новая папка / Отчёт по ЛР№4 материаловедение
.docxМ инистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет
Электротехнический факультет
Кафедра Конструирование технологий в электротехнике (КТЭ)
Отчет по лабораторной работе № 4
по курсу «Электроэнергетика и электротехника»
«ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ
ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ»
Выполнил: студент гр. ЭЭ-20-3б
Киряков Даниил Андреевич
Проверил: Кандидат технических наук, Доцент
Черняев В.В.
Дата защиты____________Оценка_____________
Пермь 2021
Цель работы. Изучение физических явлений в материалах высокой проводимости и сплавах высокого сопротивления; экспериментальное определение основных электрических характеристик (удельное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления); освоение методики исследования свойств проводниковых материалов.
Основные теоретические положения
Основными материалами, хорошо проводящими электрический ток, являются металлы. В качестве проводников могут использоваться и некоторые жидкости, а при соответствующих условиях и ионизированные газы.
Твердыми проводниками являются металлы и некоторые модификации углерода.
К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты.
Механизм протекания тока по металлам в твердом и жидком состояниях обусловлен движением свободных электронов, вследствие чего их называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода. Проводниками второго рода или электролитами, являются растворы (в основном водные) кислот, щелочей и солей. Прохождение тока через такие проводники связано с переносом вместе с электрическими зарядами частей молекул (ионов), в результате чего состав электролита постепенно изменяется, а на электродах выделяются продукты электролиза.
Удельное сопротивление проводников с постоянным поперечным сечением и длиной вычисляется по формуле:
.
Число свободных носителей заряда (концентрация электронов) с увеличением температуры в металлическом проводнике остается низменным. Из-за усиления колебаний узлов кристаллической решётки появляется все больше и больше препятствий на пути направленного движения электронов, т.е. уменьшается средняя длина свободного пробега и подвижность электронов понижается. Поэтому удельное сопротивление большинства металлических проводников с повышением температуры возрастает.
В узких диапазонах температуры, как это принято на практике, допустима прямолинейно-кусочная аппроксимация этой зависимости, и величина удельного сопротивления в конце интересующего нас диапазона температуры t может быть подсчитана по формуле
, где - значение удельного сопротивления в начале диапазона.
Величина называется средним температурным коэффициентом удельного сопротивления (ТК) в данном диапазоне температуры
[К-1].
Дифференциальное выражение для при температуре t имеет вид:
[ К-1].
Значения чистых металлов в твердом состоянии близки друг к другу и поэтому приближенно можно считать:
[ К-1].
Описание установки
Для исследования электропроводности проводниковых материалов в зависимости от температуры используется установка, включающая термостат и мост постоянного тока типа МО-62 (рис. 3). Питание установки осуществляется от сети переменного тока 220 В.
Образцы материалов установлены в термостате.
Рис. 1. Установка для измерения сопротивлений: а - схема для измерения; б – блок – схема установки.
Таблицы, содержащие результаты измерений и вычислений, для 4 образцов представлены ниже:
Таблица 1(1 образец):
XПри комнатной температуре |
||
t, ⁰C |
R, kOm |
|
26 |
125,1 |
|
|
|
|
|
|
|
Нагрев |
|
|
t, ⁰C |
R, kOm |
TKR |
36 |
130,1 |
0,003997 |
50 |
124,1 |
-0,00033 |
67 |
120,1 |
-0,00097 |
80 |
123,1 |
-0,0003 |
92 |
122,1 |
-0,00036 |
105 |
121,4 |
-0,00037 |
График снятых температурных зависимостей (R, TKR) для образца №1:
Таблица 2(2 образец):
При комнатной температуре |
|||
t, ⁰C |
R, Om |
|
|
26 |
4,311 |
|
|
|
|
|
|
Нагрев |
|
||
t, ⁰C |
R, Om |
TKR |
|
39 |
4,387 |
0,001356 |
|
52 |
4,56 |
0,002222 |
|
67 |
4,74 |
0,002427 |
|
78 |
4,86 |
0,002449 |
|
92 |
4,9 |
0,00207 |
|
110 |
5,24 |
0,002565 |
График снятых температурных зависимостей (R, TKR) для образца №2:
Таблица 3(3 образец):
При комнатной температуре |
|||
t, ⁰C |
R, Om |
|
|
26 |
800,1 |
|
|
|
|
|
|
Нагрев |
|
||
t, ⁰C |
R, Om |
TKR |
|
39 |
797 |
-0,0003 |
|
54 |
796,1 |
-0,00018 |
|
66 |
793 |
-0,00022 |
|
80 |
790 |
-0,00023 |
|
90 |
789,6 |
-0,00021 |
|
103 |
786 |
-0,00023 |
График снятых температурных зависимостей (R, TKR) для образца №3:
Таблица 4(4 образец):
При комнатной температуре |
|
||
t, ⁰C |
R, kOm |
|
|
26 |
240,1 |
|
|
|
|
|
|
Нагрев |
|
|
|
t, ⁰C |
R, kOm |
|
TKR |
38 |
260,1 |
|
0,006942 |
53 |
241,1 |
|
0,000154 |
68 |
240,1 |
|
0 |
81 |
233,1 |
|
-0,00053 |
92 |
234,1 |
|
-0,00038 |
104 |
234 |
|
-0,00033 |
График снятых температурных зависимостей (R, TKR) для образца №4:
Выводы по работе: Сопоставляя теоретические и практические данные снятые с графиков зависимостей. Можно с уверенностью заявить, что при увеличении температуры сопротивления образцов № 1,3,4 уменьшаются и их температурный коэффициент принимает небольшие отрицательные значения, что может говорить о том, что это сплав какого-либо металла. Данное явление можно объяснить тем, что при более сложных составе и структурах по сравнению с чистыми металлами, сплавы уже нельзя рассматривать как классические металлы, т.е. изменение электропроводности их обуславливается не только изменением подвижности носителей, но и в некоторых случаях частичным возрастанием концентрации носителей при повышении температуры. Сплав, у которого уменьшение подвижности с температурой компенсируется возрастанием концентрации носителей, будет иметь нулевой или отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления.
У образца № 2 наоборот при увеличении температуры сопротивление тоже возрастает и температурный коэффициент принимает положительные значения, что может говорить о том, что это с большой вероятностью чистый металл.