Лабораторні роботи
ТА МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЇХ ВИКОНАННЯ
Загальні вказівки
Метою лабораторних робіт є засвоєння класифікації та характеристик сучасних електротехнічних матеріалів, вивчення теоретичних основ, на яких базується вибір матеріалів для різноманітних електротехнічних пристроїв і обладнання, та придбання вмінь, а також навичок з планування та проведення експериментів по вимірюванню основних характеристик електротехнічних матеріалів, залежно від умов їх експлуатації.
Особливістю даних методичних вказівок є уклін до підвищення самостійної роботи студентів та концентрація їх уваги на засвоєння основних для їх спеціальностей тем: властивостей провідних матеріалів, характеристики діелектричних та магнітних матеріалів. При цьому прилади та методики вимірювання відповідних характеристик наближені до умов промислової лабораторії та вимог відповідних стандартів.
Робота в лабораторії може бути проведена не тільки успішно, але й безпечно тільки у тому разі, коли студент ретельно готується до її проведення, виконує всі правила з техніки безпеки. Тому при першому відвідуванні лабораторії студент обов’язково повинен пройти інструктаж по техніці безпеки, поставити свій підпис в відповідному журналі та потім суворо дотриимувтись правил по техніці безпеки.
Недостатнє знайомство з апаратурою та приладами, відсутність знань про властивості схеми, що має бути зібрана та досліджена, можуть потягти за собою нещасний випадок.
При виконанні лабораторної роботи студент повинен вести записи, які після виконання роботи повинен показати викладачу, а вдома оформити їх в вигляді звіту. Звіт необхідно виконувати технічно грамотно, дотримуючись відповідних стандартів на позначення фізичних величин, їх одиниць та елементів електричних схем [9].
Лабораторна робота №1 Дослідження температурної залежності питомого опору металевих провідників Мета роботи
Дослідження впливу температури і наявності домішок на змінювання опору металевих провідників.
Основні положення
Під провідником розуміють речовину, у якої основною електричною властивістю є електропровідність. Властивості провідника, який знаходиться в електричному полі, оцінюють такими основними характеристиками:
питома електрична провідність γ ,або зворотня їй величина
;температурний коефіцієнт питомого опору
;
Питомий опір провідника визначається згідно з формулою:
(5.1.1)
де
- опір провідника;
- його довжина;
-
площа
поперечного
перерізу.
У системі SІ в якості одиниці вимірювання питомого опору використовується 1 ∙m та кратні їй величини.
Температурний коефіцієнт питомого опору при даній температурі Т визначається через диференціальний вираз:
Відповідно середній температурний коефіцієнт питомого опору в діапазоні температур Т = Т – То визначається як
,
(5.1.2)
де о, T - значення , що відповідають температурам То і Т.
Типова картина зміни питомого опору металевого провідника (міді) від
температури наведена на рис.5.1 На лінійній ділянці характеристики (T), скористувавшись формулою (5.1.2) можна записати аналітичний вираз:
.
Число носіїв заряду (концентрація вільних електронів) в металевому провіднику при підвищенні температури практично не змінюється. Однак, при цьому зростають теплові коливання вузлів кристалевої гратки, внаслідок чого зменшується довжина вільного пробігу електронів та посилюється їх розсіювання на цих вузлах. Це обумовлює зростання питомого опору металевого провідника та нахил прямої на графіку залежності (T), тобто, значення . Відповідно електронній теорії металів для чистих металів = 1/273 = 0,004 К
Рисунок 5.1 – Залежність питомого опору металів від температури
На опір металів суттєво впливають домішки та структурні дефекти кристалевої гратки. Це пояснюється значним скороченням довжини вільного пробігу електронів у зв’язку з порушенням періодичності електричного поля кристалевої гратки.
Чисті метали характеризуються мінімальним значенням . За появою домішок питомий опір зростає навіть тоді, коли питомий опір домішок менший, ніж у основному металу.
Схема вимірювань і апаратура
В лабораторній роботі використовується апаратура:
- термостат з термометром;
прилад для вимірювання опору;
лабораторний макет із зразками провідників.
.
Рисунок 5.2- Схема вимірювань