Питання і задачі

1. Які матеріали відносяться до електротехнічних і за якими ознаками їх класифікують?

2. Коротка характеристика основних видів зв’язку атомів і молекул при створенні речовин. Наведіть приклади речовин з такими видами зв’язку. Вкажіть їх електротехнічні властивості.

3. Наведіть приклади нейтральних /неполярних, симетричних/ і полярних /дипольних, несиметричних/ діелектриків і вкажіть, як розрізняються їх основні властивості. Вкажіть для названих ма­теріалів значення діелектричної проникності, питомих опорів і тангенса кута діелектричних втрат. Що називається дипольним моментом молекули речовини?

4. Сформулюйте основні положення зонної теорії твердих тіл. В чому полягає різниця між діелектриками, напівпровідниками і провідниками з точки зору цієї теорії?

5. Дайте визначення процесу поляризації і поясніть його фізичну суть. Коротко охарактеризуйте основні види поляризації. Наведіть приклади діелектриків з різними видами поляризації і їх діелектричну проникність.

6. Перелічіть основні механізми поляризації з зазначенням їх головних особливостей. Наведіть класифікацію діелектриків за видами поляризації. Назвіть по 5-6 діелектриків, які відносяться до кожної групи, і вкажіть значення діелектричної проникності кожного названого діелектрика.

7. Поясніть суть довільної /спонтанної/ поляризації і відзначте її особливості.

8. Назвіть приклади залежностей діелектричної проникності рідких діелектриків від температури і частоти та поясніть їх.

9. Наведіть приклади залежностей діелектричної проникності твердих діелектриків від температури і частоти і поясніть їх.

10. Поясніть залежність діелектричної проникності сегнетоелектриків від температури і напруженості електричного поля.

11. Наведіть приклади діелектриків, які характеризуються переважно електронною, іонною, дипольною, самодовільною поляризацією. Вкажіть діелектричну проникність кожного названого матеріалу.

12. Побудуйте якісні графіки зміни діелектричної проникно­сті нейтральних і полярних рідких діелектриків у залежності від температури і частоти і поясніть їх. Наведіть приклади вказаних діелектриків.

13. Наведіть класифікацію електроізоляційних матеріалів за видами поляризації. Наведіть приклади діелектриків.

14. Охарактеризуйте електричну провідність діелектриків. Які фактори впливають на об’ємну і поверхневу електричну провідність? Наведіть схеми визначення питомих об’ємного і поверхневого опорів.

15. Охарактеризуйте електричну провідність газів. Які процеси визначають несамостійну і самостійну провідність газів? Поясніть струм насичення в газах.

16. Опишіть характер електричної провідності рідких діелектриків і її залежність від температури.

17. Якими процесами обумовлена об’ємна і поверхнева електрична провідність твердих діелектриків?

18. Поясніть вплив температури і напруженості електричного поля на електричну провідність твердих діелектриків.

19. Як відрізняються за електропровідністю полярні електроізоляційні матеріали від неполярних?

20. Дайте визначення поняттю діелектричних втрат. Охарактеризуйте природу втрат в постійних і змінних полях. Що називається кутом діелектричних втрат? Наведіть формули для визначення повних і питомих втрат.

21. Наведіть схеми заміщення діелектрика з втратами і векторні діаграми для них. Порівняйте між собою параметри цих втрат. Наведіть умови еквівалентності схем.

22. Охарактеризуйте діелектричні втрати в газах. Що називається кривою іонізації електричної ізоляції? Наведіть і поясніть її, яке практичне значення вона має?

23. Поясніть, чому тверді діелектрики в електричному полі нагріваються.

24. Опишіть процес пробою газів в однорідному полі. Наведіть залежність електричної міцності газів від відстані між електро­дами і поясніть її.

25. Наведіть приклад залежності електричної міцності газів від тиску /при постійній температурі/ і поясніть її.

26. Наведіть види і механізми пробою рідких діелектриків. Які фактори впливають на електричну міцність рідини?

27. В яких діелектриках спостерігається електротепловий пробій і які закономірності його розвитку?

28. Дайте порівняльну характеристику всіх видів пробою твер­дих діелектриків.

29. Доведіть, що напруженість поля електричного пробою є характеристикою діелектрика і чому.

30. Поясніть, як електрична міцність твердої ізоляції зміню­ється з підвищенням температури у випадках електричного і тепло­вого видів пробою.

31. Дайте повну відповідь, чи є напруга теплового пробою характеристикою діелектрика, і чому.

32. Перелічіть та охарактеризуйте основні показники властивостей діелектричних матеріалів.

33. Поняття вологості, гігроскопічності, змочуваності, вологопроникності електроізоляційних матеріалів. Наведіть приклади діелектриків з малими і великими значеннями гігроскопічності і вологопроникності.

34. Які електроізоляційні матеріали характеризуються високою гігроскопічністю і чому? В чому полягають способи зменшення гігроскопічності?

35. Назвіть класи нагрівостійкості електричної ізоляції за діючим стандартом і матеріали, які відповідають кожному класу.

36. Що таке радіаційна стійкість ізоляційних матеріалів? Як впливає радіоактивне випромінювання на електричні, механічні і теплові властивості діелектриків?

37. Яке практичне значення мають теплопровідність і температурний коефіцієнт розширення електроізоляційних матеріалів? У яких одиницях вони вимірюються?

38. Чим відрізняються органічні діелектрики від неорганічних? Назвіть 8-10 органічних і неорганічних діелектриків і вкажіть їх механічні, електричні і теплові властивості.

39. Назвіть гази, які мають підвищену /порівняно з повітрям/ електричну міцність; вкажіть їх особливості та області використання.

40. Перелічіть найважливіші природні і синтетичні рідкі електроізоляційні матеріали; вкажіть їх властивості, особливості і основні області використання.

41. Які речовини називаються полімерами? В чому різниця між лінійними і просторовими, термореактивними і термопластичними полімерами? Наведіть приклади вказаних полімерів, вкажіть їх основні властивості.

42. Що називається смолами? На які групи підрозділяють смоли і для чого вони використовуються в електротехніці? Які техніко-економічні переваги мають синтетичні смоли порівняно з природними?

43. Що розуміють під синтетичними смолами? В чому різниця між процесами полімеризації і поліконденсації? Наведіть приклади діелектриків, отриманих з допомогою полімеризації і поліконденсації, і вкажіть їх основні властивості.

44. В чому різниця між термопластичними і термореактивними смолами? Наведіть приклади і коротко опишіть їх основні властивості.

45. Опишіть властивості і області використання поліамідних смол.

46. Вкажіть склад, властивості і області використання поліхлорвінілу в електроізоляційній техніці.

47. Опишіть особливості і області застосування епоксидних смол.

48. Вкажіть основні види кремнійорганічних електроізоляційних матеріалів, їх особливості, основні властивості і області використання в електро- і радіотехніці.

49. Які смоли знаходять широке використання при виготовленні лаків і пластмас? Наведіть приклади смол і вкажіть їх властивості.

50. Наведіть, приклади і вкажіть основні властивості рідких і твердих фторорганічних електроізоляційних матеріалів.

51. Опишіть природні смоли і вкажіть області їх застосування в електроізоляційній техніці.

52. Вкажіть призначення просочувальних, покривних і клеючих лаків і вимоги, які пред’являють до кожної з цих груп.

53. У чому переваги і недоліки волокнистих електроізоляційних матеріалів /органічних і неорганічних/? Наведіть приклади і опишіть властивості цих матеріалів.

54. Опишіть різні види електроізоляційних паперів і картонів, дайте характеристику їх властивостей і вкажіть області застосування.

55. Опишіть синтетичні і штучні волокна, їх властивості і вкажіть області застосування в електропромисловості.

56. Коротко опишіть технологію виготовлення пластмас. Вкажіть основні складові пластмас, особливості пластмас без наповнювача.

57. Дайте характеристику основним видам електроізоляційних шаруватих пластмас; вкажіть їх властивості і області застосуван­ня,

58. Суть процесу вулканізації каучуку. Опишіть властивості гуми і ебоніту; особливості і властивості ескапона.

59. Класифікуйте електроізоляційне скло за хімічним складом. Якими засобами поліпшують електроізоляційні властивості скла?

60. Як отримати скловолокно? Опишіть його властивості і вкажіть області застосування в електроізоляційній техніці.

61. Які матеріали називаються керамічними і як вони виготовляються? Вкажіть важливіші типи керамічних електроізоляційних матеріалів і області їх застосування.

62. Назвіть і опишіть найважливіші види радіокерамічних матеріалів з малим кутом .діелектричних втрат. Вкажіть їх особливості і області застосування.

63. Вкажіть особливості і області застосування слюд - мусковіту і флогопіту.

64. Яка ізоляція називається оксидною і як вона утворюється на різних металах і сплавах? Де знаходить застосування цей вид ізоляції?

65. Опишіть характер електричної провідності провідникових матеріалів. Дайте визначення питомого опору і його температур­ного коефіцієнту.

66. Опишіть матеріали високої провідності; охарактеризуйте і їх основні фізико-механічні і електричні властивості; вкажіть області застосування.

