Удельное электрическое сопротивление электротехнических материалов зависит от

Закон Ома устанавливает связь между силой тока в проводнике и разностью потенциалов (напряжением) на его концах. Формулировка для участка электрической цепи (проводника), не содержащего источников электродвижущей силы (ЭДС): сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Законы Ома для замкнутой неразветвлённой цепи: сила тока прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. Закон Ома справедлив для постоянных и квазистационарных токов. Был открыт немецким физиком Георгом Омом в 1826 году. * Современная энциклопедия

В случае переменного тока, величины, входящие в расчётные формулы – становятся комплексными.

Закон Ома в дифференциальной форме — описывает исключительно электропроводящие свойства материала, вне зависимости от геометрических размеров.

Удельное электрическое сопротивление вещества есть электросопротивление изготовленного из него куба со сторонами, равными единице (1метр), когда ток идёт перпендикулярно двум его противоположным граням, площадью 1 квадратный метр каждая.

Удельное сопротивление зависит от концентрации в проводнике свободных электронов и от расстояния между ионами кристаллической решетки, иначе говоря, от материала проводника.

Размерность удельного электросопротивления в сист. СИ (международная система единиц, англ. — International System of Units) –
Ом·м [Ом*м^2/м] (SI – Ω·m, рус. – Ом-метр, англ. – ohm-meter). Для измерения проводниковых материалов разрешается использовать внесистемную единицу –
Ом·мм2/м (для миллиметрового сечения проводника, длиной 1 м., то есть – миллионную часть Ом-метра).

Физический смысл удельного сопротивления: материал (однородный и изотропный*) имеет удельное электрическое сопротивление один Ом·м, если изготовленный из этого материала куб со стороной 1 метр имеет сопротивление 1 Ом при измерении на противоположных гранях куба.
* Изотропность – идентичность физических свойств во всех направлениях.

Удельное сопротивление характеризует способность вещества проводить электрический ток и не зависит от формы и размеров вещества, но меняется, при отличии его температуры от 20 °C (то есть, от комнатной, при которой определялись табличные значения для справочников).

На практике, в технике чаще применяется единица, в миллион раз меньшая (миллиметровое токоведущее сечение), чем Ом·м:

1 мкОм·м (SI – µΩ·m, рус. – микроом-метр, англ. – microhm-meter) = 1*10^-6 Ом*м
1 мкОм·м = 1 Ом·мм2/м

При этом, удельное сопротивление однородного куска проводника длиной 1 метр и площадью токоведущего сечения 1 квадратный миллиметр – равно 1 Ом·мм2/м, если его сополтивление равно 1 Ом.
Например, величина удельного сопротивления электротехнической меди, примерно, составляет 1,72*10^-8 Ом·м = 0.0172 мкОм·м (определяется при температуре 20 градусов по Цельсию).

В зависимости от удельного сопротивления все вещества делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники. Диэлектрики (изоляторы, например — фарфор) имеют очень высокие значения удельного электрического сопротивления, превышающие 10^12 Ом·м, а проводники (к примеру — серебро, медь) – меньше 10^-2 Ом·м ( Соотношения:

1 Ом·мм2/м = 1 мкОм·м ( 1*10^-6 Ом*м )
1 Ом·см = 0.01 Ом·м
1 Ом·м = 100 Ом·см (ом-сантиметр, англ. Ohm-centimeter)

Электрическая проводимость – это величина, обратная электрическому сопротивлению. В СИ единицей электрической проводимости является Сименс (обозначается — См, анг. — S). Например, медь имеет эл.проводность, приблизительно, равную 58 100 000 См/м ( 1 / 58100000

0,0172 х 10-6 Ом.м), измеряемую при температуре 20 °C

Формула для расчёта электрического сопротивления при постоянном токе

где:
R – электросопротивление провода;
p – удельное сопротивление: p [Ом·мм2/м] = (R * S) / L [ Om * mm^2 / m ]
L – длина, м;
S – поперечное сечение: квадратный метр или миллиметр (м2 или мм2). S = 3.14 * (радиус)^2

Если удельное эл.сопротивление – в Ом·мм2/м, то S (сечение) – должно быть в мм2, L (длина) – в метрах.
Если в Ом·см (Ом-сантиметр, сокращением, из Ом*см^2 / см ), то S в см2, L – в сантиметрах.
Если уд.сопр – в Om·m (Ом-метр, из Ом*м^2 / м ), то S в м2, L – в метрах.

