Контрольная работа СибГУТИ Химия радиоматериалов - файл n1.doc

Контрольная работа СибГУТИ Химия радиоматериалов
скачать (350.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc351kb.16.09.2012 04:36скачать

n1.doc

Федеральное агентство связи
Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики
Межрегиональный центр переподготовки специалистов

Контрольная работа

По дисциплине: химия радиоматериалов


Выполнил: _ _

Группа: ____ ______

Вариант:_____________

Проверил: ___________________

Новосибирск, 2011 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.

№ вар.

Материал

То1, С

То2, С

То3, С

L, км

S, мм2

I, А

3

Cu

-30

+25

+50

500

25

200


Решение:

Падение напряжения ?U 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))

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

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







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








Задача № 3.1.2

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

№ вар.

Материал

R, Ом

P, Вт

j, А/мм2

0, мкОм* м

3

Х15Н60

2000

5

0,1

1,1


Решение:

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



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 – 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 :

, (2)

Подставим в формулу (1) величину из формулы (2),
=> - получили формулу для нахождения S (площади поперечного сечения проводника)
=>



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.

№ вар.

Полупроводник материал

примесь

N, см-3

1

Si

сурьма

1014



Решение:
В собственном полупроводнике концентрация свободных электронов и дырок одинаковы:

,

где и – эффективные плотность состояния 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 Si (4) а примесь Sb (5), определим концентрацию в примесном полупроводнике при нормальных условиях (Т=293 К) по формуле:

где:

эВ - энергия необходимая для отрыва электрона от атома


А сколько дырок?

Работа над ошибками:

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.

№ вар.

То, К

1

290


Решение:
Удельная проводимость собственного ? 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 .

№ вар.

Материал

То, К

, мкс

1

Si - n типа

290

100


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.

Почему же перешли на расчет для дырок?

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

? – время жизни дырок

Подвижность дырок определяется соотношением Эйнштейна:, (2)

где эВ/К- Постоянная Больцмана

=500 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?

№ варианта

Т° , С

3

32



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 = 32С:

Сим/смневерно


Работа над ошибками:


теперь определим проводимость при заданной температуре Т = 32С:

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.

№ вар.

Материал

f, кГц

h, мм

Т, оС

tg

tg , 1/К





3

Фторопласт

1000

0,06

40

2 * 10-4

8,6 * 10-3

2,2

33,5


Решение:
Пробивное напряжение найдем по формуле:

,

где К=1,15·105- числовой коэффициент;

f – частота, Гц;

tg?0 – тангенс угла потерь диэлектрика при температуре окружающей среды;

hтолщина;

– коэффициент теплоотдачи , Вт/м2·К;

?температурный коэффициент тангенса угла потерь

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

эта величина задано по условию


Работа над ошибками:



Задача № 3.3.3

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

№ варианта

H1, см

h2, см

3

1

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 1000 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 .

№ варианта

Ho, А/м

Hc, А/м

Sф, мкк/м

1

3

3

14


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.

№ варианта



м

1

0,1

40



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

,

где - магнитная проницаемость магнитного наполнителя.

,

где = 400 – начальная магнитная проницаемость.



а эта какая магнитная проницаемость? Для чего этот расчет?


Диэлектрическая проницаемость магнитодиэлектрика :





Работа над ошибками:
,

где - магнитная проницаемость магнитного наполнителя (начальная магнитная проницаемость)





Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации