西安交通大学电气材料课后题

1、第一章绪论1-1.什么是电气材料？要紧有哪些种类？1.电气材料是指在电力设备中应用的材料。电气材料是组成电力设备的基础物质，是实现电力设备各类功能的基础，是电力设备平安靠得住运行的大体保证。2.依照其电气功能，电气材料要紧分为电介质绝缘材料、半导体材料、导电材料、磁性材料。1-2.什么是电力设备？电力系统中的电力设备要紧有哪些类别？电力设备是指在电力系统中能够实现电能的生产、传输、变换、分派、利用的设备的总称。电力设备的分类：按电力前后顺序，分为：发电设备、变电设备、输电设备和用电设备。按在电力系统中所起的作用，分为：一次设备、二次设备。按技术重要程度，分为：核心设备、辅助设备。按经济价值不同

2、，分为：大型珍贵设备、一般设备。1-3.电气材料的作用和地位？1.电气材料是组成电力设备的基础物质，是实现电力设备各类功能的基础，是电力设备平安靠得住运行的大体保证。随着导电材料、半导体材料、磁性材料和绝缘材料的进展，令人们在电磁场理论与量子力学的基础上，设计制造出各类电力设备与器件，实现对电能产生、传输、变换及应用进程的操纵，进展形成现代电力工业并使之成为国民经济的命脉。2.在电气功能技术领域中，电气材料始终占有不可替代的重腹地位。各类电气新技术的产生，往往都要通过相应的设备和器件来实现，设备和器件需要各类材料来进行制作，即便是原理上可行的新技术和新产品，若是没有相应的材料，也都无法实现。1

3、-4.电气设备的作用和地位？1.电力设备是电力系统的大体组成单元。电力系统是发电厂的发电机、电力网的变压器和输电线路和各类用电设备依照必然的规律连接而组成的统一整体，电脑产生、传输、变换、分派利用等多个环节都是通过电力设备来完成的。2.电力系统的平平稳固运行的关键在于电力设备的绝缘和电力设备的故障检测，电力设备的生产能力和技术水平决定着电力系统运行的效率和质量。1-5.电气材料与电力设备二者之间的关系？1.在电气工程技术领域中，电气材料始终占用着不可替代的重腹地位。各类电气新技术的产生，往往都要通过相应的设备和器件来实现，设备和器件需要各类材料来进行制作，即便是原理上可行的新技术和新产品，若是

4、没有相应的材料，也都无法实现。电气材料是组成电力设备的基础物质，是实现电力设备各类功能的基础，是电力设备平安靠得住运行的大体保证。2.电力系统和电力设备进展也关于电气材料的进展提出来新的要求。（例如，特高压直流输电、环境友好绝缘材料、纳米绝缘材料）第二章电气材料基础2-1请举例说明电气材料的结构与性能的关系？电气材料的结构对性能起决定性的作用，各类材料之因此具有不同性能，是由于物质结构不同所致。举例:ZnO压敏陶瓷2-2如何描述原子的微观结构？1.原子模型：“壳层模型”以为原子是由位于原子中心带正电的原子核和围绕核的带负电的电子云所组成。原子核由质子和中子组成，每一个质子带一个单位正电荷，中子

5、为电中性，原子核所带正电荷与核外电子云所带负电荷相等，通常情形下整个原子呈现电中性。原子的质量要紧集中在原子核。2.电子运动：依照量子力学用统计的观点去熟悉电子在核外空间的概率散布。描述电子的运动状态时，需要有四个量子数（n,l,m,）。3.原子中的电子散布：能够用泡利不相容原理、能量最小原理和洪特原理来描述。一样来讲，原子中的电子只能处于一系列特定的运动状态，因此在每一主壳层上就只能容纳必然数量的电子；一样，也不能将所有的电子填入一个亚壳层中。原子中电子的散布要紧由泡利不相容原理和能量最低原理来确信，并遵循洪特规那么。4.原子中电子的得失：闭壳层外的最外亚层上的电子远离原子核，在原子彼此作用

6、中扮演重要角色。在化学反映中，这些电子第一与相邻原子的外层电子发生彼此作用，故最外层的电子也称为价电子，决定元素的化合价。例如碱金属Li、Na、K等原子在闭壳层外有一个电子，很容易失去那个电子而成为一价正离子，以形成稳固的闭壳层结构。2-3原子中电子散布应遵循什么原理？泡利不相容原理、能量最小原理和洪特规那么。2-4分子是如何形成的？原子是由带正电的原子核和围绕其周围运动的带负电的电子所组成。当两个原子靠近时，相邻原子核及价电子之间产生彼此作用，同时存在着方向相反的吸引力和排斥力，在某一距离下两种作使劲彼此抵消，结果在两个原子间形成稳固结合的化学键而生成一个分子。键的形成意味着两相连原子系统的

7、能量必需小于两个分离原子的能量，使分子形成更稳固的结构。2-5化学键的类型及组成物质的特点?化学键可分为共价键、离子键和金属键三大类。1.共价键：两个相同或不同元素的原子由于一起拥有（以电子云重叠的方式）部份或全数价电子而形成的化学键所形成的化合物称为共价化合物。当这种共价键物质的固体熔化或液体汽化时，分子内的化学键并未破坏，只需克服组成固体或液体物质的微弱分子间力。因此，这种共价键物质具有较低的熔点和沸点。2.离子键：原子间的彼此作用产生电子转移，形成正负离子，正负离子间库仑力的彼此作用而形成的化学键。离子键往往由金属-非金属元素组成。离子键化合物具有许多一起的物理性质。例如：1）强度高、易

8、碎、熔点高（与金属相较）2）易溶于极性液体如水中，形成导电离子3）所有电子被严格束缚在离子上，因此，离子型固体介质是典型的绝缘体4）离子键固体具有比金属键和共价键固体更低的热导率3.金属键：当许多金属原子堆积成固体时，价电子会离开单一原子而被所有原子共享，成为自由电子，渗入离子间的空间而形成电子气或电子云。电子气负电荷与金属阳离子的彼此吸引作用，大于将价电子移离单一原子所需的能量，因此形成金属键。金属键晶体的特点：导电导热性能好、延展性好。2-6什么是分子间力及其作用？1.由于一个原子中电子散布状态与其它原子核间的静电吸引所致，这确实是所谓的分子间力，又称为范德华力。2.分子间作使劲包括取向力

9、、诱导力和色散力三种。3.分子间力阻碍物质的熔点、沸点、溶解度、表面张力等理化特性。2-7什么是晶体？如何表征晶体结构？1晶体是原子、离子和分子依照必然的周期性在空间排列，在结晶进程中形成具有必然规那么几何外形的固体。2为了更好的观看、描述晶体内部原子排列的方式，可把晶体中按周期重复排列的原子（结构单元）抽象成一个几何点来表示，从晶体结构中抽象出来的几何点的集合称之为晶体点阵，简称晶格。晶格中忽略了周期中所包括的具体结构单元内容，而集中反映周期重复方式，既然晶格具有周期性，只要绘出一个点阵的最小周期单元（一个阵点及相应空间位置）点阵的原胞，即可反映整个晶体的原子排布。因此可简单的将晶体表示为晶

10、体结构=点阵+原胞。2-8举例说明典型离子晶体的结构特点及应用。1.AB型氧化物MgO、CaO、SrO等确实是典型的AB型结构。结构特点：氧离子在立方体的极点和面心得位置，二阶阳离子在各边的中央和立方体的中心。这两组离子互成立方面心结构。阳离子占据着全数氧八面间隙，配位数为6.应用：电子陶瓷2.型氧化物金红石确实是典型的2型氧化物。结构特点：晶胞是四方柱体，而3、不是立方体。能够近似的将2看成是2做六方密堆积，4+八面体间隙的一半，在柱体的极点和体心位置。由六个2形成一个八面体，把4+包围起来。应用：由于这种结构，在电场作用下2将产生很强的离子位移和电子位移极化，从而具有很高的介电常数，因此成

11、为许多陶瓷电容器的大体原料。3.型氧化物23确实是典型的23结构结构特点：氧离子做六方密堆积，3+占据八面体间隙。可是因为在23晶格中Al和O的数量比为2：3，因此只有2/3的八面体间隙被3+占据。应用：紧密结构和极大的离子键强度，使它具有很高的机械强度硬度和稳固性，成为专门好的结构材料。4.型复合化合物（钙钛矿结构），属于这种结构的有3、3、3、3、3等。结构特点：A位一样是稀土或碱土元素离子，B位一样是过渡元素离子，A位和B位皆可被半径相近的其他金属栗子部份取代而维持其晶体结构大体不变。应用:它是研究催化剂表面及催化性能的理想样品，由于这种化合物具有稳固的晶体结构、独特的电磁性能和很高的氧

12、化还原、氢解、异构化、电催化等活性，作为一种新型的功能材料。在环境爱惜和工业催化等领域具有专门大的开发潜力。5.型离子化合物通式24型的离子化合物，又称尖晶石型结构化合物，是离子晶体中的一个大类。A为二价阳离子，如2+、2+、2+、2+、2+、2+、2+等；B为三价阳离子，如3+、3+、3+、3+、3+、3+等。结构中2离子作立方紧密堆积，其中A离子填充在四面体间隙中，B离子在八面体间隙中，即A离子为4配位，而B离子为6配位。尖晶石型化合物结构较稳固，有的可用作高温耐火材料，有的可用作电子陶瓷材料。6.正四面体结构种类繁多的硅酸盐的大体结构确实是硅氧四面体结构特点：在这种四面体内，硅原子占据中

13、心。四个氧原子占据四角，这些四面体，依着不同的配合，形成了各类硅酸盐。用途：它们大多数熔点高，化学性质稳固，是硅酸盐工业的要紧原料。硅酸盐制品和材料普遍应用于各类工业、科学研究及日常生活中。2-9能级是如何产生?因由玻尔的理论进展而来的现代量子物理学以为原子的可能状态是不持续的，此各状态对应能量也是不持续的。这些能量值确实是能级。2-10简述能级的割裂及能带的形成。能级割裂：以氢分子的形成为例。当两个H原子彼此靠近形成份子时，一个原子上的电子与另一个原子上的电子及原子核发生彼此作用，电子系统取得新的能量和波函数。当两H原子的波函数彼此干与时，产生同相交叠和异相交叠，别离形成两个分子轨道。能级割

14、裂为两个。N能带形成：能级割裂的最大宽度，取决于固体中原子间的最小距离，个轨道彼此作用产生的N个割裂能级。当N相当大（1023）时，相邻割裂能级间距离超级小，几乎是持续的额，从而产生能带。2-11简述电子的共有化运动。1.当两个原子相距较远时，能级犹如两个孤立原子被一个高而宽的势垒相隔，电子只在各自的原子内部运动，其能量为分立能级；而当两个原子靠的很近时，原子势场彼此阻碍，势垒宽度减小高度降低原子原先处于较高能级上的电子可能穿透势垒或越过势垒，形成电子的共有化运动。2.通过量子力学证明:由于晶体中电子共有化运动，使每一个原子具有相同的价电子能级割裂成为一系列和原先能级很接近的新能级，这些新能级

15、大体上连成一片而形成能带。2-12从能带理论的角度简述导体、半导体和绝缘体的异同。1.能带的填充与导电性的关系：假设固体由N个原子组成那么每一个能带内有N个能级，依照泡利不相容原理，最多可容纳2N个电子。所有能级全数被电子所填充的能带叫满带，而只有部份能级为电子所填充的叫不满带。在外电场作用下，只有不满带中的电子才具有导电能力，而满带中的电子是不导电的2.导体：除满带外还存在不满带，即导带，导带以下的第一个满带称为价带。导体中的电子易在电场作用下产生迁移运动。表现为电阻率很低，通常在m范围。3.绝缘体：其最低的一系列能带被填满，而其上的能带那么完全为空带，切禁带宽度较宽，大于2eV。固体中的电

