Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методичка по электромагнитным процессам.doc
Скачиваний:
5
Добавлен:
24.08.2019
Размер:
8.84 Mб
Скачать

Работа № 8 Эффект Степанова

Цель работы.

Изучить эффект Степанова для различных пород, определить их параметры.

Общие сведения.

При разрушении кусков породы происходит образование и рост трещин. Трещина разделяет заряды, имевшиеся и освобожденные так, что в одном куске остается больше зарядов одного знака, а в дру­гом – больше зарядов противоположного знака, следовательно, куски-осколки, образованные в результате разрушения первого кус­ка, заряжаются; на противоположных поверхностях осколков концентрируются заряды и возникает разность потенциалов. Плотность зарядов на образовавшейся поверхности (Кл/м2)

(1)

где. q - заряд на поверхности кусков порода; ε – относительная диэлект­рическая проницаемость породы или материала, разделяющего заряды; ε0 - элект­рическая постоянная (e0 = 8.85 10-12 Ф/м); d – расстояние между точками измерения, м.

Соответствующая плотность «избыточных» (или «недостаточных») электронов (шт/м2):

(2)

где е – заряд электрона (e = 1,602177·10–19 Кл ≈ 1,6·10–19 Кл.).

Избыточные заряды быстро нейтрализуются вследствие ненулевой электропроводности породы и наличия в воздухе аэроионов противоположного знака. Поэтому необходимо построить экспериментальную кривую n = f(τ), аппроксимировать ее аналитической зависимостью и найти значение n при τ = 0. Аппроксимацию можно сделать в среде любой статистической программы, например, CurvExpert.

Методика выполнения работы.

Исходные куски порода могут иметь размер 2-3 см.

Разрушение кусков производят на массивной опоре. Для опре­деления размера осколка применяют линейку.

Исходный кусок породы размером 5- 10 см на опору и ударом разрушают его так, чтобы образовалось 2-3 осколка (рис.1).

Измеряют разность потенциалов, прикладывая электроды к противоположным поверхностям осколков или прикладывая два соседних осколка к электроизолирующей пластине с укрепленным на ней электродами. После измерения разности потенциалов U , измеряют размер осколков d. . Результаты из­мерений заносят в таблицу 1. Для получения зависимости U (d) . разрушение кусков производят несколько раз.

Измерение разности потенциалов производит милливольтметром, имеющим пределы измерения от I до 1000 мВ.

Измерение разности потенциалов производит милливольтметром, имеющим пределы измерения от I до 1000 мВ.

Табл.1

τ, с

Разность потенциалов U, В

Размер осколка d, м

n(Кл|м2)

Строят зависимость n = f(τ), аппроксимируют ее аналитической функцией и определяю начальную разность потенциалов и соответствующую плотность зарядов.

По результатам измерений строят также зависимость U (d).

Контрольные вопросы

  1. Можно ли разбивать породу металлическим молотком и измерять их величину металлическим штангенциркулем?

  2. Какие типы пород при разрушении образуют наибольшае некомпенсированные заряды?

  3. Предложите практическое применение эффекта Степанова.

Работа № 9 Термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) минералов

Цель работы.

Для многих пар минералов величина термоЭДС неизвестна. В дачной работе измеряется величина термоЭДС для различных пар минералов как функция температуры.

Общие сведения.

Явление термоЭДС относится к контактным явлениям и широко применяется на практике для измерения температуры.

Включение двух контактирующих минералов в электрическую цепь не дает в цепи тока, поскольку контактная разность потенциалов взаимно компенсируется. Если изменить температуру одного из минералов, то энергия носителей зарядов (электронов и ионов) становится различной, поэтому более энергичные носители заряда переходят в минерал с менее энергичными носителями. В результате перехода зарядов возникает разность потенциалов - термоэлектродвижущая сила (ЭДС). (Понятно, что ТЭДС зависит от температуры минералов, тем более, что при увеличении температуры число свободных зарядов увеличивается экспоненциально.

Величина термоЭДС для минералов о определяется формулой

(1)

(2)

где α- коэффициент. ТЭДС,

Методика работы.

Образцы минералов (рис.1) должны быть в форме удлиненных параллелепипедов 10x10x30 мм. Образцы зажимают между двумя изолирован- ными электродами. Измерительный прибор – милливольтметр - подключают к упомянутым электродам. Для регулирования нагревания образца применяют лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), позволяющий изменять напряжение на нагревательной спирали. Температуру нагреваемого образца измеряют термопарой и милливольтметром.

Устанавливают образцы между электродами и плотно прижимают один к другому струбциной. На образцы укрепляют термопары, соединенные последовательно или используют электронные измерители температуры (рис.2). Концы термопар подключают к милливольтметру. При таком соединении термопар, милливольтметр показывает разность температур образцов, т.е. ΔТ.

Нагревательную спираль подключают к автотрансформатору. Автотрансформатор подключают к сети и подают напряжение на спираль - 50 Вольт.

Записывают значение температуры ΔТ как разницу температур в отмеченных точках и соответствующее значение термоЭДС.

Обработка результатов измерений.

Результаты измерений заносят в таблицу.

Название пары минералов

U

Т3, К

Т4, К

Т5, К

ΔТ, К

α В/К,

Вычисляют значение коэффициента ТЭДС α. По результатам измерений строят графики зависимости α (ΔТ) и U (ΔТ)

Техника безопасности.

Вся подготовка эксперимента проводится без подключения ЛАТРа к сети. Включает ЛАТР в сеть и устанавливает рабочее напряжение на спирали преподаватель.

Во время работы ЛАТРа прикасаться к экспериментальной установке запрещается.

Экспериментальная установка должна быть заземлена.

Рис.2. Цифровые лабораторные термометры и инфракрасный лазерный пирометр.

Контрольные вопросы

  1. Как можно использовать явление ТЭДС минералов?

  2. Какие пары минералов могут дать наибольшую ТЭДС?

  3. Объясните физическую сущность явления ТЭДС.