Cwiczenie1.pdf

Ę wiczenie nr 1

Badanie rezystywno Ļ ci materiałów przewodz Ģ cych

w zale Ň no Ļ ci od temperatury

Cel ę wiczenia

Celem ę wiczenia jest wyznaczenie funkcji rezystywno Ļ ci wła Ļ ciwej od temperatury

oraz współczynnika temperaturowego rezystywno Ļ ci badanych materiałów.

Rezystywno Ļę

Rezystywno Ļę (rezystancja wła Ļ ciwa) to miara oporu z jakim materiał przeciwstawia

si ħ przepływowi pr Ģ du elektrycznego. Rezystywno Ļę jest zazwyczaj oznaczana jako Ⱦ (mała

grecka litera rho). Jednostk Ģ rezystywno Ļ ci w układzie SI jest om·metr (1 Ȫ m). Rezystywno Ļę

materiału wyznaczy ę mo Ň na znaj Ģ c wymiary geometryczne i rezystancj ħ jednorodnego bloku

danego materiału:

gdzie: R – rezystancja,

S – pole przekroju poprzecznego elementu,

l – długo Ļę elementu.

Opis temperaturowej zale Ň no Ļ ci oporu metali

Metale wykazuj Ģ w przybli Ň eniu liniow Ģ zale Ň no Ļę oporno Ļ ci wła Ļ ciwej od

temperatury:

Ⱦ = Ⱦ o (1+ ŋ D T ) = Ⱦ o [1+ ŋ ( T-T o )],

gdzie:

Ⱦ – oporno Ļę wła Ļ ciwa w temperaturze T,

Ⱦ o – oporno Ļę wła Ļ ciwa w temperaturze T o =273 K,

ŋ – temperaturowy współczynnik oporno Ļ ci wła Ļ ciwej.

Zwi Ģ zek ten ma charakter przybli Ň ony i nie sprawdził si ħ ani dla wysokich ani dla zbyt

niskich temperatur, jednak Ň e dla zakresu temperatury proponowanego w ę wiczeniu pozostaje

słuszny.

Badane materiały

Podczas ę wiczenia badane b ħ d Ģ : mied Ņ , aluminium oraz stal . Wybór materiałów

podyktowany został powszechno Ļ ci Ģ ich stosowania w elektrotechnice.

Najcz ħĻ ciej wykorzystywanym materiałem przewodowym jest niew Ģ tpliwie mied Ņ .

Jest ona masowo u Ň ywana do produkcji przewodów i kabli elektrycznych oraz w elektronice.

Mied Ņ jest dodawana do wielu stopów, zarówno do stali jaki i do stopów aluminium. Jest te Ň

dodawana do srebra i złota poprawiaj Ģ c znacznie ich własno Ļ ci mechaniczne.

Mied Ņ z cyn Ģ , cynkiem, molibdenem i innymi metalami przej Ļ ciowymi tworzy cały

zestaw stopów zwanych ogólnie br Ģ zami. Najbardziej znane z nich to: udaj Ģ cy złoto tombak

i posiadaj Ģ cy bardzo dobre własno Ļ ci mechaniczne oraz znaczn Ģ odporno Ļę na korozj ħ ,

mosi Ģ dz. Stopy miedzi stosuje si ħ do wyrobu kosztownej armatury, elementów precyzyjnych

urz Ģ dze ı mechanicznych i w jubilerstwie.

Drugim po miedzi powszechnie stosowanym materiałem przewodowym jest

aluminium. Pomimo i Ň aluminium ma 1,5 razy mniejsz Ģ konduktywno Ļę od miedzi to przy

trzykrotnie mniejszym ci ħŇ arze wła Ļ ciwym uzyskuje si ħ przewody l Ň ejsze ni Ň miedziane

(cho ę o wi ħ kszej Ļ rednicy). Pod wzgl ħ dem wytrzymało Ļ ci mechanicznej aluminium jest około

dwukrotnie słabsze od miedzi, a sama wytrzymało Ļę silnie zale Ň y od temperatury.

W odniesieniu do czystego aluminium jego stopy odznaczaj Ģ si ħ lepszymi wła Ļ ciwo Ļ ciami

wytrzymało Ļ ciowymi i technologicznymi. Stop aluminium z magnezem i krzemem ma

2,5-krotnie wi ħ ksz Ģ wytrzymało Ļę od czystego aluminium i doskonale nadaje si ħ na przewody

napowietrzne. Ze wzgl ħ du na swoje wła Ļ ciwo Ļ ci, takie jak mała g ħ sto Ļę i odporno Ļę na

korozj ħ , stopy glinu z miedzi Ģ i molibdenem, zwane duraluminium, znalazły wiele

zastosowa ı i s Ģ u Ň ywane do wyrobu szerokiej grupy produktów – od puszek do napojów do

cz ħĻ ci statków kosmicznych. Czysty, krystaliczny glin jest kruchy i łamliwy.