1 Ом·мм2/м = 1 мкОм·м (производная дольная единица удельного электрического сопротивления в системе СИ, применяемая, на практике, в технических расчётах – миллионная часть Ом•м)

Для электрика и опытного радиолюбителя, способность на глазок оценить сечение электрического провода, с учётом слоя изоляции – это как абсолютный слух у музыканта, слёту определяющего высоту тона услышанных звуков и записывающего их в виде нотных знаков и ключей регистра.

Пример, в качестве образца по соотношению величин.

Удельное электросопротивление чистой электротехнической меди, измеренное при температуре 20 °C:

0,0172 мкОм (микроом-метр, 10^-6 Ом•м)

1.72*10^-2 Ом*мм^2/м (фактическое электр-е сопротивление медного проводника, длиной 1 метр и сечением 1 мм2)

1.72*10^-6 Ом•см (размеры провода — в сантиметрах)

1.72*10^-8 Ом•м (сокращением, из Ом*м^2/м – метровый кубик, площадь токоведущего сечения – 1м2 , т.е. между противоположными гранями)

17.2 нОм•м (наноом-метр, 10^-9 Ом•м)

Металлы высокой проводимости (не более 0,1 мкОм.м) – используются для изготовления проводов, токопроводящих жил кабелей, обмоток электрических машин и трансформаторов и т. п. Металлы и сплавы высокого сопротивления (не менее 0,3 микроом-метр) — применяются для производства образцовых резисторов, реостатов, электроизмерительных приборов, электронагревательных устройств, нитей ламп накаливания и т. п. Нагревательные сплавы должны выдерживать длительную работу на открытом воздухе — без разрушения при температурах не менее 1000 °С.

Таблица значений удельного электрического сопротивления,
мкОм·м (микроом-метр) = Ом·мм2/м (равные числовые величины)

при температуре окружающей среды 20 градусов по Цельсию

Серебро — 0,015-0,016
Медь — 0,0172-0,0180
Золото — 0,024
Алюминий — 0.026-0.030
Вольфрам — 0,053-0,055
Цинк 0,053-0,062
Никель — 0.068-0,073
Латунь (сплав меди с цинком) — 0,043 — 0,108
Железо — 0,098
Сталь — 0,10-0,14
Олово — 0,12
Оловяно-свинцовый припой — 0,14 — 0,16
Бронзовые сплавы — 0,02 — 0,2
Свинец — 0,217 — 0,227
Никелин — 0,4
Манганин — 0,42 — 0,48
Константан — 0,48 — 0,52
Нихром — 1,05-1,40
Фехраль — 1,15-1,35
Угольно-графитовые щётки для электрических машин — 20-50
Угольный сварочный электрод — 50-90 мкОм·м

Минералка (с минерализацией воды — 2-7 грамм на литр) — 1-4 *10^6 мкОм·м = 1-4 Ом•м
Вода грунтовая — 10-50 *10^6
Влажная / сырая садовая земля (верхний слой почвы, грунта — после поливки) — 20-60 *10^6

Почему в электросетях применяется высокое напряжение

В линии электропередачи, при постоянной передаваемой мощности её потери растут прямо пропорционально длине ЛЭП и обратно пропорционально квадрату ЭДС. Таким образом, считается желательным, увеличение напряжения до величин в десятки (внутригородские воздушные и кабельные сети электропередач на 380 вольт, 6, 10, 20, 35, 110, 220 и 330 кВ) и сотни киловольт (магистральные электросети сверхвысокого — ЛЭП500-750 кВ и ультравысокого напряжения, 1150кВ и выше) на линиях переменного и постоянного (150, 400, 800 кВ) тока. Но, при таких параметрах эксплуатации, постоянно растущем потреблении электрической энергии и частых пиковых перегрузках, износ оборудования, отсутствие резервных мощностей, погодные аномалии, локальные несоответствия требованиям безопасности, непрофессионализм и элементарное разгильдяйство — могут стать причиной нештатных ситуаций и системных аварий (называемых теперь, на английский манер — блэкаут). По этой причине, муниципальные власти любого посёлка и города — имеют постоянную головную боль по обеспечению резервными источниками питания (аккумуляторами и дизель-генераторами) для бесперебойного электроснабжения социальных объектов по резервной схеме.

Спецсплавы на медной основе, в электротехнике

При больших токах, до 10 А – применяют проволочный резистор большой мощности, называемый реостатом. В качестве обмотки используют проволоку, изготовленную из термостабильного (с минимальным температурным коэффициентом) сплава с большим удельным сопротивлением, например, из константана (40% Ni, 1,2% Mn, 58,8% Cu). Если напряжение между соседними витками не превышает 1 вольта — такую проволку можно наматывать плотно, виток к витку, без особой изоляции между витками, благодаря наличию естественной плёнки окисла, образующейся на поверхности данного металла, при быстром (не более трёх секунд) нагреве до достаточно высокой температуры (порядка 900 °С).

Читайте также:  Как убрать блокировку клавиатуры на ноутбуке

В приборах высокого класса точности – применяется манганин (3%Ni, 12%Mn, 85%Cu), менее термоустойчивый, но, в отличие от константанового провода, имеющий очень малую термоЭДС (контактную разность электрических потенциалов) в паре с медью.

Обозначения рекомендуемых кратных и дольных величин от единиц СИ

10^9 Ом — гигаом ГОм GΩ
10^6 Ом — мегаом МОм MΩ
10^3 Ом = 1000 Ом — килоом кОм kΩ.
10^-2 Ом — сантиом сОм cΩ
10^-3 Ом — миллиом мОм mΩ.
10^-6 Ом — микроом мкОм µΩ
10^-9 Ом — наноом нОм nΩ

Зависимость сопротивления от температуры.

При нагревании, электрическое сопротивление металлических проводников – возрастает, а при охлаждении – уменьшается. Для вычисления, по формуле, электросопротивления при определённой температуре – используют, так называемый, "температурный коэффициент сопротивления" (ТКС). Расчёты ведутся от некоторого начального уровня температуры. Для интервала температур, в пределах обычных погодных условий (в зимнее и летнее время года) окружающей среды, зависимость для проводника описывается математической формулой:

R2 = R1 * (1 + α * (t2 – t1)),

где R1 (начальное, известное значение, при нуле или 20 градусов по Цельсию, измеренное или посчитанное) и R2 (искомое) – сопротивления резистора соответственно при температурах t1 (0°С или 20°С) и t2; α – температурный коэффициент сопротивления (из справочной таблицы), равный относительному изменению электр. сопротивления (удельного или абсолютного) при изменении температуры на 1 °С. Так как значения ТКС очень малы, то в справочниках их указывают в единицах тысячных или миллионных долей (ppm/°С — Parts Per Million) относительного изменения сопротивления на градус.

Обычно, исходные, табличные значения различных физических постоянных – приводятся или к нормальной комнатной температуре +20 °С или к нулевой (в справочных таблицах проводниковых и реостатных материалов, применяемых в электрических аппаратах).

В металлических термометрах, изготавливаемых из медной или платиновой проволоки – электросопротивление, с повышением температуры (без экстремально высоких, для этих материалов, значений) увеличивается почти линейно. Но, при чрезмерно сильном нагреве, к примеру, тонкого медного провода до температуры красного каления, его активное электрическое сопротивление постоянному току возрастает многократно.

Пример расчёта для стометрового алюминиевого шинопровода, радиусом 40 мм, нагретого на 95°С:
R = (R1 * (1 + α * (t2–t1))) * L / S =
= 2,62*10 -8 Ом•м * (1 + 0,0042*95) * 100 / (3,14 * 40 2 * 10 -6 ) = 7,3 * 10 -4 Ом
где:
S – площадь сечения в м 2 (с вычетом толщины слоёв изоляции),
L – длина проводника в метрах.

Температурный коэффициент сопротивления х10 -3 , 1/градус:
Алюминий – 4,2
Бронза оловянистая твёрдотянутая – 0,6-0,7
Вольфрам – 4,2
Графит – -1,3
Дюраль – 2,2
Константан – 0,003-0,005
Латунь – 1,5
Манганин – 0,03-0,06 (при температуре до 250-300°С)
Медь – 4,3
Нихром – 0,14
Серебро – 4,0
Сталь – 9,0
Цинк – 4,2

2

0,05 0,07 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 1 1,5 2 2,5 4 6 11 Наибольший допустимый ток, А 0,7 1 1,3 2,5 3,5 4 5 7 10 14 17 20 25 30 54

Постоянные резисторы и их маркировка

В буквенно-цифровой (кодовой) маркировке резисторов – на их корпус наносится числовое значение электрического сопротивления и буквы, первая из которых обозначает множитель (R или Е – Ом,&nbsp K – килоом,&nbsp M – мегаом) и, заодно, определяет положение разделительной запятой десятичного знака. Вторая буква означает класс точности, то есть, допускаемое отклонение от указанной величины. Номиналы на мелкие детали – наносят в виде маркировки цветными кольцами, полосками или точками (в зависимости от применяемого стандарта). Каждому цвету соответствует определенная цифра, означающая число Ом, множитель / степень или процент точности. Для быстрого определения номинала резистора по цветовой кодировке, применяются специальные компьютерные программы.
Читать дальше.

Пример расчёта, на основе школьной задачки по физике из программы 9 класса.

Задание: определить (найти в таблице), по известному удельному сопротивлению p = 0.017Ом·мм2/м — какой это материал? Рассчитать диаметр проволоки. Вычислить электрическое сопротивление провода, длиной L = 80 см, сечением S = 0.2 мм2
Решение задачи:
По таблице определяем, что удельное сопротивление, равное 0.017 Ом·мм2/м может быть у меди.

Из формулы S = 3.1416 * (радиус)^2 = 3.142 * ((диаметр)^2)/4
с помощью своего калькулятора, находится диаметр (в миллиметрах) = корень квадратный из (4 * S / 3.14)

Длина провода, в единицах системы СИ (переводим в метры):
80 см = 0.8 м

Находим электр. сопротивление по формуле:
R = (p * L) / S = (0.017 * 0.8) / 0.2 = 0.068 Ом

Ответ: с точностью до второго знака после запятой, R = 0.07 Ом

Мобайлшина 24 шиномонтаж 24 часа. Недорого и быстро.

Электромонтажные работы — монтаж электрики, подключение и обслуживание электропроводки. | Минисправочник по электрическим параметрам: соотношения Ом х мм2/м и мкОм x м (микроом), в технических расчётах.

Электрический ток I в любом веществе создается движением заряженных частиц в определенном направлении за счет приложения внешней энергии (разности потенциалов U). Каждое вещество обладает индивидуальными свойствами, по-разному влияющими на прохождение тока в нем. Эти свойства оцениваются электрическим сопротивлением R.

Георг Ом эмпирическим путем определил факторы, влияющие на величину электрического сопротивления вещества, вывел формулу его зависимости от напряжения и тока, которая названа его именем. Единица измерения сопротивления в международной системе СИ названа его именем. 1 Ом — это величина сопротивления, замеренного при температуре 0 О С у однородного ртутного столба длиной 106,3 см с площадью поперечного сечения в 1 мм 2 .

Чтобы оценить и применять на практике материалы для изготовления электротехнических устройств, введен термин «удельное сопротивление проводника» . Добавленное прилагательное «удельное» указывает на фактор использования эталонной величины объема, принятой для рассматриваемого вещества. Это позволяет оценивать электрические параметры разных материалов.

При этом учитывают, что сопротивление проводника возрастает при увеличении его длины и уменьшении поперечного сечения. В системе СИ используется объем однородного проводника с длиной 1 метр и поперечным сечением 1м 2 . В технических расчетах применяется устаревшая, но удобная внесистемная единица объема, состоящая из длины 1 метр и площади 1мм 2 . Формула удельного сопротивления ρ представлена на рисунке.

Для определения электрических свойств веществ, введена еще одна характеристика — удельная проводимость б. Она обратно пропорциональна значению удельного сопротивления, определяет способность материала проводить электрический ток: б =1/ρ.

Как удельное сопротивление зависит от температуры

На величину проводимости материала влияет его температура. Разные группы веществ ведут себя не одинаково при нагреве или охлаждении. Это свойство учитывают в электрических проводах, работающих на открытом воздухе в жару и холод.

Материал и удельное сопротивление провода подбираются с учетом условий его эксплуатации.