16、子不易在电场作用下产生迁移运动，表现为电阻率很高，在m范围。4.半导体：能带结构与绝缘体相同，但禁带宽度较窄，一样小于2eV。固体中的电子易受热激发到空带参加导电，同时产生空穴电流。Ge和Si禁带宽度别离为和，此类介质的电阻率较低，一样在m范围。2-13简述缺点结构及缺点能级。1.通常晶体中老是存在缺点，这些缺点往往来源于结晶的不完整与外来质。缺点结构包括点缺点、线缺点和面缺点。外来杂质缺点那么有替位与填隙两种，他们一样都属于点缺点。2.当晶体中存在缺点时，将在禁带中引入附加能级，称之为缺点能级。缺点能级可分为浅能级和深能级。浅能级是指离导带比较近即电离能比较小的能级，深能级那么是指离导带比较

17、远即电离能比较大的能级。禁带中的浅能级易于释放电荷（电子或空穴）到导带或价带中去，成为导电载流子，故这些浅能级又称为施主或受主能级。而深能级那么不易放出电荷，它们便成为俘获电子或空穴的中心，因此称之为俘获能级或俘获中心，又称之为陷阱能级。2-14计算略2-15计算略第三章电介质材料3-1按分子中正负电荷的散布情形不同，电介质能够分为哪几类？试述各类的大体特点。1.分为a.非极性电介质；b.极性电介质；c.离子型电介质。2.各类类型的大体特点：a.非极性电介质：无外电场作历时，正负电荷中心重合，故其电气性能稳固。b.极性电介质：化学结构不对称，即正负电荷中心不重合，分子具有偶极矩。c.离子型电介

18、质：组成大体单元为离子，故其介电常数大机械强度高。3-2什么事电介质的极化？试说明电介质极化的种类及其机理。在外电场作用下，电介质显现束缚电荷的现象称为电介质的极化。电介质的极化要紧有三种形式:1.电子极化：原子内的电子云和原子核在外电场中发生迁移形成电偶极矩的现象；外电场关闭，原子会返回原先现象。2.取向极化：只显现于极性分子，是有永久电偶极子的取向改变而产生的。3.离子极化：正负离子在外电场作用下发生迁移的现象。3-3试述弹性模量的物理意义。对弹性体施加一个外界作用（称为应力）后，弹性体会发生形状的改变（称为应变），弹性模量的一样概念是：应力除以应变。从宏观角度来讲，弹性模量是衡量物体抗击

19、弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来讲，那么是原子、离子和分子之间键合强度的反映。3-4试述热导率的物理意义。热导率是当温度垂直梯度为1摄氏度/米时，单位时刻内单位水平截面积所传递的热量。热导率是物质导热能力的量度。3-5绝缘材料的耐热品级（温度指数）是什么含义？对电力设备的材料选择有什么意义？电解质的最高许诺工作温度确实是指在此温度下介质的电学力学化学等性能能保证长期正常运行，当超过这一温度，电解质的性能将显著下降。国际上依照绝缘材料的耐热程度，即最高许诺工作温度，划分了绝缘材料的耐热品级。便于电机电器在设计和维修时合理选用材料。3-6绝缘材料老化的含义是什么？绝缘材料在贮存、利用进程中，在

20、热、电、光、氧、潮气和化学药品、各类机械力、高能辐射和微生物等因素长时刻作用下，其性能发生不可逆变的现象称为老化。老化专门着重于长时刻和不可逆。3-7六氟化硫气体什么缘故具有高的耐电强度？6是一种电负性气体。1)当气体中有电负性元素时，分子具有强烈的吸附电子的能力，6分子中含有6个F原子，具有很强的电负性，吸引电子的能力强。2)6分子吸附电子后变成负离子，其质量远大于电子，移动速度慢，在电场中容易与正离子结合而成为中性分子。3)6气体分子的分子量高，体积大，在电离进程中容易与电子发生碰撞，使电子平均自由程减小，且碰撞将电离能量转化为热能消耗，使分子发生碰撞电离的难度增大。因此，6具有高的耐电强

21、度。3-8矿物绝缘油和植物绝缘油的要紧成份别离是什么？矿物绝缘油由饱和的烷烃、环烷烃和芳香烃组成。植物绝缘油的要紧成份是不饱和脂肪酸。3-9聚乙烯交联后，其化学结构和物理性能发生哪些转变？聚乙烯交联后，其化学结构从线型分子变成交联的网状大分子。与聚乙烯相较，交联聚乙烯的耐热性好，工作温度达90，燃烧不滴落，抗蠕变，抗环境应力开裂。3-10写出以下高分子绝缘材料的化学结构式：聚丙烯、聚四氟乙烯、天然橡胶、硅橡胶。（手写）3-11什么缘故玻璃表面的电导比体内大？有什么方法能够降低表面电导？其作用机理如何？玻璃中导电载流子迁移时，受到空余网隙结构的制约，要越太高的势垒。而这些载流子在玻璃表面运动的时

22、候那么不受这种空余网隙的限制，活化能低很多。维持表面清洁。玻璃是一种离子性很强的介质，表面关于强极性的水分子有专门大的亲和作用，当相对湿度大于80%时，玻璃表面附着的水分子数大为增加，表面电导也大为增加，由于高频电流具有集肤效应，故关于高频绝缘玻璃更应保证其表面清洁。3-12玻璃中共存在哪几种类型的极化与损耗？试从质点运动方式、消耗能量、与频率和温度的关系等方面，对各类类型的极化与损耗加以比较。1.电子位移极化：氧离子的电子云相关于原子核的位移和形变引发的。由于正离子半径小，电子云受原子核束缚紧，形变有限。2.离子位移极化：正负离子受外电场作用而引发的弹性位移。这两种极化都不能引发大的损耗，在

23、1010HZ内与频率无关。纯净玻璃要紧损耗源来自电导，室温下电导和电导引发的损耗都很小。但随温度的升高而增大。3-13功能陶瓷的分类、性能和应用有哪些？1.导电陶瓷：导电率远大于一样陶瓷（大于10-2S/cm）。具有专门好的离子选择性，用于制作多种固态离子选择电极，气敏压敏热敏传感器及高纯物质提取装置。有些快离子导体内某些离子的氧化还原着色效应可制作着色电色显示器。具有充放电特性，用于制作电池，库仑计，电阻器，电化学开关，电积分器，经历元件等多种离子器件。2.半导体陶瓷：具有半导体特性的功能陶瓷。电阻率显著受到外界环境转变的阻碍，如温度，光照，电场，湿度等转变的阻碍。多用于制造灵敏元件。3.超

