Lektion "Halbleiter. Halbleiterbauelemente". Ungefähre Übersicht über den Unterrichtsplan der ersten Lektion zum Thema Halbleitermaterialien

Arbeitsplan Unterrichtsplan.

Klasse 9

Thema des Abschnitts: Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik. (3 Stunden)
Lektionsthema Nummer 27: Halbleiterbauelemente.

Zweck: Führen Sie Halbleiterbauelemente ein.

Während des Unterrichts:
1. Organisationsteil 3 min.
a) Grüße.
b) Identifizierung der Abwesenden.
c) Wiederholung des übergebenen Materials.
d) Ankündigung des Unterrichtsthemas. Aufzeichnen des Unterrichtsthemas in Notizbüchern.
e) Vermittlung der Ziele und des Unterrichtsplans an die Schüler.

2. Wiederholung des übergebenen Materials -7 min.

Was sind die Hauptarten der elektrischen Arbeit?

Was sind leitfähige Materialien?

Anwendung leitfähiger Materialien?

3. Neues Material lernen 10 min.

Halbleiterbauelemente Es werden Bauelemente genannt, deren Wirkung auf der Nutzung der Eigenschaften von Halbleitermaterialien beruht

Halbleiterbauelemente umfassen :

-Integrierte Schaltkreise (Mikroschaltungen)

Halbleiterdioden (einschließlich Varicaps, Zenerdioden, Schottky-Dioden),

Thyristoren, Photothyristoren,

Transistoren,

Ladungsgekoppelte Geräte,

Halbleitermikrowellengeräte (Gunn-Dioden, Lawinen-Transit-Dioden),

Optoelektronische Bauelemente (Fotowiderstände, Fotodioden, Solarzellen, Kernstrahlungsdetektoren, LEDs, Halbleiterlaser, Elektrolumineszenzemitter),

Thermistoren, Hallsensoren.

Die Haupt Materialien zur Herstellung von Halbleiterbauelementen sind Silizium (Si) -, Siliziumkarbid (SiC) -, Gallium- und Indiumverbindungen.

Elektrische Leitfähigkeit Halbleiter hängen vom Vorhandensein von Verunreinigungen und äußeren Energieeinflüssen (Temperatur, Strahlung, Druck usw.) ab. Der Stromfluss wird durch zwei Arten von Ladungsträgern verursacht - Elektronen und Löcher. Je nach chemischer Zusammensetzung wird zwischen reinen und verunreinigten Halbleitern unterschieden.

Halbleiter

4. Praktische Arbeit 18 min.
Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, den Widerstand zwischen den Emitter- und Kollektorleitungen mit einem Ohmmeter zu messen, wenn die Basis mit dem Kollektor und die Basis mit dem Emitter verbunden wird. Dadurch wird die Kollektorstromversorgung vom Stromkreis getrennt. Bei einem funktionierenden Transistor zeigt das Ohmmeter im ersten Fall einen niedrigen Widerstand, im zweiten Fall - in der Größenordnung von mehreren hunderttausend oder zehntausend Ohm.

Halbleiter diode - ein Halbleiterbauelement mit einem elektrischen Übergang und zwei Leitungen (Elektroden). Im Gegensatz zu anderen Diodentypen basiert das Funktionsprinzip einer Halbleiterdiode auf dem Phänomen des pn-Übergangs.

Testen von Halbleiterdioden

Beim Testen von Dioden mit AMM sollten die unteren Grenzwerte verwendet werden. Bei der Überprüfung einer Arbeitsdiode beträgt der Widerstand in Vorwärtsrichtung mehrere hundert Ohm in entgegengesetzter Richtung - unendlich hoher Widerstand. Im Falle einer Diodenstörung zeigt das AMM in beiden Richtungen einen Widerstand nahe 0 oder eine Lücke im Falle eines Diodenausfalls. Der Widerstand von Übergängen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung für Germanium- und Siliziumdioden ist unterschiedlich.

5. Zusammenfassung der Lektion 2 min.
6. Reinigung der Arbeitsplätze 5 min.

Physikalische Eigenschaften von Halbleitern Halbleiter sind Materialien, die hinsichtlich ihrer spezifischen Leitfähigkeit einen Zwischenplatz zwischen Leitern und Dielektrika einnehmen. Die Haupteigenschaft dieser Materialien ist die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit mit zunehmender Temperatur. Sie leiten elektrischen Strom gut. Dazu gehören Metalle, Elektrolyte, Plasma ... Die am häufigsten verwendeten Leiter sind Au, Ag, Cu, Al, Fe ... Sie leiten elektrischen Strom gut. Dazu gehören Metalle, Elektrolyte, Plasma ... Die am häufigsten verwendeten Leiter sind Au, Ag, Cu, Al, Fe ... Leiten praktisch keinen elektrischen Strom Dazu gehören Kunststoffe, Gummi, Glas, Porzellan, trockenes Holz, Papier ... Leiten Sie praktisch keinen elektrischen Strom Dazu gehören Kunststoffe, Gummi, Glas, Porzellan, trockenes Holz, Papier ... Besetzen Sie die Zwischenleitfähigkeit Position zwischen Leitern und Dielektrika Si, Ge, Se, In, As Nehmen Sie eine Zwischenposition in der Leitfähigkeit zwischen Leitern und Dielektrika Si, Ge, Se, In, As ein

Physikalische Eigenschaften von Halbleitern R (Ohm) t (0 C) R0R0 Metallhalbleiter Die Leitfähigkeit von Halbleitern hängt von der Temperatur ab. Im Gegensatz zu Leitern, deren Widerstand mit zunehmender Temperatur zunimmt, nimmt der Widerstand von Halbleitern beim Erhitzen ab. In der Nähe des absoluten Nullpunkts haben Halbleiter die Eigenschaften von Dielektrika.

Elektrischer Strom in Halbleitern Halbleiter sind Substanzen, deren spezifischer Widerstand mit zunehmender Temperatur abnimmt. Zu den Halbleitern gehören Silizium, Germanium, Selen usw. Die Bindung zwischen Atomen ist elektronenpaarig oder kovalent. Bei niedrigen Temperaturen werden Bindungen nicht aufgebrochen

Eigenleitfähigkeit von Halbleitern Unter normalen Bedingungen (niedrige Temperaturen) befinden sich keine frei geladenen Teilchen in Halbleitern, so dass der Halbleiter keinen elektrischen Strom leitet. Si

"Loch" Beim Erhitzen steigt die kinetische Energie der Elektronen und die schnellsten verlassen ihre Umlaufbahn. Während des Aufbrechens der Bindung zwischen dem Elektron und dem Kern erscheint ein freier Raum in der Elektronenhülle des Atoms. Zu diesem Zeitpunkt wird eine bedingte positive Ladung gebildet, die als "Loch" bezeichnet wird. Si Loch + + freies Elektron

Verunreinigungsleitfähigkeit von Halbleitern Die dosierte Einführung von Verunreinigungen in einen reinen Leiter ermöglicht eine gezielte Änderung seiner Leitfähigkeit. Um die Leitfähigkeit zu erhöhen, werden daher Verunreinigungen in reine Halbleiter eingeführt, bei denen es sich um Donor- und Akzeptor-Verunreinigungen handelt. Akzeptor Donor-p-Halbleiter P-Halbleiter n-Halbleiter n-Halbleiter

Lochhalbleiter (p-Typ) In + Si Der Begriff "p-Typ" kommt vom Wort "positiv", was die positive Ladung der Hauptträger bedeutet. Dieser Halbleitertyp ist zusätzlich zur Verunreinigungsbasis durch die Leitfähigkeit vom p-Typ gekennzeichnet. Eine kleine Menge von Atomen eines dreiwertigen Elements (zum Beispiel Indium) wird zu einem vierwertigen Halbleiter (zum Beispiel Silizium) gegeben. Jedes Verunreinigungsatom bildet eine kovalente Bindung mit drei benachbarten Siliciumatomen. Um eine Bindung mit dem vierten Siliziumatom herzustellen, hat das Indiumatom kein Valenzelektron, so dass es ein Valenzelektron aus der kovalenten Bindung zwischen benachbarten Siliziumatomen einfängt und zu einem negativ geladenen Ion wird, wodurch ein Loch gebildet wird. Die in diesem Fall zugesetzten Verunreinigungen werden als Akzeptorverunreinigungen bezeichnet.

Elektronische Halbleiter (n-Typ) als Si Der Begriff "n-Typ" kommt vom Wort "negativ", was die negative Ladung der Hauptträger bedeutet. Dieser Halbleitertyp ist verunreinigt. In einem vierwertigen Halbleiter (zum Beispiel Silizium) wird eine Verunreinigung eines fünfwertigen Halbleiters (zum Beispiel Arsen) hinzugefügt. Im Verlauf der Wechselwirkung geht jedes Verunreinigungsatom eine kovalente Bindung mit Siliciumatomen ein. Für das fünfte Elektron des Arsenatoms gibt es jedoch keinen Platz in gesättigten Valenzbindungen und es geht zur fernen Elektronenhülle über. Dort wird weniger Energie benötigt, um ein Elektron von einem Atom zu lösen. Das Elektron bricht ab und wird frei. In diesem Fall erfolgt die Ladungsübertragung durch ein Elektron, nicht durch ein Loch, dh dieser Halbleitertyp leitet einen elektrischen Strom wie Metalle. Verunreinigungen, die Halbleitern zugesetzt werden und dadurch in n-Halbleiter umgewandelt werden, werden als Donor bezeichnet.

