- •М. В. Шкаруба материаловедение. Технология конструкционных материалов
- •Введение
- •Классификация материалов по электрическим свойствам
- •Классификация материалов по магнитным свойствам
- •Наибольшее распространение из конструкционных материалов нашли металлы и сплавы. Поэтому в разделе «Конструкционные материалы» основное внимание уделено металлам и сплавам.
- •Лабораторная работа № 1 исследование влияния температуры на емкость конденсатора и диэлектрические потери в нем
- •Теоретические положения
- •Порядок выполнения лабораторной работы
- •Лабораторная работа № 2 определение электрической прочности воздуха в равномерном и неравномерном электрических полях
- •Теоретические положения
- •Описание установки
- •Включение и отключение установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 3 изучение физических явлений в сегнетоэлектрических материалах
- •Теоретические положения
- •Подготовка осциллографа gos-622g к работе
- •Порядок проведения работы
- •Лабораторная работа № 6 исследование свойств электротехнической стали
- •Теоретические положения
- •Описание лабораторной установки
- •Подготовка приборов к работе
- •Порядок проведения лабораторной работы
- •Лабораторная работа № 7 исследование свойств ферримагнитных материалов
- •Теоретические сведения о магнитных свойствах материалов
- •Порядок выполнения лабораторной работы
- •Часть 2 лабораторные работы на эвм Общие сведения о программах
- •Лабораторная работа № 2 исследование влияния температуры на удельное сопротивление чистых металлических проводников
- •Теоретические положения
- •Описание установки и обработки результатов измерения
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 3 исследование криопроводимости металлов
- •Теоретические положения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 4 исследование влияния температуры на удельное сопротивление сплавов высокого сопротивления
- •Теоретические положения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 5 исследование влияния температуры на удельную электропроводность полупроводника
- •Теоретические положения
- •Зависимость электропроводности полупроводников от температуры
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 8 испытание материалов на растяжение
- •Подготовка к работе
- •Порядок выполнения работы
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Часть 1. Лабораторные работы на стендах 5
- •Часть 2. Лабораторные работы на эвм 48
- •Лабораторная работа № 2
- •Исследование влияния температуры на удельное сопротивление сплавов высокого сопротивления 68
- •Лабораторная работа № 7
Описание установки
Аналогичная работа проводится на стенде в лаборатории (см. часть 1, рис. 4.3). На стенде определяются основные электрические характеристики манганина и нихрома. Сначала нужно построить зависимости R = f(t). Их снимают при нагреве катушек из манганина и нихрома в печи от 20 до 300 С.
Обе зависимости R = f(t) строятся одновременно. Это позволяет уменьшить время выполнения лабораторной работы, так как теперь не надо ждать, пока остынет печь. А потом по экспериментальным данным выполняются расчеты и строятся зависимости TKR = f(t), = f(t).
В этой работе используется новый стенд, отказываться от проведения этой работы нет причин. Выполнять же точно такую же работу на ЭВМ нецелесообразно, поэтому в лабораторной работе на компьютере введены существенные отличия. Здесь определяются основные электрические характеристики только манганина, но в более широком диапазоне изменения температур. И строится больше зависимостей.
Изображение катушки из манганина на экране монитора приведено на рисунке 4.3, параметры катушки зависят от варианта.
Рис. 4.3. Параметры катушки из манганина
Зависимость R = f(t) строится в два этапа. На первом этапе ее снимают при нагреве катушки из манганина в печи (рис. 4.3) от 20 до 300 С, а на втором – при охлаждении в морозильной камере от 20 до –110 С (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Изображение на экране монитора испытательной установки для нагрева
Рис. 4.5. Изображение на экране монитора испытательной установки
для охлаждения
По окончании эксперимента (в конце второго этапа) при безошибочном вводе результатов вся зависимость R = f(t) появляется на экране монитора (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Зависимость R = f(t) на экране монитора
По зависимости R = f(t) необходимо вычислить температурный коэффициент сопротивления:
TKR = ∙ ∙,
где TKR – температурный коэффициент сопротивления, 1/;R2 – сопротивление катушки при температуре t2; R1 – сопротивление катушки при температуре t1 (t2 > t1 ).
Удельное сопротивление манганина определяется по формуле
= ,
где – удельное сопротивление в Омм; S – площадь сечения проводника, м2; – длина проводника катушки, м.
Удельное сопротивление сплава при нагревании изменяется по двум причинам:
1) с ростом температуры увеличивается амплитуда тепловых колебаний атомов, у электронов на пути возникает больше препятствий, уменьшается средняя длина свободного пробега электрона и, как следствие, растет удельное сопротивление (этот процесс характеризуется температурным коэффициентом сопротивления TKR);
2) с ростом температуры проводник расширяется, в результате уменьшается его плотность, что приводит к дополнительному увеличению удельного сопротивления (этот процесс характеризуется температурным коэффициентом линейного расширения ).
Поэтому температурный коэффициент удельного сопротивления TK равен их сумме TK = TKR + . У чистых металловTK , поэтому принимаютTK TKR. Однако у сплавов такое недопустимо.
Если удельное сопротивление манганина определить по формуле
= ,
где – длина проводника при начальной температуре to = 20 C; Sо – площадь сечения проводника при начальной температуре to, то будет учтен только температурный коэффициент сопротивления TKR.
Поэтому при вычислении удельного сопротивления манганина необходимо учитывать также изменение линейных размеров проводника. В лабораторной работе такие измерения не проводятся, поэтому учтем изменение линейных размеров приблизительно. Будем считать, что расширение манганина происходит равномерно во всем диапазоне температур с постоянным температурным коэффициентом 1,8·10-5 1/. Тогда соответствующее значение удельного сопротивления можно определить по приближенной формуле
ℓ ,
где ti – температура, при которой вычисляется удельное сопротивление; to – начальная температура (to = 20 C).
Расчетные зависимости ℓ = f(t) и = f(t) для сравнения приведены на одном графике (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Расчетные зависимости ℓ = f(t) и = f(t)
По зависимости ℓ = f(t) определяется кривая TK = f(t). Полученные зависимости TK = f(t) и TKR = f(t) для сравнения также нужно привести на одном графике (рис. 4.8).
Рис. 4.8. Расчетные зависимости TK = f(t) и TKR = f(t)