Расчетно-графическая работа по "Материаловедение"

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(СамГУПС)    

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Материаловедение»

Вариант 01

   ВЫПОЛНИЛ: студент группы ОД-21

Батищев Д.А.

                                                                        ПРОВЕРИЛ: доцент Добрынин Е.В.

САМАРА 2014

                                                   Задание №1

К образцу прямоугольной формы из диэлектрического материала размерами a×b и толщиной h прикладывается напряжение U. Напряжение подводится к граням ab, покрытым слоем металла. Требуется определить: ток утечки, мощность потерь, удельные потери на постоянном токе.

Затем к образцу прикладывается переменное напряжение с действующим значением U. Требуется определить мощность потерь и удельные диэлектрические потери при частотах f1, f2, f3.

Исходные  данные

a = 250 мм = 0.25 м                       = 1,95                                  f1  = 20 Гц    
b = 150 мм = 0.2 м                         = 0,51016 Омм                f2  = 2 кГц = 2103   Гц    
h = 1.5 мм = 1.510-3 м                 = 11016 Омм                  f3  = 0.2 МГц = 2105 Гц  
U = 0.6 кВ = 0.6103 В                   tgδ = 2.110-4[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12]

Решение

             В цепях постоянного напряжения через диэлектрик протекает незначительный ток, обусловленный движением свободных зарядов. Он называется током сквозной проводимости и током утечки. Ток утечки равен сумме объемного Iv и поверхностного Is токов:
I=Iv+Is

Рассчитаем объемное сопротивление образца:

=0,5×1016 Ом[pic 13][pic 14]

Рассчитаем поверхностное сопротивление образца:

=1×1016 Ом[pic 15][pic 16]

Токи Iv и Is можно определить по закону Ома:
А        А
           Найдем ток утечки:
I = Iv + Is = А[pic 17][pic 18][pic 19]

Диэлектрическая проницаемость ε позволяет определить способность диэлектрика образовывать электрическую емкость. Емкость плоского конденсатора  С  с двумя металлическими обкладками прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости материала, заключенного между обкладками:

Ф

             Диэлектрическая проницаемость ε зависит от интенсивности процессов поляризации, протекающих в диэлектриках под воздействием внешнего электрического поля. Различают четыре основных вида поляризации: электронную, дипольную, ионную и спонтанную.
Активная мощность, выделяющаяся в проводнике, не зависит от характера напряжения – она одинакова как при действии постоянного напряжения, так и действующего значения переменного. Если такой же опыт провести с диэлектриком, то мощность при переменном напряжении будет больше.[pic 20]

Активную мощность, выделяющуюся в диэлектрике при постоянном напряжении, можно определить по формуле: P=U∙I, где
U – постоянное напряжение, приложенное к диэлектрику, В;
I – ток утечки через диэлектрик, А.

Рассчитаем потери активной мощности на постоянном токе:
P = U ∙ I = =1.992 Вт[pic 21][pic 22]

При переменном напряжении активная мощность выделившаяся в диэлектрике определяется по формуле: P = U2 ∙ 2π ∙ f ∙ C ∙ tgδ,

где U – действующее значение переменного напряжения,

        приложенного к диэлектрику, В;