Материалознание – ФЕТТ – Записки

Сборник от сканирани решени варианти на изпитен тест по дисциплината Материалознание, изучавана в техническите университети. Материалът съдържа седемнадесет страници, върху които са нанесени отговорите на студент – отбелязаните верни варианти, разписаните формули с обяснение на елементите и начертаните графики. Именно това е и основната стойност на сборника. Той не съдържа празни бланки, а показва как изглежда попълнена изпитна работа: кой отговор е избран, кои елементи от формулата са описани, каква дименсия им е дадена, как е начертана дадена зависимост и къде са нанесени означенията върху графиката. Тестът е разделен на четири раздела с обявено разпределение на точките, а на първата страница на всеки вариант е поставена таблица за вписване на получените точки по раздели и на общия резултат от сто точки. Първият раздел се отнася до пробива в диелектрични материали. Разгледани са диелектричната якост, условията за еднородно електрическо поле, обратимият и необратимият характер на пробива при различни материали, условието за пробив в газообразен диелектрик, зависимостта на пробивното напрежение от произведението на налягането и разстоянието, както и поведението при налягане под атмосферното. Втората група задачи засяга диелектричните загуби и поляризацията: анализ на честотната зависимост при няколко гранични случая, температурната зависимост, времето за релаксация, активните загуби от електропроводимост, йонизационните загуби, зависимостта на относителната диелектрична проницаемост от температурата, разграничаването на линейни от нелинейни диелектрици и видовете поляризация в твърдите тела. Следващият раздел обхваща полупроводниковите свойства. Включени са зонната теория, начертаването на зонна диаграма с процеса на генерация на двойката електрон и дупка, разпределението на Ферми с нанасяне на означенията върху графиката и изразът за броя на свободните електрони. Отделен раздел разглежда проводниковите свойства: видовете проводници, строежът на металите и произходът на колективните електрони, подвижността на електроните и разпределението на Ферми като вероятност за заемане на енергетично ниво. Задачите са от няколко вида и това дава представа за формата на изпита. Едни изискват избор между три или четири варианта; други – избор на вярната формула и след това описание на всеки неин елемент с дименсия; трети – начертаване на зависимост и обяснение на характера ѝ; четвърти – попълване на пропуснат термин или на граничните стойности при даден анализ. Сборникът съдържа няколко различни варианта, което позволява да се види кои въпроси се повтарят и кои са изменени. Част от страниците са от един и същ вариант, представен в две качества на сканиране, така че по-неясните места могат да бъдат сверени. Записките на студента са ръкописни и на места трудни за разчитане, но точно те правят материала полезен: показват какъв обем отговор е достатъчен на изпит и как се формулира кратко обяснение под формула. На студента сборникът служи за подготовка за изпит по същата или сродна дисциплина – дава реална представа за обхвата на въпросите, за тежестта на отделните раздели в точки и за очаквания начин на отговаряне. На преподавателя може да послужи като основа при съставяне на нови варианти.

Готовият протокол е най-бързият ориентир какво точно се очаква да съдържа отчетът от лабораторно упражнение – от формулировката на заданието до оформянето на изводите. Този материал представя изцяло разработен протокол по упражнение № 2 от курса по материалознание в Технически университет – София, Факултет по комуникационна техника и технологии. Началото възпроизвежда официалната титулна част на протокола – университет, факултет, катедра, дисциплина, данни за студента и преподавателя, поле за оценка и дата, така че оформлението може да се използва като образец. Разделът със заданието формулира четирите задачи на упражнението: измерване на изменението на капацитета и на тангенса на ъгъла на диелектричните загуби при повишаване на температурата, пресмятане на конструктивната константа за всеки образец, изчисляване на относителната диелектрична проницаемост за всяка температура с графично представяне на зависимостите и определяне на температурния коефициент за два температурни интервала. Теоретичната постановка съдържа изходната формула за капацитета, обяснение на всяка величина в нея с нейната дименсия, определение и физически смисъл на конструктивната константа, зависимостта за изчисляване на относителната диелектрична проницаемост и графоаналитичния подход за определяне на температурния коефициент. Централната част е обобщаваща таблица с резултатите от измерванията и изчисленията за четири различни материала. За всеки от тях са дадени геометричните константи и стойностите на трите параметъра при пет температури в изследвания диапазон, както и изчислените температурни коефициенти. Заключителният раздел съдържа анализ и изводи, в които поведението на изследваните материали е съпоставено по стойност на проницаемостта, по загуби и по конструктивна константа. Материалът е подходящ като образец при изготвяне на собствен протокол, за подготовка за защита на упражнението и за преговор на теоретичната част преди изпит.