Najni Ň sz Ģ konduktywno Ļę spo Ļ ród omawianych materiałów posiada stal. Jest jednak

wykorzystywana w elektrotechnice w przypadku przepływu bardzo małych pr Ģ dów

długotrwałych lub du Ň ych pr Ģ dów krótkotrwałych. W ka Ň dym przypadku stal wymaga osłony

antykorozyjnej. Stal znajduje zastosowanie na przewody odgromowe, uziomy, rdzenie

przewodów stalowo-aluminiowych, no Ň e uziemników czy przewody jezdne.

Opis układu pomiarowego

Próbki materiałów wykonane s Ģ w postaci drutów o okre Ļ lonej długo Ļ ci i grubo Ļ ci.

Umocowane s Ģ na podstawie wykonanej ze szkła organicznego. Podstaw ħ umieszczono

w komorze klimatycznej, która, współpracuj Ģ c z zewn ħ trznym regulatorem, umo Ň liwia

uzyskanie ŇĢ danej temperatury (rys.1). Pomiaru temperatury dokonuje si ħ za pomoc Ģ

zamontowanego na podstawie czujnika typu PT100. Do ko ı ców badanych drutów doł Ģ czono

parami przewody pomiarowe (przewody czarne – mied Ņ , czerwone – aluminium, niebieskie –

stal). Wszystkie zestawy przewodów wyposa Ň one s Ģ od strony mostka we wtyczki bananowe

(czerwone wtyczki bananowe – przewody pr Ģ dowe, czarne wtyczki bananowe – przewody

napi ħ ciowe).

Rys.1. Komora klimatyczna (a) oraz umieszczone w niej badane próbki (b)

Pomiaru rezystancji dokonujemy mostkiem Thomsona w układzie

czteroprzewodowym (rys. 2). Takie rozwi Ģ zanie zapewnia pomini ħ cie wpływu rezystancji

przewodów pomiarowych na wynik pomiaru.

Warunek równowagi mostka mo Ň na wyrazi ę nast ħ puj Ģ co:

gdzie R p – rezystancja przewodów doprowadzaj Ģ cych l i k na rysunku 1.

Drugi człon równania mo Ň na pomin Ģę , je Ļ li spełniony jest dodatkowy warunek równowagi:

W przypadku technicznego mostka Thomsona równowag ħ uzyskuje si ħ poprzez

płynn Ģ regulacj ħ rezystancj Ģ R 2 , przy odpowiednio dobranych R 3 , R 3 ¢, R 4 i R 4 ¢.

Rys. 2. Schemat mostka Thomsona

Technika wykonywania pomiaru

W ę wiczeniu zostanie u Ň yty techniczny mostek Thompsona typu TMT-2. Do mostka

nale Ň y podł Ģ czy ę zasilacz pr Ģ du stałego o napi ħ ciu 1,5 V, zawracaj Ģ c uwag ħ na biegunowo Ļę

napi ħ cia. Galwanometr w pierwszej fazie pomiaru powinien by ę zwarty (pozycja 0).

Przeł Ģ cznik zakresu pomiaru powinien by ę nastawiony na warto Ļę najwi ħ ksz Ģ .

W drugiej fazie podł Ģ cza si ħ przewody pomiarowe zgodnie z rysunkiem 2. Nast ħ pnie

przeł Ģ cznik czuło Ļ ci galwanometru ustawi ę w pozycji „0,1Z” i wst ħ pnie zrównowa Ň y ę

mostek dobieraj Ģ c odpowiednio zakres i warto Ļę rezystancji płynnie regulowanego opornika

R 2 . Galwanometr zał Ģ cza si ħ do układu wciskaj Ģ c i przytrzymuj Ģ c przycisk 1 (rys. 3). Po

wst ħ pnym zrównowa Ň eniu mostka zwi ħ kszmy czuło Ļę galwanometru (przeł Ģ cznik czuło Ļ ci w

pozycji „Z”) i równowa Ň ymy ostatecznie mostek. Wynikiem pomiaru jest warto Ļę rezystancji

równa iloczynowi warto Ļ ci odczytanej z wyskalowanej tarczy oraz warto Ļ ci mno Ň nika,

zale Ň nej od ustawionego zakresu pomiarowego.

R x

Obiekt

bada ı

Przewody

pomiarowe

Zaciski

napi ħ ciowe

Zaciski

pr Ģ dowe

Wyskalowa

na tarcza

Przeł Ģ cznik

zakresu

Przeł Ģ cznik

czuło Ļ ci

Zasilanie

R 2

Przycisk 1

zał Ģ czania

galwanometru

Rys. 3. Podstawowe elementy technicznego mostka Thomsona oraz jego podł Ģ czenie do obiektu bada ı

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: