Електроматеріалознавство

Ефективність роботи електромеханічних пристроїв та систем залежить від електротехнічних матеріалів, що були використані в процесі їх розробки та виготовлення. Дисципліна „Електроматеріалознавство” з напрямку „Електромеханіка” є важливою і необхідною, так як забезпечує практично всі основні дисципліни вказаного напрямку. Вона передбачає вивчення властивостей електротехнічних матеріалів і особливостей їх застосування в електромеханічних та в електронно-напівпровідникових пристроях для забезпечення надійної, ефективної та економічної роботи автоматизованих електромеханічних та електроенергетичних систем.

Дисципліна забезпечується курсами “Хімія”, “Фізика” та “Теоретичні основи електротехніки”.

В рамках бакалаврату „Електромеханіка” дисципліна „Електроматеріалознавство” забезпечує засвоєння студентами наступних дисциплін: електричні апарати; електричні машини; спеціальні електричні машини; електроніка та мікросхемотехніка; основи електроенергетики та електропостачання.

Мета і завдання дисципліни

Мета вивчення дисципліни Метою дисципліни є засвоєння знань з основ теорії діелектричних, провідникових, напівпровідникових та магнітних матеріалів, що використовуються в подальшому навчанні при викладанні дисциплін, які мають розділи по вивченню конструкцій електромеханічних пристроїв та електронно-напівпровідникових систем керування.

Завданням дисципліни є ознайомлення з найбільш поширеними електротехнічними матеріалами та вивчення впливу на їх властивості параметрів зовнішнього середовища, а також можливостей найбільш ефективного використання в електротехніці.

Після вивчення дисципліни студент повинен:

знати: основні положення теорії діелектричних, провідникових, напівпровідникових і магнітних матеріалів; властивості, параметри та характеристики матеріалів, що мають широке використання в електротехніці; методи експериментального визначення основних характеристик матеріалів;

вміти: оцінювати зміну властивостей матеріалів в результаті впливу різних зовнішніх факторів та наслідки таких змін для роботи електротехнічних та електронних пристроїв; користуватися довідниковою літературою з електротехнічних матеріалів;

мати уявлення : про тенденції та перспективи розвитку в галузі виробництва електротехнічних матеріалів.

ПРОГРАМА КУРСУ

Модуль 1. Діелектричні матеріали. Властивості та особливості використання.

Тема 1. Загальні відомості. Поляризація та електропровідність діелектриків.

Лекція 1 Поляризація діелектрика та електрична проникність. Види поляризації. Класифікація діелектриків по виду поляризації. Діелектрична проникність газів, рідинних та твердих діелектриків.

Лекція 2 Загальні відомості по електропровідності діелектриків. Наскрізний струм, струм заміщення та абсорбційний струм. Поняття об'ємного та поверхневого питомого опору. Електропровідність газів, рідинних та твердих діелектриків. Фізична сутність та види діелектричних втрат.

Лекція 3 Діелектричні втрати в газах, рідинних та твердих діелектриках. Загальна характеристика явища пробою діелектрика. Пробій газів, рідинних та твердих діелектриків. Тепловий та електрохімічний пробій твердих діелектриків.

Тема 2. Фізико-хімічні та механічні властивості діелектриків.

Лекція 4 Вологість та вологопроникність діелектриків. Механічні (міцність, крихкість, в'язкість), теплові (нагрівостійкість, холодостійкість, теплопровідність та теплове розширення) та хімічні властивості діелектриків. Вплив на матеріали випромінювання високої енергії.

Модуль 2. Провідникові та напівпровідникові матеріали. Властивості та особливості використання.

Тема 3. Класифікація та електропровідність провідникових матеріалів.

Лекція 5 Класифікація провідникових матеріалів. Теорія електропровідності, температурний коефіцієнт питомого опору, теплопровідність та коефіцієнт лінійного розширення провідників. Термоелектрорушійна сила. Надпровідники та кріопровідники.

Тема 4. Теорія електропровідності напівпровідникових матеріалів.

Лекція 6 Власні та домішкові напівпровідники. Методи визначення типу електропровідності і параметрів напівпровідників. Температурні залежності концентрації носіїв зарядів, рухливості носіїв та питомої провідності напівпровідників. Фотопровідність. Рекомбінація нерівновагих носіїв. Вплив сильних електричних полів на електропровідність.

Тема 5. Використання провідникових та напівпровідникових матеріалів в електротехніці.

Лекція 7 Провідникові матеріали високої провідності (мідь, сплави міді, алюміній, сплави алюмінію, залізо, біметал). Сплави високого опору (манганін, константин). Сплави для термопар. Тензометричні сплави. Контактні матеріали. Припої. Електровугільні вироби. Напівпровідникові хімічні з'єднання (карбід кремнію, арсенід галію, антимонід індію, фосфід галію, сульфіди, селеніди, телуриди, геміоксид міді, оксид цинку).

Модуль 3. Магнітні матеріали. Властивості та особливості використання.

Тема 6. Загальні відомості та основні характеристики магнітних матеріалів. Магнітом'які та магнітотверді матеріали.

Лекція 8 Класифікація матеріалів за магнітними властивостями. Явище феромагнетизму, магнітні домени. Магнітна текстура та магнітострикція. Магнітна проникність, вплив на неї температури та частоти перемагнічування. Петля гістерезису. Втрати в феромагнітних матеріалах. Ферімагнетики. Магнітом'які матеріали. Низьковуглеродіста сталь. Кремніста електротехнічна сталь. Пермалої. Альсифери.

Лекція 9 Спеціальні феромагнетики. Ферити. Конструкційні чавуни та сталі. Магнітотверді матеріали. Леговані мартенситні сталі. Магнітотверді сплави. Магніти з порошків. Магнітотверді ферити.