|
1. Цели освоения дисциплины
В результате освоения данной дисциплины специалист приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение цели Ц2 основной образовательной программы «Электроника и автоматика физических установок».
Целью данного курса является формирование у обучающихся знаний о физических свойствах электротехнических материалов, их основных эксплуатационных и технологических характеристик и характере изменения этих свойств под воздействием внешних факторов.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Электротехническое материаловедение» относится к базовым дисциплинам профессионального цикла (С3.Б8) основной образовательной программы по специальности 140801 «Электроника и автоматика физических установок».
Дисциплина опирается на материал следующих дисциплин, читаемых студентам физико-технического института:
- математика (С2.Б1);
- физика (С2.Б3);
- химия (С2.Б4);
- атомная физика (С3.Б6);
- основы теории электрических цепей (С3.Б10).
Изучение дисциплины «Электротехническое материаловедение» необходимо для освоения следующих учебных дисциплин:
- электроника и микроэлектроника (С3.Б9);
- электрические элементы систем автоматического управления (С3.Б15);
- методы контроля технологических переменных ядерных энергетических установок (С3.Б.1.3).
3. Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен/будет:
знать:
- основы функционирования программно-технических средств АСУ ТП и АСНИ;
уметь:
- выполнять расчет, концептуальную и проектную проработку программно-технических средств АСУ ТП и АСНИ;
- формулировать конкретную научно-техническую задачу;
- обрабатывать результаты экспериментов, в том числе с использованием пакетов прикладных программ;
владеть (методами приемами)
- работы с экспериментальным оборудованием и исследовательскими приборами, в том числе с использованием средств автоматизации.
Профессиональные: Р10, Р12
4. 
Структура и содержание дисциплины
4.1 Содержание разделов дисциплины:
Раздел 1. Введение и общие положения – 2 часа.
Лекции:
1.1. Общие сведения об электротехнических материалах.
Раздел 2. Магнитные материалы – 2 часа.
Лекции:
2.1. Классификация, свойства и характеристики магнитных материалов.
Лабораторная работа 1 (4 часа)
Тема: Изучение влияния температуры на относительную магнитную проницаемость ферритов.
Лабораторная работа 2 (2 часа)
Тема: Изучение основных магнитных характеристик ферро - и ферримагнитных материалов.
Раздел 3. Проводниковые материалы – 2 часа.
Лекции:
3.1. Классификация, свойства и характеристики проводниковых материалов.
Лабораторная работа 3 (4 часа)
Тема: Изучение влияния температуры на удельное электрическое сопротивление металлов и сплавов.
Лабораторная работа 4 (2 часа)
Тема: Исследование экранирующих свойств проводников различного рода и различной формы.
Раздел 4. Полупроводниковые материалы – 8 часов.
Лекции:
4.1. Физические процессы в полупроводниках.
4.2. Термоэлектрические явления в полупроводниках.
4.3. Оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках.
4.4. Полупроводниковые материалы и технология их получения.
Лабораторная работа 5 (4 часа).
Тема: Изучение влияния температуры на электрическое сопротивление полупроводникового терморезистора.
Лабораторная работа 6 (2 часа).
Тема: Изучение влияния напряжения на электрическое сопротивление полупроводников.
Раздел 5. Диэлектрические материалы – 4 часа.
Лекции:
5.1. Физические процессы в диэлектриках.
5.2. Классификация диэлектрических материалов. Механические, тепловые и химические свойства диэлектриков.
4.2 Структура дисциплины «Электротехническое материаловедение» по разделам, формам организации и контроля обучения приводиться в таблице 1.
Таблица 1
Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения
№ | Название раздела/темы | Аудиторная работа (час) | СРС (час) | Итого | Формы текущего контроля и аттестации | |
Лекции | Лаб. зан. | |||||
1. | Введение и общие положения | 2 | - | 2 | 4 | Устный отчет |
2. | Магнитные материалы | 2 | 6 | 4 | 12 | Отчеты по лабораторным работам |
3. | Проводниковые материалы | 2 | 6 | 5 | 13 | Отчеты по лабораторным работам |
4. | Полупроводниковые материалы | 8 | 6 | 5 | 19 | Отчеты по лабораторным работам |
5. | Диэлектрические материалы | 4 | - | 2 | 6 | Отчеты по лабораторным работам |
6. | Промежуточная аттестация | зачёт | ||||
Итого | 18 | 18 | 18 | 54 |
При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное собеседование.
4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины приводиться в таблице 2.
Таблица 2
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения
№ | Формируемые компетенции | Разделы дисциплины | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
1. | З.10.8 | + | + | + | + | + |
2. | У.10.7 | + | + | + | + | |
3. | У.10.8 | + | + | + | + | |
4. | У.12.9 | + | + | + | + | |
5. | В.10.7 | + | + | + | + |
5. Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности специалистов для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.
Специфика сочетания методов и форм организации обучения отражается в матрице (таблица 3).
