Часть 2 лабораторные работы на эвм Общие сведения о программах

Все программы, применяемые при изучении дисциплины « Материаловедение. Технология конструкционных материалов» первоначально были написаны на Турбо-Бейсике. Первые три программы были созданы еще в 2000 году, а в 2001 году – отмечены дипломом Министерства образования Российской Федерации. Эта награда послужила стимулом для создания новых программ. Первые программы создавались как копии лабораторных работ на стендах и в первую очередь предназначались для студентов заочного и вечернего отделения, которые по разным причинам не смогли выполнить лабораторные работы своевременно, поэтому изучали пропущенный материал самостоятельно на домашних компьютерах.

C 2000 года на кафедре создано уже 9 программ на Турбо-Бейсике. Эти программы можно разбить на три группы:

а) у программы есть аналог на стенде (в этом случае в описании приведена фотография стенда);

б) в основу программы положена работа на стенде, но порядок выполнения работы на ЭВМ существенно отличается от порядка выполнения на стенде (на ЭВМ реализовано построение зависимостей, получение которых на стенде обычно не проводится);

в) в программе изучается очень важная тема, для которой создать исследовательскую установку в условиях вуза нереально (например, исследование криопроводимости).

C 2004 года основные программы, в которых используются фотографии реальных экспериментальных установок, продублированы на Delphi. Это позволяет студентам проводить лабораторные работы приближенно к реальным условиям. В 2009 году новые лабораторные работы были отмечены дипломом Министерства образования и науки Российской Федерации.

Лабораторная работа № 2 исследование влияния температуры на удельное сопротивление чистых металлических проводников

Цели работы:

1. Построить типичные зависимости изменения удельного сопротивления чистых металлических проводников от температуры  = f(t).

2. Определить по ним средние значения температурных коэффициентов удельного сопротивления линейных участков TK_c.

3. Найти коэффициент изменения удельного сопротивления при плавлении К_.

Теоретические положения

Твердыми проводниками являются металлы, металлические сплавы и некоторые модификации углерода. В данной работе рассматриваются чистые металлические проводники.

При изменении температуры сопротивление проводника изменяется, это объясняется изменением удельного сопротивления металла , а также изменением геометрических размеров твердых проводников при нагревании.

На рисунке 2.1 приведены типичные кривые изменения удельных сопротивлений металлических проводников [6] в зависимости от температуры (при положительных значениях температуры).

Рис. 2.1. Типичные кривые изменения удельных сопротивлений металлических проводников в зависимости от температуры

У большинства чистых металлов у зависимости  = f(t) наблюдается линейный участок до температур, близких к точке плавления (исключение составляют лишь ферромагнитные материалы). Увеличение удельного сопротивления с ростом температуры вызвано увеличением амплитуды тепловых колебаний атомов. Это приводит к возникновению дополнительных препятствий на пути направленного движения свободных электронов, уменьшению средней длины свободного пробега электрона и, как следствие, росту удельного сопротивления.

При переходе из твердого состояния в жидкое у большинства металлов наблюдается увеличение удельного сопротивления приблизительно в 1,5–2 раза (рис. 2.1). Это вызвано тем, что большинство металлов при плавлении увеличивают объем, т.е. плотность уменьшается. Но у некоторых металлов (галлий, висмут, сурьма) при плавлении объем уменьшается (аналогично льду), поэтому у них уменьшается скачком удельное сопротивление (это изменение характеризуется коэффициентом К_ρ).

Относительное изменение удельного сопротивления при изменении температуры на один градус называют температурным коэффициентом удельного сопротивления (и обозначают TK_ или _):

TK_ = .

В области линейной зависимости  = f(t) справедливо выражение:

 = _o [1 + TK_c  ( t – t_o )],

где TK_c – так называемый, средний температурный коэффициент удельного сопротивления данного материала в диапазоне температур от t_o до t; _o – удельное сопротивление материала при начальной (базовой) температуре линейного диапазона t_o; t_o, t – диапазон изменения температур линейного участка.

Величина среднего температурного коэффициента удельного сопротивления определяется по формуле

TK_c =  .

Из формулы следует, что величина TK_c зависит от начального значения _o, т.е. выбора начала линейного диапазона. В справочниках обычно принимают t_o = 0 С. Единицы измерения температуры (К или С) на величину TK_c не влияют.