3774

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

620	№ 3774
М 341

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ТЕХНОЛОГИЯ

КОНСТРУКЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Методические указания к лабораторным работам

для студентов II курса факультетов энергетики, мехатроники и автоматизации

НОВОСИБИРСК

2009

УДК 620.22+621.315.5/61](076.5) М 341

Рецензент д-р техн. наук, проф. А.И. Алиферов

Составители:

В.А. Горюнов, С.М. Коробейников, С.В. Нестеров, Ю.В. Целебровский, В.А. Цилько

Работа подготовлена в учебно-научной лаборатории электротехнического материаловедения для студентов II курса направлений 149200, 140 600 и специальности 280101 ФЭН и ФМА

Методические указания к лабораторным работам содержат сведения по измерениям электромагнитных, тепловых и механических характеристик материалов, применяемых в электроэнергетике и силовой электротехнике. Приведены указания по мерам безопасности при проведении лабораторных работ, описания лабораторных установок. Основное содержание включает методику проведения измерений и необходимые теоретические сведения, которые надо вспомнить перед началом экспериментальной работы.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания

Редактор И.Л. Кескевич

Выпускающий редактор И.П. Брованова Корректор Л.Н. Киншт

Компьютерная верстка В.Ф. Ноздрева

Подписано в печать 30.12.2009. Формат 60 84 1/16.	Бумага офсетная. Тираж 500 экз.
Уч.-изд. л. 5,58. Печ. л. 6,0. Изд. № 269. Заказ №	. Цена договорная

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета

630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

© Новосибирский государственный технический университет, 2009

2

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .........................................................................................................	5
1. Распорядок и правила безопасности при проведении лабораторных
работ ..........................................................................................................	7
2. Общие указания по работам и оформлению отчета ...............................	9
3. Описание лабораторных работ .................................................................	11
Изучение явления контактной коррозии металлов ..............................	11
Определение удельного электрического сопротивления и темпера-
турного коэффициента удельного электрического сопротивления ме-
таллов .........................................................................................................	17
Измерение диэлектрической проницаемости и тангенса угла ди-
электрических потерь различных диэлектриков ....................................	23
Снятие основных кривых намагничивания и петель гистерезиса
ферромагнитных и ферримагнитных материалов ..................................	27
Определение удельного электрического сопротивления, темпера-
турного коэффициента удельного электрического сопротивления и
оценка теплоемкости полупроводящего материала эком ......................	34
Определение электрической прочности воздуха и трансформатор-
ного масла и знакомство с условиями возникновения частичных раз-
рядов в твердом диэлектрике ...................................................................	39
Определение твердости материалов......................................................	45
4. Основные понятия и определения............................................................	53
4.1. Общие пояснения ...............................................................................	53
4.2. Удельное электрическое сопротивление..........................................	54
4.3. Контактное сопротивление................................................................	56
4.4. Температурный коэффициент ...........................................................	59
4.5. Теплоотдача ........................................................................................	60
4.6. Теплоемкость ......................................................................................	61
4.7. Диэлектрическая проницаемость ......................................................	62
3

4.8. Диэлектрические потери ..................................................................		64
4.9. Электрическая прочность диэлектриков ........................................		67
4.10. Частичные разряды в диэлектриках................................................		72
4.11. Начальная кривая намагничивания ................................................		73
4.12. Петля магнитного гистерезиса и ее характерные точки ...............		77
4.13. Твердость материалов ......................................................................		80
4.14. Электрохимическая коррозия металлов .........................................		82
Библиографический список ..........................................................................		85
Приложение 1.	Форма титульного листа ..................................................	87
Приложение 2.	Сведения о полупроводящих материалах ......................	88
Приложение 3.	Сведения о титане.............................................................	94
Приложение 4.	Сведения о твердости материалов ..................................	95
Приложение 5. Измерение линейных размеров при помощи штанген-
	циркуля .............................................................................	96

4

ВВЕДЕНИЕ

В основе производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии лежат оригинальные и разнообразные технические решения и устройства, являющиеся результатом исследований как фундаментальных наук (физики, химии и др.), так и прикладных, в первую очередь – теоретической электротехники и материаловедения. Теоретическая электротехника позволяет разрабатывать принципы технических устройств, а материаловедение – создавать эти устройства и успешно их эксплуатировать.

