Раздел IV. Магнитные материалы.

Тема I. Основы физики магнитных материалов.

Общая характеристика магнитных материалов. Назначение и классификация магнитных материалов. Основные характеристики в статических полях.

Статическая и реверсивная магнитные проницаемости. Динамическая петля гистерезиса. Динамическая, амплитудная и комплексная магнитные проницаемости. Магнитные потери, их расчёт и пути уменьшения этих потерь. Точка Кюри магнитных материалов. Влияние химического состава, структуры, механической обработки и термообработки на магнитные свойства материалов.

Тема II. Магнитные материалы.

1. Магнитные материалы. Характеристика петли гистерезиса. Низкочастотные магнитомягкие материалы с высокой индукцией насыщения: техническое железо, электролитическое железо, карбонильное железо, электротехническая сталь, пермендюр. Низкочастотные магнитомягкие материалы с высокой магнитной проницаемостью (пермаллой, альсифер). Строение и свойства магнитодиэлектриков и ферритов. Магнитострикционные металлы и сплавы. Термомагнитные материалы.

2. Магнитотвёрдые материалы. Характеристика петли гистерезиса. Удельная магнитная энергия. Стабильность постоянных магнитов. Стали, закаливаемые на мартенсит. Некоторые литейные магнитотвёрдые материалы на основе системы железо - никель - алюминий. Пластически деформируемые (ковкие) магнитотвёрдые сплавы. Материалы для магнитной записи. Магнитотвёрдые ферриты.

Литература: [I] стр. 267-298, [II] стр. 273-329.

Изучение этого раздела следует начать с физики процессов, протекающих в магнитных материалах под воздействием магнитного поля, уяснив при этом различия между ферромагнитными и ферримагнитными материалами. Дальше нужно рассмотреть процессы намагничивания ферромагнитных материалов, установить характеристики, которыми характеризуют их магнитные свойства. Важнейшими характеристиками ферромагнитных материалов являются: основная кривая намагничивания, предельная петля гистерезиса, остаточная индукция, коэрцитивная сила, индукция насыщения, потери на вихревые токи и гистерезис, различные виды магнитной проницаемости. Надо также уяснить общие связи между свойствами магнитных материалов и их структурой, составом, технологическими процессами термической и механической обработки.

Затем необходимо изучить классификацию магнитных материалов, уяснив при этом разницу между магнитотвёрдыми и магнитомягкими материалами и перейти к изучению отдельных групп магнитных материалов. При изучении конкретного материала целесообразно сопоставлять его свойства со свойствами других магнитных материалов, которые могут применяться в аналогичных условиях.

Методические указания по выбору варианта и выполнению контрольной работы.

В соответствии с графиком учебного процесса студенты-заочники специальности 140400 на протяжении семестра выполняют одну контрольную работу, состоящую из задачи и пяти вопросов.

Контрольные задания даны в нескольких вариантах. Вариант задания определяется двумя последними цифрами номера зачётной книжки (учебного шифра) в соответствии с приложением 1.

При выполнении контрольной работы необходимо руководствоваться следующими правилами:

1. К выполнению контрольных заданий следует приступать только после изучения соответствующей темы по рекомендованной литературе.

1. Контрольная работа должна быть либо написана, разборчивым почерком на листе формата А4 с полями для замечаний рецензента, либо напечатана на том же формате. Все рисунки и графики должны быть выполнены чётко и аккуратно. Небрежно выполненная работа возвращается студенту без проверки.

2. Решая предлагаемую задачу, необходимо расчёт каждой искомой величины выполнять в начале в общем виде, а затем, подставив в полученное выражение числовые значения, получить результат с обязательным указанием единиц измерения.

3. Ответы на вопросы заданий должны быть по возможности краткими, но ясно и исчерпывающе отражающие существо ответа. Ответ не должен быть копией раздела книги, а должен представлять собой самостоятельное, творческое изложение ответа на соответствующий вопрос. Изложение ответа необходимо иллюстрировать графиками с объяснением хода графических зависимостей и указанием влияющих на них факторов. В ответах на вопросы должна быть раскрыта физическая основа протекающих процессов, описан механизм этих процессов и их влияние на свойства материала.

Контрольная работа допускается к защите, если ответы достаточно полно раскрывают сущность вопроса, не содержат ошибок принципиального характера и выполнены в соответствии с перечисленными методами.

Не допущенную к защите контрольную работу необходимо исправить в той же тетради и представить на повторное рецензирование.

Исправление ошибок в отрецензированном тексте не допускается.

Защита контрольной работы проводится с целью выявления уровня подготовки студента по предложенному в задании ряду вопросов. Защита работы, как правило, проводится в форме собеседования с рецензентом. По результатам собеседования работа зачитывается или не зачитывается, что соответственно даёт или не даёт право допуска к аттестации по дисциплине (сдаче зачёта).

Задания для контрольной работы.

1. Провести графики зависимостей диэлектрической проницаемости жидких и твёрдых диэлектриков различного строения от температуры и частоты. Объяснить ход этих зависимостей.

1. Природа и виды диэлектрических потерь. Особенности диэлектрических потерь в газах, твёрдых и жидких диэлектриках.

2. Описать основные закономерности пробоя жидких диэлектриков. Проанализировать факторы, влияющие на электрическую прочность трансформаторного масла и указать способ её повышения.

3. Пояснить особенности электрического, электротеплового и электромеханического пробоя твёрдых диэлектриков.

4. Описать явление пробоя газов и указать факторы, влияющие на их электрическую прочность. Описать свойства и области применения газов с высокой, по сравнению с воздухом, электрической прочностью.