Возрастание сопротивления проводников прохождению тока при нагреве объясняется тем, что с повышением температуры металла в нем увеличивается интенсивность передвижения атомов и носителей электрических зарядов во всех направлениях, что создает лишние препятствия для движения заряженных частиц в одну сторону, снижает величину их потока.

Если уменьшать температуру металла, то условия для прохождения тока улучшаются. При охлаждении до критической температуры во многих металлах проявляется явление сверхпроводимости, когда их электрическое сопротивление практически равно нулю. Это свойство широко используется в мощных электромагнитах.

Читайте также:  Убрать нагар с антипригарного покрытия

Влияние температуры на проводимость металла используется электротехнической промышленностью при изготовлении обыкновенных ламп накаливания. Их нить из нихрома при прохождении тока нагревается до такого состояния, что излучает световой поток. В обычных условиях удельное сопротивление нихрома составляет около 1,05÷1,4 (ом ∙мм 2 )/м.

При включении лампочки под напряжение через нить проходит большой ток, который очень быстро разогревает металл. Одновременно возрастает сопротивление электрической цепи, ограничивающее первоначальный ток до номинального значения, необходимого для получения освещения. Таким способом осуществляется простое регулирование силы тока через нихромовую спираль, отпадает необходимость применения сложной пускорегулирующей аппаратуры, используемой в светодиодных и люминесцентных источниках.

Как используется удельное сопротивление материалов в технике

Цветные благородные металлы обладают лучшими свойствами электрической проводимости. Поэтому ответственные контакты в электротехнических устройствах выполняют из серебра. Но это увеличивает конечную стоимость всего изделия. Наиболее приемлемый вариант — использование более дешевых металлов. Например, удельное сопротивление меди, равное 0,0175 (ом ∙мм 2 )/м, вполне подходит для таких целей.

Благородные металлы — золото, серебро, платина, палладий, иридий, родий, рутений и осмий, получившие название главным образом благодаря высокой химической стойкости и красивому внешнему виду в ювелирных изделиях. Кроме того, золото, серебро и платина обладают высокой пластичностью, а металлы платиновой группы — тугоплавкостью и, как и золото, химической инертностью. Эти достоинства благородных металлов сочетаются.

Медные сплавы, обладающие хорошей проводимостью, используются для изготовления шунтов, ограничивающих протекание больших токов через измерительную головку мощных амперметров.

Удельное сопротивление алюминия 0,026÷0,029 (ом ∙мм 2 )/м чуть выше, чем у меди, но производство и стоимость этого металла ниже. К тому он же легче. Это объясняет его широкое применение в энергетике для изготовления проводов, работающих на открытом воздухе, и жил кабелей.

Удельное сопротивление железа 0,13 (ом ∙мм 2 )/м также допускает его применение для передачи электрического тока, но при этом возникают бо́льшие потери мощности. Стальные сплавы обладают повышенной прочностью. Поэтому в алюминиевые воздушные провода высоковольтных линий электропередач вплетают стальные нити, которые предназначены для противостояния нагрузкам, действующим на разрыв.

Особенно актуально это при образовании наледи на проводах или сильных порывах ветра.

Часть сплавов, например, константин и никелин обладают термостабильными резистивными характеристиками в определенном диапазоне. У никелина удельное электрическое сопротивление практически не меняется от 0 до 100 градусов по Цельсию. Поэтому спирали для реостатов изготавливают из никелина.

В измерительных приборах широко применяется свойство строгого изменения значений удельного сопротивления платины от ее температуры. Если через платиновый проводник пропускать электрический ток от стабилизированного источника напряжения и вычислять значение сопротивления, то оно будет указывать температуру платины. Это позволяет градуировать шкалу в градусах, соответствующих значениям Омам. Этот способ позволяет измерять температуру с точностью до долей градусов.

Иногда для решения практических задач требуется узнать полное или удельное сопротивление кабеля . Для этого в справочниках на кабельную продукцию приводятся значения индуктивного и активного сопротивления одной жилы для каждого значения поперечного сечения. С их помощью рассчитываются допустимые нагрузки, выделяемая теплота, определяются допустимые условия эксплуатации и подбираются эффективные защиты.

На удельную проводимость металлов оказывает влияние способ их обработки. Использование давления для пластической деформации нарушает структуру кристаллической решетки, увеличивает число дефектов и повышает сопротивление. Для его уменьшения применяют рекристаллизационный отжиг.