Систематизированные знания и навыки1 в материаловедении невозможно получить только из книг, лекций и при выполнении письменных заданий. Важнейшей составляющей при формировании адекватного образа электротехнических материалов является выполнение лабораторных работ. Только на лабораторных работах укладываются в единую систему книжные знания и практические навыки, полученные как при непосредственном знакомстве с реальными материалами (визуальные, осязательные и другие ощущения), так и при натурном изучении параметров этих материалов с использованием измерительной техники.

При выполнении лабораторных работ по материаловедению упор должен быть сделан не на методики измерений (хотя без них не обой-

1 В толковом словаре русского языка [1] слово «образование» определяется как «получение систематизированных знаний и навыков…». Корень этого слова – «образ» – определяется так же, как философское понятие: «результат и идеальная форма отражения предметов и явлений материального мира в сознании человека». Следовательно, образование, систематизация знаний

– это создание в своем сознании цельного образа какой-либо предметной области, в нашем случае – электроматериаловедения.

5

тись), а на непосредственное знакомство с характеристиками материалов и с использованием этих характеристик в практической деятельности. Студент видит реальный материал и с помощью наиболее простых методик и приборов определяет заданные параметры.

При выполнении лабораторных работ студенту предоставляется возможность увязать получаемые результаты с книжными знаниями и основными понятиями, полученными на лекциях и практических занятиях. Для этого в лаборатории имеются справочники по электротехническим материалам [2, 3, 4, 5], а настоящие методические указания содержат раздел «Основные понятия и свойства материалов, изучаемые на лабораторных работах».

Выполнению основной задачи – систематизации знаний – поможет и логичное оформление отчета по проделанной работе. Рекомендации по такому оформлению приводятся в начале методических указаний. Следует главное внимание уделить здесь содержательной части, помня, конечно, и о том, что хорошая внешняя форма улучшает содержание.

Успешное выполнение лабораторной работы предполагает в первую очередь соблюдение студентами распорядка и правил безопасности при проведении лабораторных работ. С этих сведений и начинаются методические указания.

6

1.РАСПОРЯДОК

ИПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ

ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Перед тем как приступить к выполнению лабораторной работы, студент обязан ознакомиться с настоящими правилами. Все лабораторные стенды являются действующими электроустановками. Причем не все лабораторные электроустановки, в силу своих конструкционных особенностей, изолированы от питающей электрической сети переменного тока 0,4 кВ, а некоторые из них и вовсе являются установками с напряжением выше 1 кВ. Кроме того, в отдельных лабораторных работах используются механические приборы и приспособления, развивающие на своих исполнительных органах большие механические усилия. В работах используются также химические реактивы. Некоторые части установок в процессе работы могут разогреваться до высоких температур. Поэтому лабораторные стенды при невыполнении требований, изложенных в настоящем разделе, могут представлять опасность.

Перед включением лабораторной установки необходимо, руководствуясь методическими указаниями к конкретной лабораторной работе, изучить устройство установки, понять принцип ее работы, определить органы управления. Кроме того, надо совершенно четко представлять, какие действия и в каком порядке следует производить для выполнения лабораторных измерений, с момента включения лабораторной установки до момента ее отключения. Включать лабораторную установку можно только с разрешения преподавателя. Если во время работы лабораторной установки обнаруживаются какие-либо посторонние шумы, запахи, признаки возгорания либо другие факторы, указывающие на внештатное ее функционирование, надо немедленно отключить установку и известить преподавателя.

