Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

__________________________________________________________________________

Материаловедение

Технология конструкционных материалов

Сборник практических заданий

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного издания

Новосибирск

2008

УДК 621.315.5/.61(076.5)+620.22(076.5)

М 341

Коллектив авторов

С.М. Коробейников, С.В. Нестеров

Ю.В. Целебровский, Н.А. Черненко

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. А.И. Алиферов (НГТУ);

д-р техн. наук, проф. А.Г. Овсянников (Электросетьсервис)

Работа подготовлена в учебно-научной лаборатории ЭТМ для студентов II и III курсов направлений 149200, 140600 и специальности 280101 ЭМФ и ФЭН

М 341       Материаловедение. Технология конструкционных материалов : сборник практических заданий / С.М. Коробейников, С.В. Несте- ров, Ю.В. Целебровский, Н.А. Черненко; под общ. ред. Ю.В. Це-лебровского. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2008. – 120 с.

ISBN 978-5-7782-0958-9

В сборнике содержатся задания по разделам: «Диэлектрическая проницаемость. Диэлектрики»; «Электропроводность. Проводниковые, полупроводящие и изоляционные материалы»; «Потери в проводниках»; «Магнитные свойства материалов. Магнитные материалы»; «Диэлектрические потери»; «Электрическая прочность диэлектриков».

Основная часть заданий посвящена расчету простейших электротехнических конструкций и выбору материалов для этих конструкций по справочным данным. Для выполнения заданий используется «Справочник по электротехническим материалам» в 3 томах, под ред. Ю.В. Корицкого и др., а также другая литература, указанная в сборнике. В начале каждого раздела приводится пример выполнения задания; в конце – численные ответы к соответствующим заданиям.

Настоящий сборник предназначен для проведения практических занятий по курсу «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» со студентами II и III курсов, обучающихся по направлениям 140200 «Электроэнергетика» и 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнология» и специальности 280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» на факультетах энергетики и электромеханики.

УДК 621.315.5/.61(076.5)+620.22(076.5)

ISBN 978-5-7782-0958-9 © Коллектив авторов, 2008

© Новосибирский государственный

технический университет, 2008

Оглавление

Общие рекомендации по выполнению заданий 4

1. Диэлектрическая проницаемость. Диэлектрики 7

1.1. Основные расчетные выражения и необходимые пояснения 7

1.2. Пример выполнения 1-го задания 11

1.3. Тексты заданий 14

1.4. Ответы 26

2. Электропроводность. Проводниковые, полупроводящие и изоляционные материалы 27

2.1. Основные расчетные выражения и необходимые пояснения 27

2.2. Пример выполнения 2-го задания 31

2.3. Тексты заданий 34

2.4. Ответы 45

3. Потери в проводниках 46

3.1. Основные расчетные выражения и необходимые пояснения 46

3.2. Пример выполнения 3-го задания 47

3.3. Тексты заданий 51

3.4. Ответы 63

4. Магнитные свойства материалов. Магнитные материалы 64

4.1. Основные расчетные выражения и необходимые пояснения 64

4.2. Пример выполнения 4-го задания 67

4.3. Тексты заданий 72

4.4. Ответы 82

5. Диэлектрические потери 83

5.1. Основные расчетные выражения и необходимые пояснения 83

5.2. Пример выполнения 5-го задания 84

5.3. Тексты заданий 89

5.4. Ответы 101

6. Электрическая прочность диэлектриков 102

6.1. Основные расчетные выражения и необходимые пояснения 102

6.2. Пример выполнения 6-го задания 107

6.3. Тексты заданий 109

6.4. Ответы 118

Список рекомендуемой литературы 119

Общие рекомендации по выполнению заданий

Освоение любого курса наиболее успешным бывает в том случае, если студент наряду с теоретическими знаниями знакомится с предметом практически. Этой цели служат лабораторные работы и практические занятия.

Материаловедение как никакой другой курс требует конкретных знаний о свойствах большого числа материалов. При этом понятно, что важно не количество, а качество знаний. Под этим качеством понимается умение студента сориентироваться в физической сущности технической задачи и, используя справочную литературу, разыскать необходимые данные для ее решения. Формированию таких навыков и служат практические занятия по курсу «Материаловедение».

В настоящем сборнике собраны «тренировочные» задания по разнообразным классам материалов, используемых в электротехнике и электроэнергетике. Каждое задание содержит пример простейшей, но близкой к реальной, конструкции, выполненной из существующих материалов. Необходимо рассчитать либо характеристики этой конструкции при том или ином материале, либо выбрать материал, отвечающий необходимым и заданным характеристикам.

Отметим, что при этом все необходимые данные по материалам студент должен разыскать самостоятельно, используя рекомендуемую справочную литературу. Следует подчеркнуть эту особенность, отличающую задания данного сборника от привычных физических задач, когда все исходные данные задаются условием задачи. Такая постановка задания является уже частью инженерной деятельности, включающей элемент неопределенности.

Приступая к выполнению задания по той или иной теме, студент должен «освежить» свои знания в рассматриваемой области. Для этого в начале каждого раздела приводится краткое описание основных используемых понятий, даются главные расчетные соотношения, используемые в разделе, и необходимые пояснения. Это, однако, не означает, что после этого можно механически использовать ту или иную формулу и получить результат. Важно в первую очередь понять физическую сущность задания и обосновать применение того или иного пути решения.

Сборник не зря назван сборником заданий, а не сборником задач. Выполняя задание, студент не «решает задачу», а ищет инженерное решение. Это накладывает особые требования к форме выполнения. Наиболее логичной и опробованной практикой является следующая форма.

1. Начало задания состоит в его четкой формулировке. Здесь не возникает принципиальных трудностей. Студент должен осознанно переписать текст полученного задания в начало отчета о своей работе под п. 1.

2. Далее следует выполнить физико-математический анализ задания. Он состоит в решении поставленной задачи в общем математическом виде. Решение следует довести до конечного выражения, в котором будут содержаться как величины, определенные заданием, так и те величины, значения которых необходимо отыскать в справочной литературе. Следует отдельно представить каждую из этих величин и дать ей определение. Последнее также не составляет труда, поскольку в начале раздела эти определения уже приводились. Переписать и повторить эти определения никогда не бывает лишним.

3. В третьей части начинается наиболее объемная и творческая работа. Теперь, зная, значения каких величин потребуются для выполнения задания, необходимо отыскать их в справочнике. На этом этапе формируется важное для инженера умение работать со справочной литературой. Следует только предостеречь студента от активного использования алфавитного указателя справочника, который не всегда полон. Ведь задача третьего раздела работы – не только найти необходимые значения, но и подробно ознакомиться с конкретными материалами, названными в задании. Ведь именно знакомство с конкретными материалами и определяет в конечном итоге эрудицию студента по курсу «Материаловедение». Поэтому третий раздел отчета называется «Описание материалов». В этом разделе студент приводит все необходимые данные по материалу, начиная с его состава, технологии получения, включая основные электрические, тепловые и механические характеристики, и особо выделяет те параметры, которые необходимы для выполнения задания. Отметим также, что все данные в разделе следует приводить со ссылками на литературу, из которой они были взяты. Полезно кроме номера литературы (по списку в конце выполненного задания) приводить также номера страниц и таблиц, откуда были взяты данные. Это позволит уверенней защищать работу.

4. Завершив самый объемный этап работы, студент проставляет необходимые найденные значения в итоговое выражение, полученное в п. 2. Полученный результат представляется в цифровом виде. Необходимо его осмыслить и физически.

5. Результат этого «осмысления» заносится в текстовой форме в 5-й раздел отчета. Только словесно сформулированный результат есть осознанный результат.

6. Последним пунктом отчета является список использованной литературы, оформленный по правилам библиографического описания.

Приведенный алгоритм выполнения задания только на первый взгляд кажется сложным. Для того чтобы облегчить освоение этого алгоритма, в начале каждого раздела дан пример выполнения задания по теме раздела, оформленный в соответствии с изложенными рекомендациями. Глядя на него, студент (если не ленится в начале семестра и не спешит в его конце) легко оформит свой отчет.

По каждой теме в сборнике представлено 60 разнообразных заданий. Поэтому каждый студент группы получает индивидуальное задание под собственным номером. По договоренности с преподавателем этот номер может не меняться в течение периода изучения курса и быть одинаковым для всех заданий.

Итак, имея в активе одну (или ни одной) прослушанную лекцию по курсу, приступаем к практической работе!