IV. Основные электрические характеристики.

В качестве основной характеристики материала принимают удельное электрическое сопротивление:

,

где R – измеренное сопротивление, S – площадь сечения проводника, l – длина, на которой измеряется сопротивление.

Удельное электрическое сопротивление измеряется в следующих единицах: Омм (Омсм, мкОмсм или Оммм²/м).

Удельное электрическое сопротивление является величиной обратной электропроводности , и определяется природой объекта и не зависит от его формы и размера.

Температурная зависимость удельного сопротивления выражается формулой:

_t=₀[1+(t-t₀)+(t-t₀)²+(t-t₀)³+….),

где ₀ и _t – удельное сопротивление проводника при температуре 20С и tС, соответственно.

В небольших температурных интервалах температурная зависимость удельного электросопротивления металлов (при отсутствии фазовых превращений) близка к линейной:

_t=₀[1+_ (t-t₀)]

Отсюда температурный коэффициент электросопротивления равен:

.

Так как  пропорционально R, имеем:

.

Для расчета _ в интервале температур (t₂-t₁) удобно пользоваться формулой Степанова:

,

где ₁ – удельное электросопротивление при температуре t₁, а ₂ – удельное электросопротивление при температуре t₂.

Это выражение дает средний коэффициент электросопротивления.

Истинный коэффициент:

при .

На может влиять термическое расширение

где _r – температурный коэффициент общего электросопротивления образца, t – интервал температур, _t – коэффициент линейного теплового расширения образца.

V. Применение метода электросопротивления для решения металловедческих задач.

Метод электросопротивления в металловедение часто используется для изучения фазовых превращений, дефектов, тонкой структуры, концентрационных зависимостей различных процессов, протекающих в металлических системах, для изучения диаграмм состояния. В силу прямой зависимости электросопротивления от дефектов кристаллического строения, этот метод может быть использован как косвенный метод структурного анализа. При этом важно, что во многих случаях измерение электросопротивления гораздо более производительно и дешево, чес непосредственно структурные исследования.

СХЕМА УСТАНОВКИ.

Все измерения электросопротивления образцов производятся на двойном мосте (рис.2.4). По данной схеме сопротивления контактов и тоководов не входят в результаты измерений.

Рис.2.4. Принципиальная схема двойного моста.

Измеряемое сопротивление R_X соединяется последовательно с эталонным R_N, амперметром, источником питания и регулировочным сопротивлением R. Параллельно этой ветви включается вторая ветвь, состоящая из сопротивлений R₁ и R₃. Нуль-гальванометр подключается к сопротивлениям R_X и R_N через дополнительные сопротивления R₂ и R₄, образующие третью ветвь, параллельную двум первым. Сопротивления R₁, R₂, R₃, R₄ выбираются много большими, чем сопротивления соединительных проводов и контактов. R_N стараются подобрать близким по величине к R_X. Выбрав R₁/R₂=R₃/R₄ можно определить R_X=R_N(R₁/R₃). Обычно сопротивления R₃ и R₄ делаются в виде одинаковых штепсельных магазинов, имеющих значения 10, 100, 1000, 10000 Ом. Сопротивления R₁ и R₂ в виде механических рычажных сопротивлений. Измерения сопротивления сводятся к уравновешиванию моста путем вариации R₁-R₂, при этом значения R₃ и R₄ остаются во время опыта неизменными.

Ток в цепи выбирается возможно большим, но таким, чтобы образец не нагревался. R_N и R₃=R₄ определяются в зависимости от сопротивления исследуемого образца R_X.

Порядок выполнения работы.

Определение удельного электросопротивления технически чистых металлов (меди, алюминия, железа).

1. Включить в сеть фотоэлектронный усилитель (время выхода на режим 30-60мин).

2. Закрепить в зажимах образец, сопротивление которого необходимо измерить.

3. Проверить электрическую схему соединений.

4. Переключатель рода работ (ППР) поставить в положение МД-2.

5. Установить рекомендуемые значения плеч моста М1 и М2 в зависимости от величины ожидаемого сопротивления.

6. Проверить установку на «нуль» стрелки прибора блока «АК» (для чего при отжатых кнопках «измерение», «шунт АК» и «0₁0₂0₃» вывести стрелку прибора на нулевую отметку), постепенно повышая чувствительность прибора переключателем «Чувствительность» от 1 до 6.

7. Вновь установить переключатель «Чувствительность» в положение «1».

8. Включить источник питания, установить предел «3.2А».

9. Включить кнопку «Измерение».

10. Уравновесить мост декадами плеча сравнения «R_изм», постепенно повышая чувствительность блока «АК» от 1 до 6. Записать значение R_изм.

11. Поставить переключатель «Чувствительность» в положение «1».

12. Отжать кнопку «Измерение» на блоке «АК».

13. Выключить источник питания.

14. Подсчет сопротивления ведется по формуле:

R_X=R_изм₁R_обр10^-3, Ом,

Где R_изм – сопротивление настройки по декадам, R_обр – образцовое сопротивление (0,01Ом), ₁ – коэффициент плеча сравнения (0,1).

Удельное электросопротивление рассчитывается по формуле:

,

Данные сводятся в табл.1.

Металл	Измер.	Рабочая длина, l, мм	Диаметр провол., , мм	Площ. попер. сечен. S, мм2	Rизм , Ом		RX, Ом	, Оммм2 м
					Изм.	Сред.
Сu	1 2 3

Изучение влияния наклепа на электросопротивление чистых меди, алюминия или сплавов.

Измеряется электросопротивление образцов различных диаметров, причем образец самого большого диаметра d₀ находится в исходном отожженном состоянии, остальные образцы подвергаются волочению.

Результаты испытаний сводятся в табл.2. На основании полученных данных строится график зависимости удельного электросопротивления от степени деформации.

№ обр.	Измер.	Рабоч. длина, l, мм	Диаметр провол., , мм	Площ. попер. сечен. S, мм2	Степ. деформации, , %	Rизм , Ом		RX, Ом	, Оммм2 м
						Изм.	Среднее
1	1 2 3
2

Изучение влияния легирования алюминиевых сплавов на удельное электросопротивление.

Определяется электросопротивление образцов сплавов одной из систем Al-Cu, Al-Cr, Al-Mn, Al-Ta, Al-Ti, Al-W, Al-Zr, Al-Hf.

Данные записываются в табл.3.

№ обр.	Измер.	Рабоч. длина, l, мм	Хим. Состав, %		Площ. попер. сечен. S, мм2	Степ. деформации, , %	Rизм , Ом		RX, Ом	, Оммм2 м
			Al	Лег. элемент			Изм.	Среднее
1	1 2 3
2

По полученным данным строится зависимость удельного электросопротивления от содержания легирующего элемента в алюминиевом сплаве.

Оформление отчета.

В отчете необходимо:

1. Привести схему измерительного моста и дать краткое её описание, формулы для расчета измеряемого электросопротивления, удельного электросопротивления.

2. По измеренным и рассчитанным характеристикам заполнить табл.1,2,3.

3. Построить зависимость удельного электросопротивления от степени деформации и химического состава сплавов.

4. Сделать выводы.