Лабы / Лаб 1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра Радиотехнических систем

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №1

По дисциплине «ФОМНЭ»

Каскадная плавка

Студент гр. ______________

Преподаватель ______________ Мельник В.И.

Санкт-Петербург

2025

Цель работы: изучение метода зонной плавки на модели, используемой для очистки веществ от примесей при помощи компьютерной программы.

Приборы и установки:

1 - примеси; 2 – графитовая лодочка; 3 – индукционные нагреватели; 4 – чистый алюминий; 5 – расплавленная зона.

Обработка результатов.

1. Пронаблюдаем влияние концентрации на конечный результат.

1.1.1. Задаём начальные настройки модели. Длина стержня – 100 см. Коэффициент V0 – 0,78. Масса образца – 50 кг.

Рисунок 1. Основные параметры.

1.1.2. Выберем на стержне 11 точек через каждый 10 см. Установим постоянную концентрацию 25. Скорость и длину нагревателя оставим по умолчанию (0,1 мм/c и 10 см). Коэффициент K0 – 0,57 (по умолчанию).

Рисунок 2. Постоянная концентрация примеси.

1.1.3. Выполним 40 проходов и запишем результаты. На графике красным цветом обозначена начальная концентрация примесей, а черным цветом – концентрация после очистки.

Рисунок 3. График концентрации примеси после очистки для постоянной концентрации.

1.2.1. Выберем на стержне 11 точек через каждый 10 см. Установим неравномерную концентрацию. Скорость и длину нагревателя оставим по умолчанию (0,1 мм/c и 10 см). Коэффициент K0 – 0,57 (по умолчанию).

Рисунок 4. Неравномерная концентрация примеси.

1.2.2. Выполним 40 проходов и запишем результаты.

Рисунок 5. График концентрации примеси после очистки для неравномерной концентрации.

1.3. Сравним полученные графики. Видно, что после 40 проходов нагревателя концентрация примеси в стержне схожа.

Вывод: начальное распределение примеси в стержне не влияет на чистоту конечного образца.

2. Пронаблюдаем влияние коэффициента К0 на конечный результат.

2.1.1. Изменим коэффициент К0 на 1,5 при постоянной концентрации и выполним 40 проходов, запишем результат.

Рисунок 6. График концентрации примеси после очистки, К0 = 1,5.

2.1.2. Изменим коэффициент К0 на 1.2 и повторим эксперимент, запишем результат.

Рисунок 7. График концентрации примеси после очистки, К0 = 1,2.

2.1.3. Изменим коэффициент К0 на 1 и повторим эксперимент, запишем результат.

Рисунок 8. График концентрации примеси после очистки, К0 = 1.

2.1.4. Сравним полученные данные.

Вывод: при коэффициенте сегрегации К0 > 1 примесь концентрируется в левой части стержня, а при К0 < 1 в правой. Увеличение коэффициента сегрегации увеличивает скорость очистки.

3. Пронаблюдаем влияние длины нагревателя.

3.1.1. Изменим длину нагревателя и запишем результат после 40 проходов. Новая длина – 20 см. Установим постоянную концентрацию 25. Скорость нагревателя - 0,1 мм/c и 10 см. K0 – 0,57 (по умолчанию).

Рисунок 9. График концентрации примеси после очистки, L_нагр = 20 см.

3.1.2. Сравним результаты, представленные на рисунках 9 и 3.

Вывод: при увеличении длины стержня очистка происходит менее равномерно. Для L_нагр = 20 см необходимо большее число проходов. Для 40 проходов L_нагр = 10 см более эффективно.

4. Исследуем влияние состояния нагревателя (включено, выключено).

4.1.1. Для включенного нагревателя результаты представлены на рисунке 3.

4.1.2. Выключим нагреватель и повторим эксперимент. Запишем результаты.

Рисунок 10. График концентрации примеси после очистки. Нагреватель выключен.

4.1.3. Сравним результаты, представленные на рисунках 3 и 10.

Вывод: при выключенном нагреватели концентрация примеси на конце стержня меньше, чем при включенном. Из курса физики мы знаем, что при низких температурах процесс диффузии происходит медленнее.

Вывод: мы изучили метод зонной плавки на модели, используемой для очистки веществ от примесей при помощи компьютерной программы. Были исследованы различные закономерности: влияние концентрации, влияние коэффициента сегрегации К0, а также длины и состояния нагревателя.