Donorverunreinigungen sind Verunreinigungen, die ein zusätzliches Valenzelektron abgeben. Halbleiter mit Donorverunreinigungen weisen eine elektronische Leitfähigkeit auf und werden als Halbleiter vom n-Typ bezeichnet. Akzeptorverunreinigungen sind Verunreinigungen, denen Elektronen fehlen, um eine vollständige kovalente Bindung mit benachbarten Atomen zu bilden. Halbleiter mit Akzeptorverunreinigungen weisen eine Lochleitfähigkeit auf und werden als p-Halbleiter bezeichnet.

Eigenleitfähigkeit von Halbleitern Ein Valenzelektron eines benachbarten Atoms, das von einem Loch angezogen wird, kann in dieses springen (rekombinieren). In diesem Fall wird an seiner früheren Stelle ein neues "Loch" gebildet, das sich dann ähnlich entlang des Kristalls bewegen kann.

Eigenleitfähigkeit von Halbleitern Wenn die Stärke des elektrischen Feldes in der Probe Null ist, ist die Bewegung der freigesetzten Elektronen und "Löcher" zufällig und erzeugt daher keinen elektrischen Strom. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes beginnen Elektronen und Löcher eine geordnete (Gegen-) Bewegung und bilden einen elektrischen Strom. Die Leitfähigkeit unter diesen Bedingungen wird als intrinsische Leitfähigkeit von Halbleitern bezeichnet. In diesem Fall erzeugt die Bewegung von Elektronen eine elektronische Leitung, und die Bewegung von Löchern erzeugt eine Lochleitung.

Diode Eine Halbleiterdiode ist ein Halbleiterbauelement mit einem elektrischen Übergang und zwei Leitungen (Elektroden). Im Gegensatz zu anderen Diodentypen basiert das Funktionsprinzip einer Halbleiterdiode auf dem Phänomen des pn-Übergangs. Die Diode wurde erstmals 1904 von John Flemming erfunden.

Arten und Anwendungen von Dioden Dioden werden verwendet in: Umwandlung von Wechselstrom in permanente Erkennung elektrischer Signale Schutz verschiedener Geräte vor falschem Polaritätsschalten Hochfrequenzsignale zur Stabilisierung der Strom- und Spannungsübertragung und des Signalempfangs Transistor Ein elektronisches Gerät aus Halbleitermaterial, üblicherweise mit drei Anschlüssen, mit dem Eingangssignale gesteuert werden können Strom in einem Stromkreis. Wird normalerweise zum Verstärken, Erzeugen und Umwandeln elektrischer Signale verwendet. 1947 leisteten William Shockley, John Bardeen und Walter Brattain von Bell Labs Pionierarbeit für einen funktionierenden Bipolartransistor.

Shpak S.I. Physiklehrer, KGB POE "KMT", Wladiwostok

UNTERRICHTSPLAN

Lektion Nummer 39-40

Abschnitt: Elektrischer Strom in verschiedenen Umgebungen.

Unterrichtsthema: Elektrischer Strom in Halbleitern. Halbleiterbauelemente.

Zweck:

Geben Sie das Konzept der Elektronenlochleitfähigkeit von Halbleitern an. Erläutern Sie die Leitungsarten. Berücksichtigen Sie die Vorrichtung und das Funktionsprinzip von Halbleiterbauelementen und deren Anwendung.

Entwickeln Sie einen polytechnischen Ausblick.

Interessieren Sie sich für das Thema.

Ausrüstung:

Notizbuch;

Interaktives Board;

CRC für den Verlag "Elektrischer Strom in Metallen" im ProgrammMacromediaBlitz;

CRC für Verlag "Semiconductors" im ProgrammMacromediaBlitz;

Handout: Periodensystem;

Mini-Stand "Halbleiterbauelemente".

Literatur:

Myakishev G.Ya., Bukhovtsev BB, "Physik 10" Moskau, "Bildung", 2010.

Shakhmaev M.N., Shakhmaev S.M. "Physik 10" Moskau, "Bildung", 2007

Zusatzmaterial "Halbleiterbauelemente: Bauelement, Funktionsprinzip, Anwendung".

Während des Unterrichts:

ich Organisatorischer Teil

II Wiederholung

Fragen zur Wiederholung des Themas "Elektrischer Strom in Metallen":

Was sind die Hauptladungsträger in Metallen? Was ist die Leitfähigkeit von Metallen.

Um bei ID die Experimente zu erzählen und zu demonstrieren, die die Existenz freier Elektronen in Metallen bestätigen (CRC für ID "Elektrischer Strom in Metallen").

Lösen Sie das Problem der Berechnung der Abhängigkeit des Metallwiderstands von der Temperatur (vor Ort):

Aluminiumdraht bei 0 0 C hat einen Widerstand von 4,25 Ohm. Was ist sein Widerstand bei 20 0 C? (Antwort: 12,29 Ohm)

III ... Neues Material:

1. Halbleiter.

In einem Notizbuch arbeiten:

Definition: Halbleiter sind Substanzen, deren spezifischer Widerstand abhängt von:

Von der Temperatur

Aus dem Vorhandensein von Verunreinigungen,

Von Änderungen in der Beleuchtung.

2. Der Mechanismus der Halbleiterleitung

Folie "Halbleiter":

Im Normalzustand sind Elektronenbindungen in Halbleitern stark und daher gibt es keine freien Ladungsträger. Mit steigender Temperatur werden die Elektronenbindungen aufgebrochen und die Elektronen werden frei, daher nimmt der Widerstand ab und der Halbleiter leitet Strom. Ebenso beim Beleuchtungswechsel.

3. Halbleitersubstanzen.

Folie "Halbleiterelemente"

Zuordnung zu Studenten : Notieren Sie alle Halbleitersubstanzen in einem Notizbuch anhand des Periodensystems. Wir prüfen auf Ausweis.

4. Leitfähigkeit von Halbleitern:

In einem Notizbuch arbeiten:

Die Hauptladungsträger in Halbleitern sindelektronen und löcher ... Elektronen sind negativ, Löcher sind positiv.

Definition: In dem Loch ist das Elektron geblieben.

Daher die Leitfähigkeit von Halbleiternelektronisch und loch .

Definition: Spenderverunreinigung - ein Überschuss an Elektronen, spendet leicht Elektronen. Die Hauptladungsträger sind Elektronen. (n - eine Art).

Definition: Akzeptorverunreinigung - Mangel an Elektronen, akzeptiert leicht Elektronen. Hauptladungsträger - Löcher (p - Typ)

Wir reparieren das Material, indem wir ein Diagramm erstellen: Folie "Leitungsarten"

5. Elektrischer Strom durch Kontakt p – n Art.

Rutschen p- n Überleitung: Demonstration, Erklärung des Lehrers

n – p Kontakt - direkter Übergang,

p – n Kontakt - umgekehrter Übergang.

6. Halbleiterbauelemente:

Arbeiten mit dem Tutorial:

Die Aufgabe: Untersuchung der Vorrichtung und des Funktionsprinzips von Halbleiterbauelementen. Beschreiben Sie das Gerät gemäß Plan.

(Gerätebeschreibungsplan: Name; Gerät; Funktionsprinzip; Anwendung).

Informieren Sie sich über das Gerät und das Funktionsprinzip des Geräts. Demonstrieren Sie die Funktionsweise des Geräts anhand der ID.

Halbleiterdiode.

Folie "Halbleiterdiode"

Gerät :

In einem Germaniumkristall (n- Typ) Geben Sie eine Akzeptorverunreinigung von Indium ein (p - Typ)

Funktionsprinzip :

Aufgrund der Diffusion von Indiumatomen tief in den Germanium-Einkristall entsteht an der Germaniumoberfläche ein Bereich mit p-Leitfähigkeit. Der Rest der Germaniumprobe, in die die Indiumatome nicht eingedrungen sind, ist noch leitfähign - Art. Zwischen zwei Regionen mit Leitfähigkeiten unterschiedlicher Art erscheint p -n Überleitung.

Anwendung:

Zur Gleichrichtung von elektrischem Strom in Funkkreisen und Computern.

Leistungen:

Klein, energiesparend, zuverlässig, langlebig.

Nachteile:

Empfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen.

Thermistor.

Schieben Sie "Thermistor"

In Halbleitern ist der Widerstand temperaturabhängig, daher werden Thermistoren verwendet, um die Temperatur durch Strom zu messen.

Leistungen:

Kleine Größe, jede Form, Temperaturschwankung von 170K bis 570K.

Anwendung:

Ferntemperaturmessung, Feueralarm.

Fotowiderstand.

Folie "Fotowiderstand"

Der Widerstand von Halbleitern hängt nicht nur von der Temperatur ab. Aber auch aus dem Licht. Mit zunehmender Beleuchtung steigt der Strom mit abnehmendem Widerstand. Wird verwendet, um schwache Lichtflüsse zu registrieren.

Leistungen:

Miniatur, hohe Empfindlichkeit.

Anwendung:

Bestimmung der Qualität der Oberflächenbehandlung und Kontrolle über die Abmessungen der Produkte.

7. Hausaufgaben:

Fassen Sie das Material anhand einer Tabelle zusammen

Halbleiterbauelemente:

Halbleiterbauelement

Funktionsprinzip

Anwendung

Unterrichtsthema: "Halbleiterbauelemente. Dioden"

Der Zweck und die Ziele der Lektion:

Lehrreich:

die Bildung des ursprünglichen Konzepts des Zwecks, der Wirkung und der grundlegenden Eigenschaften von Halbleiterdioden.

Lehrreich:

eine Kultur der mentalen Arbeit zu bilden, die Entwicklung von Persönlichkeitsmerkmalen - Ausdauer, Zielstrebigkeit, kreative Aktivität, Unabhängigkeit.

Entwicklung:

schulung in der Nutzung der Eigenschaft der Einwegleitfähigkeit

Material und technische Ausstattung der Lektion:

arbeitsmappen, Lehrercomputer, interaktives Whiteboard, Präsentation zum Thema

Verlauf der Lektion:

1. Organisatorischer Moment:

(Aufgabe: Schaffung einer günstigen psychologischen Stimmung und Aktivierung der Aufmerksamkeit).

2. Vorbereitung für die Wiederholung und Verallgemeinerung des übergebenen Materials

Was ist elektrischer Strom?

Aktuelle Stärke, Einheiten.

p – n Überleitung.

Halbleiter.

Kommunikation des Themas und des Zwecks der Lektion.

Halbleiter. Dioden.

Erklärung der Perspektive.

Um moderne Elektronik zu studieren, muss man zunächst die Prinzipien des Geräts und die physikalischen Grundlagen des Betriebs von Halbleiterbauelementen, ihre Eigenschaften und Parameter sowie die wichtigsten Eigenschaften kennen, die die Möglichkeit ihres Einsatzes in elektronischen Geräten bestimmen.

Die Verwendung von Halbleiterbauelementen führt zu enormen Einsparungen beim Verbrauch elektrischer Energie von Stromversorgungen und ermöglicht es, die Größe und das Gewicht der Geräte um ein Vielfaches zu reduzieren. Die minimale Leistung zum Versorgen einer Vakuumröhre beträgt 0,1 W und für einen Transistor kann sie 1 & mgr; W betragen, d.h. 100.000 mal weniger.

3. Die Hauptbühne.

Neues Material

Alle natürlich vorkommenden Substanzen werden nach ihren elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften in drei Gruppen eingeteilt:

Dirigenten,

isolatoren (Dielektrika),

halbleiter

Halbleiter enthalten viel mehr Substanzen als Leiter und Isolatoren. Bei der Herstellung von Funkgeräten sind 4-wertiges Germanium Ge und Silizium Si am weitesten verbreitet.

Der elektrische Strom von Halbleitern wird durch die Bewegung freier Elektronen und der sogenannten "Löcher" verursacht.

Freie Elektronen, die ihre Atome verlassen, erzeugen eine n-Leitfähigkeit (n ist der erste Buchstabe des lateinischen Wortes negativus - negativ). Löcher erzeugen p - Leitfähigkeit in einem Halbleiter (p - der erste Buchstabe des lateinischen Wortes positivus - positiv).

In einem reinen Leiter ist die Anzahl der freien Elektronen und Löcher gleich.

Durch Hinzufügen von Verunreinigungen erhalten Sie einen Halbleiter mit überwiegender Elektronen- oder Lochleitfähigkeit.

Die wichtigste Eigenschaft von p- und n-Halbleitern ist die einseitige Leitfähigkeit am Übergang. Diese Spitze wird als pn-Übergang bezeichnet.

Fügen Sie einem 4-wertigen Germanium (Silizium) -Kristall 5-wertiges Arsen (Antimon) hinzu, dann erhalten Sie n - einen Leiter.

Bei Zugabe von 3-wertigem Indium erhalten wir einen p-Leiter.

Wenn das Plus der Quelle mit dem p-Bereich verbunden ist, wird gesagt, dass der Übergang in Vorwärtsrichtung eingeschaltet ist, und wenn das Minus der Stromquelle mit dem p-Bereich verbunden ist, wird gesagt, dass der Übergang in der entgegengesetzten Richtung eingeschaltet ist.

Die einseitige Leitfähigkeit des p- und n-Übergangs ist die Grundlage für die Wirkung von Halbleiterdioden, Transistoren usw.

Nachdem wir eine Vorstellung vom Halbleiter haben, wollen wir nun die Diode untersuchen.

Das Präfix "di" bedeutet zwei und zeigt zwei benachbarte Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit an.

Fahrradreifenventil (Nippel). Luft kann nur in eine Richtung hindurchtreten - in die Kammer. Es gibt aber auch ein elektrisches Ventil. Dies ist eine Diode - ein Halbleiterstück mit zwei Drahtleitungen an beiden Enden.

Halbleiterdioden können konstruktionsbedingt planar oder punktförmig sein.

Flugzeugdioden haben eine große Elektronen-Loch-Übergangsfläche und werden in Schaltkreisen verwendet, in denen große Ströme fließen.

Punktdioden zeichnen sich durch einen kleinen Bereich des Elektron-Loch-Übergangs aus und werden in Schaltkreisen mit geringen Strömen verwendet.

Herkömmliche grafische Bezeichnung der Diode. Das Dreieck entspricht dem p-Bereich und wird als Anode bezeichnet, und die gerade Linie, Kathode genannt, repräsentiert den n-Bereich.

Je nach Verwendungszweck der Diode kann ihr UGO zusätzliche Symbole aufweisen.

Die Hauptparameter, anhand derer Dioden charakterisiert werden.

Durchlassstrom der Diode.

Sperrstrom der Diode.

Material sichern.

Umkehren der Polarität des Stromversorgungsanschlusses in einer Schaltung, die eine Halbleiterdiode enthält.

Wir verbinden in Reihe eine 3336L-Batterie und eine Glühlampe MH3.5 - 0.28 (für eine Spannung von 3,5 V und einen Glühstrom von 0,28 A) und verbinden diese Schaltung mit einer Floating-Diode aus der D7- oder D226-Serie, so dass der Anode der Diode direkt oder über die Glühbirne ein Plus zugeführt wird Kathode - negative Batteriespannung (Abb. 3, Abb. 4). Das Licht sollte voll leuchten. Dann ändern wir die Polarität des Anschlusses des Schaltkreises „Batterie - Glühbirne“ in die entgegengesetzte Richtung (Abb. 3, Abb. 4). Wenn die Diode gut ist, ist das Licht aus. In diesem Experiment erfüllt eine Glühlampe eine Doppelfunktion: Sie dient als Anzeige für den Strom in der Schaltung und begrenzt den Strom in dieser Schaltung auf 0,28 A, wodurch die Diode vor Überlastung geschützt wird. In Reihe mit einer Batterie und einer Glühlampe können Sie ein anderes Milliamperemeter für einen Strom von 300 ... 500 mA einschalten, das den Vorwärts- und Rückwärtsstrom durch die Diode aufzeichnet.

4. Kontrollmoment:

Zeichnen Sie ein Diagramm eines Stromkreises, der aus einer Gleichstromquelle, einem Mikromotor und 2 Dioden besteht, damit Sie mit den Schaltern die Drehrichtung des Mikromotorrotors ändern können.

Bestimmen Sie die Pole der Taschenlampenbatterie mit einer Halbleiterdiode.

Untersuchen Sie die Leitfähigkeit der Diode selbst auf dem Demo-Stand. Untersuchung der einseitigen Leitfähigkeit einer Diode.

5. Endpunkt:

einschätzung des Erfolgs bei der Erreichung der Ziele der Lektion (wie sie arbeiteten, was sie lernten oder lernten)

6. Reflexionsmoment:

bestimmung der Wirksamkeit und Nützlichkeit des Unterrichts durch Selbsteinschätzung der Schüler.

7. Informationsmoment:

bestimmen der Aussichten für die nächste Lektion .

8. Hausaufgaben

Denken Sie zur Konsolidierung des behandelten Materials an die folgenden Aufgaben und geben Sie deren Lösung an:

Wie kann man Funkgeräte mit einer Halbleiterdiode vor Polaritätsumkehr schützen?

Es gibt einen Stromkreis, der vier in Reihe geschaltete Elemente enthält - zwei Glühbirnen a und b und zwei Schalter A und B. In diesem Fall leuchtet jeder Schalter nur eine, nur „seine“ Glühbirne. Um beide Lampen zu leuchten, müssen beide Schalter gleichzeitig geschlossen sein.

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Abteilung "I & WT"

ERLÄUTERUNGEN

Hausarbeit

Organisation und Methodik der industriellen Ausbildung im Fach Materialwissenschaften und Elektroradio

Zum Thema: Halbleitermaterialien

Einführung

ich . Metalle und Legierungen sowie elektrische Materialien sind in der modernen Technologie weit verbreitet. Der moderne elektronische Instrumentenbau hat ein solches Entwicklungsstadium erreicht, in dem die wichtigen Parameter von Geräten weniger von Schaltungslösungen als vielmehr von den verwendeten Elektrofunkmaterialien und der Perfektion technologischer Prozesse für ihre Herstellung abhängen. Das materialwissenschaftliche Fach besteht aus fünf Abschnitten. Der erste Abschnitt heißt allgemeine Informationen zu Metallen und Legierungen.

Metall ist fest.

Eine Legierung ist eine Kombination aus 2 oder mehr chemischen Elementen

Die Komponente sind die Substanzen, aus denen die Legierung besteht.

II. Leitfähige Materialien sind Materialien mit geringem spezifischen Widerstand.

III. Dielektrische Materialien

Dielektrika sind Isoliermaterialien.

IV. Halbleitermaterialien sind Materialien, die während des Betriebs wenig Energie verbrauchen.

V. Magnetische Materialien - mit attraktiven Eigenschaften.

Baustähle und Legierungen

Baustähle sind solche zur Herstellung von Maschinenteilen (Maschinenbaustähle), Bauwerken und Bauwerken (Baustähle).

Kohlenstoffbaustähle

Kohlenstoffbaustähle werden in gewöhnliche und hochwertige Stähle eingeteilt.

Stahl gewöhnlich Qualitäten werden in den folgenden Qualitäten St0, St1, St2, ..., St6 hergestellt (mit zunehmender Anzahl steigt der Kohlenstoffgehalt). St4 - Kohlenstoff 0,18-0,27%, Mangan 0,4-0,7%.

Mit zunehmender bedingter Anzahl der Stahlsorten nehmen die Endfestigkeit (c) und die Streckgrenze (0,2) zu und die Plastizität (,) ab. St3sp hat h \u003d 380490 MPa, 0,2 \u003d 210250 MPa \u003d 2522%.

Hochwertiger Kohlenstoff Stähle werden unter strengeren Bedingungen hinsichtlich der Zusammensetzung der Ladung und der Durchführung des Schmelzens und Gießens geschmolzen. Inhalt<=0.04%, P<=0.0350.04%, а также меньшее содержание неметаллических включений.

Hochwertige Kohlenstoffstähle sind mit den Nummern 08, 10, 15, ..., 85 gekennzeichnet, die den durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt in Hundertstel Prozent angeben.

Kohlenstoffarme Stähle (VON<0.25%) 05кп, 08, 07кп, 10, 10кп обладают высокой прочностью и высокой пластичностью. в =330340МПа, 0.2 =230280МПа, =3331%.

Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (0,3-0,5% C) 30, 35, ..., 55 werden nach Normalisierung, Verbesserung und Oberflächenhärtung für eine Vielzahl von Teilen in allen Branchen verwendet. Im Vergleich zu kohlenstoffarmen Stählen weisen diese Stähle eine höhere Festigkeit bei geringerer Plastizität auf (h \u003d 500600 MPa, 0,2 \u003d 300360 MPa, \u003d 2116%). In dieser Hinsicht sollten sie zur Herstellung von kleinen oder größeren Teilen verwendet werden, erfordern jedoch keine Durchhärtbarkeit.

Kohlenstoffreiche Stähle (0,6-0,85% C) 60, 65, ..., 85 haben eine hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und elastische Eigenschaften. Aus diesen Stählen werden Federn und Federn, Spindeln, Sicherungsscheiben, Walzwalzen usw. hergestellt.

Legierte Baustähle

Stähle, bei denen die Gesamtmenge an Legierungselementen 2,5% nicht überschreitet, werden als niedriglegiert eingestuft und enthalten 2,5-10% als legiert und mehr als 10% als hochlegiert (der Eisengehalt beträgt mehr als 45%).

Niedriglegierte Stähle werden am häufigsten im Bauwesen und legierte Stähle im Maschinenbau eingesetzt.

Konstruktion niedriglegierter Stähle

Niedriglegierte Stähle werden als Stähle bezeichnet, die nicht mehr als 0,22% C und eine relativ geringe Menge an nicht mangelhaften Legierungselementen enthalten: bis zu 1,8% Mn, bis zu 1,2% Si, bis zu 0,8% Cr und andere.

Diese Stähle umfassen 09G2, 09GS, 17GS, 10G2S1, 14G2, 15KHSND, 10KhNDP und viele andere. Stahl in Form von Blechen, Querschnittsformen werden im Bauwesen und im Maschinenbau für Schweißkonstruktionen verwendet, hauptsächlich ohne zusätzliche Wärmebehandlung. Niedriglegierte, kohlenstoffarme Stähle schweißen gut.

Für die Herstellung von Rohren mit großem Durchmesser wird 17GS-Stahl verwendet (0,2 \u003d 360 MPa, w \u003d 520 MPa).

Bewehrungsstähle

Zur Bewehrung von Stahlbetonkonstruktionen wird Kohlenstoff oder kohlenstoffarmer Stahl in Form eines glatten oder periodischen Stabprofils verwendet.

Stahl St5sp2 - w \u003d 50 MPa, 0,2 \u003d 300 MPa, \u003d 19%.

Stahl zum Kaltumformen

Um eine hohe Umformbarkeit zu gewährleisten, sollte das Verhältnis von Stahl zu 0,2 0,5 bis 0,65 bei mindestens 40% liegen. Je mehr Kohlenstoff es enthält, desto schlechter sind die Stanzeigenschaften von Stahl. Silizium, das die Streckgrenze erhöht, verringert die Formbarkeit, insbesondere die Ziehbarkeit von Stahl. Daher werden kaltgewalzte Siedestähle 08kp, 08Fkp (0,02-0,04% V) und 08Yu (0,02-0,07% Al) häufiger zum Kaltumformen verwendet.

Strukturelle (maschinenbauende) einsatzgehärtete (nitrocarburierte) legierte Stähle

Zur Herstellung von durch Aufkohlen gehärteten Teilen werden kohlenstoffarme Stähle (0,15 bis 0,25% C) verwendet. Der Gehalt an Legierungselementen in Stählen sollte nicht zu hoch sein, sondern die erforderliche Härtbarkeit der Oberflächenschicht und des Kerns gewährleisten.

Chromstähle 15X, 20X sind für die Herstellung von kleinen Produkten einfacher Form vorgesehen, die bis zu einer Tiefe von 1,0 bis 1,5 mm zementiert sind. Chromstähle haben im Vergleich zu Kohlenstoffstählen höhere Festigkeitseigenschaften mit einer geringeren Duktilität im Kern und einer besseren Festigkeit in der einsatzgehärteten Schicht, sind überhitzungsempfindlich und haben eine geringe Härtbarkeit.

Stahl 20 kh - w \u003d 800 MPa, 0,2 \u003d 650 MPa, \u003d 11%, \u003d 40%.

Chrom-Vanadium-Stähle... Das Legieren von Chromstahl mit Vanadium (0,1-0,2%) verbessert die mechanischen Eigenschaften (Stahl 20HF). Darüber hinaus sind Chrom-Vanadium-Stähle weniger anfällig für Überhitzung. Sie werden nur zur Herstellung relativ kleiner Teile verwendet.

Typischer Lehrplan

Typischer Lehrplan ist ein Dokument zur Umsetzung staatlicher Anforderungen für ein Minimum an Inhalten und Ausbildungsniveau von Graduiertenschulen der Sekundarstufe. Es definiert eine allgemeine Liste der Disziplinen und die erforderliche Zeit für deren Umsetzung, Art und Mindestdauer der Praxis sowie eine ungefähre Liste der Klassenräume, Labors und Workshops. Der Lehrplan sieht auch die Gestaltung von Kursen in nicht mehr als drei Disziplinen während des gesamten Studienzeitraums vor. Die Arten der industriellen Praxis und ihre Dauer werden gemäß der typischen pädagogischen Praxis für ein bestimmtes Fachgebiet bestimmt. Der Zeitplan des Bildungsprozesses ist empfehlenswerter Natur und kann von der Bildungseinrichtung angepasst werden, sofern die Dauer der theoretischen Ausbildung, die Prüfungssitzungen sowie der Zeitpunkt der Winter- und Sommerferien, die das akademische Jahr beenden, eingehalten werden (siehe Tabelle 1).

TABELLE 1

Name

bildungsprozess,

akademische Disziplinen

Verteilung nach Semester

Anzahl der Kontrollen

Anzahl der Stunden

Verteilung nach Lehrveranstaltungen und Semestern

Prüfungen

Kurs-Out-Projekt

Theo-ret. beschäftigt

Laborpraxis

Materialwissenschaften

und Elektrofunkmaterialien

Aus dem Lehrplan geht hervor, dass 60 Stunden für das Fach "Materialwissenschaft und Elektroradio-Materialien" vorgesehen sind. Davon sind 44 theoretisch und 16 praktisch. Die Mindestanzahl von Tests beträgt 2 Tests. Es gibt Laborklassen. Kursarbeit, Kursprojekt, keine Gutschrift. Das Fach "Materialwissenschaft und Elektroradio-Materialien" wird im 2. Jahr studiert. Im 3. Studiensemester 18 Wochen, 2 Stunden pro Woche: 18 * 2 \u003d 36 Stunden werden im 3. Semester studiert. Im 4. Studiensemester werden 12 Wochen, eine Woche für 2 Stunden: 12 * 2 \u003d 24 Stunden im 4. Semester studiert. Insgesamt für das 3. und 4. Semester: 36 + 24 \u003d 60 Stunden, sie studieren dieses Fach im 2. Jahr vollständig.

