МЭТ лабораторные / МЭТ_1 лаб_отчёт

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МНЭ

отчёт

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Материалы электронной техники»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Студентка гр. 9283		Зикратова А.А.
Преподаватель		Кузнецова М. А.

Санкт-Петербург

2020

Протокол

Обработка результатов

1. Рассчитать удельное сопротивление металлических проводников и сопротивление квадрата поверхности металлических плёнок.

Примеры расчёта для первых позиций:

R_кв = Rb / l = (39,15 ‧ 2,5 / 0,2) Ом = (97,875 / 0,2) Ом ≈ 489,4 Ом

Таблица 1.1
Материал	R, Ом	b, мм	l, мм	Rкв, Ом
1	39,15	2,5	0,2	489,4
2	840	2	3,25	516,9
3	7620	0,6	9,5	481,3

ρ = RS / l = Rπ / l = (63,59 ‧ 3,14 ‧ 0,1² / (4 ‧ 1040)) Ом ‧ мм ≈ 1,997 / (4 ‧ 1040) ‧ 10³ ≈ 4,8 ‧ 10^-1 мкОм ‧ м.

Таблица 1.2
Материал	R, Ом	l, мм	d, мм	ρ, мкОм ‧ м
манганин	63,59	1040	0,1	4,80E-01
медь	9,86	8300	0,13	1,58E-02
нихром	2,73	900	0,7	1,17E+00
константан	198,64	1000	0,06	5,61E-01
никель	2,55	1500	0,25	8,34E-02

2. Построить температурные зависимости сопротивления R=f(T) для исследованных резисторов.

3. Рассчитать температурный коэффициент удельного сопротивления металлов и сплавов.

Графики линейно аппроксимированы.

Пример расчёта для никеля при T = 323 К и = 0,24617:

α_ρ = α_R + α_l = =( ) К^-1 ≈ 0,0044 К^-1.

Таблица 1.3
	никель		медь		константан
T, К	R, Ом	αρ, К-1	R, Ом	αρ, К-1	R, Ом	αρ, К-1
323	20,97	0,0044	117,67	0,00210	30,57	-1,809E-05
333	22,5	0,0041	120,32	0,00206	30,56	-1,810E-05
343	23,28	0,0040	122,94	0,00202	30,56	-1,810E-05
353	23,91	0,0039	125,3	0,00198	30,55	-1,811E-05
363	24,51	0,0038	127,4	0,00195	30,53	-1,814E-05
373	26,06	0,0036	129,73	0,00191	30,51	-1,816E-05
383	25,95	0,0036	132,36	0,00187	30,5	-1,817E-05
393	27,98	0,0033	135,07	0,00184	30,5	-1,817E-05
403	28,76	0,0032	137,51	0,00180	30,49	-1,818E-05
413	29,64	0,0031	140,08	0,00177	30,48	-1,819E-05

4. Построить зависимость α_ρ = f(T) для исследованных материалов.

5. Рассчитать зависимости удельного сопротивления и температурного коэффициента удельного сопротивления от состава для сплавов системы Cu-Ni при комнатной температуре.

Для сплава удельное сопротивление рассчитывается по формуле:

ρ_Cu-Ni = ρ_Niх_Ni + ρ_Сu (1−х_Ni) + С х_Ni(1−х_Ni)

Определим C при T = 293 К и x_Ni = 0,4 ( = 0,5 ‧ мкОм ‧ м; = 0,068 ‧ мкОм ‧ м; = 0,017 ‧ мкОм ‧ м):

C = мкОм ‧ м ≈ 1,9275 мкОм ‧ м

Рассчитаем ρ_Cu-Ni для x_Ni = 0,4 (при других значениях x_Ni уд. сопротивления рассчитаны в таблице 1.5):

ρ_Cu-Ni = 0,068 ‧ 0,4 + 0,017 ‧ 0,6 + 1,9275 ‧ 0,4 ‧ 0,6 = 0,5 мкОм ‧ м

Рассчитаем для x_Ni = 0,4 при К^-1 и К^-1 (при других значениях x_Ni тепловые коэффициенты уд. сопротивления рассчитаны в таблице 1.5):

= (0,068 ‧ 0,4 ‧ + 0,017 ‧ 0,6 ‧ ) / 0,5 ≈ 0,00024 К^-1

Таблица 1.5
xNi	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1
ρ, мкОм ‧ м	0,017	0,3356	0,5	0,5102	0,3662	0,068
αρ, К-1	0,001929	0,000229	0,000241	0,000323	0,000570	0,003716

6. Построить зависимости удельного сопротивления сплава ρ_Cu-Ni и температурного коэффициента удельного сопротивления сплава α_ρ(х_Cu-Ni) от состава сплава.

α_{ρ ср} = -1,814 ‧ 10^{-5 – температурный коэффициент удельного сопротивления константана (от 323 К до 413 К)}

7. Построить температурные зависимости термоЭДС ΔU( ) для исследованных термопар.

Выводы:

1. Удельное сопротивление сплава возрастает при добавлении к основному металлу примесного металла (ρ_Cu = 1,58 ‧ 10^-5 Ом ‧ мм; ρ_Ni = 8,34 ‧ 10^-5 Ом ‧ мм; ρ_Cu-Ni = 5,61 ‧ 10^-4 Ом ‧ мм), что видно из графика зависимости ρ_Cu-Ni = f(x_Ni) (пункт 6)

2. При повышении температуры сопротивление чистых металлов возрастает линейно (никель, медь), а сопротивление сплава (константан) уменьшается (почти не изменяется).

3. Температурный коэффициент сплава (константан) примерно на два порядка меньше, чем температурные коэффициенты чистых металлов (никель, медь). α_ρ уменьшается при повышении температуры у всех 3-х образцов.

4. Одна из причин возникновения термоЭДС – это различная концентрация электронов в металлах. Поскольку манганин в своём составе содержит около 85 % меди, то у термопары медь-манганин изменится термоЭДС на меньшую величину, чем у термопары разнородных металлов медь-железо или термопары медь-константан (60 % меди + 40 % никеля; меньшее сродство с медью, чем у манганина), при изменении температуры на одну и ту же величину.