24、导陶瓷：具有超导电性。介电陶瓷：在电场作用下具有极化能力，且能在体内长期成立起电场的功能陶瓷。要紧包括绝缘陶瓷，电容器陶瓷，微波陶瓷等。4.磁性陶瓷：泛称为铁氧体，要紧用于高频技术，如无线电，电视，电子运算机，自动操纵，超声波，微涉及离子加速器等许多方面。3-14什么是纳米材料，纳米材料的特殊效应有哪些？纳米材料是指把组成相或晶粒结构的尺寸操纵在100纳米以下的具有特殊功能的材料。纳米材料的特殊效应:表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、量子隧道效应和库仑堵塞效应。3-15什么事环境友好材料？环境友好材料也称生态环境材料，简称环境材料。是1990年10月在一次关于材料效劳于人类生活、行为的以后状

25、况与环境关系的讨论会上，由日本材料科学家和工程师提出来的。一样来讲，环境友好材料是指材料在整个寿命周期中，同时具有中意的利用性能和优良的环境和谐性，或能够改善环境的材料。第四章半导体材料（略）第五章导电材料5-1材料的导电性能如何表征？什么是导电材料？导电材料如何分类？1.导体的导电性能能够通过体积电阻率和电导率进行表征。体积电阻率是微观水平上阻碍电流流动的气宇。电导率是电阻率的倒数，表征电流通过材料的容易程度。2.导体是指价电子所在能带为半满带，相邻能级距离小的一类材料，在外电场作用下，电子很容易从较低能级跃迁到较高能级，大量的共有化电子很易取得能量，集体定向迁移形成电流。3.导电材料的分类

26、：（1）导电材料按导电机理（电荷载体）可分为电子导电材料、离子导电材料和混合型导电材料。（a）电子导体，以电子载流子为主体的导电；（b）离子导体，以离子载流子为主体的导电；（c）混合型导体，其载流子电子和离子兼而有之。（2）导体材料依照化学成份要紧有以下四类：（a）金属材料：这是要紧的导体材料，电导率在107108S/m之间，经常使用的有银、铜和铝等。（b）合金材料:电导率在105107S/m之间，如黄铜（铜锌），镍铬合金等。（c）无机非金属材料：电导率在105108S/m之间，如石墨在基晶方向为*106S/m。（d）高分子导电材料：导电高分子是指其本身或通过“搀杂”后具有导电性的一类高分子材

27、料。5-2金属材料的电导率（或电阻率）受哪些因素阻碍?电导率依托于以下三个元素：单位体积材料中的载流子数量、每一个载流子上的电荷量和每一个载流子的迁移率。材料微观结构、温度、合金元素和杂质都会通过改变以上三个要素，对金属材料的电导率产生阻碍。5-3试从自由电子能带论角度讨论金属、半导体与固体介质材料的区别。金属：价电子所在能带为半满带，相邻能级距离小，外电场作用下，电子容易从较低能级跃迁到高能级，大量电子很容易取得能量进行共有化运动。半导体：满带与空带之间也存在禁带，但禁带很窄（2eV）固体介质材料：满带与空带之间有一个较宽的禁带（36eV），电子很难从低能级跃迁到高能级上去形成共有化运动。5

28、-4什么是接触电位差和热电势？这一特性能够利用在哪些方面？1.接触电位是指在没有电流的情形下，两种不同物质接触面双侧的电位差，即两种不同的金属彼此接触时产生的电位差。两物体紧密接触，其间距小于25*108cm时，就显现双电层和接触电位差。其数值与两种金属的性质与接触面的温度有关，与接触面的大小和接触时刻的长短无关。2.若是接触点温度不相同，所产生的电位差是温度的函数，即所谓的热电势。热电偶确实是利用热电势来进行侧纹的。5-5固体材料中热导有哪几种方式？金属材料与固体介质材料的热导有何不同？如何提高它们的热导率？1.固体材料的热导要紧有声子热导和自由电子热导两种方式。2.金属材料中既有声子，也有

29、自由电子热导，而固体介质中材料的热导率取决于声子。3.提高热导率的途径：a.提高温度：声子以声速在材料内部运动，温度越高，彼此碰撞越猛烈，因此热导系数随温度升高而增大。b.降低杂质：金属中的杂原子、空穴、晶格缺点都会使热导率降低。5-6材料的塑形与韧性在工程上的意义是什么？塑性：塑性是变形加工的条件，塑性较好的材料才能够进行变形加工，不易脆断，应历时平安性比较好。韧性：韧性好的材料不易在服役进程中发生脆断破坏。5-7经常使用的导电金属要紧有哪些？它们的电导率别离是多少？如何选择利用？经常使用的导电材料有铜及铜合金，铝及铝合金，铁及铁合金。1.铜电导率100%IACS。铜按纯度不同分为一般纯铜和

30、无氧铜两类。一般纯铜用于电线电缆线芯和一样导体零件，无氧铜要紧用于电真空开关、电子管和电子仪器零件、耐高温导体和真空开关触头用。2.铜合金的电导率10-85%IACS。要紧可使机械强度提高，而电导率降低不大，可做各类导电零件。3.铝和铝合金电导率60%IACS。具有含量高，重量轻，比强度高，高的热导率和电导率，耐氧化性好，高反射率，延展性、可塑性好等特点。可用于容器与包装，建筑材料，导电材料，及车辆汽车等。铁的电阻率高，约为铜的五倍，而且化学稳固性低，易氧化，在频率较高时集肤效应明显，因此很少用作导电材料，可是在裸的架空线中，由于要求能经受的机械应力，而铜及铝线强度不够，因此常常以钢作为5-8