Thematischer Plan

Thematischer Plan - ist Teil des Lehrplans. Trainingsprogramm - Dies ist ein Dokument, das den Inhalt des untersuchten Materials nach Jahren des Studiums und Abschnitten (Themen) beschreibt. Der thematische Plan besteht aus Abschnitten, die Themen enthalten. Der thematische Plan unterteilt die Stunden in Abschnitte der Gesamtstunden. Im thematischen Plan für das Fach "Materialwissenschaft und Elektroradio-Materialien" im Abschnitt "Leitfähige Materialien" sind 12 Stunden angegeben.

TABELLE 2

Themenname	Anzahl der Stunden
		Theoretischer Unterricht
Kapitel 4. Leitfähige Materialien

Materialien mit hoher Leitfähigkeit
Supraleiter und Kryoleiter
Elektrische Leitfähigkeit von Leitern
Prüfung

Kalender-thematischer Plan

Kalender-thematischer Plan -bei der Planung eines Buchhaltungsbelegs sollen das Thema, die Art der Methode und die Ausstattung des Unterrichts in dem ausgewählten Fach festgelegt werden. Die Erstellung eines kalenderthematischen Plans ist der erste Schritt zur Erstellung einer Unterrichtssystematisierung. Das Originaldokument hier ist der Lehrplan. Der thematische Kalenderplan sieht interdisziplinäre Verbindungen vor. Wenn der kalenderthematische Plan mit dem Lehrplan übereinstimmt, orientieren sie sich bei der Erstellung eines Unterrichtsplans am thematischen Plan. Kalenderthematischer Plan (siehe Tabelle 3).

Unterrichtsentwicklung

Beim Studium des Lehrplans analysiert der Lehrer jedes Thema sorgfältig, wodurch es möglich wird, den Inhalt der Ausbildung klar zu definieren und interdisziplinäre Verbindungen herzustellen. Auf der Grundlage des Lehrplans wird ein kalenderthematischer Plan und auf der Grundlage des kalenderthematischen Plans ein Unterrichtsplan erstellt. Bei der Definition des Zwecks und des Inhalts der Lektion, die sich aus dem Lehrplan ergeben, werden der Inhalt der Aufzeichnung, die Fähigkeiten und Fertigkeiten festgelegt, die die Schüler in dieser Lektion lernen müssen. Indem sie die vorherigen Lektionen analysieren und feststellen, inwieweit ihre Probleme gelöst wurden, ermitteln sie den Grund für die Mängel und bestimmen auf dieser Grundlage, welche Änderungen an der Durchführung dieser Lektion vorgenommen werden müssen. Sie beschreiben die Struktur des Unterrichts und die Zeit für jeden seiner Teile, bilden den Inhalt und die Art der Bildungsarbeit während des Unterrichts.

Unterrichtsplan

Ding: Gruppe Materialwissenschaft und Elektroradio-Materialien 636

Thema:Klassifizierung und grundlegende Eigenschaften

ein Training: Um die Schüler mit den Konzepten und grundlegenden Eigenschaften leitfähiger Materialien vertraut zu machen, sprechen Sie über ihren Zweck

b) Entwicklung: Entwickeln Sie ein Interesse an Materialwissenschaften und Elektroradio-Materialien

c) pädagogisch: Entwickeln Sie ein Bedürfnis nach Selbstbildung

Unterrichtsart: Kombiniert

Präsentationsmethode:suche

Visuelle Hilfen: Plakat Nr. 1, PC

Zeit:90 Minuten

Während des Unterrichts

ich... Einführungsteil:

Schriftliche Umfrage zu zwei Optionen + 3 Studie an der Tafel (Anhang 1)

II... Hauptteil:

1. Veröffentlichen Sie den Zweck des neuen Themas

2. Präsentation der neuen Materialzeit 40 min.

a) Grundbegriffe

b) Klassifizierung der Leiter

c) Anwendungsbereich

3. Antworten auf die Fragen der Schüler Zeit 10 min.

4. Befestigung des neuen Materials, Zeit 20 min.

Schriftliche Umfrage zu 2 Optionen + 3 Studien an der Tafel (Anhang 2)

III... Letzter Teil:zeit 3 \u200b\u200bmin.

1. Zusammenfassend

2. Aufgabe zu Hause: S. 440 Antworten auf Fragen, unabhängig die Themen Nr. 2, 3, 4, 5 betrachten

3. Schlussbemerkungen des Lehrers

Lehrer

Referenzliste

1. Lakhtin Yu. M., VP Leont'eva Materialwissenschaft. - M.: Maschinenbau, 1990

2. Technologische Prozesse der technischen Produktion. Herausgegeben von S. I. Bogodukhov, V. A. Bondarenko. - Orenburg: OSU, 1996

Anwendung1

SCHRIFTLICHE UMFRAGEnach 2 Optionen

Variante 1

1 . Das studiert das Thema Materialwissenschaft.

2. Arten von Metallen.

3. Klassifizierung von Metallen

4. Allotrope Transformation

5 ... Metalleigenschaften

Option 2

1. Bestimmung der Härte von Metallen

2. Mechanische Eigenschaften

3. Plastik

4. Ausdauer

5. Technologische Eigenschaften

Anlage 2

Schriftliche Umfrage

1 - Option

1. Halbleitermaterialien

2. Supraleiter

3. Kryosonden

4. Eigenschaften von Halbleitermaterialien

5. Elastizität der Materialien

Option 2

1. Halbleitermaterialien.

2. Dielektrische Materialien

3. Plastizität

4. Elastizität

5. Supraleiter

Anwendung3

Zusammenfassung der Lektion zum Thema" Leitermaterialien"

Die wachsende Rolle von Technologie und technischem Wissen im Leben der Gesellschaft ist gekennzeichnet durch die Abhängigkeit der Wissenschaft von wissenschaftlichen und technischen Entwicklungen, die zunehmende technische Ausstattung, die Schaffung neuer Methoden und Ansätze auf der Grundlage einer technischen Methode zur Lösung von Problemen in verschiedenen Wissensgebieten, einschließlich militärisch-technischem Wissen. Das moderne Verständnis von technischem Wissen und technischer Tätigkeit ist mit dem traditionellen Spektrum von Problemen und mit neuen Richtungen in Technologie und Technik verbunden, insbesondere mit der Technologie komplexer Computersysteme, Problemen der künstlichen Intelligenz, Systemtechnik usw.

Die Spezifikation der Konzepte des technischen Wissens wird in erster Linie durch die Besonderheiten des Themas der Reflexion technischer Objekte und technologischer Prozesse bestimmt. Der Vergleich von Objekten des technischen Wissens mit Objekten des anderen Wissens zeigt ihre gewisse Gemeinsamkeit, die sich insbesondere auf Merkmale wie das Vorhandensein von Struktur, Konsistenz, Organisation usw. erstreckt. Solche gemeinsamen Merkmale spiegeln sich in den allgemeinen wissenschaftlichen Konzepten "Eigentum", "Struktur", "System", "Organisation" usw. wider. Natürlich spiegeln sich die gemeinsamen Merkmale von Objekten technischer, militärisch-technischer, naturwissenschaftlicher und sozialwissenschaftlicher Erkenntnisse in solchen philosophischen Kategorien "Materie", "Bewegung", "Ursache", "Wirkung" usw. wider. Allgemeine wissenschaftliche und philosophische Konzepte werden sowohl in den militärischen als auch in den technischen Wissenschaften verwendet. aber nicht ihre Besonderheiten ausdrücken. Gleichzeitig tragen sie dazu bei, den Inhalt von Objekten technischen, militärisch-technischen Wissens und die sie reflektierenden Konzepte der technischen Wissenschaften tiefer und umfassender zu verstehen.

Im Allgemeinen fungieren philosophische und allgemeine wissenschaftliche Konzepte in den technischen Wissenschaften als ideologische und methodische Werkzeuge für die Analyse und Integration von wissenschaftlichem und technischem Wissen.

Ein technisches Objekt ist zweifellos ein Teil der objektiven Realität, aber ein besonderer Teil. Sein Ursprung und seine Existenz sind mit der sozialen Form der Bewegung der Materie, der Geschichte des Menschen, verbunden. Dies bestimmt die historische Natur des technischen Objekts. Es objektiviert die Produktionsfunktionen der Gesellschaft, es verkörpert das Wissen der Menschen.

Die Entstehung der Technologie ist ein naturhistorischer Prozess, der das Ergebnis menschlicher Produktionsaktivitäten ist.

Ausgangspunkt sind "menschliche Organe". Die Stärkung, Ergänzung und Ersetzung von Arbeitsorganen ist eine soziale Notwendigkeit, die durch den Einsatz der Natur und die Verkörperung von Arbeitsfunktionen in transformierten natürlichen Körpern verwirklicht wird.

