3097

Химия радиоматериалов

Контрольная

Химия и фармакология

Химия радиоматериалов. Определить падение напряжения в линии электропередач длиной L при температуре То1, То2 , То3, если провод имеет сечение S и по нему течет ток I. Дано Материал – Cu То1=-30C То2=0 То3=+30C L=500км S=30мм2 I=250А Найти...

Русский

2012-10-24

98.06 KB

459 чел.

Химия радиоматериалов

Определить падение напряжения в линии электропередач длиной L при температуре То1 , То2 , То3 , если провод имеет сечение S и по нему течет ток I.

Дано:

Материал – Cu

То1=-30C

То2=0

То3=+30C

L=500км

S=30мм2

I=250А

Найти: ∆U

Решение.

По закону Ома в интегральной форме падение напряжения ΔU при токе I в проводнике сопротивлением R на участке длиной равно:

(1)  

R – полное сопротивление материала равно:

(2)  

где λ – геометрический параметр тела, называемый приведенной длиной,

ρ – удельное сопротивление проводника при температуре Т.

Для кабеля с постоянным по всей длине поперечным сечением S и длиной L:

(3)

Зависимость удельного сопротивления проводника от температуры:

где α – температурный коэффициент сопротивления; α =0,004 К-1

ρ0 – удельное сопротивление проводника при температуре =20ºС =0,0175 мкОм·м)

 

Подставим в формулу (1) величины из формул (2) и (3), получим:

Ответ:

Задача № 3.1.2

Определить длину проволоки для намотки проволочного резистора с номиналом R, и допустимой мощностью рассеяния P.

Дано:

Материал – Х20Н80

R=2000Ом

P=5Вт

j=0,3А/мм2

ρ0=1,05мкОм*м

Найти: L

Решение.

Мощность Р, рассеиваемая материалом под напряжением U при прохождении через него тока величиной I, равна:

Из формулы для определения плотности тока:

 =>   ,  т.е.

где S – площадь сечения проводника;

j – плотность тока;

I – величина тока;

R – сопротивление материала.

Сопротивление материала найдем по формуле:

                                      (1)

где λ – геометрический параметр тела, называемый приведенной длиной.

ρ – удельное сопротивление проводника при температуре Т.

Для кабеля с постоянным по всей длине поперечным сечением S и длиной L:

                                                                                               (2)

Подставим в формулу (1) величину λ из формулы (2):

     =>    - получили формулу для нахождения S (площади поперечного сечения проводника)

  =>  

Ответ:

Длина проволоки для намотки проволочного резистора равна 317 метрам.

3.2 Полупроводниковые материалы

Задача 3.2.1

Определить концентрацию электронов и дырок в собственном и примесном полупроводнике, содержащем N атомов примеси при комнатной температуре.

Дано:

Полупроводник материал – Si

Примесь - сурьма

N=1014см-3

Найти: ni , pд

Решение.

В собственном полупроводнике концентрация свободных электронов и дырок одинаковы:

      ,

где и – эффективные плотность состояния электронов и дырок в зонах проводимости и валентной зоне;

эВ/К - Постоянная Больцмана

эВ - ширина запрещенной зоны полупроводника

При расчете концентраций воспользуемся табличными значениями эффективных плотностей.

С точки зрения зонной теории положение пятого электрона атома примеси на энергетической диаграмме изображают помещенным на примесном (донорном) уровне, расположенным в верхней половине запрещенной зоны, вблизи зоны проводимости.соответствует энергии необходимой для отрыва электрона от атома (например для  эВ). Этому процессу соответствует переход электрона с донорного уровня в зону проводимости. Концентрация свободных электронов за счет донорной примеси и ее зависимость от температуры оценивается следующим выражением: В моем случае валентность Si(4) а примесь бор (5), определим концентрацию в примесном полупроводнике при нормальных условиях (Т=293 К) по формуле:

где:

эВ - энергия необходимая для отрыва электрона от атома

Из выражения соотношения «действующих масс»:

 

найдем концентрацию дырок:

Задача 3.2.2

Образец полупроводникового материала легирован примесью (см. предыдущую задачу). Определить удельную проводимость собственного и примесного полупроводника при заданной температуре Т.

