Материалы и компоненты радиоэлектроники (МИКРЭ) Шульгов

«Материалы  и  компоненты  радиоэлектроники»      

ЗАКАЗАТЬ

(раздел  «Радиоматериалы»)            Методические     указания, программа и контрольные задания          для    студентов специальности I-39 01 00  «Радиотехника» заочной        

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

 

3.1. Диэлектрические материалы

 

3.1.1. Поляризация диэлектриков

 

1. Какие вещества называются диэлектриками? Какие материалы

называются диэлектрическими?

  Определение давать в соответствии с ГОСТ

  Объяснить разницу понятий «диэлектрик» и «диэлектрический материал».

  Подчеркнуть, какой ток в диэлектрике преобладает – реак­тивный или активный.

  Дать определение диэлектриков по зонной теории.

2. Как классифицируются диэлектрики по строению молекул?

  Сказать о симметрично и несимметрично построенных молекулах с ковалентной связью.

  Дать определение собственного электрического момента мо­лекулы.

  Сказать о ионной связи.

  Написать несколько формул молекул, из которых состоят неполярные, полярные и ионные диэлектрики.

3. Что называется электрической поляризацией диэлектриков?

   Дать общее определение электрической поляризации.

   Перечислить все виды электрической поляризации.

   Обратить внимание на то, что электрическая поляризация может возникать и без воздействия электрического поля на диэлектрик.

4. Как классифицируется поляризация по времени установления?

   Объяснить, почему для применения диэлектрических материалов в радиотехнике важно время установления поляризации.

5.  Что такое абсолютная и относительная диэлектрическая про­ницаемость?

  Вспомнить из курса физики и электротехники, в чем заключа­ется физический смысл этих понятий.

  Уяснить, что значение диэлектрической проницаемости опре­деляется главным образом механизмами поляризации и зависит от агрегатного состояния вещества.

  Выписать из учебников или справочников значение относитель­ной диэлектрической проницаемости наиболее известных вам диэлектриков.

  Продумать вопрос о том, почему емкость конденсатора с диэ­лектриком больше, чем емкость конденсатора без диэлектрика при одинаковых размерах?

  Что называется температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости? В каких единицах он измеряется?

   Как на практике измерить диэлектрическую проницаемость и температурный коэффициент диэлектрической проницаемости?

  Почему для изготовления колебательного контура необходимо брать конденсатор с малым температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости?

6. Что называется электронной поляризацией?

  Дать формулировку и нарисовать модель поляризации.

  Записать время установления электронной поляризации.

  Вплоть до каких частот электронная поляризация является безынерционной?

  Зная предельную частоту (порядок ее величины), рассчитать время установления электронной поляризации.

  В каких диэлектриках происходит только электронная поля­ризация?

  Порядок величины диэлектрической проницаемости для непо­лярных газов, жидкостей и твердых диэлектриков.

  Зависит ли диэлектрическая проницаемость от частоты приложенного поля для диэлектриков только с электронной поляризаци­ей?

  Есть ли диэлектрики, в которых не происходит электронная поляризация?

  Какой знак имеет температурный коэффициент диэлектрической проницаемости для неполярных диэлектриков?

  Назвать пять органических неполярных диэлектриков.

  Связана ли электронная поляризация с диэлектрическими по­терями?

7. Что называется ионной поляризацией?

  Дать определение и нарисовать модель поляризации.

  Привести примеры диэлектриков, в которых происходит ионная поляризация.

  Привести примеры диэлектрических материалов с ионной поля­ризацией.

  Сравнить время установления ионной поляризации с временем установления электронной поляризации.

  Как найти вклад ионной поляризации в диэлектрическую про­ницаемость, если известен коэффициент преломления света для этого диэлектрика?

8. Что такое релаксационная поляризация?

  Что означает слово «релаксация»?

  Какие виды релаксационной поляризации существуют?

  В чем отличие релаксационных видов поляризации от мгновен­ных?

  Изобразите графически, как меняется поляризованность при релаксационной поляризации во времени при приложении постоянного электрического поля.

  Что такое время релаксации?

  Зависит ли диэлектрическая проницаемость материала с релаксационной поляризацией от частоты?

9. Что такое спонтанная поляризация?

    Какие диэлектрики называются сегнетоэлектриками?

    Что такое домены?

   Назовите примеры распространенных сегнетоэлектриков.

    На примере титаната бария объясните спонтанную поляризацию.

    Что такое точка Кюри?

    В чем заключается поляризация сегнетоэлектриков во внешнем электрическом поле?

    Почему поляризацию сегнетоэлектриков называют нелинейной?

    Почему сегнетоэлектрики называют активными диэлектриками?

    Как зависит диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков от температуры?

    Как зависит диэлектрическая проницаемость от напряженности электрического поля?

    Как зависит емкость конденсатора из сегнетоэлектрика от температуры и приложенного напряжения?

10. Какое явление называется пьезоэлектрическим эффектом?

    Изобразите кристалл, кварца и объясните на нем пъезоэлектрический эффект.

    В каких кристаллах_; кроме кварца, наблюдается пъезоэлектрический эффект?

   Что такое прямой продольный и прямой поперечный пьезо­электрический эффекты?

   Что такое обратный пьезоэлектрический эффект?

   Что такое пьезомодуль? Сравнить значение пьезомодуля для кварца, титаната бария и сегнетовой соли.

   После какой обработки поликристаллический образец титаната бария приобретает пьезоэлектрические свойства?

   Назовите области применения пьезоэлектриков.

   Как пьезоэлектрический эффект используется в радиотехнике?

 

11. Что такое миграционная поляризация?

    В каких диэлектриках происходит миграционная поляризация?

    Почему для изготовления деталей, работающих при высоких частотах, надо избегать неоднородных диэлектриков?

 

3.1.2. Электропроводность диэлектриков

 

12. Что происходит в диэлектрике, если его включить на посто­янное напряжение?

   Что такое ток смещения?

   Что такое ток абсорбции?

   Что такое сквозной ток?

   Что такое ток утечки?

   Нарисовать график зависимости тока от времени и обозначить участки, соответствующие вышеперечисленным токам.

13. Что называется электропроводностью вещества?

   Дать определение электропроводности.

   Отметить, что электропроводность – универсальное свойство всех тел и объяснить почему.

   Чем обусловлена электропроводность диэлектриков?

    Какие носители заряда могут создавать электропроводность в диэлектриках?

14. Что такое удельная проводимость?

   Уясните различие в терминах «электропроводность»  и  «про­водимость».

    Какой физический смысл имеет удельная проводимость? В каких единицах ее измеряют?

15. Электропроводность воздуха.

    К какой группе диэлектриков относится воздух?

   За счет чего в воздухе всегда есть носители заряда?

    Что такое рекомбинация ионов?

    Назовите приблизительно, сколько пар «электрон + ион» находится в м³ воздуха при нормальных условиях.

    Нарисуйте график зависимости плотности тока от напряженно­сти поля для газов (ВАХ).

    Покажите участок характеристики, где выполняется закон Ома.

    Почему наступает насыщение?

    Назовите порядок величины тока насыщения в воздухе при нормальных условиях.

16. Электропроводность твердых диэлектриков.

   Основные носители заряда в диэлектриках.

   Объемная и поверхностная электропроводности твердых ди­электриков.

   Объемная и поверхностная удельные проводимости твердых диэлектриков. Их единицы измерения.

   Удельное объемное и поверхностное сопротивления твердых диэлектриков.

   Как измеряют   и   ?

   В чем сущность метода «вольтметра-амперметра»?

   Какую роль при измерении      и      играет охранное кольцо?

  Почему отсчет тока надо производить через одну минуту после подключения образца к источнику напряжения?

  Назовите диапазон значений γ  для различных диэлектриков.

  Как зависит γ от природы диэлектрика и от влажности  окружающего воздуха?

  Как защитить поверхность диэлектрика от влаги с целью увеличения   ?

 

3.1.3. Диэлектрические потери

 

17. Что называют диэлектрическими потерями?

   За счет чего нагревается диэлектрик, находящийся в посто­янном поле? Как эти потери называются?

   Напишите формулу потерь за счет электропроводности.

  Зависят ли потери электропроводности от частоты поля?

  За счет чего нагревается диэлектрик, находящийся в пере­менном поле?

  Как называются потери энергии в диэлектрике, происходя­щие за счет релаксационных видов поляризации?

  Из каких частей складываются потери в диэлектрике, нахо­дящемся в переменном поле?

18. Угол диэлектрических потерь.

  Проанализируйте, какие токи текут через диэлектрик, на­ходящийся в переменном поле.

  Каковы основные составляющие реактивного тока?

  Основные составляющие активного тока.

  Что такое угол диэлектрических потерь?

 

19. Что называется тангенсом угла диэлектрических потерь?

  Обратить внимание, что  –  очень важная характеристи­ка диэлектрика в переменном электрическом поле.

 

20. Эквивалентные схемы замещения диэлектрика.

  В чем смысл эквивалентных схем замещения?

  Параллельно-емкостная и последовательная схемы замещения диэлектрика.

  Условия эквивалентности схемы реальному диэлектрику.

  Условия эквивалентности схем друг другу.

  Векторная диаграмма для параллельно-емкостной схемы замещения.

  Вывод формул для  и диэлектрических потерь для па­раллельной схемы замещения.

  Векторная диаграмма для последовательной схемы замещения.

  Вывод формул для  и диэлектрических потерь для последо­вательной схемы замещения.

  Можно ли по формулам для  в параллельной и после­довательной схемах замещения определять зависимость его от частоты?

  Разберите зависимость  и диэлектрических потерь от частоты для неполярных диэлектриков.

  Разберите зависимость  и диэлектрических потерь от частоты для полярных диэлектриков с релаксационной поляризаци­ей.

  Чем определяются диэлектрические потери в воздухе?

 

3.1.4. Пробой диэлектриков

 

21. Что такое пробой диэлектриков?

  Что такое пробивное напряжение?

  Что такое пробивная напряженность?

 

22. Пробой воздуха.

  Что такое ударная ионизация?

  Что такое потенциал ионизации молекул газа? Чему равен потенциал ионизации для  и ?

  При каких условиях начинается ударная ионизация?

  Что такое лавина электронов?

  Почему образования лавины еще недостаточно для стационар­ного пробоя газа?

  Какие процессы на электродах и в объеме газа поддерживают лавину?

  В чем сущность стриммерной теории пробоя газа?

 

23. Пробой газа в однородном и неоднородном электрических полях.

  Как зависит электрическая прочность газов от расстояния между электродами в однородном поле?

  Нарисуйте кривую закона Пашена и объясните его смысл.

  Что такое коронный разряд и при каких условиях он возника­ет?

  Как зависит пробивное напряжение от полярности электродов в неоднородном поле? Какие выводы из этого надо сделать в слу­чае, если в реальных условиях нельзя избежать неоднородности поля?

 

24. Пробой твердых диэлектриков.

  Указать все механизмы пробоя твердых диэлектриков.

  Описать электрический пробой.

  Описать тепловой пробой.

  Для каких образцов диэлектрика можно использовать формулу, полученную А. А.Фоком и Н. Н.Семеновым?

  Почему электрической прочностью называют минимальную напря­женность однородного поля, при которой пробивается диэлектрик механизмом электрического пробоя?

  Обратите внимание, что электрическая прочность является важной характеристикой диэлектрика, работающего при высоких напряжениях.

 

 

3.1.5. Физико-механические, химические и радиационные свойства диэлектриков

 

25. Что такое гигроскопичность и влагопроницаемость диэлек­триков?

  Почему попадание влаги в диэлектрики ухудшает их свойства?

  Как влияет увеличение влажности на удельную проводимость, тангенс угла диэлектрических потерь и диэлектрическую проница­емость?

  Для каких материалов - неполярных или полярных - удель­ное поверхностное сопротивление сильнее зависит от влажности окружающей среды?

  Какие диэлектрики являются гидрофобными, а какие гидро­фильными?

26. Какие свойства диэлектриков относятся к тепловым?

  Перечислите все тепловые свойства диэлектрических матери­алов.

  Что такое нагревостойкость?

  Как ее определяют для органических и неорганических мате­риалов?

  Почему важно знать нагревостойкость материалов?

  Что такое тепловое старение изоляции?

  Что такое холодостойкость?

  Почему важно знать теплопроводность диэлектрических мате­риалов?

  Почему важно знать температурный коэффициент линейного расширения диэлектрических материалов?

27. Механические свойства диэлектрических материалов.

  Перечислите свойства диэлектрических материалов.

-   Перечислите механические свойства и почему их надо знать.

28. Химические свойства и устойчивость к плесени диэлектриков.

  Почему надо знать эти свойства?

29. Радиационные свойства диэлектриков.

 

3.1.6. Диэлектрические материалы

 

Вопросы этого подраздела относятся непосредственно к диэлек­трическим материалам. Ответы на эти вопросы желательно формировать следующим образом:

   записать химическую и структурную формулы или основной элемент формулы;

   указать, к какой группе по строению молекул относится ма­териал или группа материалов;

  какой вид поляризации в нем происходит;

  электрические свойства;

  физико-химические свойства;

  области применения.

30. Материалы с малыми диэлектрическими потерями (неполярные диэлектрики).

31. Материалы с повышенными диэлектрическими потерями (по­лярные диэлектрики).

32. Каучуки.

33. Синтетические смолы.

34. Компаунды.

35. Лаки, клеи.

36. Конденсаторная бумага.

37. Слоистые пластики.

38. Слюда и микалекс.

39. Пьезоэлектрические материалы.

40. Сегнетоэлектрики.

41. Стекла.

42. Ситаллы.

43. Керамика.

 

3.2. Проводниковые материалы

 

3.2.1. Основные свойства проводниковых материалов

 

44. Какие вещества называют проводниками? Какие материалы называют проводниковыми?

  Определение дать в соответствии с ГОСТ.

  Дать определение проводников по зонной теории.

45. Электропроводность проводниковых материалов.

  Какие частицы являются свободными носителями заряда в ме­таллах?

  Дать определение удельной электрической проводимости.

  Проанализировать зависимость удельной проводимости про­водников от температуры.

46. Удельное электрическое сопротивление.

  Дать определение удельного электрического сопротивления.

  Рассмотреть, как классифицируют проводниковые материалы по величине удельного сопротивления.

  Объяснить, почему на высоких частотах удельное сопротив­ление проводников увеличивается.

47. Температурный коэффициент удельного сопротивления про­водников.

Записать формулу, по которой вычисляют температурный коэф­фициент удельного сопротивления.

  Объяснить, почему ТК  металлов положительный.

  Чему равен ТК для большинства чистых металлов в нор­мальных условиях?

  Какие сплавы обладают значениями ТК, близкими к нулю?

48. ТермоЭДС.

  Для каких целей подбирают проводниковые материалы с боль­шим по величине, постоянным в широком температурном диапазоне и стабильным во времени коэффициентом термоЭДС.?

  Для каких целей применяют проводниковые материалы с малым коэффициентом термоЭДС.?

49. Коэффициент теплопроводности.

   Объяснить физический смысл коэффициента теплопроводности металлов.

  Показать, что коэффициент теплопроводности металлов прямо пропорционален их удельной проводимости.

 

3.2.2. Классификация проводниковых материалов

 

50. Материалы высокой проводимости.

  Перечислить материалы, которые относятся к этой группе.

  Какие требования предъявляются к материалам высокой про­водимости?

  Рассмотреть основные свойства меди, алюминия, серебра и сплавов на основе этих материалов.

  Указать достоинства и недостатки этих материалов с точки зрения применения их в качестве проводников электрического тока.

  Привести числовые значения основных электрофизических параметров для материалов высокой проводимости.

  Описать явление сверхпроводимости и возможности его прак­тического использования.

  Перечислить материалы, которые обладают свойствами сверх­проводимости.

51. Материалы высокого удельного сопротивления.

  Перечислить материалы, которые относятся к этой группе.

  Какие требования предъявляются к этим материалам?

  Указать достоинства и недостатки этих материалов с точки зрения применения их в качестве резисторов?

  Отметить особые требования, которые предъявляются к мате­риалам для нагревательных элементов и к материалам для термо­пар.

  Описать основные свойства резистивных материалов и спла­вов на их основе.

  Указать величину удельного сопротивления этих материалов и области их применения.

52. Проводниковые материалы в радиотехнике.

-   Перечислить основные требования, которые предъявляются к материалам высокой проводимости, используемым в радиотехнике. Назвать эти материалы, описать их достоинства и недо­статки.

-   Перечислить основные требования, предъявляемые к резистивным материалам, которые используются в микроэлектронике. Описать основные свойства резистивных материалов на основе чистых металлов, сплавов и керметов.

 

3.3. Полупроводниковые материалы

 

3.3.1. Основные свойства полупроводников

 

53. Какие вещества называются полупроводниками? Какие мате­риалы называются полупроводниковыми?

  Дать определение в соответствии с ГОСТ .

  Дать определение полупроводников по зонной теории.

54. Электропроводность полупроводников.

  Объяснить, что такое собственная электропроводность полу­проводника.

  Что такое примесная электропроводность?

  Проанализировать зависимость удельной проводимости полупроводников от температуры, освещенности, напряженности электрического по­ля при различных температурах. В каких прибо­рах находят применение эти свойства полупроводников?

  Как влияют примеси на удельную проводимость полупроводни­ков?

55. Р-n-переход в полупроводниках.

  Дать представление о контактной разности потенциалов и явлений диффузии электронов из полупроводника n-типа, где их концентрация выше, в полупроводник р-типа, где их концентрация ниже.

  Показать, что наряду с диффузией электронов из полупровод­ника n-типа происходит диффундирование дырок из полупроводника р-типа в полупроводник n-типа.

  Объяснить  механизм образования на границе полупроводников р- и n-типа двойного электрического слоя.

  Рассмотреть явления в полупроводниках, связанные с прохождением тока через р-n-переход: выпрямление и усиление электри­ческих сигналов, туннельный эффект, люминесценция.

 

3.3.2. Классификация полупроводниковых материалов

 

56. Полупроводники – простые химические элементы.

  Описать структуру, методы получения, основные свойства и области применения германия, кремния, селена.

  Указать рабочую температуру р-n-переходов для каждого мате­риала.

57. Полупроводники  –  сложные химические соединения.

  Описать    структуру, методы   получения, основные   свойства   и   области

применения соединений  группы A^IIIB^V(нитридов, фосфидов, арсенидов и антимонидов).

  Указать рабочую температуру р-n-перехода для приборов на основе арсенида галлия.

  Описать структуру, методы получения, основные свойства и области применения соединений группы A^IIB^VI (теллуридов, селенидов, сульфидов).

  Указать рабочую температуру полупроводниковых приборов на основе карбида кремния.

 

3.4. Магнитные материалы

 

       При  ответах    на   эти   вопросы, кроме [1–3], рекомендуется  использовать

ГОСТ 19693-74 «Материалы магнитные. Термины и определения», а также [4, т. 3].

58. Дать общую классификацию веществ по магнитным свойствам.

  Каковы причины возникновения магнитных свойств веществ?

  Почему возникает магнитный момент атома?

  Какие вещества являются диамагнитными?

  Какие вещества являются парамагнитными?

  Каковы особенности ферромагнитных и ферримагнитных ве­ществ?

  Какие вещества применяются в качестве магнитных материа­лов и почему?

59. Перечислить основные особенности магнитных материалов,

  Что такое спонтанная намагниченность?

  Что такое магнитные домены? Почему они образуются?

  Что называется температурой Кюри? Чему она равна для раз­личных магнитных материалов?

  Что такое магнитная анизотропия? Как она используется в практике применения магнитных материалов?

60. Описать процесс намагничивания магнитного материала во внешнем постоянном магнитном поле.

  Что такое процесс смещения границ доменов?

  Что такое процесс вращения (ориентации магнитных момен­тов)?

  Что называется основной кривой намагничивания?

  Какие участки кривой намагничивания соответствуют процес­сам смещения и вращения?

  Что такое магнитный гистерезис? Каковы его причины?

  Что такое коэрцитивная сила, остаточная индукция, индук­ция насыщения?

61. Что такое относительная магнитная проницаемость?

  Как вычисляется относительная магнитная проницаемость по основной кривой намагничивания?

  Как зависит относительная магнитная проницаемость от на­пряженности  приложенного поля?

  Что такое начальная и максимальная магнитная проницаемости?

  К какому пределу стремится магнитная проницаемость в сильных магнитных полях?

  Каково практическое значение этой характеристики и чему она равна (приведите числовые значения) для железа, электро­технической стали, пермаллоев, ферритов, магнитотвердых ма­териалов?

  Что такое температурный коэффициент магнитной проницаемости?

62. Что такое магнитные потери?

  Каковы причины возникновения магнитных потерь?

  Как вычисляется мощность магнитных потерь? Как она зави­сит от частоты приложенного поля?

  Каким показателем оцениваются магнитные потери в высоко­частотных материалах (ферритах, магнитодиэлектриках)?

  Какие способы уменьшения магнитных потерь применяются на практике (в материалах и в конструкциях магнитопроводов)?

63. Начертить общую таблицу с классификацией магнитных ма­териалов. Объяснить разницу между магнитомягкими и магнитотвердыми материалами.

64. Что такое магнитомягкие материалы?

  Перечислите основные характеристики магнитомягких мате­риалов.

  Назовите основные требования к этой группе материалов.

  Какие материалы относятся к магнитомягким?

  В каких конструкциях применяются магнитомягкие матери­алы, для каких изделий?

65. Назвать основные сорта железа, применяемого в качестве магнитного материала.

  Каковы способы получения различных сортов железа?

  Каковы их основные характеристики?

  Какова область применения технически чистого железа, по­чему?

66. Что такое кремнистая электротехническая сталь?

  Для чего добавляется кремний и в каком количестве?

  Как зависят плотность и удельное сопротивление стали от содержания кремния?

  Что такое текстурованная сталь, какие выгоды дает примене­ние такой стали?

  Как маркируется электротехническая сталь?

  Для каких изделий она применяется?

67. Что такое пермаллои?

  Каков состав этих сплавов?

  Как зависят их магнитные характеристики (μ, H_c, В_s) от содержания никеля?

  Каковы достоинства и недостатки пермаллоев?

  Для чего вводятся легирующие добавки  Mo, Cr, Cu, Si, Mn ?

  В каких изделиях применяются пермаллои, как маркируются?

68. Что такое сплав альсифер?

  Каков состав сплава?

  Каковы его характеристики (μ, H_c, ρ )?

  Каковы его достоинства, недостатки и область применения?

69. Что такое высокочастотные магитомягкие материалы?

  При каких частотах должны работать эти материалы?

  Какие требования предъявляются к этой группе материалов?

  Описать химический состав этих материалов.

70. Что такое магнитодиэлектрики?

  Описать способ их получения.

  Какие требования предъявляются к магнитной основе и свя­зующим веществам? Какие это вещества?

  Из чего складываются суммарные потери мощности в магнитодиэлектриках? Как можно уменьшить эти потери?

  Почему эффективная магнитная проницаемость магнитодиэлектриков значительно меньше проницаемости составляющего его фер­ромагнетика?

  Для чего катушка индуктивности сворачивается в спираль?

  Какой эффект дает введение магнитодиэлектрического сердеч­ника в катушку индуктивности?

  Какие сердечники наиболее широко используются в промышлен­ности? Каковы их особенности и маркировка?

 

71. Что такое ферриты?

  Объяснить основные особенности ферримагнетиков.

  Нарисовать зависимость индукции от температуры для ферри­тов. Что такое точка компенсации?

  Каков состав и структура ферритов-шпинелей? Что такое прямая и обращенная шпинель? Какая из них магнитна?

  Описать технологию изготовления ферритов.

  Дать классификацию ферритов по применению.

 

72. Описать основные свойства магнитомягких ферритов низ­кой частоты (НЧ) и высокой частоты (ВЧ).

  Какова маркировка никельцинковых и марганеццинковых фер­ритов?

  Как зависит их магнитная проницаемость и тангенс угла магнитных потерь   от частоты?

  Что такое граничная частота и критическая частота для ферритов?

Нарисовать зависимость начальной магнитной проницаемости ферритов от частоты.

 

73. Описать свойства ферритов сверхвысокой частоты (СВЧ).

  Каков частотный диапазон СВЧ?

  Перечислить требования к ферритам СВЧ.

  Каков состав этих материалов, что такое феррогранаты?

  Для создания каких устройств используются в технике СВЧ различные эффекты, наблюдаемые в этих материалах (эффект Фарадея, ферримагнитный резонанс, зависимость магнитной прони­цаемости феррита от напряженности внешнего поля)?

 

74. Перечислите магнитные материалы специализированного назначения.

  Какие основные свойства используются у каждой группы этих материалов?

75. Описать свойства и область применения ферритов и метал­лических сплавов с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ).

  Что такое коэффициент прямоугольности петли?

  Что такое коэффициент переключения, его практическое значение?

  Что такое ленточные микронные сердечники? Какие марки пермаллоев используются в них?

  В каких устройствах используются материалы с ППГ?

76. Что такое тонкие пленки магнитных материалов?

  Какова толщина и особенности доменной структуры тонких магнитных пленок? Где они могут быть использованы?

  Что такое цилиндрические магнитные домены (ЦМД)? Как они образуются, в каких материалах наблюдаются?

  Для каких устройств могут применяться пленки с ЦМД?

77. Описать магнитострикционные материалы.

  Каков состав таких материалов?

  Нарисовать зависимость магнитострикции от напряженности магнитного поля.

  Для создания каких устройств их применяют?

78. Описать термомагнитные материалы.

  Каков состав этих материалов?

  Нарисовать зависимость индукции от температуры для них.

  Для каких целей их применяют?

79. Описать сплавы с постоянной магнитной проницаемостью в слабых полях.

80. Описать основные свойства магнитотвердых материалов.

  Назвать основные группы этих материалов, для чего они применяются?

  Перечислить их характеристики и требования к ним.

  Что такое кривая размагничивания?

  Почему индукция в зазоре магнита меньше остаточной индук­ции в материале, из которого он изготовлен?

  Что такое удельная магнитная энергия в зазоре магнита? В каких единицах она измеряется?

  Что такое максимальная энергия и энергетическое произве­дение?

81. Описать свойства легированных мартенситиых сталей.

  Каков их состав, маркировка?

  Каковы их основные характеристики – коэрцитивная сила, остаточная индукция, максимальная удельная энергия в зазоре (в справочнике она обозначается , в учебнике  – )?

  Каковы достоинства и недостатки этих материалов?

82. Описать свойства литых высококоэрцитивных сплавов.

  Каков их химический состав, маркировка?

  Какими способами достигаются их высокие магнитные свой­ства?

  В каких пределах лежат значения их магнитных характерис­тик – , ?

83. Описать свойства магнитов из порошков.

  Каков процесс изготовления металлокерамических магнитов?

  Какие преимущества дает порошковая технология?

  Что такое металлопластические магниты?

  Сравнить свойства металлокерамических и металлопластических магнитов. Каковы области их применения и маркировка?

  В каких пределах лежат величины их магнитных характерис­тик ,  ?

84. Описать свойства магнитотвердых ферритов.

  Каков химический состав бариевых ферритов и маркировка?

  Указать величину их магнитных характеристик.

  Каков химический состав и маркировка кобальтовых ферри­тов?

  Указать величины их магнитных характеристик.

  Сравнить свойства бариевых и кобальтовых магнитов,

85. Описать материалы, применяемые для целей звукозаписи.

  Каков состав сплава викаллой?

  Какие еще металлические материалы применяются? Каковы их недостатки?

  Из каких материалов изготавливались двухслойные и одно­слойные ленты магнитной записи? Каковы их сравнительные свой­ства?

86. Описать новые сплавы на основе редкоземельных металлов. Каковы их преимущества перед ранее существующими?

 

4. ЗАДАЧИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИХ РЕШЕНИЮ

 

Решение любой задачи начинается с нахождения к ней ключа, т.е. такой формулы, при подстановке в которую каких-то проме­жуточных формул, а затем и числовых значений величин можно получить ответ. Например, задача формулируется так. Найти за­ряд на обкладках конденсатора при напряжении  U, если диа­метр электродов равен D, а толщина диэлектрика d . Ключом к решению этой задачи является формула, связывающая заряд, емкость и напряжение Q = CU .

     По размерам конденсатора   находим его емкость 

                                    

и, подставляя выражение для емкости в формулу, являющуюся клю­чом задачи, рассчитываем заряд.

 

Задача 1. Имеем плоский  конденсатор. Заданы следующие величины:

- диаметр электродов D = 10 мм;

- толщина диэлектрика d = 0,1 мм;

- диэлектрическая проницаемость   (найти в справочной литературе);

- напряжение на электродах конденсатора  U  = 100 В.    

Рассчитать:

1. Заряд, который натечет на электроды вакуумного конденса­тора.

2. Заряд, который натечет на электроды конденсатора с ди­электриком. Сравнить эти заряды при малом и большом значении диэлектрической проницаемости.

3. Заряд, который обусловлен поляризацией диэлектрика.

4. Энергию, запасенную в конденсаторе без диэлектрика и с диэлектриком.

Варианты диэлектриков:

1) полистирол, титанат бария;

2) фторопласт-4; титаноциркониевая керамика;

3) слюда; перовскитовая керамика.

Проанализировать полученные результаты и описать, какую роль играет диэлектрическая проницаемость для накопления заряда и энергии конденсатора.

Задача 2. Определить заряд на обкладках пленочного кон­денсатора площадью 0,25см² при напряжениях 10, 20, 30, 40 и 50 В и построить зависи-мость  для этих конденсаторов.

Варианты:  1) пленка из двуокиси кремния;

                   2) пленка из моноокиси кремния;

                   3) пленка из пятиокиси тантала;

                   4) пленка из нитрида кремния;

                   5) пленка из окиси алюминия.

Задачу решить для двух толщин пленок (d = 0,01 мм и d = 0,1 мм) и сравнить полученные результаты. Числовые данные для   взять из справочной лите-ратуры.

Задача 3.  Две противоположные грани куба с ребром а = 10мм из диэлек-трического материала с удельным объемным сопротивлением ρ_v = 10¹⁰ Ом·м  и  удельным поверхностным сопротивлением ρ_s = 10¹⁰ Ом  покрыты метали-ческими электродами. Определить ток, протекающий через эти грани куба при постоянном напряжении U = 2, 5 кВ.

Задача 4. Цилиндрический стержень диаметром 10 мм и длиной 20 мм из диэлектрика с удельным объемным сопротивлением ρ_v = 10¹³ Ом·м  и  удельным поверхностным сопротивлением ρ_s = 10¹⁴ Ом  покрыт с торцов металлическими электродами.  Чему равно сопротивление между электродами?

Задача 5. Цилиндрический образец диэлектрика диамет­ром D = 5 мм и длиной l  = 15 мм имеет на торцах металлизированные электроды. Определить ток, протекающий через образец в постоянном поле и диэлектри­ческие потери в нем (в постоянном поле и переменном при часто­те  при напряжении U = 2 кВ).

Варианты диэлектриков:

1) полиэтилен;

2) полистирол;

3) фторопласт-4;

4) органическое стекло;

5) лавсан;

6) капрон.

Данные по удельному объемному и поверхностному сопротивлению, а также по тангенсу угла диэлектрических потерь  диэлектриков взять из справочной литературы.

Проанализировать, в каком поле – постоянном или перемен­ном – диэлектрические потери больше.

Задача 6. В дисковом керамическом конденсаторе емкостью C= 100 пФ, включенном на переменное напряжение U = 100В частотой f = 1 МГц, рас-сеивается мощность P_а = 10^-3 Вт. Определить реактивную мощность, тангенс угла диэлектрических потерь и добротность конденсатора.

Задача 7. При измерении сопротивления изоляции керамического конденсатора емкостью 100 пФ получили R_из = 2· 10¹¹ Ом; при измерении на частоте f = 1 МГц  получили tgδ = 7· 10^-4. Рассчитать эквивалентное параллельное сопротивление R_р на частоте 1 МГц  и  сравнить его со значением сопротивления изоляции. Какие выводы можно сделать о механизме диэлектрических потерь в керамическом материале этого конденсатора?

Задача 8. Нагревательный прибор из нихромовой проволоки мощностью W = 600 Вт работает при напряжении  U = 220 В. Рассчитать, какую длину имеет проволока, если ее диаметр d. Рабочая температура  t° = 800°С.

Варианты задачи: 1) d = 0,5 мм; 2) d = 0,4 мм;  3) d = 0,3 мм.

Данные по удельному сопротивлению нихрома и его температурном коэффи­циенте удельного сопротивления взять из справочной литературы.

Задача 9. Сопротивление вольфрамовой нити электрической лампочки при 20 ^оС равно 35 Ом. Определить температуру нити лампочки, если известно, что при ее включении в сеть напряжением 220 В  в установившемся режиме по нити проходит ток  0,6 А. Температурный коэффициент удельного сопротивления вольфрама при 20 ^оС принять равным 5·10^-5 К^-1.

Задача 10. Определить длину нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм, используемой для изготовления нагревательного  устройства с сопротивлением 20 Ом   при  температуре  1000  ^оС, полагая, что  при 20  ^оС параметры  нихрома:

ρ_v = 1,0 мкОм·м; α_ρ=1,5·10^-4 К^-1 ; α_l = 1,5·10^-5 К^-1. 

Задача 11. Постройте график зависимости термоЭДС от температуры для термопары в пределах температур 0 – 200°С че­рез интервал  = 40 °С,

Варианты задачи: 1. Медь - железо. 2. Медь - константан. 3. Медь - манганин.

Данные по термоЭДС относительно меди и температурном коэффи­циенте удельного сопротивления взять из справочной литературы.

Задача 12. Известно удельное сопротивление металла при комнатной температуре. Используя закон Видемана–Франца–Лоренца, рассчи­тайте удельную теплопроводность этого металла. Значение констан­ты Лоренца указано в [1, с. 30; 2, с. 30]  и [3, с. 195].

Варианты задачи: 1) алюминий; 2) медь; 3) серебро; 4) железо;  5) платина.

Задача 13. Определить абсолютное приращение удельного сопротивления металла при изменении температуры от 20  до 220°С. Сравнить эти величины для двух металлов.

Данные по удельному сопротивлению и температурном коэффи­циенте удельного сопротивления металлов указаны в [1, с. 359; 2, с 359].

Варианты задачи: 1) медь, алюминий; 2) медь, железо; 3) зо­лото, платина; 4) серебро, алюминий.

                      

                                          ЛИТЕРАТУРА

 

 

1. Пасынков, В.В., Сорокин, В.С. Материалы электронной техники. - СПб.: Лань, 2001.

2. Пасынков, В.В., Сорокин, В.С. Материалы электронной техники. - М.:

Высш. школа, 1986.

3. Богородицкий, Н.П., Пасынков, В.В, Тареев, Б.М. Электротехнические  

материалы: Учебник для вузов.- Л.: Энергоатомиздат, 1985.

4. Справочник по электротехническим материалам/Под ред. Ю.В. Корицкого

и др. - М.: 1974, т.1 и 2; 1976,  т.З.

6. Рычина Т.А. Электрорадиоэлементы. - М.: Советское радио, 1976.

ЗАКАЗАТЬ