Интензитет на електростатично поле. Поле на точков заряд и електричен дипол. Поток на вектора на интензитета. Закон на Гаус Резюме: Учебен текст, който въвежда едно понятие по най-убедителния начин — като първо покаже, че без него сметките стават непосилни, и чак после го определи. Именно този ход отличава изложението. Величината не е съобщена наготово, а е получена от нуждата да бъде намерена характеристика на самото поле, независима от внесения в него заряд. Материалът е един конспектен въпрос по електричество и е събран на три страници. Началото обяснява защо познатите досега средства не стигат. Показано е, че разделянето на тялото на малки части и последващото сумиране е възможно, но трудно, и че не е разумно да се повтаря при всеки нов заряд. Средището на първата част е самото извеждане. То стъпва на прост опит: разглежда се едно и също място в полето, а внесеният там заряд се увеличава два пъти. Показано е, че силата нараства също два пъти, но отношението остава непроменено. Именно оттам следва изводът, който носи цялата тема — че полученото отношение зависи само от полето, а не от онова, което внасяме в него. След определението е обяснено защо величината е векторна и как посоката ѝ се променя според знака на създаващия заряд. Следват силовите линии като нагледно представяне, а после и разглеждането на двойка равни по големина и противоположни по знак заряди. Показано е как чрез принципа за наслагване се получава картината на полето при такава двойка. Втората половина въвежда потока. Тя започва отново от затруднение — при повече заряди сумирането става сложно, особено когато те не лежат в една равнина. Оттам е въведено новото понятие, а после и законът, който свързва потока през затворена повърхнина с обхванатия от нея заряд. Материалът съдържа четири фигури и шест номерирани формули. Означенията са пояснени при появата си, а всяко твърдение е обосновано. За преподавателя това е готова лекция за един или два учебни часа, при която двете половини вършат работа и поединично. Студентът получава въпроса в завършен вид, при който всяко ново понятие произтича от предходно затруднение. Годен е за писмен изпит и за преговор.

Материалът обединява два решени тестови варианта по електротехнически материали, оформени като работни разработки с отговори на поставените въпроси. Всеки вариант е структуриран в четири тематични раздела, а въпросите в тях следват логиката на изпитен тест по конспект. Първият вариант обхваща загубите в диелектричните материали, проводниковите свойства на материалите, полупроводниковите материали и кондензаторите. Разгледани са понятието за диелектрични загуби и процесите, които ги пораждат в постоянно и в променливо електрическо поле, тангенсът на ъгъла на диелектричните загуби, означенията от векторната диаграма на токовете, изразът за загубите в единица обем, поведението на материала при различни честотни граници, йонизационните загуби, строежът на металите и характерът на металната връзка, разпределението по енергетични нива, температурните зависимости на съпротивлението и топлопроводността, както и основни параметри на кондензаторите – видове, номинално напрежение, времеконстанта и еквивалентна схема. Вторият вариант е посветен на поляризацията, полупроводниковите свойства на материалите, магнитните материали и резисторите. Включени са изразите за капацитет и за поляризация с пояснение на означенията, поведението на относителната диелектрична проницаемост при различни честоти, характеристиките на токоносителите в собствен полупроводник, групите магнитно меки материали, определението за постоянни резистори, зависимостта на мощността от температурата на околната среда и характеристиките на термисторите. Отговорите са дадени в сбит работен вид – буквени отговори, формули с разчетени означения на величините, кратки определения и обяснения на зависимостите. При отделни въпроси отговорът е само маркиран или оставен за допълване, което позволява материалът да се използва и като основа за собствена доработка. Разработката е подходяща за подготовка за изпит или колоквиум, за преговор по конспект и за самопроверка по включените теми.

Диелектриците са вещества, които не съдържат свободни електрични заряди. Те са изградени като всички тела от атоми и молекули. За да се разбере тяхното поведение в електростатично поле, е необходимо да се разгледа поведението на електричните заряди на отделните диелектрични атоми или молекули.

Два примерни изпитни варианта по дисциплината „Материалознание“, оформени във вида, в който се провежда изпитът – с таблица за разпределение на точките по раздели и общ сбор от 100 точки. Всеки вариант е структуриран в четири раздела, а тежестта на отделните въпроси е обозначена до всеки от тях. Първият вариант обхваща загубите в диелектричните материали, проводниковите свойства на материалите, полупроводниковите материали и кондензаторите. Въпросите са свързани с процесите, които не са придружени със загуба на енергия, разпределението на Ферми и разчитането на графиката му, общата формула за температурния коефициент на специфичното съпротивление и неговата дименсия, закона на Видеман – Франц с описание на величините, температурната зависимост на специфичното съпротивление при чистите метали, влиянието на примесите, контакта между два метала с различно ниво на Ферми, термоелектродвижещото напрежение, параметрите на германий и силиций, валентността на елементите в полупроводникови съединения, чистотата на материалите и метода на Чохралски, както и активните градивни елементи, волт-амперната характеристика, определението за променлив кондензатор, номиналното напрежение, времеконстантата, еквивалентната схема и особеностите на електролитните кондензатори. Вторият вариант е посветен на поляризацията, полупроводниковите свойства на материалите, магнитните материали и резисторите. Включени са въпроси за поведението на електрическото поле между електроди във вакуум, реалната част на комплексната относителна диелектрична проницаемост, графичното представяне на зависимости, основните и неосновните токоносители, температурния коефициент при полупроводниците, ефекта на Хол, разделянето на магнитните материали, представителите на магнитномеките материали, състава и приложенията на феритите, както и определението за постоянен резистор, материалите за токопровеждащия елемент, зависимостта на съпротивлението, графиката на относителната мощност, граничното работно напрежение, собствения капацитет, характеристиката на термистора и параметрите на фоторезисторите. Форматът на въпросите е разнообразен – с избираем отговор, с повече от един верен отговор, с попълване, с чертане на графика или схема и с описание на елементите във формула. Отговори не са приложени, което позволява вариантите да се използват за реална самопроверка и за подготовка в изпитни условия. Подходящи са за подготовка за изпит или тест, за преговор по конспект и за ориентиране във формата и тежестта на изпитните въпроси.