Дано:

Полупроводник материал – Si

Примесь - сурьма

N=1014см-3

То=290 К

Найти: γсобст

Решение.

Удельная проводимость собственного γ полупроводника при  равна:

 

- подвижность электронов,

где - коэффициент диффузии электронов

-постоянная Больцмана

Кл – элементарный заряд

- собственная концентрация

 - подвижность дырок,

где  м2/с- коэффициент диффузии дырок

Собственные концентрации определим по формуле:

,

где: эВ/К- Постоянная Больцмана

и – эффективные плотность состояния электронов и дырок в зонах проводимости и валентной зоне соответственно;

эВ/К- Постоянная Больцмана

эВ - ширина запрещенной зоны полупроводника

Примесная проводимость (в данном случае электронная проводимость) вычисляется по формуле:

где:

эВ - энергия необходимая для отрыва электрона от атома

Задача 3.2.3

Определить диффузионную длину движения неравновесных носителей заряда в полупроводниковом материале при заданной температуре То, если время их жизни τ.

Дано:

Материал – Si - n – типа

То=290 К

τ = 100мкс

Найти: Ln 

Решение.

Основными, называются носители заряда  в проводнике, концентрация которых больше. В проводнике n-типа основными носителями являются электроны. В таком полупроводнике появление неравновесных носителей заряда не вызывает существенного изменения концентрации основных носителей заряда. В этих условиях скорость рекомбинации пропорциональна избыточной концентрации неосновных носителей, а время жизни оказывается постоянным. Такую рекомбинацию называют линейной.

Диффузионной длиной называется среднее расстояние, на которое носитель диффундирует за время жизни:

                                                ,                              (1)

где Dn - коэффициент диффузии электронов

τ – время жизни электронов

Подвижность электронов определяется соотношением Эйнштейна:, (2)

где эВ/К - Постоянная Больцмана

= 3800 см2/сек

Выразим Dn  из формулы (2) и подставим в (1):

3. 3 Диэлектрические материалы

Задача № 3.3.1

Конденсаторная керамика при 20°С имеет проводимость γ° = 10-13 Сим/см. Какова проводимость γт при заданной температуре, если температурный коэффициент сопротивления  α= 0,8?

Дано:

Т=29˚С

Найти: γт

Решение.

Проводимость и удельное сопротивление взаимно обратно пропорциональны:

 

Зависимость объемного удельного сопротивления твердого диэлектрика от температуры выражается формулой:

,

где– сопротивление диэлектрика при температуре окружающей среды 20˚С,

- температурный коэффициент сопротивления

                                                     (1)

выразим из формулы (1):

теперь определим проводимость при заданной температуре Т = 29˚С:

Сим/см

Задача № 3.3.2

Определить пробивное напряжение Uпр между электродами конденсатора на рабочей частоте f, если температура, до которой нагревается в электрическом поле диэлектрический материал толщиной h конденсатора, не превышает Токр.

Дано:

Материал – Картон

f=100 кГц

h=0,5 мм

Т=30 оС

tg δ=3 * 10-4 

α tg δ=8 * 10-3 1/К

ε=1,5

σ= 15[Вт/см2*град]

Найти: Uпр 

Решение. 