Растяжения или сжатия металлов вызывают в них упругую деформацию, от которой уменьшаются амплитуды тепловых колебаний электронов, а сопротивление несколько снижается.

При проектировании систем заземления необходимо учитывать удельное сопротивление грунта. Оно имеет отличия в определении от вышеперечисленного метода и измеряется в единицах системы СИ — Ом∙метр. С его помощью оценивают качество растекания электрического тока внутри земли.
Зависимость удельного сопротивления грунта от влажности и температуры почвы:

На удельную проводимость грунта влияют многие факторы, включая влажность почвы, плотность, размеры ее частиц, температуру, концентрацию солей, кислот и щелочей.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

ИВТС им. И.П. Грязева

Лабораторная работа №1

По дисциплине: Конструкционные и электротехнические материалы

«Основные характеристики электротехнических материалов»

Направление подготовки 140400Электроэнергетика и электротехника

Квалификация выпускника: бакалавр

Форма образования: очная

Студент гр. 121221с

Ардашин Тимур Александрович

Меркулов Николай Михайлович

Механические характеристики

К механическим свойствам можно отнести: упругость, прочность, вязкость, прочность на разрыв, сжатие и изгиб и др. Они характеризуют способность диэлектрика выдерживать внешние статические и динамические нагрузки без недопустимых изменений первоначальных размеров и формы.

Способность диэлектрика выдерживать статические нагрузки характеризуются разрушающим напряжением при растяжении, сжатии или изгибе, пределом текучести, относительным удлинением при разрыве, относительной деформацией при сжатии и др. характеристиками. Перечисленные параметры определяются стандартизированными методами.

Для электроизоляционных материалов анизотропного строения (слоистых, волокнистых) значения мех. прочности сильно зависят от направления приложения нагрузки. Так же надо отметить, что для ряда диэлектриков (стекол, керамических материалов, многих пластмасс) предел прочности при сжатии значительно больше чем при разрыве и изгибе (у металлов величины sр, sс,sи имеют один и тот же порядок). Пример: у кварцевого стекла sс 200 МПа, sр 50 МПа.

Механическая прочность электроизоляционных материалов сильно зависит от температуры, как правило, уменьшаясь с её ростом. Прочность гигроскопичных материалов может зависеть от влажности.

Определение предела прочности и деформации при разрушении даёт представление о механической прочности материала и его способности деформироваться под нагрузкой (пластичность).

Большое практическое значение имеют хрупкость, твердость, вязкость электроизоляционных материалов.

К основным механическим характеристикам материалов относятся:

— разрушающее напряжение при растяжении sр, Н/м 2 ,

где Рр — разрушающее усилие при растяжении образца материала, Н; So — площадь поперечного сечения образца до испытания, м 2 ;

— разрушающее напряжение при сжатии sc,Н/м 2 ,

где Рс — разрушающее усилие при сжатии образца материала, Н;

— разрушающее напряжение при статическом изгибе sн, Н/м 2 ,

где Рн — разрушающее усилие при статическом изгибе, Н; L — расстояние между опорами в испытательной машине, м; b, h — соответственно ширина и толщина образца, м;

— ударная вязкость a, Дж/м 2 ,

где DА — работа, совершенная маятником при разрушении образца.

Электрические характеристики

К основным электрическим характеристикам материалов относятся:

— удельное электрическое сопротивление, Ом • м или Ом • мм 2 /м,

(5)

общее электрическое сопротивление образца материала, Ом; S — площадь образца материала, через который проходит ток проводимости, м 2 или мм 2 , L — длина пути тока в образце, м;

— температурный коэффициент удельного электрического сопротивления, 1/°С,

(6)

где p1, p2 — удельные электрические сопротивления материала, Ом • м, соответственно при температурах t1 (начальной) и t2, °C;

— диэлектрическая проницаемость e, определяющая способность диэлектрика образовывать электрическую емкость, Ф,

(7)

где eо — электрическая постоянная, равная 8,85419-10-12 Ф/м; SK — площадь одной металлической обкладки конденсатора, м 2 , h — толщина диэлектрика, м;

— тангенс угла диэлектрических потерь tgδ, определяющий потери энергии в диэлектрике;

— электрическая прочность, МВ/м,

Читайте также:  Сделать цветы для декора своими руками

(8)

где Uпр — напряжение, при котором наступает пробой диэлектрика MB; hпр — толщина диэлектрика в месте пробоя, м.