31、铜合金要紧有哪些？它们具有如何的特性？黄铜：机械强度高，电导率降低不大。青铜：锡铜合金强度提高，硅青铜强度、硬度、耐侵蚀性提高，铝青铜硬度强度提高。白铜：防侵蚀性好，延展性好。镍铜：调整镍于锌可取得银的外观，用于装饰。5-9铝合金的性能与纯铝相较有何不同？拉伸强度，屈服强度大幅提高。但铝的中间金属化合物一样硬而脆，会对机械性能产生不利阻碍。5-10什么是触头材料？触头材料应具有哪些特性？触头材料是用于开关、继电器、电气连接及电气接插元件等开关电器的核心材料，又称电触头材料或电接触材料。有强电和弱电两大类。1.强电触头要紧用于电力系统和电气装置，要求为低接触电阻、耐电蚀、耐磨损及具有较高的耐电压

32、强度、灭弧能力和必然的机械强度等。2.弱电触头要紧用于仪器仪表、电信和电子装置。具有极好的导电性、极高的化学稳固性、良好的耐磨性及抗电火花烧损性。5-11经常使用的触头材料要紧有哪些？它们各具什么特点？开关电器对触头材料的要求，最重要的是以下几个方面：（(1)良好的导电性和导热性；（2）抗熔焊性；（3）耐电弧烧蚀性；4）大电流分段时不易发生电弧重燃；（5）低截流水平；（6）低的气体含量；（7）化学稳固性；（8）抗环境介质污染。经常使用的触头材料:（1）铜钨系触头材料：具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性和高强等优势。用于在油路断路器和断路器及其他惰性气氛的开关断路器，不易氧化，对分解的阻碍小，触头

33、损耗也小少。（2）银钨系触头材料：普遍用语言自动开关、大容量断路器、塑壳断路器中。具有良好的热、电传导性，耐电弧侵蚀性，金属迁移的熔焊趋势小等优势。其要紧缺点是接触电阻不稳固。（3）铜铬系触头材料：铜铬合金具有良好的导电、导热性，为CuCr触头大的工作电流和开断能力提供了保证。而Cr相对较高的熔点和硬度保证了触头有较好的耐压和抗熔焊性能，Cr的难以产生热电子发射保证了灭弧室在运行进程中的真空度。（4）银镍、银墨触头材料：银镍触头材料具有良好的导电导热性，接触电阻低而稳固，电弧侵蚀小儿均匀。（5）银氧化锡触头材料：银氧化锡触头材料具有耐电磨损、抗熔焊、接触电阻低而稳固的特点，普遍应用于电流从几十

34、安到几千安，电压从几伏到上千伏的多种低压电器中。5-12电碳材料具有什么特性？要紧用于何处？1.电碳材料是以碳和石墨为基体的电工材料。电碳材料优良特性如下：21)具有良好的导电能力，具有专门大的各向异性；）较高的热导率（介于铝和软之间）；3）耐高温，且高温力学性能好，在真空或爱惜气氛中，能在3000左右高温下工作（可作为高温发烧体）。在2500内随温度升高而增大；4）密度小（介于铝和镁之间）；5）与液态金属不浸润；6）化学稳固性好，仅与强氧化剂作用；7）具有自润滑性；8）热发射电流随温度升高而增大。2.电碳材料要紧用于制造电工设备的固定电接触或转动电接触的零部件等电碳制品。如，电机的电刷，电力

35、开关和继电器的石墨触头等。另外，还可用于弧光放电的石墨电极，光谱分析用的碳棒，碳膜及碳电阻，碳和石墨电热元件，干电池碳棒，大型电子管石墨阳极和熔融金属用的电极等。5-13石墨材料什么缘故软而滑？石墨的晶体结构为六方层状结构，同层原子为共价键结合层，层间的结合力为范德华力，由于层间结合弱，受力可滑动，因此石墨材料较软，且具有自润滑性。5-14什么是超导材料？超导体应具有什么特性？概念：材料的电阻随着温度的降低会发生降低，在温度接近绝对零度时，电阻率会趋于一个极低的常数，这一常数称为剩余电阻；某些材料会显现当温度降低到某一程度时电阻突然消失的现象，咱们称之为超导现象。1.当材料处于超导状态时，应具

36、有以下三个特性：（1）完全导电性超导体进入超导态时，其电阻率事实上等于零。例如：室温下将超导体放入磁场中，冷却到低温进入超导状态，去掉外加磁场后，线圈产生感应电流，由。于没有电阻，此电流将永不衰减，即超导体中“持久电流”（2）完全抗磁性不论开始时有无外磁场，只有T，超导体变成超导态后，体内的磁感应强度恒为零，即超导体能把磁力线全数排斥到体外，这种现象为迈斯纳效应。（3）即便在低于临界温度以下，假设进入超导体内的电流强度和周围的次磁场强度超过某一值时，超导的状态被破坏，而成为一般的常导状态，电流和磁场的这种临界值别离成为临界电流和临界磁场。5-15超导材料如何分类？经常使用的超导材料都有哪些？1

37、.超导体能够依据它们在磁场中的磁化特性分为两大类：（1）第一类超导体：只有一个临界磁场，超导态具有迈纳斯效应，表面层的超导电流维持体内完全抗磁性。除Nb、V、Tc之外，其他的超导金属元素都属于这一类。（2）第二类超导体：有两个临界磁场1和2。当外加磁场01时，同第一类，超导体具有迈纳斯效应，体内没有磁感应线穿过。当102时，处于混合态，这时体内有磁感应线穿过，形成许多半径很小的圆柱形正常态，正常态周围是连通的超导圈。整个样品的周界仍有逆磁电流，确实是在混合态也有逆磁性，又没有电阻。外加磁场达到2时，正常态区域扩大，超导区消失，整个金属变成正常态。金属铌属于典型的第二类超导体。第六章磁性材料6-

