Напомним, что поляризованность есть электрический момент единицы объема
где q - заряд иона; Dl - величина смещения; V – объем элементарной ячейки.
Ответ: 0.025 нм
6.Емкость плоского слюдяного металлизированного конденсатора 200 пФ при 20 0С. Чему будет равна емкость этого конденсатора при 1000С, если температурный коэффициент диэлектрической проницаемости слюды принять равным 50·10-6 К-1 , а температурный коэффициент ее линейного расширения – 14·10-6 К-1?
Консультация
Емкость плоского конденсатора равна:
С = ε·ε0
Где ε0 – диэлектрическая постоянная, ε - диэлектрическая проницаемость; S – площадь обкладок конденсатора; d – расстояние между ними.
Анализируя эту формулу приходим к выводу, что изменение емкости с изменением температуры может быть связано, как с изменением диэлектрической проницаемости материала, так и его геометрических размеров. Теория показывает, что в этом случае температурный коэффициент емкости конденсатора TKc можно вычислить следующим образом:
TKc = TKε + TKl , тогда используя соотношение:
ТКc = · , можно ответить на вопрос задачи
Ответ: 201 пФ.
7.Определите максимально возможное значение показателя преломления материала светоизолирующей оболочки n0 цилиндрического световода, при котором все световые лучи из конического пучка с углом 120° при вершине испытывают полное внутреннее отражение на границе сердцевина - оболочка (рис. 7). Показатель преломления сердцевины nC равен 1,60. Внешней средой является воздух (nB =1).
Консультация
Изучите материял на стр. 249-250(Л1), стр. 199(Л2), и уясните физические основы передачи информации с помощью световодов.
Задачу легко решить, если вспомнить из курса физики следующую формулу
sin α=
где nc и n0- показатель преломления сердечника и оболочки. Формула справедлива, если окружающей средой является воздух, т.к. nв=1 Ответ: 1.345
8.Между плоскими электродами помещен двухслойный диэлектрик, один слой которого имеет относительную диэлектрическую проницаемость ε1=1 и толщину d1 = 1,5 мм, а другой - проницаемость ε2 = 5 и толщину d2 = 4 мм. Определите величины напряженности поля Е1 и E2 на каждом слое при переменном напряжении U = 1000 В. Постройте график распределения потенциала в конденсаторе. Что можно сказать об электрической прочности такой системы? Что делают на практике, чтобы ее увеличить?
Консультация
Для ответа на вопрос изучите параграф 6.4 (Л1), стр. 67 - 68 (Л3), стр 153 - 154 (Л2) и решите систему уравнений, первое из которых соотношение (18.8) на стр. 154 (Л2), второе: U = U1·d1 + U2·d2, где U1, U2 - падение напряения на первом и втором слое, d1 , d2 - их толщина. При построении графика считайте, что один из электродов заземлен.
Ответ: Е1 = 434.78 В/мм ; Е2 = 86.96 В/мм ; U1 = 652/17 В ; U2 = 347.82 В
9.В табл. 1 приведены основные характеристики и наименования материалов, широко используемых при изготовлении тонкопленочных конденсаторов (ТПК).
Используя какой из этих материалов в качестве тонкой диэлектрической пленки (при указанной в табл. 1 толщине d) , можно изготовить емкостный элемент, имеющий наибольшее значение рабочего напряжения? Определите величину этого напряжения.
Таблица 1
Диэлектрик | e | Eпр, В/мкм | d, мкм | tgd х 10-3, при f = 1000 Гц |
SiO2 Al2O3 Ta2O5 TiO2 CeO2 BaTiO3 | 5-6 8-10 20-27 40-140 10-11 13-20 | 50-100 400-600 70-600 50-1,50 | 0,44 0,05 0,02 0,065 0,1 | 1-20 5-17 2-10 20-30 1-5 20-100 |
Консультация
Для ответа на этот вопрос Вам нужно знать формулу связывающую электрическую прочность диэлектрика и напряжение пробоя (см. стр. 211-212(Л1) или стр. 144-146(Л2)). Подумайте об особенностях использования конденсаторов на основе окислов алюминия и тантала! Как они называются?
10.Диэлектрик плоского конденсатора имеет следующие характеристики: rv=1015Ом×см; tgd = 0,001; e = 5. Размер обкладок конденсатора S = 50 х 50 мм2, толщина диэлектрика d = 2,5 мм. Определите величину тока утечки и рассеиваемую в диэлектрике конденсатора мощность при постоянном напряжении 2 кВ; оцените, рассеиваемую в диэлектрике конденсатора мощность при переменном напряжении 2 кВ и частотах 50 гц и 50 кГц. Поверхностной утечкой пренебрегите. Какие величины, входящие в выражение для расчета потерь при переменном напряжении, зависят от частоты? Приведите необходимые для вычисления формулы.
