Химия радиоматериалов

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Января 2014 в 19:25, контрольная работа

Краткое описание

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

Вложенные файлы: 1 файл

Химия радиоматериалов контрольная.docx

— 215.25 Кб (Скачать файл)

 

 

Федеральное агентство связи

 

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

 

Межрегиональный центр  переподготовки специалистов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

По дисциплине: Химия радиоматериалов

                                  

 

 

 

 

 

Выполнил: Лоский Андрей Евгеньевич

Группа: РБВ-32

Вариант: 06

    

 

 

Проверил: Геннадий Васильевич Перов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск, 2013 г

 

3.1 Проводниковые  материалы

Задача  № 3.1.1. 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:

№ вар.

Материал

То1, С

То2, С

То3, С

L, км

S, мм2

I, А

6

Cu

-30

0

+30

500

15

120


 

Решение:

Падение напряжения ΔU определим по закону Ома:

, (1)

где I – ток в материале

R – полное сопротивление материала.

, (2)

где – геометрический параметр тела, называемый приведенной длиной.

 – 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:

(Т)=
0(1+
(Т-Т0)),  (4)

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

0 – удельное сопротивление проводника при температуре Т0=20ºС ( 0=0,0175 мкОм·м)

 

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

 

Ответ: =56кВ; =64,4кВ; =72,8кВ

 

Задача  № 3.1.2. Определить длину проволоки для намотки проволочного резистора с номиналом R, и допустимой мощностью рассеяния P.

Дано:

№ вар.

Материал

R, Ом

P, Вт

j, А/мм2

0, мкОм* м

6

Алюминий

2000

5

0,75

0,028


 

Решение:

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

,  (1)

Из формулы  для определения плотности тока

  =>  
,  (2)

т.е.                                          ,  (3)

где S – площадь сечения проводника;

j – плотность тока

I – величина тока

R – сопротивление материала

Сопротивление материала найдем по формуле:

, (4)

где – геометрический параметр тела, называемый приведенной длиной.

 – удельное сопротивление  проводника при температуре Т.

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

,  (5)

Подставим в формулу (4) величину из формулы (5),

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

   => 

Ответ: L=4761,9м

 

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:

№ вар.

Полупроводник материал

примесь

N, см-3

0

Ge

Фосфор

2

1018


 

Решение:

В собственном  полупроводнике концентрация свободных  электронов и дырок одинаковы:

,

где и – эффективные концентрации электронов и дырок в зонах проводимости и валентной зоне соответственно;

 эВ/К- Постоянная Больцмана

эВ - ширина запрещенной зоны полупроводника

При расчете концентраций воспользуемся  табличными значениями эффективных  плотностей (из методических указаний к курсу):

  

В данном случае имеет место донорная примесь или примесь замещения (поставляет электроны в зону проводимости проводника) так как валентность Ge (4) а примесь P (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:

№ вар.

То, К

0

330


 

Решение:

Удельная проводимость собственного γ полупроводника при  :

 

- подвижность электронов ,

где - коэффициент диффузии электронов

-постоянная Больцмана 

Кл – элементарный заряд

- собственная концентрация

  - подвижность дырок, 

где /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 .

Дано:

№ вар.

Материал

То, К

, мкс

0

Ge - n – типа

330

50


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 (т. е. дырок), а время жизни оказывается постоянным. Такую рекомбинацию называют линейной.

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

,  (1)

где Dp - коэффициент диффузии дырок

τ – время жизни дырок

Подвижность дырок определяется соотношением Эйнштейна:

, (2)

где эВ/К- Постоянная Больцмана

=1800 см2/сек

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

 

3.3 Диэлектрические материалы

Задача № 3.3.1. Конденсаторная керамика при 20° С имеет проводимость ° = 10-13 Сим/см. Какова проводимость т при заданной температуре, если температурный коэффициент сопротивления = 0,8?

Дано:

№ варианта

Т° , С

6

35


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 = 35С:

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:

№ вар.

Материал

f, кГц

h, мм

Т, оС

tg

tg
, 1/К

6

Лавсан

1000

0,11

45

3 * 10-3

1,2 * 10-2

1,2

13


Решение:

Пробивное напряжение найдем по формуле:

,

где К=1,15·105- числовой коэффициент;

f – частота, Гц;

tgδ0 – тангенс угла потерь диэлектрика при температуре окружающей среды;

h – толщина;

s – 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?

№ варианта

H1, см

H2, см

6

0,5

0,001


Решение:

Электрическая прочность диэлектрика:

где Uпр – напряжение пробоя диэлектрика.

h – толщина материала.

Т.к. рассматриваемые  расстояния между обкладками конденсатора много меньше размера обкладок, то возникает однородное поле, по рис. 6.22 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):

Количественно, электрическая плотность увеличится в 500 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:

№ варианта

Ho, А/м

Hc, А/м

Sф, мкк/м

0

14

12

32


 

Решение:

Коэффициент переключения для магнитных материалов с прямоугольной петлей гистерезиса:

,

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

- время переключения.

 

 

Задача № 3.4.2. Магнитодиэлектрик выполнен из порошков никелево-цинкового феррита HН400 и полистирола с объемным содержанием магнитного материала . Определить магнитную и диэлектрическую проницаемость материала и , если магнитная диэлектрическая проницаемость магнитного материала а, м имеет заданные значения. Диэлектрическая проницаемость полистирола Д = 2,5.

Дано:

№ варианта

м

0

0,5

55

Информация о работе Химия радиоматериалов