Контрольная работа по Электротехника на тему Описать зарождение и развитие отрицательного стримера в газообразном диэлектрике.

1. Обосновать выбор металла для изготовления нагревательных элементов электропечи мощностью 3 кВт, провести расчет требуемой длины проволоки, если диаметр проволоки d = 0,4 мм и напряжение сети U = 220 В.

2. Когда электропроводность полупроводников является собственной, а когда примесной?
Собственная проводимость. У полупроводников и диэлектриков валентная зона полностью заполнена электронами и при T=0 K они не могут принять участие в проводимости. Принять участие в проводимости они смогут, если им сообщить энергию, превышающую энергию запрещенной зоны, и они перейдут в свободную зону. Свободная зона станет для них зоной проводимости (так её и называют). Это происходит при T>0 , когда в кристалле появляются фононы. Поглотив фонон или несколько фононов, электрон заполненной (валентной) зоны может получить энергию, достаточную для перехода в зону проводимости. Одновременно приходят в движение электроны верхних уровней валентной зоны, так как эти уровни частично освобождаются. Поэтому у полупроводников проводимость возникает при T ≠ 0 в результате перехода электронов с верхних уровней валентной зоны (потолка валентной зоны) на верхние уровни зоны проводимости (дно зоны проводимости). При этом в валентной зоне освобождается такое же число уровней. Освобожденные уровни ведут себя как положительно заряженные частицы с зарядом «+e ». Такие фиктивные квазичастицы (частицы, которые не могут быть обнаружены в свободном состоянии) – называют «дырками».
Уровень Ферми, как показывает расчет, расположен в собственных полупроводниках и диэлектриках посередине запрещенной зоны и не связан с реальным электроном. К такому выводу можно прийти на основании следующих рассуждений. Примем за начало отсчета энергии энергетический уровень, соответствующий дну зоны проводимости. Тепловые колебания переводят электроны из валентной зоны в зону проводимости. Эти электроны переходят назад в валентную зону. Им на смену из валентной зоны приходят новые электроны.
3. Чем вызвана поверхностная электропроводность твердых диэлектриков?
Поверхностная электропроводность обусловлена наличием влаги, загрязнениями и различными дефектами поверхности диэлектрика. Вода обладает значительной проводимостью. Достаточно тонкого слоя влаги на поверхности диэлектрика, чтобы обнаружить заметную проводимость, которая определяется в основном толщиной этого слоя.
Однако, поскольку сопротивление адсорбированной пленки влаги связано с природой материала, на поверхности которого она находится, удельную поверхностную проводимость обычно рассматривают как свойство самого диэлектрика.
Адсорбция влаги на поверхности диэлектрика находится в тесной зависимости от относительной влажности окружающей среды. Поэтому относительная влажность является решающим фактором, определяющим значение удельной поверхностной проводимости диэлектрика.
Удельная поверхностная проводимость тем ниже, чем меньше полярность вещества и чем чище поверхность диэлектрика. Причем наличие загрязнений на поверхности относительно мало сказывается на удельной поверхностной проводимости гидрофобных диэлектриков и сильно влияет на проводимость гидрофильных диэлектриков.

4. В каких диэлектриках, как и почему относительная диэлектрическая проницаемость зависит от напряженности электрического поля?
Сегнетоэлектриками называются кристаллические диэлектрики, у которых в отсутствие внешнего электрического поля возникает самопроизвольная ориентация дипольных электрических моментов составляющих его частиц.
Сегнетоэлектрики отличаются от остальных диэлектриков рядом характерных особенностей:
1. В то время как у обычных диэлектриков  составляет несколько единиц, достигая в виде исключения нескольких десятков (у воды, например,  = 81), диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков бывает порядка нескольких тысяч.
2. Зависимость Р от Е не является линейной. Следовательно, диэлектрическая проницаемость оказывается зависящей от напряженности поля.
3. При изменениях поля значения поляризованности Р (а следовательно, и смещения D) отстают от напряженности поля Е, в результате чего Р и D определяются не только величиной Е в данный момент, но и предшествующими значениями Е, т. е. зависят от предыстории диэлектрика.

5. Конденсатор имеет емкость 470 пФ, тангенс угла потерь диэлектрика tgδ =25*10-4 при частоте 1 кГц.

6. Описать зарождение и развитие отрицательного стримера в газообразном диэлектрике.
«Проявление» развивающихся ионизационных процессов осуществляется за счет того, что по пути движения электронов остаются положительные ионы, на которых конденсируются пары, и путь движения электронов становится «видимым». Фотографирование образовавшихся туманных образований производится через стеклянную стенку. Таким образом были зафиксированы электронные лавины, подсчитаны скорости их распространения, зная длительность импульса, определены коэффициенты диффузии по измерениям радиуса головки лавины.
Скорость электронной лавины в воздухе при нормальном давлении и при Е=3 106В/м имеет порядок 105м/с. При увеличении длительности импульса или его амплитуды были обнаружены новые ионизационные образования, занимающие большой объем и распространяющиеся с большой скоростью.
При невысоких напряженностях поля по мере увеличения напряжения вначале появляется положительный стример. При дальнейшем увеличении напряжения, когда электронная лавина еще не достигла анода, наблюдается развитие отрицательных стримеров. Такой же эффект наблюдается, если напряжение оставлять неизменным, а увеличивать длительность импульса. После этого наступает стадия главного разряда.

7. Каковы достоинства ферритов по сравнению с классическими материалами?
Ферриты очень сильно разнообразны по своим физическим и химическим свойствам. Это и металлы и неметаллы и полуметаллы. Это и проводники и полупроводники и диэлектрики. Объединяет их всех то, что это парамагнетик, который при комнатной температуре находится в феррИмагнитной фазе. В отличие от феррОмагнетика. ФеррОмагнетик это тоже парамагнетик, но при комнатной температуре он находится в феррОмагнитной фазе.
Разница между феррОмагнитной фазой и феррИмагнитной фазой следующая. У кристаллов ферромагнетика только одна магнитная подрешетка. А у кристаллов ферримагнетика, как минимум, две магнитных подрешетки. В каждой магнитной подрешетке упорядочение магнитных моментов ферромагнитное, но магнитные моменты подрешеток направлены противопрложно, как у антиферромагнетика.
Но если у антиферромагнетика обе магнитные подрешетки одинаковые и магнитные моменты обеих подрешеток компенсируют друг друга, то у ферримагнетика обе подрешетки разные и полной компенсации не происходит. Поэтому ферримагнетики можно намагничивать точно также, как обычные ферромагнетики. И ферримагнетики могут использоваться как обычные магниты.