5. Дать характеристику явления электропроводимости диэлектриков. Описать особенности электропроводности газов, жидких и твёрдых диэлектриков.

6. Привести схемы замещения диэлектрика с потерями и основные соотношения, характеризующие каждую схему.

7. В чём различия между термопластичными и термореактивными материалами? Привести примеры их использования в электроизоляционной технике.

8. Что такое нагревостойкость диэлектриков? Указать классы нагревостойкости электроизоляционных материалов. Привести примеры материалов, относящихся к различным классам нагревостойкости.

9. Влажностные свойства диэлектриков и их влияние на электрические свойства.

10. Описать электроизоляционные материалы на основе слюды: их получение, свойства и применение.

11. Описать способы получения электроизоляционных полимеров. Как влияет химический состав и строение молекул на свойства полимеров?

12. Электроизоляционный фарфор: его получение, свойства и применение в электроизоляционной технике.

13. Дать сравнительную характеристику нефтяных электроизоляционных масел и синтетических жидких диэлектриков. Указать их основные области применения.

14. Электроизоляционные материалы на основе натурального и синтетического каучуков: их получение, свойства и применение.

15. Фторорганические и кремнийорганические жидкие и твёрдые диэлектрики: их строение, свойства и использование.

16. Описать волокнистые основные материалы, применяемые в электроизоляционной технике: их получение, свойства и применение.

17. Привести классификацию электроизоляционных лаков компаундов. Указать различия между лаками и компаундами. Как влияет пропитка лаками и компаундами на электрические и физико-механические свойства электрической изоляции?

18. Гетинакс и текстолит: их получение, марки, сравнительная характеристика свойств и применение.

19. Электроизоляционные стёкла и ситаллы: их получение, свойства и применение.

20. Материалы для изготовления электрических разрывных контактов: металлы, сплавы, металлокерамические материалы. Материалы для скользящих контактов.

21. Объяснить зависимость удельного электрического сопротивления сплавов от содержания компонентов.

22. Дать сравнительную оценку меди и алюминия, как проводниковых материалов.

23. Применение железа в качестве проводникового материала. Сравнить свойства железа со свойствами меди и алюминия. Что такое сталеалюминевые и биметаллические провода?

24. Сплавы высокого сопротивления, их свойства и применение.

25. Проводниковая медь и сплавы на её основе: их получение, свойства и применение.

26. Проводниковый алюминий и алюминиевые сплавы: их получение, свойства и применение. Дать сравнение свойств меди и алюминия.

27. Природа образования термоэлектродвижущей силы. Коэффициент термо - Э.Д.С. Металлические и полупроводниковые материалы, используемые для изготовления термопар, терморезисторов и термоэлементов.

28. Электроугольные проводниковые материалы: получение, свойства и применение.

29. Проводниковые материалы высокой нагревостойкости (тугоплавкие материалы и сплавы): их получение, свойства и области применения.

30. Дать общий обзор основных технологических процессов получения и переработки полупроводниковых материалов.

31. Дать сравнительное описание германия и кремния как полупроводниковых материалов.

32. Описать природу собственных и примесных полупроводников. Указать способы регулирования электропроводности полупроводников.

33. Приведите зависимости электропроводности полупроводников от температуры и объясните их ход. Какие материалы применяются для изготовления полупроводниковых термосопротивлений?

34. Влияние деформаций на электропроводность металлов и полупроводников. Какие материалы используются для изготовления металлических и полупроводниковых тензопреобразователей?

35. Влияние световой энергии на электропроводность полупроводников. Описать материалы, применяемые для изготовления фотоэлементов и фотосопротивлений.

36. Влияние электрического поля на электропроводность полупроводников. Описать материалы, применяемые для изготовления нелинейных резисторов, их принцип работы и применение.

37. Эффект Холла и его использование для определения параметров полупроводников. Другие технические применения эффекта Холла.

38. Основные полупроводниковые соединения: их получение, свойства и применение.

39. Контакт электронного и дырочного полупроводников. Свойства электронно-дырочного перехода. Использование полупроводниковых материалов для изготовления диодов, транзисторов, тиристоров.

40. Термомагнитные сплавы, их свойства и применение.

41. Магнитомягкие материалы, их свойства и применение.

42. Описать свойства и области применения пермаллоев. Сравнить их с электротехническими сталями.

43. Привести классификацию магнитных материалов, указать, по каким признакам магнитные материалы относят к той или иной группе, описать характерные свойства и привести примеры материалов каждой группы, указать их области применения.

44. Какие магнитные материалы применяют при высоких частотах? Описать методы их получения, свойства и использование.

45. Магнитотвёрдые материалы: их свойства, области применения.

46. Магнитные материалы с прямоугольной петлёй гистерезиса, их свойства и области применения.

47. Явление магнитострикции, магнитострикционные материалы и их использование в технике.

48. Описать свойства и области применения электротехнических сталей. Что такое магнитная текстура и как она влияет на свойства электротехнических сталей?

49. Дать определение основных характеристик, которыми характеризуют магнитные свойства ферромагнитных материалов. Указать пределы, в которых изменяются значения характеристик различных групп магнитных материалов.

Задача

На основание прямоугольного параллелепипеда из диэлектрика со сторонами а=3 см, в=12 см нанесены металлические электроды. Высота параллелепипеда 1 см.

Определить:

1. Ток утечки диэлектрика и потери мощности в нём, если к электродам приложено постоянное напряжение.

1. Постоянный ток через диэлектрик, его активную и реактивную составляющие, диэлектрические потери, если к электродам приложено переменное напряжение частой и значения удельных объёмного и поверхностного сопротивлений, относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь приводятся в приложении 2.