Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные компоненты и радиоматериалы. Лабораторный практикум
.pdf
Латунь дешевле меди, поэтому ее применение экономически более целесообразно там, где не нужна высокая электропроводность.
Алюминий является вторым после меди проводниковым материалом благодаря его сравнительно высокой электропроводности и
стойкости к атмосферной коррозии. На воздухе алюминий очень
быстро покрывается тонкой пленкой оксида Al2O3, надежно защищающей его от кислородного воздуха. Но пленка эта обладает повышенным электрическим сопротивлением. При увлажнении мест соединений алюминиевых проводов с проводниками из других металлов могут образовываться гальванические пары. При этом алюминиевый провод будет разрушен местными гальваническими токами [4].
Алюминий выпускается различной степени чистоты. Особо чистый алюминий содержит примесей не более 0,001-0,05 % (железо, Si,
Zn, Ti, Cu). Из таких сортов изготавливают электроды электролитических конденсаторов, а также алюминиевую фольгу.
Сплавы, обладающие высоким удельным сопротивлением
Основными представителями являются манганин, константан и
нихром.
Манганин – сплав 85-89 % меди, 2-3 % никеля и 11-13 % марган-
3
ца, цвет светло-оранжевый, плотность 8400 кг/м
, температура плав-
ления 960 С, КТР = 18 × 10-6 1/ С. Имеет неупорядоченную кристаллическую структуру, как и все сплавы с большим удельным сопротивлением.
Манганин обладает очень малой термоЭДС при контакте с медью
(~1 мкв/°С), а также весьма малой зависимостью удельного сопротивления от температуры.
Для стабилизации электрических свойств изделия из манганина
подвергают термической обработке – выдержке в вакууме при 450 °С
и последующей выдержке при комнатной температуре, в результате
повышается однородность сплава и стабилизируются его свойства.
Из манганина изготавливают мягкие (ПММ) и твердые (ПМТ)
проволоки и ленты, манганиновые обмоточные провода с эмалевой
11
изоляцией, изоляцией из натурального шелка. Манганиновые провода
применяются при производстве резисторов высокого класса.
Константан – сплав меди (58-59 %), никеля (39-41 %), марганца
(1-2 %). Цвет константана – серебристо-желтый, плотность
8900 кг/м3, температура плавления 1260 °С, КТР = 14 × 10-6 1/°С
(температурный коэффициент удельного сопротивления), то есть у
многих составов константана удельное электрическое сопротивление
не изменяется с изменением температуры. Существенный недостаток
константана – в паре с медью термоЭДС достигает 40–45 мкВ/°С, что
ограничивает применение константана в стабильных резисторах. Но
этот недостаток является достоинством для применения константана
в термопарах. Константановые изделия используют при температурах
до 500 °С [5].
Жаростойкими материалами являются сплавы на основе никеля,
хрома и некоторых других компонентов (нихром, фехраль, хромаль
).
Нихром является представителем жаростойких проводниковых
материалов – сплавов на основе никеля и хрома. Жаростойкость
означает возможность длительно работать, не окисляясь, при высоких
температурах в окислительной атмосфере воздуха. Обусловлена жаростойкость наличием оксидной пленки высокой плотности, защищающей сплав от доступа кислорода воздуха. Основой оксидной
пленки является оксид хрома Cr
и закись никеля NiO, которые не
2O3
испаряются с поверхности при высоких температурах. Сплавы на основе железа, хрома и алюминия называют фехраль и хромаль. Жаростойкие материалы обладают большим удельным сопротивлением и
малыми значениями ТКρ [6].
Жаростойкие сплавы применяются для изготовления обмоток
нагревательных элементов, проволочных резисторов, тонкопленочных резисторов в интегральных микросхемах [1].
Свойства жаростойких сплавов приведены в табл. 1.2 и удельные
сопротивления проводников в табл. 1.3.
12
Свойства жаростойких сплавов
Таблица 1.2
Максимально
Марка сплава Тип сплава ρ, мкОм
.
м
. 10-6
1/°C
допустимая
температура,
Х20Н80 Нихром 1,04 – 1,17 9 950-1100
Х13Ю4 Фехраль 1,2 – 1,34 15 850-950
Х23Ю5Т Хромаль 1,3 – 1,5 5 1150-1200
Таблица 1.3
Удельных сопротивлений проводников
Удельное сопротивление ρ
Материал проводника
в
Серебро
Медь
Золото
0,015
0,0175
0,023
°C
Алюминий
Натрий
Вольфрам
Железо
Свинец
Никелин (сплав меди, никеля и цинка)
Манганин (сплав меди, никеля и марганца)
Константан (сплав меди, никеля и алюминия)
Ртуть
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)
0,028
0,047
0,05
0,13
0,2
0,42
0,43
0,5
0,94
1,1 (1,04-1,17)
3. Задание на выполнение работы
3.1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначен-
ными для выполнения лабораторной работы. Изучить назначение органов управления электрорадиоизмерительных приборов, приобрести
и закрепить навыки работы с ними.