Die Bildung von Technologie findet im Prozess der Herstellung von Werkzeugen statt, wobei natürliche Körper angepasst werden, um das Ziel zu erreichen. Und eine Handaxt und ein Baumstamm, der als Brücke usw. dient. - All dies sind Mittel zur Stärkung des Einzelnen und zur Steigerung der Effizienz seiner Aktivitäten. Ein natürliches Objekt, das eine technische Funktion erfüllt, ist bereits ein technisches Objekt in seinem Potenzial. Es behebt die Machbarkeit seines Geräts und den Nutzen konstruktiver Verbesserungen aufgrund der Teilzeitarbeit seiner Teile.

Die praktische Identifizierung einer Struktur als Integrität zeigt die tatsächliche Existenz eines technischen Objekts an. Seine wichtigsten Eigenschaften sind der funktionale Nutzen, eine ungewöhnliche Kombination von Materialien für die Natur und die Unterordnung der Materialeigenschaften unter die Beziehung zwischen den Komponenten des Systems. Das technische Design ist die Verbindung von Komponenten; Dieses Verfahren gewährleistet den längsten und effektivsten Betrieb des Werkzeugs, ausgenommen dessen Selbstzerstörung. Ein Teil fungiert als Bestandteil einer Struktur als anfängliche und unteilbare Einheit für sie. Und schließlich erreicht die Art der sozialen Aktivität mit Hilfe des technischen Aufbaus Herstellbarkeit. Technologie ist die Seite der sozialen Praxis, die durch das Zusammenspiel eines technischen Mittels und eines transformierten Objekts dargestellt wird, durch die Gesetze der materiellen Welt bestimmt und durch Technologie reguliert wird.

Die technische Praxis zeigt sich im Verhältnis des Menschen zur Technologie als Objekt, zu ihren Teilen und ihren Verbindungen.

Betrieb, Herstellung und Design sind eng miteinander verbunden und stellen eine Art Entwicklung der technischen Praxis dar. Technologie ist als Gegenstand der Nutzung eine bestimmte materielle und funktionale Integrität, deren Erhaltung und Regulierung eine unabdingbare Voraussetzung für ihre Verwendung ist. Der treibende Widerspruch beim Betrieb ist die Diskrepanz zwischen den Betriebsbedingungen der Geräte und ihren Funktionsmerkmalen. Die Funktionalität setzt konstante Betriebsbedingungen voraus und die Betriebsbedingungen ändern sich tendenziell.

Die Überwindung dieses Widerspruchs wird in der Technologie erreicht, indem Standardtechnologieoperationen gefunden werden.

Der interne Widerspruch der Technologie ist die Diskrepanz zwischen den verwendeten natürlichen Prozessen und der Notwendigkeit, ihre Zuverlässigkeit und Effizienz zu erhöhen. Die Überwindung dieses Widerspruchs wird durch die Konstruktion einer perfekteren Technik erreicht, mit deren Hilfe Sie grundlegendere Naturgesetze anwenden können. Technik ist in Bezug auf Technologie nicht passiv, die Mittel beeinflussen den Zweck.

Neue Technologie verändert Technologie, Technologie selbst wird zu einem Mittel, um die internen Vorzüge der entworfenen Technologie zu realisieren.

In der Konstruktion wird die soziale Essenz eines technischen Objekts am vollständigsten offenbart. Es synthetisiert eine konstruktive Struktur in Übereinstimmung mit der von der Gesellschaft festgelegten Produktionsfunktion. Technologie bildet eine Voraussetzung für die Entwicklung der Gesellschaft, vermittelt ihr Verhältnis zur Natur, ist ein Mittel zur Lösung der Widersprüche zwischen Mensch und Natur. Ein technisches Objekt ist ein Träger der Produktion, technologische Funktionen einer Person. Ohne technischen Fortschritt ist es unmöglich, eine soziale Homogenität der Gesellschaft und eine umfassende Entwicklung jedes Einzelnen zu erreichen.

Die Eigenschaften eines technischen Objekts werden in der technischen Praxis offenbart und in der Kenntnis der Betriebsmethoden, der Herstellung und der Verbesserung der Technologie festgelegt. Empirisch gefundene Proportionen zwischen Teilen eines technischen Geräts und die Bildung von "technischen Objekten", relativ stabile Informationen über technische Geräte, über ihre wesentlichen Komponenten und Eigenschaften. In Form solcher Objekte wurden beispielsweise Beschreibungen von Hebe- und Transportmechanismen, Uhren, den wichtigsten Handwerken und Materialien gebildet.

Der Übergang zur Maschinentechnologie, die Übertragung von Arbeitswerkzeugen auf Mechanismen führte zur Konstruktion technischer Geräte im Leben, was die theoretische Entwicklung des Konzepts der "Maschine" und die Erlangung seiner verschiedenen Idealisierungen (kinematisches Paar, Dynamik der Kräfte, Struktur) erforderte.

Die Bildung der Konzepte der technischen Wissenschaft wird durch die Regelmäßigkeiten beeinflusst, die sich im Verlauf des Studiums der Naturwissenschaften, insbesondere der theoretischen Mechanik, ergeben. Gleichzeitig sollte anerkannt werden, dass das Konzept eines technischen Entwurfs im technischen Wissen zum Ausdruck kommt. Historisch gesehen besteht es aus einem System von Bestimmungen über eine Maschine, einen mechanischen Satz von Teilen und deren regelmäßige Beziehung, die den gewünschten Effekt erzielen.

Die Bildung technischer Disziplinen erfolgte auf verschiedene Weise. Ingenieurdisziplinen über Motoren basieren auf den Ergebnissen der Naturwissenschaften, auf der Kenntnis der Naturgesetze und der Anwendung der Gesetze der Physik auf die Technologie. Technische Kinematik, Maschinendynamik und die Theorie der Maschinenteile sind angewandter Natur. Diese Disziplinen wurden auf der Grundlage der theoretischen Mechanik und der deskriptiven Geometrie gebildet, was zur Schaffung einer speziellen Sprache führte.

Die technischen Wissenschaften wurden nicht nur durch die Anwendung der Naturwissenschaften auf die Technologie gebildet, sondern auch durch die Nutzung der jahrhundertealten Erfahrung der Technologie, deren Verständnis und ihre logisch klare Form. Auf diese Weise wurden die Wissenschaften verschiedener Maschinentypen, Materialwissenschaften usw. gebildet. Die empirischen Daten dieser in der Praxis getesteten technischen Disziplinen wurden erhalten und in die allgemeine Maschinenwissenschaft einbezogen. Und bis jetzt haben viele Methoden zur Herstellung und zum Betrieb von Geräten keine angemessene theoretische Begründung erhalten.

Die Ausbildung der technischen Wissenschaft setzte der handwerklichen Einstellung zur Technologie ein Ende, als bestimmte Mechanismen über viele Jahrzehnte und sogar Jahrhunderte Stück für Stück verbessert wurden. Das Verständnis, dass eine Maschine eine Umwandlung von Bewegung in eine für die Produktion notwendige Form ist und im Wesentlichen aus kinematischen Paaren besteht, bildete im 19. Jahrhundert die Grundlage für das wissenschaftliche Design verschiedener technischer Geräte.

Aus dem Gesagten geht hervor, dass die technische Wissenschaft ihren Gegenstand untersucht, obwohl sie in der Lage ist, die Funktionsweise von handwerklichen Werkzeugen zu erklären, die ohne wissenschaftliche Begründung erstellt wurden. Das Objekt der technischen Wissenschaft wird gebildet, indem die wesentlichen und notwendigen Eigenschaften der Technologie hervorgehoben und eine Maschine entworfen werden. Die Maschine, ihre Komponenten, die Beziehung zwischen ihnen, ihre Zusammensetzung, die natürliche Basis der Komponenten und der technologische Prozess sind Gegenstand der technischen Wissenschaft. Das Objekt der technischen Wissenschaft ist eine Quelle wissenschaftlichen und technischen Wissens. Seine Forschung liefert insbesondere konstruktive Strukturen und deren Elemente. In der Struktur, Stabilität, Wiederholbarkeit, Notwendigkeit,

die Regelmäßigkeit der Zusammensetzung der Elemente der Maschine. In Bezug auf die Struktur erscheint die Komponente der Maschine als Element. Die mentale Rezeption eines Strukturelements ist mit der Abstraktion von der physischen Dimension und der natürlichen Basis der Komponente verbunden. Letztendlich spiegeln alle wissenschaftlichen und technischen Konzepte ein technisches Objekt wider.

Die Begriffe "technisches Objekt" und "Objekt der technischen Wissenschaft" erfüllen eine andere methodische Funktion in der philosophischen Analyse von Technologie und wissenschaftlichem und technischem Wissen. Das Konzept des "technischen Objekts" erfasst die Seite der objektiven Welt, die sich in der Praxis tatsächlich verändert. Ein technisches Objekt spiegelt sich in den philosophischen, sozialen, natürlichen und technischen Wissenschaften wider, und jedes Mal isoliert die Wissenschaft ihren eigenen Themenbereich. Der Begriff "Objekt der technischen Wissenschaft" fixiert das Thema der technischen Wissenschaften, ihre Beziehung zur objektiven Realität. Das Hauptziel der technischen Wissenschaften ist die Maschine, da mit ihrer Hilfe der technologische Prozess organisiert und von ihr reguliert wird. Die Maschine erleichtert und ersetzt menschliche Arbeit, dient als Mittel zum Zweck.