38、1磁性材料的导磁能力用什么表示？磁性材料的导磁能力用磁导率来表征。磁体置于外磁场中，它的磁场强度发生转变，磁场强度M和磁场H的比值：绝对=B/H=M/H成为磁体的磁化率。它表示单位磁场强度在磁体中所感应的磁化强度，是表征磁体磁化难易程度的一个参量。将B与H的比值概念为绝对磁导率：将B与0H的比值概念为相对磁导率：=B/0H=1+磁导率是表征磁体的导磁率和磁化难易程度的一个磁学物理量。绝对磁导率是有量纲的，其单位是Tm1或H1，磁化率和相对磁导率没有量纲，且均为张量。6-2磁性材料的分类？一样磁性材料依照磁化率的大小和方向可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性和变磁性等六个种类。6-3

39、画出铁磁材料的磁滞曲线。6-4软磁材料的要紧特点是什么？1.软磁材料是指具有高磁导率和低矫顽力的材料。该类磁性材料容易磁化也容易退磁，在交变磁场作用下磁滞回线面积小且磁损耗低，是电工和电子技术的基础材料，普遍的用于电机、变压器、继电器、电感、互感和电磁铁的磁芯等。2.良好的软磁性能要求材料有尽可能低的磁各向异性和磁致伸缩，低的内应力，高的电阻率（降低交变场下的涡流损耗）。6-5软磁材料要紧有哪些？经常使用的软磁材料有纯铁、硅钢、镍铬合金（玻莫合金）、钴铁合金、铁基和钴基非晶态材料、软磁铁氧体、纳米晶铁基合金等。6-6硬磁材料要紧有什么特点？1.永磁材料又称为硬磁材料，是一类通过外增强磁场磁化再

40、去掉外磁场后能长时期保留其较高剩余磁性，并能经受不太强的外加磁场和其它环境因素（如温度和振动等）的干扰的强磁材料。因这种强磁材料能长期保留其剩磁，故称永磁材料，又因其具有高的矫顽力，能经受外加不太强的磁场干扰，故又称为硬磁材料。2.一样来讲，永磁材料具有以下几点大体要求：（1）高的最大磁能积（BH）max。强磁材料的B-H磁滞回线的第二和第四象限部份成为退磁曲线，退磁曲线上每一点的磁通密度和磁场强度的乘积BH成为磁能积，其中（BH）最大者称为最大磁能积，它是永磁材料单位体积存储和可利用的最大磁能密度的量度。（2）高的矫顽力BHc和高的内禀矫顽力iHc。矫顽力BHc是指强磁材料B-H退磁曲线上B

41、=0处的磁场强度，内禀矫顽力iHc那么是指强磁材料M-H退磁曲线上M=0的磁场强度，M为磁化强度。BHc和iHc是永磁材料抗击磁的和非磁的干扰而维持其永磁特性的量度，高矫顽力值能从具有强磁晶各向异性的永磁材料中取得。（3）高的剩余磁通密度Br和高的剩余磁化强度Mr。Br和Mr是永磁材料闭合磁路在通过外加磁场磁化后磁场为零时的磁通密度和磁化强度，它们是开磁路的气隙中能取得的磁场磁通密度的量度。（4）高的稳固性，即对外加干扰磁场和温度、震动等非磁性环境因素转变的稳固性。6-7硬磁材料要紧有哪些？目前依照永磁材料其成份和磁性等特点，可分为金属永磁材料、铁氧体永磁材料、稀土永磁材料。6-8什么是磁致伸

42、缩效应，有何应用？1.磁致伸缩是指在交变磁场的作用下，物体产生于交变磁场频率相同的机械振动；或相反，在拉伸、紧缩力作用下，由于材料的长度发生转变，使材料内部磁通密度相应的发生转变，在线圈中产生感应电流，机械能转换为电能。2.工程中经常使用磁致伸缩材料制成各类超声器件，如超声波发生器、超声接收器、超声探伤器、超声钻头、超声焊机等；回声器件，如声呐、回声探测仪等；机械滤波器、混频器、压力传感器和超声延迟线等。第七章发电设备7-1汽轮发电机转子由哪些部件组成?有何特点？发电机的转子要紧由转子铁芯、励磁绕组、护环和风扇组成。由于发电机转速高，转子收到了离心力专门大，因此转子都呈细长型，且制成隐极式，以

43、便更好地固定励磁绕组。7-2汽轮发电机定子绕组绝缘都包括哪些内容？定子绕组绝缘包括股间绝缘、排间绝缘、换位部件的增强绝缘和线棒的主绝缘。7-3发电机冷却系统的意义安在？目前要紧的冷却介质有哪些？发电机运行时，其内部产生的各类损耗转化为热能，会引发发电机发烧，尤其是大型汽轮发电机，因其结构细长，中部热量不易散发发烧问题显得更为严峻，发电机的发烧部件，主若是定子绕组、定子铁芯、转子绕组和铁芯两头的金属部件，必需通太高效的冷却方法，使这些部件发出的热量及时散发出去，保证发电机各部份温度不超过许诺值。目前大型发电机的冷却介质要紧有空气、氢气、水和油。7-4水轮发电机的布置方式、要紧组成部件有哪些？水轮

44、发电机组的布置方式，按机组轴线方向可分为立轴布置和卧轴布置两类。水轮发电机由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等部件组成。7-5风力发电机按传动形式可分为哪几类？别离有何特点？1）高传动比齿轮箱型：风力发电机组中的齿轮箱的要紧功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其取得相应的转速。发电机的体积小，并能够和电网直接连接，但齿轮箱带来的噪音、故障率高和保护本钱大。2）直接驱动型：应用多级同步风力发电性能够免去风力发电系统中常见的齿轮箱，让风力发电机直接拖动发电机转子运转在低速状态，这就没有了齿轮箱所带来的噪声，故障率高和保护本钱大的问题，提高了运行靠得住性。3）中传动

45、比齿轮箱：是以上两种形式的结合。减小了传统齿轮箱的传动比和多级风力发电机的级数，从而减小了发电机的体积。7-6交流励磁变速恒频双馈发电机组的优缺点有哪些？优势是：许诺发电机在同步速上下30%的转速范围内运行，简化了调整设置，减少了调速时的机械应力，同时使机组操纵加倍灵活、方便，提高了机组的运行效率；需要变频操纵的功率仅是电机额定容量的一部份，使变频装置体积减小，本钱降低，投资减少，而且能够实现有功、无功功率的独立调剂。缺点是：双馈风力发电机必需利用齿轮箱，随着发电机组功率的提高，齿轮箱本钱变得很高，且容易显现故障，需要常常保护，同时齿轮箱也是风力发电系统产生噪声污染的一个要紧因素，在低负荷运行

46、时，效率低，电机转子绕组有集电环、电刷，增加保护和故障率，操纵系统结构复杂。7-7阻碍太阳能电池效率的要紧因素有？1）太阳能电池的理论效率存在极限值。由于只有能量高于半导体带隙的光子才能对太阳能电池作出奉献，而且不论能量多高，每一个光子只能产生一对电子和空穴，这两点将单结太阳能电池的极限效率限制在了44%左右。2）太阳能电池的效率还收到光生载流子符合进程、各类寄生电阻等问题的严峻阻碍。3）太阳能电池的工作条件(太阳光入射强度和温度)对效率也有超级大的阻碍。7-8依照材料的不同，太阳能电池有哪几种分类?各有什么优缺点？1.体电池21）单晶硅：具有统一的晶相结构；）多晶硅：由于有晶界存在，晶相不一

47、致，表面减反射成效差，缺点较多，电池效率比单晶硅效率低，但多晶硅材料适合批量制造，本钱低于单晶硅。2.薄膜太阳能材料1）硅系薄膜太阳能材料：非晶硅具有较高的光吸收系数，能够薄膜化，非晶硅的禁带宽度比晶硅大，开路电压高，高温性和光响应性能好，要紧原料硅烷，资源丰硕。缺点是光电转换效率低，光致衰减现象超级严峻。2）化合物薄膜太阳能电池：化合物半导体的禁带宽度在范围内可调，与太阳谱匹配较好，对光吸收系数大，对温度不灵敏，弱光特性好，可在较高温度下利用，无光电衰退效应。3）有机薄膜太阳能电池：具有正温度系数，利用寿命可达15-20年，结构简单，本钱低，易于大规模工业化生产。缺点是需要用到电解液。7-9

48、简单论述太阳能发电系统的组成及其各部份的功能。1）太阳能电池组件及电缆、汇流箱：将各电池组件串接、避免逆流元件彼此并联连接，同时配备旁路元件和接线箱等附件。2）操纵器：操纵整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电爱惜，过放电爱惜的作用，同时兼具最大功率点跟踪，温度补偿的功能。3）蓄电池：贮存电能，直接并网系统可不采纳蓄电池。4）逆变器：直流变成交流及调压。5）其他：监控与通信、雷电爱惜等辅助设备。7-10请描述燃料电池和原电池的异同点。原电池是用于贮存电能的化学装置，充电时电能转换成化学能，放电时将化学能转换成电能，并非直接产生电，而且一充一放，电能利用效率低。而燃料电池只要通入燃料气和氧化气

49、，电化学反映就能够够一直持续产生电，是一种发电装置。7-11试分析火力、水利、核能、燃料电池发电模式的优缺点。火力优势：技术成熟、本钱较低、常规化化石燃料容易取得；缺点：耗能大、效率低、污染大、运输压力大。水力优势：无污染，可再生；缺点：受季节和气候因素阻碍大，对生态环境造成必然破坏。核能优势：不产生温室气体，燃料运输压力小；缺点：放射性，退役处置处置难度大，建设本钱高。燃料电池优势：能源转换效率高，清洁环保，靠得住性和操作性好，噪声低，燃料普遍，占地面积小，建厂灵活。缺点：造价偏高，治理复杂。7-12依照燃料电池的发电原理，试设计几种在日常生活中的应用实例。燃料电池能够用作移动电源安放在车辆

50、、船舶上；燃料电池能够用于电镀。，7-13作为燃料电池的结构材料（阳极、电解质、阴极）请试探阻碍其性能的关键部件，并分析缘故。电极材料：良好的电子导体，又具有电催化活性，以便实现快速的电荷互换；化学活性稳固，不与其他材料发生反映；多孔结构，维持必然的孔隙率便于气体扩散；廉价且具有必然的如循环特性。电解质：为致密层，隔间阴、阳极气体；具有较高的离子电导率；具有极低的电子电导率；具有必然的热稳固性；易于加工，经济可行。7-14若是已经构建了一套开路电压为，最大电流为10A的单体燃料电池，请依照要求搭建一个4400W，110V的燃料电池堆，并画出模拟电路图。7-16请试探燃料电池未能普遍应用的要紧缘

51、故。1.燃料电池造价偏高；2.反映/启动性能低；3.碳氢燃料无法直接利用；4.氢气存储技术；5.氢燃料基础建设不足。第八章变电设备8-1电力变压器的要紧组成部份是什么？各部份的作用？电力变压器要紧由铁芯、绕组、油箱、绝缘套管和调压装置等部件组成。铁芯：变压器的磁路部份，又是你变压器器身的骨架，由铁芯柱、铁扼和夹紧装置组成。绕组：变压器的电路部份，由包有绝缘的圆形或矩形的铜导线或铝导线绕制成的线圈和绝缘件组成。油箱：变压器的盛油容器和支持部件，变压器器身浸放在油箱内。绝缘套管：不单单作为高低压引线对地的绝缘，而且还起着固定引线的作用。调压装置：又叫分接开关，是采纳倒换高压绕组的分接头，改变高压绕

52、组的匝数方式进行分级调压的装置。分有载调压和无载调压两种；变压器的结构还有储油柜、平安气道、呼吸器、散热器片、净油器及测温装置等。8-2变压器型号SFPSZ8-63000/220代表的含义是什么？表示第八次改型设计三相三绕组、强迫油循环、风冷、铜绕组、有载调压、额定容量为63000KV*A，高压侧为220Kv品级。8-3什么是变压器的相电压比？它与变压器的匝数有什么关系？相电压比与变压器的额定电压比有什么不同？是一次、二次绕组的电压比U1/U2=N1/N2=K由于一次、二次绕组的接法不同，额定电压与相电压存在比例关系。8-4电压互感器的作用是什么？二次测什么缘故不准短路？在高压系统中，不能直接

53、装电压表测量高电压，而采纳电压互感器把高电压依照必然比例变成低压，间接测量高电压。如此能使高低压隔离，既能保证人身的设备的平安，又能使电压表的量程扩大，知足统一监测监控回路系统电压的需要。若是电压互感器二次侧短路，那么二次侧电流专门大，极容易烧坏电压互感器，因此电压互感器二次侧不许诺短路。8-5电流互感器的作用是什么？二次侧什么缘故不许诺开路？在高压系统中，不能直接装电流表测电流，而必需采纳电流互感器将电流按必然比例变小，如此使测量人员和仪表与高电压隔离，既能保证平安，又能使仪表导线截面变小，可制造轻便、经济的仪器仪表，而且量程经电流互感器的变换可扩大范围，使电流表和其他仪器的额定电流标准化。

54、当电流互感器二次侧开路时，二次电流等于零，副边磁化力也等于零，一次电流全数变成了激磁电流。如此在二次线圈中产生很高的电压，峰值可达几千伏，要挟人身平安的仪表平安，使电流互感器的铁芯过热，绝缘损坏而烧毁，因此电流互感器二次侧不许诺开路。8-6什么是电压互感器的准确度级？我国电压互感器的准确度级有哪些？各适用于什么场合？电压互感器的准确级用来描述必然工况下的误差许诺值。测量用电压互感器的准确级用在规定的一次电压、二次负荷和功率因数下的最大许诺百分误差来标称，标准准确级分为,1,3五级。爱惜用电压互感器的准确级用5%额定电压到与额定电压因数K相对应的电压范围内最大电压误差的百分数来标称，标准准确级有

55、3P和6P。8-7什么叫消弧线圈，它在系统中起什么作用？消弧线圈又称消弧电抗器，是一个带空气间隙铁芯的电感线圈，线圈有多个抽头，能够通过改变抽头接线和铁芯气隙改变电感量。接于三相变压器的中性点与地之间，用以在系统发生单相接地故障时提供电感性电流，以抵消流过接地址的电容性电流，也使得故障相接地电弧两头的恢复电压速度降低，达到熄灭电弧的目的。当消弧线圈正确调谐时，还能够有效的减少产生弧光接地过电压的概率，有效的抑制过电压的幅值，同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压等。8-8并联电抗器和串联电抗器各有什么作用？线路并联电抗器能够补偿线路的容性充电电流，限制系统电压升高和操作过电压的产

56、生，保证线路靠得住运行。母线串联电抗器能够限制短路电流，维持母线有较高的残压。而电容器组串联电抗器能够限制高次谐波，降低电抗。8-9中性点经消弧线圈接地的系统正常运行时，消弧线圈是不是带有电压？消弧线圈的结构是一个铁芯带有气隙的可调电感线圈一样为单相式。消弧线圈接在系统中性点和地之间，正常情形下中性点电压为零，线圈中没有电流。当线路发生单相接地故障时，中性点电位升高，而且和故障相电压相位相反，通过消弧线圈感抗后，在线圈中会产生感性电流，该电流流经故障点，并与故障点的容性电流方向相反。被选择适合容量的消弧线圈时，线圈中的感性电流和非故障相的容性电流正好抵消，从而有利于接地电弧的熄灭。8-10电力

57、电容器在电力系统中的作用是什么？电力电容器在电力系统中的要紧作用是向电力系统提供无功功率，提高功率因数，减少输电线路输送电流，减少线路能量损耗和压降，改善电能质量。8-11应用于电力系统的电容器要紧有哪几类？有什么作用？1.并联电容器：发出无功功率，提高功率因数。2.串联电容器：补偿线路的散布性电感阻抗，提高系统的静动稳固性，增大输电能力。3.滤波电容器：滤除谐波4.电热电容器：改善中频的功率因数或改善回路特性。5.脉冲电容器：直流线路上要紧做整流滤涉及倍压等用途，可称为直流电容器。在脉冲线路上要紧用其储能的充放电特性，可称为储能电容器。6.标准电容器：用于高压测量回路中。7.耦合电容器：要紧

58、接在工频高压输电线上做高频通信及组成电容分压器之用。8.均压电容器：要紧用作高压断路器间的附件，并联在断路器的断口上作均压之用。8-12电容器对电介质材料有什么阻碍？1）为了达到高比容量的目的，应采纳介电常数尽可能高的材料；2）为了保证电容器具有纯容抗，即幸免因极化进程造成能量损耗，致使产生热量，要求具有尽可能低的损耗角正切值，专门要求在高工频率或脉冲条件利历时。3）电容器电介质还应具有高的绝缘电阻值，并保证电阻值在不同频率与温度条件下尽可能稳固，幸免因为杂志的分接和材料的老化引发绝缘电阻值的下降。4）要求电介质具有高的击穿电场强度。5）不污染环境，而且工艺好，与其他材料的相容性好，并对人体无

59、害或大体无害。8-13简述晶闸管正常工作时的特性。1）当晶闸管经受反向电压的时候，不管门极是不是有触发电流，晶闸管都可不能导通。2）当晶闸管经受正向电压时，仅在门极有触发电流的情形下晶闸管才能开通。3）晶闸管一旦导通，门极就失去操纵作用，不论门极触发电流是不是存在，晶闸管都维持导通。假设要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值下。8-14画出3相桥式整流的结构图与触发角为60时直流侧与晶闸管上经受的电压波形？见电力电子书。8-15逆变颠覆的缘故有哪些？逆变时，一旦换相失败，外接直流电源会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动

60、势变成顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成专门大短路电流。逆变失败的缘故：1.触发电路工作不靠得住，不能适时、准确地给各晶闸管分派脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。2.晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。3.交流电源缺相或突然消失。4.换相的裕量角不足，引发换相失败。8-16简述无功补偿的原那么无功补偿分为集中补偿、分散补偿和随机随器补偿。应该遵循全面计划、合理布局、分级补偿、当场平稳的原那么；集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主的原那么。8-17无功补偿有哪些方式，各有什么特点？1.并联电容