При значении приложенного напряжения  прямая теплопередачи является секущей кривой тепловыделения, а следовательно, диэлектрик нагреется до температуры Т=30 оС, при которой наступит состояние устойчивого теплового равновесия, так как мощность тепловыделения равна мощности, отводимой от образца. Если бы по каким-то причинам температура хотя бы немного превысила значение Т, то ординаты отводимой мощности были бы больше ординат тепловыделения и образец самопроизвольно должен был бы возвратиться в устойчивое состояние при температуре Т. (Считаем, что никаких внешних источников радиации, способных повысить температуру образца выше Т, нет). Напряжение U будет не опасным для образца диэлектрика в данных условиях, если нагрев до температуры T не приведет к механическому или химическому разрушению структуры материала. Поэтому начнем увеличивать напряжение и доведем его до такого значения , при котором прямая теплопередачи окажется касательной к кривой тепловыделения, и, следовательно, будет только неустойчивое тепловое равновесие при температуре Т. При значении приложенного напряжения , большем , никакого теплового равновесия не будет, температура станет нарастать безгранично до разрушения диэлектрика. Таким образом, напряжение , при котором имеет место неустойчивый граничный режим, может быть принято за напряжение теплового пробоя . Его можно определить по формуле:

,

где К=1,15·105 - числовой коэффициент;

f – частота, Гц;

tgδ0 – тангенс угла потерь диэлектрика при температуре окружающей среды;

hтолщина;

σ – коэффициент теплоотдачи , Вт/м2·К;

α – температурный коэффициент тангенса угла потерь

В диэлектриках, имеющих ε < 10, преобладающими являются потери сквозной электропроводности

Задача № 3.3.3

Как изменится электрическая прочность воздушного конденсатора, если расстояние между электродами уменьшить от h1 до h2?

Дано:

h1=1 см

h2=0,01 см

Решение.

Электрическая прочность диэлектрика:

где Uпр – напряжение пробоя диэлектрика.

h – толщина материала.

Так как рассматриваемые расстояния между обкладками конденсатора много меньше размера обкладок, то возникает однородное поле,  при уменьшении расстояния между электродами электрическая прочность воздуха возрастает, это связано с трудностью формирования разряда.

При неизменном Uпр ,  при h1:

(1)

при h2:

(2)

разделим (2) на (1):

Ответ: Электрическая  плотность увеличится в 100 раз.

3.4 Магнитные материалы

Задача № 3.4.1

Один из магнитных сплавов с прямоугольной петлей гистерезиса ППГ имеет следующие параметры: поле старта Hо , коэрцитивную силу Hс, коэффициент переключения Sф. Найти время переключения  

Дано:

Hо=3 А/м

Hс=3А/м

Sф=14 мкк/м

Найти: i

Решение.

Коэффициент переключения для магнитных материалов с прямоугольной петлей гистерезиса:

 

где - напряженность магнитного поля, соответствующая максимальной магнитной индукции В.

- время переключения.

   

   

Ответ: время переключения =14мксек.

Задача 3.4.2.

Магнитодиэлектрик выполнен из порошков никелево-цинкового феррита HН400 и полистирола с объемным содержанием магнитного материала α. Определить магнитную и диэлектрическую проницаемость материала μ и ε, если магнитная диэлектрическая проницаемость магнитного материала μа, εм имеет заданные значения. Диэлектрическая проницаемость полистирола ε д=2,5.

Дано:

α=0,1

εм=40

Найти: μ,ε

Решение.

Для магнитодиэлектрика, состоящего из связующего диэлектрика и магнитного наполнителя магнитная проницаемость :

,

где - магнитная проницаемость магнитного  наполнителя (начальная магнитная проницаемость)

Диэлектрическая проницаемость магнитодиэлектрика :

Справочная литература:

  1.  И. В. Савельев. Курс общей физики, том 3, М.: Наука, 1979, с 304.
  2.  Свитенко В.Н., Элементы и компоненты РЭУ. Радиоматериалы.:Учебное пособие для специальности "Радиотехника" - Киев 1990г. - 93с.
  3.  Конструкционные и электротехнические материалы под редакцией В.А.Филипова М.:Высшая школа, 1990г.
  4.  Никулин Н.В., Электроматериаловедение М.: М.:Высшая школа, 1989г.
  5.  Пасынков В.В., СорокинВ.С., Материалы электронной техники. М.: М.:Высшая школа, 1986г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75331. Государство периода феодальной раздробленности 32.5 KB
  Феодальная анархия аристократический стройПо мере разветвления правящей династии в раннефеодальных государствах расширения их территории и административного аппарата представители которого осуществляют власть монарха над местным населением собирая дань и войско увеличивается количество претендентов на центральную власть периферийные военные ресурсы увеличиваются а контрольные возможности центра ослабевают. Верховная власть становится номинальной и монарх начинает избираться крупными феодалами из своей среды при этом ресурсы избранного...
75332. Испания и Португалия в XIV-XV веках 42 KB
  Испания и Португалия в XIVXV вв. Пиренейский полуостров в XIV XV вв. Арагон на протяжении всего периода осуществлял планомерную экспансию в Средиземноморье: он подчинил Балеарские острова в конце XIII первой половине XIV в. Крайне неблагоприятные последствия для полуострова как и для остальной Европы имела эпидемия чумы в середине XIV в.
75333. Особенности социально-экономического и политического развития Англии в XII-XIII веках 39 KB
  Развитие товарно-денежных отношений в деревне в целом тяжело отразилось на широких массах крестьянства. С развитием рынка росли потребности феодалов. Коммутация ренты ускорила и углубила начавшееся задолго до XIII в. имущественное расслоение крестьянства
75334. Английское общество и государство в XIV-XV веков 43.5 KB
  Английское общество и государство в XIVXV вв. Во второй четверти XIV в. Под давлением экономической необходимости и усиливающейся борьбы крестьянства многие даже крупные феодалы к середине XIV в. Малая производительность барщинного труда там где он сохранялся слабая приспособляемость домениального хозяйства к условиям рынка наконец нехватка наемной рабочей силы в хозяйстве феодалов коммутировавших барщину уже к середине XIV в.
75335. Испания и Португалия в XI-XIII вв. Ход Реконкисты 66.5 KB
  Испания и Португалия в XIXIII вв. Окончательная победа реконкисты В течение XI XIII вв. За два столетия с середины XI до середины XIII в. Причины успехов реконкисты коренились во внутренней истории как самого Халифата так и Кастилии и Арагона а также в характере реконкисты с конца XI по конец XIII в.
75336. Четвертый крестовый поход. Захват Константинополя и образование Латинской империи 34.5 KB
  Четвертый крестовый поход. Четвертый крестовый поход 1202-1204. Поэтому папа Иннокентий III 1198-1216 развернул пропаганду похода направленного против Египта. В Четвертом крестовом походе справедливо усматривают переломный момент и кризис крестоносного движения ибо впервые жертвой крестоносцев стали христианские государства.
75337. Последние крестовые походы. Причины их затухания и итоги крестоносного движения 38.5 KB
  Последние крестовые походы. Последние крестовые походы. европейскими странами предпринимались крестовые походы против османов не принесшие успеха. Крестовые походы не только не достигли своей прямой цели но принесли гибель сотням тысяч их участников и сопровождались тратой колоссальных средств европейских государств.
75338. Франция в XII-XIII веках 43.5 KB
  Социальноэкономическое развитие Франции в это время отличали заметные сдвиги и прогресс в развитии производительных сил следствием которых явилось повышение продуктивности сельского хозяйства см. Процесс сокращения и даже ликвидации барской запашки получил наиболее выраженные формы именно во Франции и особенно в хозяйствах светских феодалов. Особенностью развития Южной Франции в Х1ХП вв. Обретя большую степень самостоятельности и ориентированные по преимуществу на внешнюю торговлю южные города не сыграли значительной роли в деле...
75339. Франция в XIV-XV веков 34 KB
  Франция в XIVXV вв. В первой трети XIV в. Широкое распространение денежной ренты и личная свобода крестьянства укрепили его наследственные владельческие права на цензиву ставшую в XIV в. XIV вв.