In der technischen Wissenschaft wird vor allem das Studium von Elementen, ihren Beziehungen und technischen Strukturen unterschieden. Für die Bildung des Fachs Technische Wissenschaft ist es wichtig, die technischen Elemente, ihre Beziehungen und möglichen Strukturen hervorzuheben, zu beschreiben und zu erklären, in denen sich für die Gesellschaft nützliche Produktionsfunktionen materialisieren. Aber die technische Wissenschaft endet nicht dort. Es enthält die Regeln für die Synthese neuer technischer Strukturen, Berechnungsmethoden und Entwurfsformen.

Entwurfsregeln und -normen, grafische und analytische Berechnungsmethoden bringen die technische Wissenschaft der technischen Kreativität, der Entwurfs- und Ingenieurarbeit näher. Das Fach der technischen Wissenschaften wird in direkter Abhängigkeit von der Kreativität der Technologie gebildet. Dies ist die Besonderheit der technischen Wissenschaften, mit denen die Technologie verbessert, naturwissenschaftliche Daten überdacht, technologische Methoden entdeckt und technische Strukturen erfunden werden können.

Der wichtigste Faktor für die technische Kreativität sind die Regeln, die das Erreichen der Festigkeit und Zuverlässigkeit eines technischen Geräts, die Verschleißfestigkeit und die Wärmebeständigkeit seiner Teile usw. vorsehen. Diese Regeln bilden einen Konstruktionsrahmen, ausgenommen diejenigen, die nicht den Kriterien für die Funktionsweise von Maschinen entsprechen, die von der technischen Wissenschaft entwickelt wurden. Methoden zur Lösung von Problemen werden auf der Grundlage der Regeln und Normen der Ingenieurstätigkeit entwickelt.

Die Prinzipien dienen als Voraussetzung für Aktivität, als Organisations- und Leitprinzip. Das Fach der technischen Wissenschaften umfasst somit nicht nur die Gesetze eines technischen Objekts, sondern auch die Gesetze des technischen Entwurfs, Methoden, Regeln, Normen und Prinzipien des technischen Entwurfs.

Unterrichtsmethode.

Ich ging in Raum 24 und begrüßte die Schüler.

Der einleitende Teil der Lektion beginnt.

ich... Einführungsteil:

1. Organisatorischer Moment: Überprüfung gemäß Berichtszeit 2 min.

Ich überprüfe die Anwesenheit von Studenten gemäß dem Bericht. Ich nehme mir 2 Minuten Zeit, um die Verfügbarkeit der Schüler im Unterricht zu überprüfen. Dann mache ich eine Hausaufgabenumfrage.

2. Hausaufgaben überprüfen: Zeit 15 min.

Interview

Ich führe eine Umfrage in Form von 10 Fragen durch. Sie enthalten Fragen zum behandelten Thema. Ich brauche 15 Minuten für den Test.

PRÜFUNG

1 . Was studiert das Thema Materialwissenschaft

2. Leitfähige Materialien

3. Halbleitermaterialien

4. Dielektrische Materialien

5. Lacke

6. Verbindungen

7. Kleben

8. Haltbarkeit

9. Elastizität

10. Plastizität

Baustähle und Legierungen

Baustähle sind solche zur Herstellung von Maschinenteilen (Maschinenbaustähle), Bauwerken und Bauwerken (Baustähle).

Kohlenstoffstähle Kohlenstoffstähle werden in gewöhnliche und hochwertige Stähle eingeteilt.

Stähle von normaler Qualität werden aus den folgenden Qualitäten St0, St1, St2, ..., St6 hergestellt (mit zunehmender Anzahl steigt der Kohlenstoffgehalt). St4 - Kohlenstoff 0,18-0,27%, Mangan 0,4-0,7%.

Stähle von normaler Qualität, insbesondere kochende, sind die billigsten. Stähle werden zu großen Barren gegossen, wodurch sich in ihnen eine Flüssigkeit entwickelt, und sie enthalten eine relativ große Menge nichtmetallischer Einschlüsse.

Mit zunehmender bedingter Anzahl der Stahlsorten nehmen die Endfestigkeit (sw) und die Streckgrenze (s0,2) zu und die Plastizität (d, y) ab. St3sp hat sv \u003d 380490 MPa, s0,2 \u003d 210250 MPa, d \u003d 2522%.

Aus Stählen normaler Qualität wird warmgewalztes Material hergestellt: Träger, Kanäle, Winkel, Stangen sowie Bleche, Rohre und Schmiedeteile. Stahl wie geliefert wird im Bauwesen häufig für geschweißte, genietete und verschraubte Strukturen verwendet.

Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt in Stahl verschlechtert sich die Schweißbarkeit. Daher werden Stähle St5 und St6 mit einem höheren Kohlenstoffgehalt für Elemente von Gebäudestrukturen verwendet, die nicht geschweißt sind.

Hochwertige Kohlenstoffstähle werden unter strengeren Bedingungen hinsichtlich der Zusammensetzung der Ladung und der Durchführung des Schmelzens und Gießens geschmolzen. Inhalt<=0.04%, P<=0.0350.04%, а также меньшее содержание неметаллических включений.

Hochwertige Kohlenstoffstähle sind mit den Nummern 08, 10, 15, ..., 85 gekennzeichnet, die den durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt in Hundertstel Prozent angeben.

Kohlenstoffarme Stähle (C.<0.25%) 05кп, 08,07кп, 10,10кп обладают высокой прочностью и высокой пластичностью. sв=330340МПа, s0.2=230280МПа, d=3331%.

Stahl ohne Wärmebehandlung wird für leicht belastete Teile, kritische Schweißkonstruktionen sowie für durch Aufkohlen gehärtete Autoteile verwendet.

Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (0,3-0,5% C) 30, 35, ..., 55 werden nach Normalisierung, Verbesserung und Oberflächenhärtung für eine Vielzahl von Teilen in allen Branchen verwendet. Im Vergleich zu kohlenstoffarmen Stählen weisen diese Stähle eine höhere Festigkeit bei geringerer Plastizität auf (sw \u003d 500600 MPa, s0,2 \u003d 300360 MPa, d \u003d 2116%). In dieser Hinsicht sollten sie zur Herstellung von kleinen oder größeren Teilen verwendet werden, die keine Durchhärtbarkeit erfordern.

Stähle mit einem hohen Kohlenstoffgehalt (0,6-0,85% C) 60, 65, ..., 85 weisen eine hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und elastische Eigenschaften auf. Aus diesen Stählen werden Federn und Federn, Spindeln, Sicherungsscheiben, Walzwalzen usw. hergestellt.

Legierte Baustähle

Legierte Stähle werden häufig im Traktor- und Landmaschinenbau, in der Automobilindustrie, im Schwer- und Transportmaschinenbau, in geringerem Maße im Werkzeugmaschinenbau, im Werkzeugbau und in anderen Branchen eingesetzt. Diese Stähle werden für stark belastete Metallstrukturen verwendet.

Stähle, bei denen die Gesamtmenge an Legierungselementen 2,5% nicht überschreitet, werden als niedriglegiert eingestuft, die 2,5-10% als legiert und mehr als 10% als hochlegiert enthalten (der Eisengehalt beträgt mehr als 45%).

Niedriglegierte Stähle werden am häufigsten im Bauwesen und legierte Stähle im Maschinenbau eingesetzt.

Legierte Baustähle sind mit Zahlen und Buchstaben gekennzeichnet. Die zweistelligen Zahlen am Anfang der Marke geben den durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt in Hundertstel Prozent an, die Buchstaben rechts von der Zahl geben das Legierungselement an. Zum Beispiel enthält Stahl 12X2H4A 0,12% C, 2% Cr, 4% Ni und bezieht sich auf eine hohe Qualität, wie am Ende der Klasse durch den Buchstaben ²A² angegeben.

Strukturelle (maschinenbauliche) verbesserte legierte Stähle Stähle haben eine hohe Streckgrenze, eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Spannungskonzentratoren in Produkten, die unter wiederholter Belastung arbeiten, eine hohe Dauerfestigkeit und eine ausreichende Zähigkeitsspanne. Darüber hinaus weisen die Anlassstähle eine gute Härtbarkeit und eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Temperversprödigkeit auf.

Bei voller Härtbarkeit weist Stahl bessere mechanische Eigenschaften auf, insbesondere eine Beständigkeit gegen Sprödbruch - eine niedrige Schwelle der Kaltversprödung, einen hohen Wert der Arbeit der Rissausbreitung KST und der Bruchzähigkeit K1c.

Chromstähle 30X, 38X, 40X und 50X werden für mittelschwere Kleinteile verwendet. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Festigkeit zu, aber die Duktilität und Zähigkeit nehmen ab. Die Härtbarkeit von Chromstählen ist gering.

Stahl 30 kh - sv \u003d 900 MPa, s0,2 \u003d 700 MPa, d \u003d 12%, y \u003d 45%.