Таблица 3
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО Методы | Лекц. | Лаб. раб. | Тр.*, Мк** | СРС |
IT-методы | + | |||
Работа в команде | + | |||
Саsе-study | ||||
Игра | ||||
Методы проблемного обучения | + | |||
Обучение на основе опыта | + | |||
Опережающая самостоятельная работа | + | |||
Проектный метод | ||||
Поисковый метод | + | |||
Исследовательский метод | + |
* - Тренинг, ** - мастер-класс.
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
- изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;
- самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;
- закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ с использованием учебного и научного оборудования и приборов, выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (СРС)
6.1 Текущая самостоятельная работа студента, направленная на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений, осуществляется при проработке материалов лекций и соответствующей литературы, подготовке к рубежному и итоговому контролям, подготовке к выполнению лабораторных работ, их выполнению и написанию отчетов.
Для улучшения качества и эффективности самостоятельной работы студентов предлагаются методическое пособие по курсу, методические указания к лабораторным работам, списки основной и дополнительной литературы. Все методические материалы предоставляются как в печатном, так и в электронном видах.
Текущая и опережающая СРС, заключается в:
- работе студентов с лекционным материалом, поиск и анализ литературы и электронных источников информации по заданной проблеме и выбранной теме выпускной квалификационной работы,
- переводе материалов из тематических информационных ресурсов с иностранных языков,
- изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
- изучении теоретического материала к лабораторным занятиям,
- подготовке к экзамену.
6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа, направленная на развитие интеллектуальных умений, комплекса профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов заключается в
- анализе научных публикаций по каждому разделу курса, их структурированию и представлении материала для презентации на рубежном контроле, а также анализе статистических и фактических материалов;
- поиске, анализе, структурировании и презентации информации, анализе научных публикаций по определенной теме исследований;
- анализе статистических и фактических материалов по заданной теме, проведении расчетов, составлении схем и моделей на основе статистических материалов;
- выполнении расчетно-графических работ;
- исследовательской работе и участии в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах.
6.3 Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
1. Перечень научных проблем и направлений научных исследований:
- разработка методик определения основных магнитных характеристик ферро - и ферримагнитных материалов;
- разработка методик определения характеристик проводниковых материалов;
- разработка методик определения характеристик полупроводниковых материалов;
- разработка методик определения пригодности диэлектрических материалов.
2. Темы индивидуальных заданий:
Не предусмотрено
3. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
В разделе "Магнитные материалы" на самостоятельное изучение выносится вопрос:
- «магнитные материалы специального назначения», который изучается по литературе:
o , Ким материаловедение: учеб. пособие. – Томск: Издательство ТПУ, 2009. – 199 с.
o Преображенский материалы и элементы. – Изд. 2-е. – М.: Высшая школа, 1976.
В разделе "Диэлектрические материалы" самостоятельно изучается вопрос:
- "поляризация диэлектриков" по литературе:
o , Ким материаловедение: учеб. пособие. – Томск: Издательство ТПУ, 2009. – 199 с.
o , , А., Тареев диэлектриков. – М.: Энергия, 1965.
6.4 Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.
Формы контроля со стороны преподавателя включают:
- контрольные работы по результатам изучения каждого раздела курса;
- лабораторные занятия;
- зачёт.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
Средства (ФОС) оценки текущей успеваемости и промежуточной аттестации студентов включают: защиту отчетов по выполняемым лабораторным работам; контрольные работы на лекционных занятиях, завершающих изучение раздела. Итоговый (промежуточный) контроль – зачёт.
7.1 Вопросы текущего контроля
Темы контрольных работ
КТ1: Свойства и характеристики магнитных материалов.
КТ2: Свойства и характеристики проводниковых материалов.
КТ3: Термоэлектрические, оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках.
КТ4: Физические процессы в диэлектриках.
Тематика вопросов 1 контрольной работы:
- Процесс намагничивания. Магнитная проницаемость.
- Магнитомягкие материалы.
- Магнитотвёрдые материалы.
- Магнитные материалы специального назначения.
Тематика вопросов 2 контрольной работы:
- Удельная проводимость проводников.
- Теплопроводность металлов. Термоэлектродвижущая сила.
- Механические свойства проводников. Сверхпроводимость.
- Поверхностный эффект.
Тематика вопросов 3 контрольной работы:
- Эффект Зеебека. Эффект Пельтье.
- Эффект Холла.
- Поглощение света полупроводниками.
- Фотопроводимость. Люминесценция полупроводников.
Тематика вопросов 4 контрольной работы:
- Электропроводность диэлектриков.
- Поляризация диэлектриков.
- Диэлектрические потери.
- Пробой диэлектриков.
7.2. Вопросы выходного контроля
1. Как классифицируются вещества по магнитным свойствам?
2. Описать процесс намагничивания ферро - и ферримагнетиков.
3. В чём заключаются потери на вихревые токи ферро - и ферримагнетиков? Указать способы их уменьшения.
4. Привести и объяснить зависимости µ=f(T, °C), µ=f(H), µ=φ(f) ферро - и ферримагнетиков.
5. Магнитомягкие и магнитотвёрдые материалы, их отличие и область применения.
6. Что из себя представляют магнитодиэлектрики? Область их применения.
7. Что из себя представляют ферриты? Область их применения.
8. Указать особенности и способы получения текстурированных магнитных материалов.
9. Какие вещества с точки зрения зонной теории твёрдых тел относятся к проводникам? Отличия проводников I и II рода.
10. Дать определения проводимости и удельного сопротивления. Назвать единицы измерения.
11. Описать характер изменения электропроводности проводников при изменении температуры.
12. Описать явление криопроводности.
13. Описать явление сверхпроводимости.
14. Что характеризует температурный коэффициент удельного сопротивления.
15. Дать классификацию проводниковых материалов по области применения.
16. Описать принцип работы проводниковой термопары.
17. Описать поверхностный эффект в проводниковых материалах.
18. Описать требования и указать основные материалы, применяемые для изготовления скользящих контактов.
19. Описать требования и указать основные проводниковые материалы, используемые в электровакуумной технике.
20. Указать назначение и дать краткую характеристику припоям.
21. Опишите механизм образования свободных носителей зарядов в собственном полупроводнике.
22. Дать описание зонной структуры полупроводника примесного типа.
23. Опишите физическую сущность туннельного эффекта.
24. Опишите эффект Зеебека.
25. Опишите эффект Пельтье.
26. Опишите эффект Томпсона.
27. Опишите эффект Холла.
28. Перечислить механизмы поглощения света полупроводниками.
29. Опишите явление фотопроводимости.
30. Опишите механизм люминесценции полупроводников.
31. Опишите физическую сущность (p-n)-перехода.
32. На чём основан принцип работы полупроводникового термистора?
33. На чём основан принцип работы полупроводникового варистора?
34. На чём основан принцип работы полупроводникового лазера?
35. Опишите метод зонной перекристаллизации.
36. Опишите метод Чохральского.
37. Опишите метод Бриджмена-Стокбаргера.
38. Опишите принцип работы термоэлектрического генератора.
39. Опишите принцип работы термоэлектрического холодильника.
40. Описать процесс электронной поляризации в диэлектриках.
41. Описать процесс ионной поляризации в диэлектриках.
42. Описать процесс миграционной поляризации в диэлектриках.
43. Описать процесс спонтанной поляризации в диэлектриках.
44. Перечислить быстрые и медленные виды поляризации. Чем они отличаются?
45. Назвать основные типы носителей заряда и механизм электропроводности в газообразных, жидких и твёрдых диэлектриках.
46. Описать виды диэлектрических потерь.
47. Описать лавинный пробой в газах.
48. Описать механизм пробоя увлажнённых жидких диэлектриков.
49. Описать механизм пробоя жидких диэлектриков, загрязнённых твёрдыми примесями.
50. Описать закон Пашена.
51. Описать электрический пробой твёрдых диэлектриков.
52. Описать электротепловой пробой диэлектриков.
53. Описать ионизационный пробой диэлектриков.
54. Описать классы нагревостойкости систем изоляции.
55. Дайте классификацию диэлектриков.
Эти средства в целом позволяют однозначно оценить степень усвоения теоретических и фактических знаний; приобретенные студентами практические умения на репродуктивном уровне и когнитивные умения на продуктивном уровне; а также профессиональные компетенции студентов.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная учебная литература
1. , Ким материаловедение: учеб. пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2009. – 199 с.
2. Штофа Ян. Электротехнические материалы в вопросах и ответах: пер. со словац. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 200 с.
3. Дудкин материаловедение: лабораторный практикум. – Томск: Изд-во ТПУ, 2006. – 81 с.
Дополнительная учебная литература
4. Богородицкий материалы: учебное пособие. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 304 с.
5. Корицкий материалы: учебник. – М.: Энергия, 1976. – 320 с.
6. Готман материалы: Справочник. – М.: Энергия, 1969. – 544 с.
7. Преображенский материалы и элементы. – М.: Высшая школа, 1976.
8. , , А., Тареев диэлектриков. – М.: Энергия, 1965.
9. Киреев полупроводников. – М.: Высшая школа, 1975.
9. 
Материально-техническое обеспечение дисциплины
Технические средства обеспечения освоения дисциплины:
Лабораторный класс, включающий в себя:
- установки для определения магнитных характеристик ферро - и ферримагнитных материалов;
- лабораторные стенды для исследования свойств полупроводниковых материалов;
- установки для определения электропроводности и экранирующих свойств проводниковых материалов.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ОС по специальности 140801 «Электроника и автоматика физических установок»
Программа одобрена на заседании кафедры «Электроника и автоматика физических установок» ФТИ
(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).
Автор:
Ассистент каф. ЭАФУ ФТИ_______________
Рецензент(ы)______________