67. Опишіть властивості м’якої і твердої міді і вкажіть області їх застосування в електротехніці.

68. Дайте порівняльну характеристику властивостей міді і алюмінію. В чому полягає техніко-економічна доцільність заміни міді алюмінієм.

69. Опишіть мідні і алюмінієві сплави, їх призначення і властивості.

70. Поясніть явище надпровідності в провідниках при температурах, близьких до абсолютного нуля. Які високотемпературні надпровідники Ви знаєте?

71. Опишіть можливе застосування явища надпровідності провідників у електротехніці.

72. Дайте загальну характеристику сплавам високого опору. Перелічіть найбільш широко використовувані сплави; вкажіть їх властивості і області застосування.

73. Які сплави високого опору застосовуються в вимірювальних приладах, реостатах, електронагрівних приладах? Вкажіть їх властивості.

74.Як залежить термоЕРС від різниці температур? Опишіть основні матеріали, які застосовуються для виготовлення термо­пар.

75. Опишіть такі матеріали: вольфрам, золото, срібло, платину, нікель, кобальт, свинець.

76. Опишіть основні показники властивостей провідникових матеріалів.

77. Що являють собою обмотувальні проводи і на які групи їх ділять за видом ізоляції?

78. Що являють собою монтажні проводи і кабелі і де їх застосовують?

79. Опишіть основні показники властивостей напівпровідникових матеріалів.

80. Порівняйте фізичну суть процесів електричної провідності в напівпровідниках, провідниках і діелектриках.

81. Опишіть різні види електричної провідності напівпровідників. Власна і домішкова провідності. В чому різниця між напівпровідниками типу "n" і "p"?

82. Поясніть, як і чому впливають зовнішні фактори /температура, напруженість електричного поля, освітленість/ на опір напівпровідникових матеріалів.

83. Перелічіть найбільш широко застосовувані напівпровідникові хімічні сполуки, опишіть їх властивості і області застосування.

84. Опишіть основні властивості електронно-діркового переходу і вкажіть їх практичне застосування.

85. Фотоопори і фотоелементи. Які їх особливості? Які матеріали застосовуються при їх виготовленні?

86. Опишіть властивості карбіду кремнію і вкажіть області його застосування в електроніці.

87. Які властивості арсеніду гелію та як він застосовується?

88. Якими засобами можна визначити тип електронної провідності напівпровідників ?

89. Опишіть ефект Холла в напівпровідниках і його використання для визначення параметрів напівпровідників.

90. Як пов’язана ширина забороненої зони напівпровідників з їх чутливістю до зовнішніх енергетичних дій і чому?

91. Наведіть характеристики напівпровідникових термоопорів і нагрівачів; вкажіть області їх застосування в техніці.

92. Вкажіть області застосування напівпровідників в електро- і радіотехніці. Доведіть ефективність їх використання.

93. Опишіть процес намагнічування феромагнітних матеріалів. Якими параметрами характеризуються феромагнітні матеріали в постійних і змінних полях?

94. Опишіть призначення магнітом’яких матеріалів і вимоги, які пред’являються до них. Назвіть 8-10 таких матеріалів, вкажіть їх основні магнітні властивості.

95. Опишіть залізонікелеві сплави з високою магнітною проникністю. Вкажіть основні області їх застосування.

96. Опишіть основні властивості електротехнічної сталі. Наведіть приклади маркіровки цієї сталі і поясніть її призначення.

97. Опишіть явище магнітострикції. У яких матеріалах це явище виражене особливо сильно і для яких цілей воно використовується?

98. Що являють собою текстуровані магнітні матеріали? Які їх особливості і властивості? Наведіть приклади цих матеріалів і вкажіть способи їх отримання.

99. Магнітні параметри карбонільних, альсіферових та інших магнітодіелектриків. Вкажіть області їх застосування.

100. Як впливає вміст кремнію на електричні, магнітні і механічні властивості електротехнічної сталі?

101. Призначення магнітотвердих матеріалів. Які вимоги пред’являють до них?

102. Сучасні магнітотверді матеріали з високою енергією.

103. Що являють собою ферити? Вкажіть основні властивості і області застосування магнітом’яких і магнітотвердих феритів.

104. Як залежить відносна магнітна проникність магнітних матеріалів від температури, інтенсивності магнітного поля і його частоти? Яку інформацію надає петля гістерезису про властивості магнітного матеріалу?

105. Які види втрат виникають в феромагнітних матеріалах і як вони оцінюються? Фізична суть виникнення магнітних втрат. Від яких факторів вони залежать?

