Geum.ru

Предисловие Курс «Электротехническое материаловедение»

Вид материалаДокументы
Содержание отчета по работе
Лабораторная работа № 9
Цель работы
Правила техники безопасности
Содержание лекций
Диэлектрическая проницаемость
Электропроводность диэлектриков
Диэлектрические потери
Пробой диэлектриков
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6


Таблица 2. Физико-механические свойства полимеров

Показатели

ПЭВД

ПЭНД
ПЭСД
ПП
ПВХ
ПММА
Поли-стирол

Прочность при растяжении σр ,МПа
17-10
45-18
40-18
30-40
40-60
60-90
35-50

Прочность при изгибе σизг ,МПа
20-17
40-20
40-25
90-120
80-120
80-120
80-100

Ударная вязкость ан, КДж/м2
Не лом.
2-150
7-120
100-110
2-10
8-20
1,5-20

Твердость по Бринеллю, НВ, МПа
17-25
49-60
60-68
60-65
130-160
170-240
140-200

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ


Отчет по работе должен содержать следующие разделы.
  1. Цель работы.
  2. Теоретические положения.

Раздел должен содержать основные определения (полимеры полимериза-ционные, поликонденсационные, термопласты, реактопласты, пластмассы, полимеры линейные, разветвленные, сетчатые и др.). Свойства полимеров, их применение в электротехнике, особенности механических свойств полимеров.
  1. Практическая часть.

Раздел должен содержать описания методик испытаний полимерных материалов на растяжение, сжатие, статический изгиб, ударную вязкость, твердость, а также результаты испытаний с соответствующими расчетами.


Контрольные вопросы к работе № 8.
  1. Чем отличаются термопласты от реактопластов?
  2. Как можно повысить прочность полимерных материалов?
  3. В чем заключается главная особенность строения полимеров?
  4. На какие группы делят полимеры по форме макромолекул?
  5. В чем особенность сетчатых полимеров?
  6. В чем особенность механических свойств полимеров?
  7. В каких физических состояниях могут находиться полимеры?
  8. Чем обусловлена гибкость полимеров?
  9. Как ведет себя линейный аморфный полимер ниже температуры хрупкости?



Библиографический список к работе №8

  1. Энциклопедия полимеров. В 3-х томах. – М.: Советская энциклопедия, 1972. – Т.1. – 1224 с.; Т.2. – 1032 с.; Т.3. – 1150 с.
  2. Кацнельсон М.Ю., Балаев Г.А. Полимерные материалы: Справочник. – Л.: Химия, 1982. – 317 с.
  3. Ярославский Н.Е. Полимерные материалы в энергетике. – М.: Энергия, 1981. – 216 с.
  4. Самоходский А.И., Кунявский М.Н. Лабораторные работы по металловедению и термической обработке металлов. - М.: Машиностроение, 1981. – 75 – 79 с.



ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТОВ


Общие сведения


Для кислотных (свинцовых) аккумуляторов в качестве электролита применяют безводную (аккумуляторную) серную кислоту, растворенную в дистиллированной воде. Исправная работа аккумулятора во многом зависит от чистоты электролита, поэтому составные части электролита – кислота и вода – не должны содержать вредных примесей.

Плотность электролита сравнивают с плотностью дистиллированной воды, которая равна 1. Тогда плотность безводной серной кислоты равна 1,84 Г/см3. плотность электролита для различных типов аккумуляторов устанавливает завод–изготовитель.

С изменением температуры электролита меняется его плотность. За номинальную температуру электролита принята температура 15˚C. При температуре выше 15˚C вводят поправку +0,0007, при температуре ниже 15˚C вводят поправку -0,0007. Чем меньше плотность электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, тем более долговечны его пластины. Но зато, чем больше масса аккумулятора и его габариты, тем больше подвержен электролит замерзанию. По значению плотности электролита судят о процессе зарядки аккумулятора и ее окончания, поэтому плотность необходимо измерять.

Для приготовления электролита определенной плотности можно пользоваться данными, приведенными в табл.1.

Рассмотрим несколько примеров составления электролита.

Пример1. Имеется раствор серной кислоты плотностью 1,41. Какое количество такого раствора и дистиллированной воды необходимо для приготовления 5л электролита плотностью 1,22.

По табл.1 находим, что 1л электролита плотностью 1,22 содержит 364 г безводной кислоты. 5л электролита должны содержать 364 х 5 = 1820 г = 1,82 кг кислоты. По той же таблице находим, что 1л раствора плотностью 1,41 содержит 721 г безводной кислоты. Следовательно, для получения 1,82 кг кислоты надо взять 1,82 : 0,721 = 2,5 л раствора плотностью 1,41. для получения 5л электролита плотностью 1,22 следует взять 2,5 л раствора серной кислоты плотностью 1,41, а остальные 2,5 л – дистиллированной воды.

Пример 2. Определить, сколько надо взять безводной серной кислоты плотностью 1,84 для приготовления 10 л электролита плотностью 1,274.

По табл. 1 находим, что 1 л электролита плотностью 1,724 содержит 461 г безводной кислоты. 10 л такого электролита должны содержать 461 х 10 = 4610 г = 4,61 кг кислоты. 1 л безводной кислоты весит 1,84 кг, поэтому для получения 4,61 кг необходимо взять 4,61 : 1,84 = 2,5 л кислоты.

Для получения 10 л электролита плотностью 1,274 следует взять 2,5 л чистой безводной кислоты, а остальные 7,5 л – дистиллированной воды.


Таблица 1

Содержание безводной серной кислоты плотностью 1,84 г/см3

в электролите

плотность электролита, г/см3
количество безводной серной кислоты на 1 л раствора при 15˚C
плотность электролита, г/см3
количество безводной серной кислоты на 1 л раствора при 15˚C

плотность электролита, г/см3
количество безводной серной кислоты на 1 л раствора при 15˚C

1

1,007

1,014

1,022

1,029

1,037

1,045

1,052

1,060

1,067

1,075

1,083

1,091

1,100

1,108

1,116

1,125

1,134

1,143

1,152

1,161

1,171

1,180
0

12

23

34

46

58

71

81

93

105

117

130

145

158

172

186

199

214

229

244

259

275

292
1,190

1,200

1,210

1,220

1,231

1,241

1,252

1,263

1,274

1,285

1,297

1,308

1,320

1,332

1,345

1,357

1,370

1,383

1,397

1,410

1,424

1,438

1,453
310

328

346

361

382

401

421

441

461

483

504

527

548

572

596

619

643

669

697

721

748

776

805
1,468

1,483

1,498

1,515

1,530

1,547

1,563

1,580

1,597

1,615

1,635

1,652

1,671

1,693

1,710

1,732

1,753

1,775

1,790

1,820

1,839
834

863

894

926

958

900

1022

1054

1091

1128

1168

1200

1249

1293

1340

1386

1442

1491

1539

1636

1839


ЦЕЛЬ РАБОТЫ


Получить практические навыки по приготовлению электролита. Освоить приемы определения плотности электролитов.

Приборы и оборудование


Для определения плотности электролита требуется ареометр, который состоит из стеклянной запаянной полой трубки и бумажной шкалы с делениями. Нижняя часть ареометра представляет собой трубку большего диаметра, на дне которой находится балласт – определенное количество ртути или дроби. Кроме того, нужно иметь стеклянную или фарфоровую посуду, мерный стакан и стеклянные или эбонитовые палочки.


Порядок выполнения работы

  1. Залить в приготовленную посуду дистиллированную воду. Количество воды и кислоты брать в соответствии с табл. 1.
  2. Вливать осторожно тонкой струей кислоту из мерного стакана в дистиллированную воду, помешивая раствор стеклянной или эбонитовой палочкой.
  3. После остывания раствора измерить плотность электролита ареометром и сравнивать его с данными, приведенными в табл.1.
  4. Результаты измерения и вычислений записать в табл. 2.


Таблица 2

№ п/п
Температура воздуха, ˚C
Электролит

Наименование
Содержание кислоты,%
Расчетное значение плотности, г/см3
Плотность, измеренная ареометром г/см3,





















Правила техники безопасности


Для приготовления электролита надо наливать кислоту в воду, а не наоборот. В этом случае реакция происходит под слоем воды и безопасна для работающего.


Контрольные вопросы

  1. Почему исходные материалы для приготовления электролита не должны содержать примесей?
  2. Что называется плотностью электролита?
  3. Как температура электролита влияет на его плотность?
  4. Почему при приготовлении электролитов надо лить кислоту в воду, а не наоборот?

ЛИТЕРАТУРА

  1. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. Госэнергоиздат, 1961.
  2. Васильев Н.П. Лабораторные работы по электроматериаловедению. М.: 1982.
  3. Справочник по ЭТМ. Энергоатомиздат, 1987.
ПРОГРАММА

Курса «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ»


Число часов учебного плана:

лекций--------------------------32

лабораторных занятий------16


СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ


ЧЕТВЕРТЫЙ СЕМЕСТР


Введение.

Основные свойства и характеристики диэлектрических материалов

(12 часов)


Введение. Классификация электротехнических материалов. Области применения электротехнических материалов (проводниковых, диэлектрических, полупроводниковых и магнитных). Роль электротехнических материалов в современной электроэнергетике.

Диэлектрическая проницаемость и ее связь с процессами поляризации. Виды поляризации. Частотная и температурная зависимость диэлектрической проницаемости для диэлектриков различных типов.

Электропроводность диэлектриков. Параметры, влияющие на удельную проводимость материалов. Природа электропроводности газообразных, жидких и твердых диэлектриков. Зависимость удельного объемного и поверхностного сопротивлений твердых диэлектриков от температуры, напряженности электрического поля и воздействия влажной среды.

Диэлектрические потери. Природа диэлектрических потерь в постоянном и переменном электрических полях. Векторная диаграмма токов в диэлектрике. Удельные диэлектрические потери и коэффициент диэлектрических потерь. Виды диэлектрических потерь. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от температуры, частоты и напряженности электрического поля для диэлектриков различных типов.

Пробой диэлектриков. Явление пробоя в газообразных, жидких и твердых диэлектриках. Пробивное напряжение и электрическая прочность. Современные представления о механизме электрического и теплового пробоя твердых диэлектриков. Основные закономерности пробоя твердых диэлектриков. Поверхностный разряд. Единицы измерения и значение электрических характеристик в оценке качества диэлектрических материалов. Старение и срок службы изоляции.

Механические, физико-химические, тепловые и радиационные свойства и характеристики диэлектрических материалов.


Электроизоляционные материалы (12 часов)


Электроизоляционные жидкости, их классификация и области применения в электротехнике. Нефтяные электроизоляционные масла. Старение нефтяных масел, их сушка, очистка и регенерация. Негорючие синтетические электроизоляционные жидкости.

Общие свойства твердых полимеров электроизоляционных материалов. Классификация полимеров: природные и синтетические, полимеризационные и поликонденсационные, органические и элементоорганические, термопластические и термореактивные. Природные смолы, их свойства и применение в электротехнике. Синтетические смолы полимеризационного и поликонденсационного типа, их состав, свойства и роль в развитии современной электротехники. Новые нагревостойкие синтетические полимеры.

Составные части, классификация, свойства и применение электроизоляционных лаков и эмалей. Термопластичные и термореактивные электроизоляционные компаунды, их состав и способы отвердения. Современные пропиточные, заливочные и покровные компаунды.

Волокнистые и пленочные электроизоляционные материалы: бумаги, картоны, лакоткани, синтнтические пленки и пр.

Электроизоляционные и конструкционные пластмассы, их составные части и свойства. Слоистые пластики.

Газогенерирующие электроизоляционные материалы для трубчатых разрядников. Виды электроизоляционной слюды, их состав, основные характеристики и применение. Миканиты, микалента, микафолий, слюдиниты и слюдопласты, их состав, структура и свойства.

Электроизоляционные стекла и ситаллы, их химический состав и классификация, области применения и характеристики. Стекла для высоковольтных изоляторов. Стекловолокно, его свойства и применение в электроизоляционной технике.

Электрокерамические материалы: электротехнический фарфор, стеатит, конденсаторные материалы и др. Основные элементы технологии, строение, свойства и применение керамических материалов в электротехнике.

Электроизоляционные материалы на основе асбеста.


Проводниковые, полупроводниковые и магнитные материалы

(10 часов)


Проводниковые материалы. Природа электропроводности металлических проводников. Основные свойства и характеристики проводниковых материалов. Влияние примесей, механической и термической обработки на характеристики проводниковых материалов.


Проводниковые материалы высокой проводимости. Проводниковая медь и сплавы на ее основе. Алюминий и проводниковые сплавы на его основе. Роль алюминия как заменителя меди в электротехнике. Свойства и применение проводниковых материалов высокой проводимости. Контактные материалы, металлокерамика.

Проводниковые сплавы высокого сопротивления. Диаграммы «состав–свойства» для сплавов. Сплавы типа манганина и константа, реостатные сплавы, жаростойкие хромоникелевые и хромоалюминиевые сплавы, их состав, свойства и применение в электротехнике.

Кабельные изделия для электроэнергетики. Перспективы применения сверхпроводниковых и гиперпроводниковых материалов в электротехнике.

Полупроводниковые материалы, их основные свойства и характеристики. Виды полупроводниковых материалов: элементы, химические соединения, многофазные системы (комплексы). Применение полупроводниковых материалов в электротехнике. Варисторы на основе карбида кремния для вентильных разрядников.

Магнитные материалы. Основные свойства и характеристики магнитных материалов. Влияние состава, механической и термической обработки материалов на их магнитные свойства.

Области применения и требования, предъявляемые к магнитно-мягким материалам. Технически чистое железо: армко-железо, электролитическое и карбонильное железо. Листовая электротехническая сталь. Влияние кремния на магнитные и механические свойства железа. Характеристики горячекатаной и холоднокатаной листовой электротехнической стали. Пермаллон, альсифер и специальные магнитно-мягкие сплавы.

Области применения и требования, предъявляемые к магнитно-твердым материалам. Стабильность постоянных магнитов. Сплавы дисперсионного твердения, мартенситные стали, их состав и свойства. Новые высококачественные магнитно-твердые сплавы на основе редкоземельных элементов.

Магнитная и электрическая природа ферритов. Основные свойства магнитно-мягких и магнитно-твердых ферритов и их применение. П.П.Г. Магнитострикция.











Некоторые физические постоянные



Элементарный заряд


Масса электрона


Удельный заряд электрона


Масса протона


Электрическая постоянная


Магнитная постоянная


Связь между скоростью света и постоянными 0 и µ0



5. Электрическая прочность Епр, удельное сопротивление ρv и диэлектрическая проницаемость  электроизоляционных материалов.


Материал
Епр

М В/м
ρv

Ом·м
r

1. Воздух …………………………...
3
10
1

2. Кабельная бумага ………………
10
10
2,5-3,5

3. Битумы …………………………..
18
10
4

4. Трансформаторное масло
20
10
2,4

5. Гетинакс
25
10
8

6. Фторопласт
27
101
2,2

7. Эпоксидная смола
30
10
4,6

8. Миканиты
30
10
8

9. Эскапон
35
10
3

10. Электрофарфор
35
10
7

11. Поливинилхлорид
25
10
7

12. Стекло

40
10
3,5

13. Полиэтилен
60
10
2,2

14. Слюда
190
10
8






ПРИЛОЖЕНИЕ 7


Зависимость работы удара от угла подъема маятника до и после излома образца


Угол подъё-ма маятника после изло-ма образца, градусы
Работа удара, Дж (кгс м), при угле подъёма маятника до излома образца, градусы.
Угол подъёма маятника после из-лома об-разца, градусы
Работа удара, Дж (кгс м), при угле подъёма маятника до излома образца, градусы

69
90
107
130
69
90
107
130

2
1,97
3,07
3,97
5,04
66
0,15
1,25
2,15
3,22

4
1,96
3,06
3,96
5,04
68
0,05
1,15
2,05
3,12

6
1,95
3,05
3,95
5,03
70



1,05
1,95
3,02

8
1,94
3,04
3,94
5,01
72



0,95
1,85
2,92

10
1,92
3,02
3,92
5,00
74



0,86
1,79
2,82

12
1,90
3,00
3,90
4,98
76



0,74
169
2,72

14
1,88
2,98
3,88
4,95
78



0,64
1,54
2,61

16
1,85
2,95
3,85
4,92
80



0,53
1,43
2,51

18
1,82
2,92
3,82
4,89
82



0,43
1,32
2,40

20
1,77
2,87
3,77
4,85
84



0,32
1,22
2,29

22
1,75
2,85
3,74
4,82
86



0,21
1,11
2,19

24
1,70
2,80
3,70
4,78
88



0,11
1,00
2,08

26
1,66
2,76
3,66
4,73
90



0,00
0,90
1,97

28
1,61
2,71
3,61
4,68
92






0,79
1,87

30
1,56
2,66
3,56
4,63
94






0,68
1,76

32
1,50
2,60
3,50
4,58
96






0,58
1,65

34
1,44
2,55
3,44
4,52
98






0,47
1,55

36
1,38
2,48
3,38
4,48
100






0,36
1,44

38
1,32
2,42
3,32
4,39
102






0,26
1,34

40
1,25
2,35
3,25
4,33
104






0,15
1,23

42
1,18
2,28
3,18
4,25
106






0,05
1,13

44
1,11
2,21
3,11
4,18
108









1,05

46
1,03
2,13
3,03
4,11
110









0,92

48
0,95
2,05
2,95
4,03
112









0,82

50
0,87
1,97
2,87
3,95
114









0,72

52
0,79
1,89
2,79
3,86
116









0,63

54
0,70
1,80
2,70
3,78
118









0,53

56
0,62
1,72
2,61
3,69
120









0,44

58
0,53
1,63
2,52
3,60
122









0,35

60
0,43
1,54
2,43
3,51
124









0,26

62
0,34
1,44
2,34
3,41
126









0,17

64
0,24
1,35
2,24
3,32
128









0,08



С О Д Е Р Ж А Н И Е




Предисловие …………………………………………………………………….3



Введение …………………………………………………………………………4


Лабораторная работа № 1. Определение общих и удельных сопротивлений твердых диэлектриков…………………………………………………………..6


Лабораторная работа № 2. Определение емкости, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь при низких частотах …………………………………………………………………………………….14


Лабораторная работа № 3. Исследование электрической прочности диэлектриков…………………………………………………………………….22


Лабораторная работа № 4. Исследование электрической прочности жидких и газообразных диэлектриков…………………………………………………….28


Лабораторная работа № 5. Определение общефизических характеристик электроизоляционных материалов……………………………………………..35


Лабораторная работа № 6. Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь диэлектриков на высоких частотах ……..…………………………………………………………………………...…43


Лабораторная работа № 7. Магнитные материалы. …………………………..49


Лабораторная работа № 8. Механические испытания электроизоляционных материалов………………………………………………………………………..54


Лабораторная работа № 9. Приготовление электролитов для аккумуляторов и определение плотности электролитов………………………………………….63


Программа курса ………………………………………………………………..67

Приложения ……………………………………………………………………..72