Консультация
При решении задачи изучите параграф 6.3(Л1), воспользуйтесь соотношением (6.17) на стр. 202(Л1). Из курса физики и ТОЭ вспомните выражение для вычисления ёмкости плоского конденсатора (С), и мощности потерь при постоянном напряжении! Мощность потерь при переменном напряжении можно вычислить из соотношения 6.19 на стр. 201(Л1), или 17.6 на стр. 131(Л2). Изучите виды диэлектрических потерь.
11.Композиционный керамический материал изготовлен на основе двух диэлектриков с диэлектрическими проницаемостями e1 = 40 и e2 = 80. Предполагая, что компоненты расположены хаотически и выполняются условия термокомпенсации, определите состав керамики, если ae1=2×10-4 К-1; ae2 = -1,5×10-3 К-1.
Консультация
Для расчета диэлектрической проницаемости необходимо использовать формулу Лихтенекера (см. стр. 193(Л1);стр.120(Л2)). Неизвестные велечины определяются из условия термокомпенсации:
Θ1 TK1+Θ2 TK2=0 стр. 193(Л1) и условия:
Θ1+Θ2=1.
Ответ: ε=43.4, Θ1=0.888, Θ2=0.112.
12.Пленка поливинилхлорида при электрическом пробое пробивается при напряжении 1,5 кВ. Определите толщину пленки, если электрическая прочность материала равна 50 МВ/м.
Консультация
Вычисления очень просты: толщину пленки можно узнать из выражения: Uпр=E·d; где Uпр - напряжение пробоя; Е - электрическая прочность. Главное в этой задаче - разобраться в физической сути явления электрического пробоя, а также необходимо дать характеристику свойств поливинихлорида!
13.Активная мощность рассеяния в кабеле с изоляцией из полиэтилена при напряжении U=20 В, с частотой 1 МГц равна 200 мкВт. Чему равна активная мощность рассеяния в этом же кабеле при напряжении 10 В и частоте 2 МГц? Считать, что потери в полиэтилене обусловлены только сквозной электропроводимостью.
Консультация
При расчете потерь можно воспользоваться параллельной схемой замещения диэлектрика. Активная мощность рассеяния в этом случае не зависит от частоты и может быть определена из выражения: P = U2/R где R - сопротивление. Тогда P1/P2 = U / U .
Ответ Р2 = 50 МкВт (см. стр. 202 (Л1)).
14.Известно, что при тепловом пробое диэлектрик, толщиной 4 мм, пробивается при напряжении 15 кВ частотой 100 Гц. При каком напряжении промышленной частоты пробьется такой же диэлектрик, толщиной 2мм?
Консультация
Напряжение теплового пробоя пропорционально корню квадратному от толщины диэлектрика и обратно пропорционально корню квадратному от частоты приложенного напряжения. Поэтому U останется равным 1.5 В. Изучите физическую суть явления теплового пробоя. Найдите в учебнике формулу, позволяющую оценить напряжение теплового пробоя, проанализируйте ее.
15.Определите удельное объемное сопротивление диэлектрика плоского конденсатора, если известно, что ток через него при постоянном напряжении 10кВ равен 5·10-7A. Толщина диэлектрика 0,2 мм, площадь обкладок с каждой стороны 0,25 м2 (поверхностным током утечки пренебрегите).
Консультация
Для решения, необходимо используя закон Ома определить сопротивление диэлектрика, а затем, зная его геометрические размеры, определить его удельное электрическое сопротивление.
16.Оцените время стабильной работы электрета, выполненного из политетрафторэтилена (фторопласта-4). Опишите область использования электретов в промышленности.
Консультация:
Для решения этой задачи необходимо изучить параграфы 8.5 (Л1), 26.1, 26.2 (Л2) и воспользоваться соотношением t=ε0·ε·ρ, где ε0 - диэлектрическая постоянная (см. справочник), ε - относительная диэлектрическая постоянная, ρ - удельное электрическое сопротивление. Какие еще материалы используются при изготовлении электретов? Сравните их свойства.
4. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Тема 1. Магнитные характеристики
Тема 2. Классификация веществ по магнитным свойствам
Тема 3. Природа ферромагнетизма
Тема 4. Доменная структура
Тема 5. Намагничивание магнитных материалов. Кривая намагничивания
Тема 6. Магнитный гистерезис
Тема 7. Структура ферромагнетиков
Тема 8. Магнитострикционная деформация
Тема 9. Магнитная проницаемость
Тема 10. Потери в магнитных материалах
Тема 11. Электрические свойства магнитных материалов
Тема 12. Классификация магнитных материалов
Тема 13. Основные параметры магнитотвердых материалов
Дата добавления: 2021-12-14; просмотров: 526;