106. Побудуйте графік залежності температурного коефіцієнта ТК діелектричної проникності від температури за допомогою методу графічного диференціювання кривої  = f(T)Варіанти за­дачі приведені в табл.2, а залежності  = f(T) на рис.Д.І.

Таблиця 2

Варіант	Діелектрик
1	Поліефір
2	Поліетилен /ПЕВД/
3	Полівінілхлорид /ПВХ/
4	Полістирол
5	Поліетилентерефталат /ПЕТФ/
6	Полідиметилфеніл
7	Стеатит
8	Новомікалекс
9	Фарфор
10	Ультрафарфор

107. Конденсатор із матеріалу з діелектричною проникністю ε був заряджений до напруги U1 після чого джерело було відключено. За час t напруга на обкладинках конденсатора понизилась до U2 . Визначте постійну часу са-мозаряду конденсатора і питомий об’ємний опір його діелектрика.Поверхневим витоком при розрахунках знехтувати.\табл.3\

Таблиця 3

Варіант		U1, B	U2, B	t, хв.
1	6	1000	200	5
2	2,5	200	40	180
3	2	500	100	40
4	3	1200	240	1
5	4	400	80	50
6	5	600	110	З0
7	2,5	300	60	150
8	3,5	200	50	120
9	4	500	120	50
10	5	800	160	100

108. Визначте опір ізоляції конденсатора, якщо через час t після його відключення від джерела живлення різниця потенціалів на обкладинках зменшилась на N (%). Ємність конденсатора рівна С /табл.4/.

Таблиця 4

Варіант	t, с	С, мкФ	N, %
1	20	2	5
2	20	10	10
3	З0	20	5
4	40	25	10
5	50	З0	10
6	З0	25	5
7	25	20	10
8	40	15	5
9	50	10	15
10	10	5	5

109. Мідний циліндричний провід перерізом S має поліхлорвінілову ізоляцію товщиною d /табл.5/, яка заекранована мідним обплетенням. Обчисліть діелектричні втрати в ізоляції на 1 км проводу при температурах 20-60°С і частотах 50 і 400 Гц. Напруга між жилою і обплетенням дорівнює U /діюче значення/. Необхідні дані взяти з рекомендованої літератури.

Таблиця 5

Варіант	S, мм	d, мм	U, кВ
1	10	1	1
2	5	2	0,8
3	14	3	0,6
4	18	4	1,2
5	22	5	1,5
6	12	3	1,8
7	16	4	2
8	25	5	2,2
9	8	2	3
10	15	3	2,5

110. На дві протилежні грані кубика з ребром a= 20 мм нане­сені шари металу, які є електродами, і через них кубик включається в електричне коло. Визначте струм через кубик і діелектричні втрати при постійній напрузі U = 2 кВ, якщо питомий об’ємний опір діелектрика _v, а поверхневий _s. Діелектрики для свого варіанта вибрати з табл.6.

Таблиця 6

Варіант	Діелектрик	U ,кВ	a, мм	f, Гц
1	Фарфор	1	10	50
2	Скло	2	20	102
3	Ескапон	5	50	103
4	Бакеліт	10	25	104
5	Фторлон-4	15	40	105
6	Мусковіт	20	60	50
7	Флогопіт	15	З0	100
8	Мікалекс	10	20	103
9	Сітал	5	З0	104
10	Поліетилен	1	25	105

111. Визначте струм у плоскому конденсаторі з твердим діелектриком і втрати потужності в ньому при постійній напрузі u / . Товщина діелектрика h; площа обкладок /з кожної сторони/ S /табл.7/. Поверхневим витоком знехтувати. Які будуть діелектричні втрати при змінній напрузі /діюче значення/ частоти 1000 Гц?

Таблиця 7

Варіант	Діелектрик	U, кВ	h, мм	S, см2
1	Мікалекс	10	0,9	25
2	Полістирол	1	0,2	20
3	Поліетилен	5	1,0	10
4	Фторлон-4	7	2,0	15
5	Вініпласт	6	1,5	12
6	Полікарбонат	4	0,1	20
7	Сітал	3	1,0	25
8	Поліамід	2	0,5	5
9	Плексиглас	9	2,0	10
10	Бакеліт	8	1,5	15

112. Визначте питомий об’ємний опір діелектрика циліндричної форми довжиною 20 мм і діаметром 5 мм /електроди нанесені на торці зразка/, якщо відомо, що струм у колі з діелектриком при постійній напрузі U дорівнює І, а потужність втрат складає Р /табл.8/. Як зміниться струм у колі і потужність втрат в діелектрику, якщо напруга зросте в 2 рази, а питомий об’ємний опір зменшиться в 100 разів? Поверхневим витоком знехтувати.

Таблиця 8

Варіант	U ,кВ	І, А	Р, мкВт
1	3	1	0,1
2	2	5	12
3	6	15	80
4	1	4	1,8
5	4	20	50
6	5	25	100
7	7	10	20
8	8	30	40
9	9	40	75
10	10	12	7

113. Питомий опір напівпровідника при 300 К дорівнює . Обчисліть концентрацію власних носіїв струму n_i при 300 К /табл.9/. Дані про напівпровідникові матеріали взяти з рекомендованої літератури.

Таблиця 9

Варіант	,0мм	Матеріал
1	0,5	Германій
2	2500	Кремній
3	1000	Карбід кремнію
4	3,7106	Арсенід галію
5	21014	Фосфід галію

Додаток

Основні електричні параметри електроізоляційних матеріалів

Матеріал	 /при 50Гц/	ρv, Омм	ρs, Ом	tgδ /при 50 Гц/	Е, МВ/м /при 50 Гц/	ТКе, І/град	Нагрівостійкість, С
Поліетилен	2,3...2,4	1014...1015	1014	1...510-4	15...20	-	90...120
Полістирол	2,4...2,6	1014...1015	1015	1...310-4	20...35	-	70...90
Політетрафторетилен /фторопласт-4/	1,9...2,2	1015...1016	1017	1...210-4	20...30	-	250...300
Політрифторхлоретилен /фторопласт-3/	2,3	1015...1016	1017	1...210-2	20...25	-	190
Поліхлорвініл	3...5	1013...1014	1013...1014	3...810-2	15...20	-	60...70
Поліметилметакрилат /органічне скло/	3,5...4,5	1011...1012	1011...1012	2...810-2	20...30	-	70...90
Епоксидні смоли	3...4	1012...1013	1013	1...310-2	20...80	-	120...180
Поліамідні смоли	3...4	1011...1012	1012	1...410-2	15...20	-	100...120
Фенолформальдегідні смоли	5...6,5	1011...1012	1011...1012	(1...10)10-2	10...20	-	110...120
Полівінілхлорид /вініпласт	3,2...4	1012...1013	1014	(1...5)10-2	15...35	-	65
Полікарбонат	3,2	1014...1015	1014...1015	(4...8)10-3	30	-	150...165
Кремнійорганічні смоли	3...5	1012...1013	1013…1014	(1...3)10-2	15...20	-	180
Ебоніт	2,8...4,5	1013...1014	1012...1013	(6...5)10-3	17...25	-	50...100
Слюда-флогопіт	6,2...6,8	1012	1010...1011	(6...15)10-3	-	-	-
Мікалекс	6,0...8,5	1010...1012	1010...1012	(3...10)10-3	10...20	310-4	300...350
Ультрафарфор	8	1011...1012	1011...1012	(3...6)10-4	25...30	110-4	160
Гетінакс	5...6	109...1010	1011	(4...10)10-2	20...25	-	150
Текстоліт	6...8	1010	1010	710-2	6...8	-	135
Склотекстоліт	6...12	1010	-	610-2	120	-	200
Сітал	5...7	1010...1012	-	110-3	20...80	-	-
Тіконд Т-40	40	1010...1011	-	310-4	8...10	-810-4	-
Тіконд Т-80	80	108...109	109	410-4	10...12	-710-4	160
Тіконд Т-130	130	1010...1011	-	310-4	25...35	-1,2510-3	-
Тіконд Т-150	150	1010...1012	-	(2...5)10-4	10...12	-1,310-4	-
Тіконд Т-300	300	109...1010	-	(4...6)10-4	6...8	-3,310-3	-
Ескапон	2,7…3	1015	1016	510-4	35	-	80…100
Слюда-мусковіт	6,8...7,2	1011...1013	1011...1012	(4...8)10-4	-	-	-

Рис. Д.1. Графік температурних залежностей ε для ізоляційних матеріалів:

1- полістирол; 2 – полідиметилфеніл; 3 - ПЕТФ; 4 - поліефір: 5 - поліетилен /ПЕВТ/: б - новомікалекс; 7 - фарфор, 8 - стеатит; 9 - ультрафарфор; 10 - полівінілхлорид

Рис.Д.2. Графік температурних залежностей tgδ для ізоляційних матеріалів /назви матеріалів відповідають позначенням на рис. Д.1/

Рис.Д.3. Графік температурних залежностей питомого об’ємного опору ρ_v для ізоляційних матеріалів /назви матеріалів відповідають позначенням на рис.Д.1/