Питання до захисту лабораторної роботи.

1. Від чого залежить ємність відокремленого провідника, ємність конденсатора?

2. Чим визначається час розрядки конденсатора?

3. Чому використаний в роботі метод придатний для виміру тільки досить великих ємностей?

Рекомендований вибір резисторів

СХ, мкФ	Група R	R, кОм	R0, кОм	UСдопуст., В
5 - 70	R1	3375	10,19	16
80 – 220	R2	1030	2,9	16
220-470	R3	337	0,844	18
>680	R4	57,7	0,222	12

Література.

1. www.opprib.ru e-mail:info@opprib.ru

2. Определение емкости конденсатора и батареи конденсаторов, Лабораторная работа №2. Составители:Санеев Э.Л., Шагдаров В.Б., Изд.ВСГТУ, Улан-Уде, 2007

3. Изучение процессов зарядки и разрядки конденсатора: Методические указания к лабораторной работе по физике /Составитель: Х.К.Тазмеев; Изд.2-е, доп. и перераб.- Набережные Челны: КамПИ, 2003,14 с.

4. rl.odessa.ua._For_Lyceistu/Physics/Lab_11F/…

Ришельевский лицей, Определение емкости конденсатора по кривой разрядки. Лабораторный практикум

5. http://konspektiruem.ru/articles/electrical_eng…

Лабораторна робота № 15

Тема: Діаграми стану подвійних сплавів.

Мета роботи: Визначення складу припою за кривою охолодження.

Прилади і матеріали: піч СУОЛ, термопара хромель-алюмель, зразки матеріалів.

Теоретичні відомості.

Перехід металу з рідкого стану в тверде з утворенням кристалів називається кристалізацією. Особливістю переходу з рідкого стану в твердий являється те, що в чистих металах він протікає при постійних температурах, які залежать від природи металу і тиску.

Розташування атомів в рідині характеризується відсутністю далекого порядку, тобто відсутністю правильного розташування атомів, що періодично повторюється в трьох вимірах.

Внутрішня енергія неврегульованої рідини більше впорядкованої будови твердого тіла, тому при переході з одного стану в інше спостерігається виділення (чи поглинання) тепла.

Теплота, що виділяється під час переходу металу з рідкого стану в твердий, називається прихованою теплотою плавлення. Температура кристалізації визначається як температура, при якій вільні енергії рідкої і твердої фаз рівні. Зміна вільної енергії рідкого і твердого станів залежить від температури (рис.1).

Температура Тs називається рівноважною температурою кристалізації (плавлення). Процес кристалізації при цій температурі не відбувається, оскільки в цих умовах вільні енергії рідкого і твердого станів рівні.

Процес кристалізації починається, коли виникає різниця вільних енергій, яка утворюється внаслідок меншої вільної енергії твердого металу в порівнянні з рідким. Таким чином, для переходу металу з рідкого стану в тверде потрібне переохолодження нижче рівноважної температури кристалізації .

Для проведення термічного аналізу випробовуваний материал помещают в тигель і доводять до плавлення. Після цього метал повільно охолоджують з постійною швидкістю і через рівні проміжки часу заміряють його температуру. Для виміру високих значень температур зазвичай використовують термоелектричні пірометри. Термоелектричні пірометри складаються з термопари і реєструючого пристрою .

Термопара складається з двох провідників різних металів або сплавів і має ту властивість, що якщо з'єднати (зварити) одні кінці проввідників, а інші приєднати до гальванометра, то при нагріві спаю виникає електрорушійна сила, що викликає відхилення стрілки гальванометра. Величина електрорушійної сили залежить від матеріалу термопари і температури замкнених кінців кола. Результуюча ЕРС тим більше, чим більше різниця температур гарячого і холодного спаїв. При постійній температурі одного з кінців, виведених до вимірювального приладу (званого холодним спаєм), результуюча ЕРС визначається температурою другого кінця (гарячого спаю), який вводиться в розплавлений метал.

В якості термопар застосовують наступні поєднання металів : платинородій (10% Rh) - платина (ПП1); платинородій (30% Rh ) - платинородій(ПР30/6), хромель-алюмель (ХА); хромель-копель(ХК).

Таблиця 1

Хімічний склад сплавів для термопар

Хромель	Алюмель	Копель	Константан	Платинородій
Ni - 89,0 % Cr - 9,8 % Fe - 1,0 % Mn - 0,2 %	Ni - 94 % Al - 2 % Si - 1,0 % Fe - 0,5 % Mn - 2,5 %	Ni - 43 - 44 % Fe - 2 - 3 % Cu - 53 - 55 %	Ni - 40 % Cu - 59 % Mn - 1 %	Pt - 90 % Rh - 10 %

Таблиця 2

Сфера застосування термопар

Термопара	Температурна межа, оС
Медь - константан Хромель - копель Срібло - константан Залізо - константан Хромель - алюмель Платина - платинородій	400 600 600 650 1100 1600

Гарячий спай термопари, захищений від контакту з рідким металом, занурюється в метал з таким розрахунком, щоб спай знаходився в середині об'єму металу, що дозволяє характеризувати його дійсну температуру. Холодний спай термопари виводять до вимірювальних приладів. За показамии цих приладів - по окремих замірах температури через певні проміжки часу отримують графіки

Т=f(τ), в координатах температура - час ( рис.2 ).

Сплав ця речовина, отримана сплавлянням двох або більше компонентів. Будова сплаву залежить від типу взаємодії компонентів. У металевих сплавах можливе одержання механічної суміші, хімічних сполук і твердих розчинів.

Діаграми стану сплаву будують експериментальним шляхом, які представляються в графічній формі і показують зміну складу залежно від вмісту компонентів і температури. Діаграми стану дозволяють визначити, яку структуру матимуть повільно охолоджені сплави, а також вирішити питання про те, чи можна змінити мікроструктуру в результаті термічної обробки сплаву.

Вид діаграми визначається характером взаємодії, які виникають між компонентами в рідкому і твердому станах.

Загальні закономірності співіснування стійких фаз, що відповідають теоретичною умовою рівноваги, можуть бути виражені правилом фаз.

,

де:

С- число ступенів вільності

К - кількість компонентів тих, що становлять сплав

f - кількість фаз

2 - число змінних (тиск і температура).

Для двокомпонентної системи (К=2) діаграми розглядають без урахування газової фази, тобто вважають що p=const, а зовнішнім чинником, що змінюється, вважають тільки температуру (n=1).

Тоді правило фаз набере наступного вигляду.

При числі ступенів вільності рівної "0" система знаходиться в рівновазі при строго певній температурі (рідка і тверда фази).

Якщо число ступенів вільності дорівнює одиниці, то можлива зміна в деяких межах одного з перерахованих параметрів, і це не викличе зменшення або збільшення числа фаз.

Властивості будь-якого сплаву залежать від того, які з'єднання або які фази утворили компоненти сплаву.

Як приклад по вивченню фазового і структурного стану сплавів розглянемо діаграму системи "олово−свинець"(див. рис. 6).

Сплав системи Sn − Pb відноситься до сплавів типу "механічні суміші".

Діаграмою стану цього сплаву є діаграма з обмеженою розчинністю компонентів в твердому стані.

Згідно цієї діаграми лінія 3 − лінія ліквідус, а лінія 5 − солідус. Крім того, лінія 5 відповідає температурі, при якій в процесі охолодження сплавів в них протікає евтектична реакція з утворенням евтектики при температурі 1830С і змісті ( 37% Pb і 63% Sn.

Особливості кристалізації сплавів Pb − Sn розглянемо для наступних складів:

1. 10% Pb і 90% Sn

2. 37% Pb і 63% Sn

3. 70% Pb і 30% Sn

Криві охолодження цих сплавів представлені на рис. 3, 4, 5.

Кристалізація сплаву починається при температурі T₁ (верхня критична температура) і протікає при змінній температурі до T₂ (нижня критична температура).

В інтервалі температур T₁ - T₂ з рідини виділяються кристали надмірного компонента (β).

Якщо з рідини виділяються кристали β, то концентрація Sn в рідкій фазі зменшується, а концентрація Pb в рідкій фазі збільшується. В процесі кристалізації концентрація компонентів в рідкій фазі змінюється і прагне до такої концентрації (37% Pb і 63% Sn), коли обидва компоненти α і β з рідини кристалізуються сумісно. Одночасна кристаллизація α і β протікає при постійній температурі.

У сплаві, що містить 37% Pb і 63% Sn, з рідкої фази проходить одночасна кристалізація обох компонентів (рис. 4). В результаті утворюється однорідна механічна суміш. Структуру, що складається з двох або більше твердих фаз, що одночасно кристалізуються з рідини, називається евтектикою.

У сплаві, що містить 70% Pb і 30% Sn, процес кристалізації починається при температурі T₁. В.ПоповичЗ рідкої фази починають кристалізуватися кристали компонента, що знаходиться в надлишку відносно евтектичної концентрації, тобто α (рис.3). Якщо з рідини виділяються кристали α, то в процесі кристалізації рідка фаза збагачується оловом. Коли концентрація компонентів в рідкій фазі досягне евтектичної концентрації (тобто 37% Pb і 63% Sn), то почнеться сумісна кристалізація обох компонентів при постійній температурі T₂.

Криві охолодження показують, що сплави системи Pb − Sn в інтервалі концентрацій 2,5 ÷ 81 % свинцю остаточно тверднуть при постійній температурі − T₂. Це дає основу вважати, що тверднуча при постоійній температурі - T₂ частина рідкого сплаву має постійний склад. Такому складу відповідає сплав, що містить 37% Pb і 63% Sn. Для сплавів типу механічні суміші температура кінця кристалізації не залежить від концентрації сплаву, вона постійна для усіх сплавів. Температура початку кристалізації змінюється залежно від концентрації компонентів в сплаві.

Рис.5. Крива охолодження заевтектичного сплаву

Sn % Pb Pb

Рис.6. Інженерний варіант діаграми стану системи Sn - Pb:

1 − рідкий стан; 2 − рекомендована температура припою при змочуванні;

3 − ліквідус; 4 − кашкоподібний стан; 5 − солідус; 6 − евтектика (α + β);

7 − твердий розчин свинцю в олові (β); 8 − твердий розчин олова у свинці (α); 9 − твердий сплав