующие свойства магнитотвердых материалов. Удельная магнитная энергия (Дж/м3) поля, создаваемого в воздушном зазоре магнита, Wd=BdHd / 2. При некоторых значениях Bd и Hd энергия достигает максимального значения Wmax, которая является важнейшей при оценке качества материала. Таблица 6
Таблица 7
Примечание: Величина Н имеет отрицательное значение для магнитно-твердого материала. ЗАДАЧА № 6 Написать реферат на заданную тему (см. приложение 4). Цель написания рефератов - научить студентов связывать теорию с практикой, пользоваться литературой, статистическими данными, привить умение популярно излагать сложные вопросы. Таким образом, слово «реферат» имеет 2 значения: 1) краткое изложение реферируемой научной работы, книги, статьи; 2) сообщение на заданную тему, сделанное на основе краткого обзора литературы и других источников. Основные требования, предъявляемые к реферату: - информативность изложения; - объективность, неискаженное фиксирование всех положений первичного текста; - точность в передаче информации; - полнота отображения основных элементов содержания; - доступность восприятия текста реферата, как по содержанию, так и по форме; использование точного, литературного языка. - соблюдение единого стиля; - изложение в логической последовательности; Реферат - одна из форм интерпретации исходного материала или нескольких источников. Поэтому реферат, в отличие от конспекта, является новым, авторским текстом. Новизна в данном случае подразумевает новое изложение, систематизацию материала, особую авторскую позицию при сопоставлении различных точек зрения. Реферирование предполагает изложение какого-то вопроса на основе классификации, обобщения, анализа или синтеза одного или нескольких источников. Специфика реферата: - в нем нет развернутых доказательств, сравнений, оценок; - в нем дается ответ на вопрос, что нового, существенного по интересующей проблеме содержится в конкретном тексте. Зашита реферата - одна из форм проведения устной аттестации студентов. Она предполагает значительную предварительную работу: выбор проблемы (темы), ее глубокое изучение, изложение результатов и выводов. Реферативную работу студент выполняет на стандартных листах писчей бумаги (формат А-4) в письменном или компьютерном варианте. Разумнее принять объем работы от 10 до 20 машинописных листов (формат А-4). Текст помещается на одной стороне листа с обязательным выделением полей (левое поле листа - 20 мм, правое - 10 мм, верхнее и нижнее -15 мм) и порядковой нумерацией листов. Шрифт 14, интервал 1,5. Приложение 1 |
Методические указания по проведению практических занятий и выполнению... Конституционное право: Методические указания по проведению практических занятий и выполнению семестрового задания / Сост. С. Г. Негматова;... | Методические указания по проведению практических занятий и выполнению... Правоведение: Методические указания по проведению практических занятий и выполнению семестрового задания / Сост. – Р. А. Абдуллаева;... | ||
Методические указания по подготовке и проведению практических занятий... Основы права: Методические указания по подготовке и проведению практических занятий и выполнению семестрового задания / Сост. Р.... | Методические указания по подготовке и проведению семинарских, практических,... История государства и права: Методические указания по подготовке и проведению семинарских, практических занятий и выполнению семестрового... | ||
Методические указания рпк «Политехник» Выполнение семестрового задания по иностранному языку: Методические указания / Сост. М. Ф. Меренок, И. В. Алещанова; Е. Г. Кипень;... | Методические указания по выполнению реферата рпк «Политехник» Волгоград... Русский язык и культура речи: Методические указания по выполнению реферата / Сост. О. В. Виноградова; Волгоград гос техн ун-т. –... | ||
1. сущность реферирования 5 реферат 7 Русский язык и культура речи: Методические указания по выполнению реферата / Сост. О. В. Виноградова; Волгоград гос техн ун-т. –... | Утверждаю проректор по нр спбгусэ, д с. н., проф Русский язык и культура речи: Методические указания по выполнению реферата / Сост. О. В. Виноградова; Волгоград гос техн ун-т. –... | ||
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Английский язык: методические указания и контрольные задания / Сост. Т. В. Сорокина; Волгоград гос техн ун-т. – Волгоград, 2009.... | Методические указания рпк «Политехник» Выполнение контрольных работ по немецкому языку: Методические указания / Сост. М. Ф. Меренок; Волгоград гос техн ун-т. – Волгоград,... | ||
Порядок сдачи кандидатских экзаменов в гоу впо «дагестанская государственная... Русский язык и культура речи: Методические указания по выполнению реферата / Сост. О. В. Виноградова; Волгоград гос техн ун-т. –... | Методические указания по проведению практики Волгоград 2009 удк 621. 31: 658. 26 (07) у 91 Учебная практика: методические указания по проведению практики / Сост. М. В. Панасенко; Волгоград гос техн ун-т. – Волгоград, 2009.... | ||
Методические указания по их выполнению для студентов экономического... Задания для контрольной работы и методические указания по их выполнению для студентов | Методические указания и задания по выполнению контрольной работы новосибирск 2003 Ветеринарная фармакология: Методические указания и задания по выполнению контрольных работ /Новосиб гос аграр ун-т; Сост.: Г. А.... | ||
Методические указания к практическим занятиям рпк «Политехник» Русский язык и культура речи: Методические указания к практическим занятиям / Сост. Т. В. Латкина; Волгоград гос техн ун-т. – Волгоград,... | Методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Информатика» Задания и методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Информатика». Екатеринбург, фгаоу впо «Российский государственный... |