Chrom-Mangan-Stähle. Das gemeinsame Legieren mit Chrom (0,9-1,2%) und Mangan (0,9-1,2%) ermöglicht es, Stähle mit einer ausreichend hohen Festigkeit und Härtbarkeit (40 khG) zu erhalten. Chrom-Mangan-Stähle haben jedoch eine geringere Zähigkeit, eine erhöhte Schwelle für kalte Sprödigkeit (von 20 auf -60ºC), eine Tendenz zum Anlassen von Sprödigkeit und Austenitkornwachstum beim Erhitzen.

Stahl 40 khGTR - sv \u003d 1000 MPa, s0,2 \u003d 800 MPa, d \u003d 11%, y \u003d 45%.

Chrom-Silizium-Mangan-Stähle. Chromosilicium-Mangan-Stähle (Chromansil) haben hohe Eigenschaften. Stähle mit 20 khGS, 25 khGS und 30 khGS weisen eine hohe Festigkeit und gute Schweißbarkeit auf. Chromansilstähle werden auch in Form von Blechen und Rohren für kritische Schweißkonstruktionen (Flugzeugbau) eingesetzt. Chromansilstähle neigen beim Erhitzen zu reversibler Sprödigkeit und Entkohlung.

Stahl 30 khGS - sv \u003d 1100 MPa, s0,2 \u003d 850 MPa, d \u003d 10%, y \u003d 45%. Chrom-Nickel-Stähle weisen eine hohe Härtbarkeit, gute Festigkeit und Zähigkeit auf. Sie werden zur Herstellung großer Gegenstände mit komplexer Konfiguration verwendet, die unter dynamischen und Vibrationslasten betrieben werden.

Stahl 40 khN - sw \u003d 1000 MPa, s0,2 \u003d 800 MPa, d \u003d 11%, y \u003d 45%.

Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle. Chrom-Nickel-Stähle neigen zu einer reversiblen Sprödigkeit beim Tempern, um zu beseitigen, welche vielen kleinen Teile dieser Stähle nach dem Hochtemperieren in Öl abgekühlt werden, und größere Teile in Wasser werden zusätzlich mit Molybdän (40XH2MA) oder Wolfram legiert, um diesen Defekt zu beseitigen.

Stahl 40KHN2MA - sv \u003d 1100 MPa, s0,2 \u003d 950 MPa, d \u003d 12%, y \u003d 50%.

Chrom-Nickel-Molybdän-Vanadium-Stähle weisen eine hohe Festigkeit, Duktilität und Zähigkeit sowie eine niedrige Kaltversprödungsschwelle auf. Dies wird durch den hohen Nickelgehalt erleichtert. Die Nachteile von Stählen sind die Schwierigkeit beim Schneiden und ihre hohe Neigung zur Bildung von Flocken. Stahl wird zur Herstellung der kritischsten Teile von Turbinen und Kompressormaschinen verwendet.

Stahl 38 khN3MFA - sw \u003d 1200 MPa, s0,2 \u003d 1100 MPa, d \u003d 12%, y \u003d 50%.

Allzweck-Feder-Feder-Stähle

Feder-Feder-Stähle sind für die Herstellung von Federn, elastischen Elementen und Federn für verschiedene Zwecke ausgelegt. Sie sollten eine hohe Beständigkeit gegen kleine plastische Verformungen, Haltbarkeitsgrenzen und Entspannungsbeständigkeit bei ausreichender Plastizität und Zähigkeit aufweisen.

Für Federn mit kleinem Querschnitt wird Kohlenstoffstahl 65, 70, 75, 85 verwendet. Stahl 85 - s0,2 \u003d 1100 MPa, sw \u003d 1150 MPa, d \u003d 8%, y \u003d 30%.

Legierte Stähle werden häufiger zur Herstellung von Federn und Federn verwendet.

Die Stähle 60S2KhFA und 65S2VA, die eine hohe Härtbarkeit, gute Festigkeit und Relaxationsbeständigkeit aufweisen, werden zur Herstellung großer, hochbelasteter Federn und Federn verwendet. Stahl 65S2VA - s0,2 \u003d 1700 MPa, sw \u003d 1900 MPa, d \u003d 5%, y \u003d 20%. Wenn elastische Elemente unter starken dynamischen Belastungen arbeiten, wird Stahl mit Nickel 60C2N2A verwendet.

Für die Herstellung von Fahrzeugfedern wird häufig Stahl 50HGA verwendet, der in seinen technischen Eigenschaften Siliziumstählen überlegen ist. Für Ventilfedern wird Stahl 50HFA empfohlen, der nicht zu Überhitzung und Entkohlung neigt.

Kugellagerstähle

Für die Herstellung von Wälzkörpern und Lagerringen mit kleinen Abschnitten wird üblicherweise kohlenstoffreicher Chromstahl ShKh15 (0,95-1,0% C und 1,3-1,65% Cr) und für große Abschnitte Chrom-Mangan-Stahl ShKh15SG (0,95-1,05% C, 0,9-1,2% Cr) verwendet. 0,4-0,65% Si und 1,3-1,65% Mn), bis zu einer großen Tiefe kalziniert. Die Stähle weisen eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Kontaktermüdungsbeständigkeit auf. Stähle stellen hohe Anforderungen an den Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen, da sie ein vorzeitiges Ermüdungsversagen verursachen. Eine Carbidheterogenität ist ebenfalls unzulässig.

Für die Herstellung von Wälzlagerteilen, die unter hohen dynamischen Belastungen betrieben werden, werden Einsatzstähle 20X2H4A und 18XGT verwendet. Lagerteile aus Stahl 20X2H4A haben nach dem Aufkohlen, Hochtemperieren, Abschrecken und Tempern 58-62 HRC auf der Oberfläche und 35-45 HRC im Kern.

Verschleißfeste Stähle

Austenitischer Stahl 110G13L mit hohem Mangangehalt, der 0,9-1,3% C und 11,5-14,5% Mn enthält, wird für Teile verwendet, die unter Bedingungen von Abriebreibung und hohen Drücken und Stößen auf Verschleiß arbeiten. Es hat die folgenden mechanischen Eigenschaften: s0,2 \u003d 250350 MPa, sw \u003d 8001000 MPa, d \u003d 3545%, y \u003d 4050%.

Stahl 110G13L hat nur unter Stoßbelastung eine hohe Verschleißfestigkeit. Bei geringen Stoßbelastungen in Kombination mit abrasivem Verschleiß oder mit reinem abrasiven Verschleiß tritt keine martensitische Umwandlung auf und die Verschleißfestigkeit von 110G13L-Stahl ist gering.

Für die Herstellung von Schaufeln von Hydraulikturbinen und Hydraulikpumpen, Schiffspropellern und anderen Teilen, die während der Kavitationserosion unter Verschleißbedingungen arbeiten, werden Stähle mit instabilem Austenit 30X10G10.0X14AG12 und 0X14G12M verwendet, die während des Betriebs eine teilweise martensitische Umwandlung erfahren.

Korrosionsbeständige und hitzebeständige Stähle und Legierungen

Hitzebeständige Stähle und Legierungen. Eine Erhöhung des Zunderwiderstands wird erreicht, indem hauptsächlich Chrom in den Stahl, aber auch Aluminium oder Silizium, d.h. Elemente, die in fester Lösung vorliegen und beim Erhitzen Schutzfilme aus Oxiden (Cr, Fe) 2O3, (Al, Fe) 2O3 bilden.

Zur Herstellung verschiedener Arten von Hochtemperaturanlagen werden Teile von Öfen und Gasturbinen, hitzebeständige ferritische (12X17.15X25T usw.) und austenitische (20X23H13, 12X25N16G7AR, 36X18H25C2 usw.) Stähle verwendet.

hitzebeständig. Stahl 12 × 17 - sw \u003d 520 MPa, s0,2 \u003d 350 MPa, d \u003d 30%, y \u003d 75%.

Korrosionsbeständige Stähle sind beständig gegen elektrochemische Korrosion.

Die Stähle 12X13 und 20X13 werden zur Herstellung von Teilen mit erhöhter Plastizität verwendet, die Stoßbelastungen ausgesetzt sind (Ventile von Hydraulikpressen, Haushaltsgegenständen), sowie von Produkten, die der Wirkung leicht aggressiver Umgebungen ausgesetzt sind (Ausfällung, wässrige Lösungen von organischen Säuresalzen).

Stahl 30X13 und 40X13 werden für Vergasernadeln, Federn, chirurgische Instrumente usw. verwendet.

Stahl 15X25T und 15X28 werden häufiger ohne Wärmebehandlung zur Herstellung von geschweißten Teilen verwendet, die in aggressiveren Umgebungen arbeiten und keinen Stoßbelastungen ausgesetzt sind, bei einer Betriebstemperatur von nicht unter -20 ° C.

Ich komme zum letzten Teil der Lektion, in dem ich die Lektion zusammenfasse. Ich hebe die Hauptpunkte des Themas hervor und betone die Notwendigkeit, dieses Thema zu lernen. Ich gebe Hausaufgaben aus. Ich werde die Lektion zusammenfassen. Ich gebe aktiven Schülern Noten, um ihre Selbstbildungsbedürfnisse zu fördern.