Ответы на вопросы к разделу механические характеристики

1.1. Определите разрушающее напряжение при растяжении опытного образца с площадью поперечного сечения до испытания 10 см 2 , если разрушающее усилие при растяжении образца материала составляет 200 Н.

разрушающее напряжение при растяжении sр, Н/м 2 ,

где Рр — разрушающее усилие при растяжении образца материала, Н; So — площадь поперечного сечения образца до испытания, м 2 ;

2000Н/

1.2. Определите площадь поперечного сечения образца до испытания, если известно, что разрушающее усилие при растяжении опытного образца равно 200 Н, а разрушающее напряжение при растяжении этого образца составляет 3 000 Н/м 2 .

0.06

1.3. Определите разрушающее напряжение при сжатии опытного образца цилиндрической формы высотой 15 мм и диаметром 10 мм, если разрушающее усилие при сжатии составляет 200 Н.

разрушающее напряжение при сжатии sc, Н/м 2 ,

где Рс — разрушающее усилие при сжатии образца материала, Н;

1.4. Определите разрушающее усилие при сжатии опытного образца цилиндрической формы высотой 20 мм, диаметром 10 мм, если разрушающее напряжение при сжатии материала образца составляет 2 000 Н/м 2 .

разрушающее напряжение при сжатии sc, Н/м 2 ,

где Рс — разрушающее усилие при сжатии образца материала, Н;

1.5. Определите разрушающее напряжение материала при статическом изгибе опытного образца шириной 5 мм, толщиной 4 мм, если расстояние между стальными опорами в испытательной машине равно 50 см, а изгибающее усилие составляет 200 Н.

— разрушающее напряжение при статическом изгибе sн, Н/м 2 ,

где Рн — разрушающее усилие при статическом изгибе, Н; L — расстояние между опорами в испытательной машине, м; b, h — соответственно ширина и толщина образца, м;

75* Н/м 2

1.6. Определите ударную вязкость испытуемого материала, если работа, затраченная маятником на разрушение образца, составляет 120 Дж, а площадь образца равна 20 см 2 .

— разрушающее напряжение при статическом изгибе sн, Н/м 2 ,

1.7. Как ударная вязкость испытуемого материала зависит от хрупкости этого материала?

— ударная вязкость a, Дж/м 2 ,

где DА — работа, совершенная маятником при разрушении образца.

Чем меньше вязкость материала, тем он более хрупкий и тем меньше работу совершает маятник при его разрушении.

1.8. Образцы какой формы используются для определения разрушающего напряжения при растяжении?

1.9. Образцы какой формы используются для определения разрушающего напряжения при сжатии?

Цилиндрической или кубической

1.10. Образцы какой формы используются для определения разрушающего напряжения при статическом изгибе?

Ответы на вопросы к разделу электрические характеристики

1.12. Чтобы оценить степень электропроводности того или иного материала, приходится определять:

A. Удельную электрическую проводимость;

B. Удельное электрическое сопротивление;

C. Электрическую прочность;

D. Все перечисленные характеристики.

1.13. У проводниковых и полупроводниковых материалов измеряют:
А. Удельное объемное сопротивление;

B. Удельное поверхностное сопротивление;

C. Общее удельное сопротивление;

D. Все перечисленные характеристики.

1.14. Удельное сопротивление электротехнических материалов зависит:

A. От площади образца материала;

B. От длины образца материала;

C. От температуры материала;

D. От характеристик, не перечисленных в предыдущих ответах.

1.15. Электрическая характеристика, позволяющая определить способность диэлектрика образовывать электрическую емкость:

A. Полярная ионизация;

B. Электронная поляризация;

C. Диэлектрическая проницаемость;

D. Тангенс угла диэлектрических потерь.

1.16. Увеличение тангенса угла диэлектрических потерь неполярного диэлектрика обусловлено:

A. Возрастанием тока проводимости диэлектрика;

B. Уменьшением тока проводимости диэлектрика;

C. Причиной, не перечисленной в предыдущих ответах.

1.17. У полупроводников и диэлектриков с повышением температуры сопротивление:

C. Не изменяется.

1.18. Диэлектрическая проницаемость е позволяет определить:

A. Поляризацию диэлектрика;

B. Способность диэлектрика образовывать электрическую емкость;

C. Обе перечисленные характеристики.

1.19. Диэлектрическая проницаемость электроизоляционных материалов зависит:

A. От вида поляризации диэлектрика;

B. От емкости конденсатора;

C. От интенсивности процессов поляризации, протекающих в диэлектриках под действием приложенного напряжения;

D. От характеристик, не перечисленных в предыдущих ответах.

1.20. Диэлектрическая проницаемость электроизоляционных материалов изменяется в зависимости от следующего параметра:

B. Частота приложенного напряжения;

C. Оба перечисленных параметра.

1.21. Диэлектрическая проницаемость у сегнетоэлектриков достигает:
A. 3. 8; B. 8. 20; C. 1500. 4 500.

1.22. Диэлектрическая проницаемость у полярных диэлектриков достигает:

A. 3. 8; B. 8. 20; C. 1500. 4500.

1.23. Потери энергии в диэлектрике называются:

A. Электрические потери; B. Диэлектрические потери;

C. Электронные потери; D. Активные потери.

1.24. Активную мощность, Вт, теряемую в диэлектрике, работающем под переменным напряжением, рассчитывают по формуле:

1.25. Увеличение тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) неполярного диэлектрика, а следовательно, и потерь энергии в нем обусловлено:

A. Возрастанием тока проводимости в диэлектрике;

B. Потерями энергии, затрачиваемой на поворот все большего числа
полярных молекул;

C. Напряжением, прикладываемым к диэлектрику;

D. Частотой переменного тока.

1.26. Длину и диаметр проводника увеличили в 2 раза. Как изменилась его проводимость? уменьшилась в 4 раза

1.27. Во сколько раз увеличится сопротивление линии, если медный провод заменить стальным такой же длины и такого же поперечного сечения? в 8.2 раза

1.28. Зависит ли сопротивление катушки, изготовленной из медного провода, от величины приложенного к ней напряжения? не зависит

1.29. Медный и стальной провода имеют одинаковые диаметр и длину. Какой из проводов сильнее нагревается при одной и той же силе тока? сталь, т.к сопротивление больше

1.30. При температуре 0 °С сопротивление медного провода равно 1,2 Ом. Каким будет сопротивление этого провода при температуре 100 0 С?

1.31. Перечислите четыре основных вида поляризации диэлектриков.

электронная, ионная, спонтанная

1.32. Дайте определение различным видам поляризации диэлектриков.

Электронная поляризация – это смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Самая быстрая поляризация (до 10 -15 с). Не связана с потерями.

Ионная поляризация – это смещение узлов кристаллической структуры под действием внешнего электрического поля, причем смещение на величину, меньшую, чем величина постоянной решетки. Время протекания 10 -13 с, без потерь.

Спонтанная поляризация – благодаря этому типу поляризации у диэлектриков, у которых он наблюдается, поляризация проявляет существенно нелинейные свойства даже при малых значениях внешнего поля, наблюдается явление гистерезиса. Такие диэлектрики (сегнетоэлектрики) отличаются очень высокими значениями диэлектрической проницаемости (от 900 до 7500 у некоторых видов конденсаторной керамики). Введение спонтанной поляризации, как правило, увеличивает тангенс угла потерь материала (до 10 -2 )

1.33. Определите, какая из зависимостей на рис. 1.1 (1 или 2) соответствует полярному диэлектрику, а какая — неполярному.

Рис. 1.1 — Зависимости диэлектрической проницаемости полярного и неполярного диэлектриков от температуры

1. полярный 2.неполярный

1.34. Определите, какая из зависимостей на рис. 1.2 (1 или 2) соответствует полярному диэлектрику, а какая — неполярному.

Рис. 1.2 — Зависимости тангенса угла диэлектрических потерь полярного и неполярного диэлектриков от температуры

1. полярный 2. неполярный

1.35. Определите электрическую прочность диэлектрика, если его толщина в месте пробоя составляет 10 см, а пробивное напряжение, при котором наступает пробой, равно 500 кВ. 50000кВт

1.36. Определите пробивное напряжение, при котором наступает пробой диэлектрической пластины толщиной 5 мм, имеющей электрическую прочность Епр = 3 000 кВ/м. 6* В

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *