Методические указания к лабораторным работам по курсу «электротехнические материалы» для студентов ІІ курса дневной и заочной форм обучения специальностей 090. 603, 090. 605, 0922. 02 (стр. 4 из 9)
При ламинарном течении среды вязкость проявляется в том, что при сдвиге соседних слоев среды относительно друг друга возникает сила противодействия – напряжение сдвига, которое для обычных сред пропорционально скорости относительного сдвига слоев.
Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом динамической вязкости, или динамической вязкостью. Измеряют динамическую вязкость в паскаль-секундах.
Паскаль-секунда (Па×с) – это динамическая вязкость среды, при ламинарном течении которой в слоях, находящихся на расстоянии 1 м, в направлении, перпендикулярном течению, под действием давления сдвига 1 Па возникает разность скоростей течения 1 м/с. В практике испытаний применяется и другая единица вязкости – пуаз (П); 1 П = 0,1 Па×с.
Измерение динамической вязкости производится на основе закона Стокса или закона Пуазейля.
Кроме динамической вязкости используется также кинематическая и условная вязкость.
Кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости жидкости h (Па×с) к ее плотности r (кг/м3):
(3.1)На практике кинематическую вязкость иногда измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт).
1 Ст = 10-4 м2/с;
1 сСт = 10-2 Ст.
Кинематическая вязкость воды при 20 °С примерно равна 1 сСт. При этой температуре динамическая вязкость воды составляет 0,001 Па×с.
Вязкость условная (ВУ) – характеристика, получаемая при определенной методике испытания. Она связана с динамической и кинематической вязкостью эмпирическими соотношениями.
Условная вязкость, измеряемая в градусах Энглера (°Е), представляет собой отношение времени истечения 200 мл электроизоляционной жидкости при заданной температуре к времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20 °С.
Время истечения 200 мл воды при 20 °С называется постоянной прибора. Она равна 50-52 с.
, (3.2)где t - время истечения 200 мл исследуемой жидкости при заданной температуре, с;
tпр - постоянная прибора; для прибора, используемого в данной лабораторной работе tпр=50 с.
От условной вязкости к кинематической можно перейти, используя график (рис. 3.1). При n>50 сСт переход от одной системы к другой производится по формуле
ВУ = 0,135 n.
Для измерения вязкости используются специальные приборы – вискозиметры. По своему устройству вискозиметры делятся на капилярные, ротационные и ультразвуковые.
Рис. 3.1. График перехода от условной вязкости к кинематической вязкости
3.3.Приборы и оборудование
В качестве жидкого диэлектрика в лабораторной работе используются трансформаторные масла, широко применяемы в электротехнической промышленности. Масла, используемые в трансформаторах, выполняют следующие функции: повышают электроизолирующие свойства твердой изоляции обмоточных проводов, а также способствуют отводу тепла от обмоток и магнитопровода к охлаждаемым стенкам бака. В масляных выключателях масло обеспечивает гашение электрической дуги и уменьшает трение в механических узлах выключателя.
Для определения условной вязкости трансформаторного масла используется универсальный вискозиметр Энглера (рис.3.2)
Рис. 3.2. Универсальный вискозиметр
Жидкий диэлектрик заливается в латунный стакан 10, который находится внутри латунного сосуда 12, служащего водяной или масляной баней. В крышке 8 сосуда 10 имеется два отверстия: отверстие 6 для термометра и отверстие 7 для деревянного или фибрового конусного стержня 4. Стержень 4 своим острием закрывает вход вертикального отверстия 3 – цилиндрического канала длиной 20 мм и диаметром 2,8 мм. Под отверстие 3 подставляется мерная колба 1, имеющая отметку, соответствующую объему 200 мл.
Внутри сосуда 10 имеются три указателя 11, верхние концы которых должны одновременно касаться уровня залитой в сосуд жидкости. Это дает возможность проверить горизонтальность установки прибора. Регулировку горизонтальности прибора осуществляют при помощи двух установочных винтов 14 штатива 13.
Жидкость в сосуде 12 подогревают при помощи электронагревателя 2 и перемешивают мешалкой 9. Контроль за температурой бани осуществляется с помощью термометра 5, укрепленного в зажиме.
Для определения вязкости можно использовать и более простой по конструкции вискозиметр ВЗ-4, позволяющий определить вязкость жидкого диэлектрика, не подогревая его. Вискозиметр ВЗ-4 (рис. 3.3) состоит из сосуда 1, в конусном дне которого имеется сточное отверстие Æ4 мм, закрываемое стержнем 2. Сосуд 1 укреплен на штативе 5 с помощью держателя 3. Вискозиметр вмещает 100 мл испытуемой жидкости, вязкость которой определяется временем истечения этого количества жидкости из сосуда 1.
Рис. 3.3 Вискозиметр ВЗ-4
3.4.Порядок выполнения работы
1.Снять крышку 8 (рис. 3.2) сосуда 10 и закрыть вертикальное отверстие 3 стержнем 4.
2.В сосуд 10 залить испытуемый диэлектрик до касания с тремя верхними концами указателей уровня 11. При необходимости отрегулировать горизонтальность установки прибора установочными винтами 14 штатива 13.
3.Закрыть сосуд 10 крышкой 8 и установить термометр в отверстие 6.
4.Залить в сосуд 12 необходимое количество воды и установить термометр 5.
5.Включить электронагреватель 2 и нагреть воду в сосуде 12 до заданной температуры.
6.Выключить электронагреватель и, перемешивая воду мешал
кой 9, выдержать при достигнутой температуре жидкость в течение 5 мин. При этом температура воды в сосуде 12 не должна превышать температуру диэлектрика более чем на 1 °С.
7.Записать температуру диэлектрика Т в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Результаты экспериментальных исследований
| Наименование диэлектрика | Температура диэлектрика Т, °С | Время истечения t, c | ВУ, °Е | n, сСт |
8.Вынуть стержень 4 и одновременно пустить в ход секундомер. В тот момент, когда уровень диэлектрика дойдет до отметки 200 мл на мерной колбе, секундомер остановить.
9.Записать время истечения диэлектрика t в табл. 3.1.
10.Повторить опыт, описанный в пп. 2-9, и определить время истечения 200 мл исследуемого диэлектрика при температурах, указанных преподавателем. Результаты измерений занести в табл. 3.1.
11.Определить условную вязкость в градусах Энглера исследуемого диэлектрика. Результаты расчета занести в табл. 3.1
12.Определить кинематическую вязкость жидкости n в зависимости от величины условной вязкости и записать ее величину в табл. 3.1.
13.Построить график зависимости условной вязкости исследуемого диэлектрика от температуры: ВУ=f(T).
14.Определить динамическую вязкость исследуемого диэлектрика при температуре 20 °С, используя формулу (3.1).
15.Составить отчет о работе, который должен содержать формулировку цели работы, рисунок вискозиметра, заполненную табл. 3.1, график зависимости ВУ=f(T), выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.Виды вязкости жидкостей.
2.Перечислите приборы, с помощью которых определяется вязкость жидких диэлектриков.
3.Дайте определение динамической вязкости.
4.Дайте определение кинематической вязкости.
5.Дайте определение условной вязкости.
6.Объясните влияние температуры на вязкость жидких диэлектриков.
7.Опишите конструкцию универсального вискозиметра Энглера.
8.Дайте определение понятия «постоянная прибора».
9.Опишите методику измерения условной вязкости с помощью вискозиметра Энглера.
10.Объясните назначение трансформаторных масел
Л и т е р а т у р а : [1, с. 78-80].
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1. Цель работы
Изучить методику определения основных характеристик магнитных материалов и провести исследования процессов намагничивания и перемагничивания ферромагнетиков в переменном магнитном поле.
4.2.Общие положения
Следует знать, что основная причина магнитных свойств вещества – внутренние скрытые формы движения электрических зарядов, представляющие собой элементарные круговые токи, обладающие магнитными моментами. Такими токами являются электронные спины и орбитальное вращение электронов в атомах.
Особые свойства ферромагнетиков обусловлены их доменным строением. Домены представляют собой макроскопические области, намагниченные практически до насыщения даже в отсутствии внешнего магнитного поля.
Основные характеристики, определяющие поведение ферромагнитных материалов в магнитном поле: основная кривая намагничивания, максимальное значение индукции Bm, остаточная индукция Br, коэрцитивная сила Нс, удельные потери, магнитная проницаемость
и ее зависимость от напряженности магнитного поля и температуры.Зависимость магнитной индукции предварительно размагниченного ферромагнетика от напряженности магнитного поля, полученную при монотонном увеличении напряженности, называют начальной кривой намагничивания.
При циклическом перемагничивании изменение состояния ферромагнетика характеризуется явлением гистерезиса, при котором наблюдается отставание индукции от напряженности поля. Изменяя амплитудное значение напряженности внешнего поля, можно получить семейство петлей гистерезиса. Петлю гистерезиса, полученную при индукции насыщений, называют предельной. При дальнейшем увеличении напряженности поля площадь гистерезисной петли остается неизменной. Совокупность вершин петель гистерезиса образуют основную кривую намагничивания ферромагнетика.