При выполнении работы необходимо помнить следующее. Запрещается прикасаться к частям и органам управления лабора-

торных установок, кроме тех, использование которых явно оговорено в методических указаниях к конкретной лабораторной работе.

7

Прикасаться к токоведущим частям электроустановок, если того требует постановка эксперимента, разрешается только посредством щупов измерительных приборов, имеющих изолированные ручки. Причем держаться руками следует только за изолированные части щупов.

Переключать пределы измерения измерительных приборов следует при отсоединенных измерительных щупах.

Все коммутации в схеме и манипуляции с объектами измерения необходимо выполнять только на отключенной лабораторной установке. Установки с регулируемым током следует отключать, предварительно уменьшив ток до минимального значения.

Не прилагать больших усилий, оперируя органами управления лабораторной установки и измерительных приборов.

Не располагать части своего тела в зоне действия рабочих органов механических приборов.

Не допускать попадания растворов химических реактивов, используемых в лабораторной работе, на одежду, кожу и слизистые оболочки.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

оставлять включенную лабораторную установку без присмотра; отвлекать других студентов во время выполнения работы; переходить от одной лабораторной установки к другой; создавать шум и суету; находиться в лаборатории в верхней одежде и приносить ее с со-

бой;

приносить и употреблять в лаборатории пищу и напитки.

Ознакомившись с настоящими правилами, студент возлагает на себя ответственность за их выполнение как лично, так и другими членами бригады. Оформление ответственности производится подписью студента в журнале лабораторных работ.

8

2.ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАБОТАМ

ИОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

Лабораторная работа может выполняться как индивидуально, так и в составе бригады из двух человек. Для выполнения лабораторной работы необходимо предварительно:

вспомнить основные термины, их определения и расчетные выражения, необходимые для выполнения работы. Для этого можно использовать справочники, находящиеся в лаборатории [2–5] , конспекты лекций, материалы сборника практических заданий [9] и раздел 4 настоящего издания;

изучить визуально образцы материалов, являющихся объектом испытаний. Ознакомиться со свойствами материалов по справочникам и выписать справочные данные по параметрам, определяемым в работе, а также значения величин, необходимых для проведения расчетов;

изучить устройство лабораторной установки и порядок проведения эксперимента. Выяснить у преподавателя неясные вопросы и доложить о готовности к работе.

По разрешению преподавателя приступить к работе. Провести в необходимом объеме практический эксперимент. Выполнить необходимые расчеты для получения требуемых результатов. Сравнить полученные результаты со справочными данными. Проанализировать полученные данные и сделать выводы. В ходе проведения работы составить отчет.

Отчет выполняется один на бригаду на стандартных листах формата А4. Поля по краю листа очерчиваются карандашом: слева – 20 мм; справа, вверху и внизу – 5 мм. Отчет должен содержать следующее.

Титульный лист (см. приложение 1) с обязательным указанием названия лабораторной работы, названия факультета и группы, Ф.И.О. студентов, выполнивших работу, и даты выполнения.

Цель работы.

Исходные условия выполнения работы, если таковые имеются. Справочные данные, необходимые для проведения эксперимен-

тов и выполнения расчетов.

9

Все измеренные данные, полученные в результате проведения экспериментов и оформленные в таблицы. Форма таблицы выбирается самостоятельно. Каждая из таблиц должна иметь название, отражающее ее содержание.

Формулы, по которым производится расчет тех или иных величин, с подстановкой значений и указанием размерности рассчитанной величины для каждого случая.

Результаты расчетов желательно также свести в таблицы с соответствующими названиями.

Если в результате эксперимента определяются какие-либо зависимости, их следует изобразить графически. Графики рекомендуется выполнять карандашом.

Выводы о проделанной работе на основании анализа результатов.

Защита лабораторной работы осуществляется каждым студентом индивидуально. Причем работа считается зачтенной, если студент исчерпывающе ответил как минимум на два (из заданных четырех) контрольных вопроса, которые приведены в конце методических указаний к каждой лабораторной работе.

10