3.2. Изучить основные особенности и различия низкоомных и
высокоомных проводников.
13
3.3. Заготовить протокол выполнения работы и черновик отчёта,
в котором необходимо зарисовать схему проведения измерений, перечислить приборы и оборудование с краткими техническими характеристиками, заготовить таблицы для экспериментальных данных.
4. Перечень используемого оборудования
1. Прибор для измерения сопротивлений, индуктивностей и ем-
кости RLC BR2820.
2. Микрометр.
3. Линейка или рулетка.
4. Образцы проводников.
5. Скальпель.
Прибор для измерения сопротивлений, индуктивностей и емкости RLC BR2820 предназначен для измерения базовых параметров
пассивных элементов электрических цепей: индуктивности L, емкости С, сопротивления R, импеданса |Z|, тангенса угла потерь D и добротности Q. Конструктивно он представляет собой малогабаритный
настольный прибор под управлением микроконтроллера [1].
Назначение органов управления показано на чертеже передней
панели, представленной на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Передняя панель измерителя RLC BR2820
В табл. 1.4 приведено описание органов управления и индикации
передней панели измерителя RLC BR2820.
14
Органы управления и индикации измерителя RLC
Таблица 1.4
5. Порядок выполнения лабораторной работы
5.1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначенными для выполнения лабораторной работы. Изучить назначение органов управления электрорадиоизмерительных приборов.
5.2. Получить у преподавателя образцы проводников для исследования. Подготовить образцы проводников для измерений. Для этого необходимо:
– выпрямить проводник (проверить, чтобы не было скруток)
– освободить от изоляции концы проводников (1,0…1,5 см) с по-
мощью скальпеля.
– измерить диаметр проводников с помощью микрометра, занести
данные в таблицу.
5.3. Ознакомиться с расположением и назначением кнопок
управления на передней панели прибора.
15
5.4. Подключить разъемы к измерительным входам 7 (см. рис. 1.2)
l
разъемы двойного измерительного щупа: в следующем порядке:
– 1 красный к измерительному входу «HD» и «HS»;
– 2 черный к измерительному входу «LD» и «LS».
5.5. Включить кнопкой «POWER» 9 питание прибора.
5.6. С помощью кнопок № 8, установить измерение нужного параметра R – сопротивления. С помощью курсора установить параметр
R – позиция № 1 (РARA).
5.7. К концам зачищенного проводника подключить зажимы
двойного измерительного щупа. Выполнить измерение сопротивления проводника – на табло в верхней строке считать показания измеряемого сопротивления.
5.8. Измерить длину проводника (между зажимами), занести данные в таблицу.
По полученным показаниям сделать расчет удельного сопротив-
S
R ⋅=ρ
ления по формуле
.
5.9. По произведенному расчету определить тип проводника.
5.10. Пункты 5.7-5.9 проделать для других проводников.
5.11. Выключить приборы, отсоединить соединительные кабели и
шнуры. Очистить рабочее место, сдать лаборанту или преподавателю
инструмент, материалы и детали, соединительные кабели.
5.12. Подписать протокол измерений у лаборанта или преподавателя.
5.13. Оформить отчёт по работе.
6. Содержание отчета
Отчёт должен содержать:
1) номер и название лабораторной работы;
2) цель работы;
3) перечень используемого оборудования, краткое описание лабораторной установки;
4) схемы измерений с соответствующими подписями;
16
5) заполненные таблицы с результатами измерений и расчётов;
6) выводы по работе;
7) ответы на контрольные вопросы (устно).
Контрольные вопросы
1. На какие группы условно делят проводниковые материалы?
Назовите основные свойства, характеризующие проводники.
2. Перечислите основные свойства меди.
3. Назовите сплавы меди.
4. Перечислите основные свойства алюминия.
5. Расскажите об основных свойствах константана и манганина.
17
Лабораторная работа № 2
µ
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГИСТЕРЕЗИСА
В МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ
1. Цель работы
Целью лабораторной работы является экспериментальное исследование физических процессов, происходящих в ферромагнитных телах при их периодическом перемагничивании и приобретение практических навыков и оценке магнитных характеристик материала.
2. Краткие теоретические сведения
Все вещества в той или иной степени обладают магнитными
свойствами, обусловленными движением в веществе элементарных
электрических зарядов и присутствием элементарных магнитных моментов. В отношении магнитных характеристик различают диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные вещества.
Диамагнетиками являются вещества с магнитной проницаемостью µ ≤1, величина которой не зависит от напряженности внешнего
магнитного поля. К ним относятся водород, инертные газы, большинство органических соединений, каменная соль и ряд металлов: медь,
цинк, серебро, золото, ртуть, висмут, галлий, сурьма.
Парамагнетиками являются вещества с магнитной проницаемо-
стью
≥1, также не зависящей от напряженности внешнего магнит-
ного поля. (кислород, окись азота, соли редких земель, соли железа,
кобальта и никеля, щелочные металлы, алюминий, платина).
Диамагнетики и парамагнетики имеют магнитную проницаемость близкую к единице.
Ферромагнетиками называют вещества, для которых µ ≥1 и зависит от напряженность магнитного поля. К ним относятся железо, никель,
кобальт и их сплавы, сплавы хрома и марганца, гадолиний и др.
В качестве магнитных материалов имеют техническое значение
только ферромагнитные вещества.
Природа ферромагнетизма
Возникновение магнитных свойств у ферромагнетиков связано с
их доменным строением. Домены – это области самопроизвольной
18
намагниченности, возникающие даже в отсутствие внешнего магнитного поля, в которых магнитные моменты атомов ориентированы параллельно. Расположение векторов магнитных моментов доменов
равновероятно, поэтому внутри образца ферромагнетика образуются
замкнутые магнитные цепи и результирующий магнитный момент
образца равен нулю. Существование доменов подтверждено экспериментально. Линейные размеры доменов составляют тысячные – десятые доли миллиметра. Домены отделены друг от друга доменными
границами, в которых происходит постепенное изменение направления вектора намагниченности (спины) от одного домена к направлению вектора намагниченности в соседнем домене [1].
Внутри доменных стенок векторы намагниченности плавно поворачиваются. Объем доменов может колебаться в широких пределах
-1
…10-6 см3). Размеры самих доменов зависят от неметаллических
(10
включений, границ зерен, скоплений дислокаций и других неоднородностей. Обычно домены имеют правильную форму.
Намагничивание магнитных материалов (кривая намагничивания)
Если образец был размагничен, то зависимость индукции от
напряженности внешнего магнитного поля называется кривой намагничивания. В процессе намагничивания образца основную роль играют
два процесса – смещение доменных границ и вращение векторов
намагниченности доменов. Полный цикл перемагничивания ферромагнитного образца представляется петлей гистерезиса (рис. 2.1) [1].
Гистерезис – если производить намагничивание ферромагнетика
во внешнем магнитном поле, а затем, начиная с какой либо точки основной кривой намагничивания, уменьшать напряженность поля, то
величина индукции будет также уменьшаться, но не по основной
кривой, а более медленно, вследствие чего происходит явление гистерезиса (отставания). При увеличении поля противоположного
направления образец может быть размагничен или перемагничен, а
при новой перемене направления поля индукция снова может вернуться в исходную точку, характеризующую состояние намагничива-
19
ния образца, т.е. будет описана кривая, представляющая собой петлю
гистерезисного цикла перемагничивания. В зависимости от величины
напряженности внешнего магнитного поля можно получить целое
семейство петель гистерезиса. Магнитный гистерезис вызывается необратимыми процессами намагничивания. Ход кривой намагничивания на рис. 2.1 показан стрелкой [7].
К основным параметрам петли гистерезиса относятся:
– Bs – индукция насыщения;
– остаточная индукция;
– B
r
– Hc – коэрцитивная сила (напряженность размагничивающего
поля, при которой Br становится равной нулю).
Для различных значений H можно получить семейство петель гистерезиса. Петля гистерезиса при Bs называется предельной.
Рис. 2.1. Кривая намагничивания
Значение В при Н=0 в процессе размагничивания образца, намагниченного до насыщения называют остаточной индукцией Br для то-
го, чтобы уменьшить индукцию от значения Br до нуля, необходимо
приложить обратно направленную напряженность поля Hc, называемую коэрцитивной (задерживающей) силой, которая чрезвычайно
структурно-чувствительна: она резко возрастает с уменьшением размера зерна, при наличии искажений решетки, дислокаций, частиц
других фаз и других факторов, препятствующих смещению доменных
границ. Величина коэрцитивной силы H
тысяч до нескольких единиц ампер на метр
20
может меняться от сотен
c
.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]