Описание установки и обработки результатов измерения
В лабораторной работе сначала строится зависимость R = f(t). Для этого берется образец из исследуемого материала и нагревается в печи (рис. 2.2). Аналогичную работу на стенде в лаборатории обычно не проводят. Создать установку для нагрева металла нетрудно, однако сопротивление металла при этом изменяется на незначительную величину, поэтому измерить это изменение с достаточной точностью очень сложно. А при малой точности измерения получается очень большой разброс температурного коэффициента ТКR и значения не лежат на одном графике. Поэтому эту работу лучше проводить на ЭВМ, где на экране монитора можно задать любую точность измерения цифрового прибора.
Рис. 2.2. Изображение испытательной установки на экране монитора
По значениям сопротивления R вычисляются удельные сопротивления
=
,
где
– длина
образца, м; S
– сечение образца, м2;
– удельное сопротивление
в Омм.
При вычислении температурного коэффициента ТК следует учесть,
что он равен
ТК = ТКR + ТКℓ,
где ТКR – температурный коэффициент сопротивления; ТКℓ – температурный коэффициент расширения материала.
Согласно
выводам электронной теории металлов
значение ТК
чистых металлов (кроме ферромагнитных)
должно быть близким к 1/ T
0,004K-1.
А коэффициент ТКℓ
у большинства чистых металлов в сотни
раз меньше, поэтому можно принять ТК
ТКR.
Порядок выполнения работы
Включить ЭВМ и загрузить программу lab2.exe.
Познакомиться с установкой, изображенной на экране монитора, внимательно прочитать все тексты, выводимые на экран.
Выполнить I этап работы (исследование висмута):
– подготовить таблицу для заполнения (табл. 2.1):
Таблица 2.1
|
n |
t, оС |
R, Ом |
, Ом·м |
ТК |
|
0 |
20 |
… |
… |
… |
|
1 |
… |
… |
… |
… |
|
… |
… |
… |
… |
… |
|
25 |
… |
… |
… |
… |
– выбрать режим нагрева печи так, чтобы успевать списывать все показания, причем температура печи изменяется непрерывно, запись следует делать тогда, когда значение температуры выводится синим цветом и изменяется номер измерения;
– построить зависимость R = f(t) и срисовать ее для отчета (зависимость будет выведена на экран только в случае, если безошибочно будут введены 6 значений R и t, выбранные с помощью генератора случайных величин);
Рис. 2.3. Зависимость R = f(t)
– по значениям сопротивлений зависимости R = f(t) программа вычисляет значения удельных сопротивлений зависимости = f(t): их также необходимо заполнить в таблице 2.1 (по ним будет построена зависимость = f(t) и проведен выборочный контроль списанных значений);
– вычислить средние температурные коэффициенты удельного сопротивления TKc линейных участков зависимость = f(t);
– заполнить расчетные значения температурных коэффициентов в таблице 2.1;
– определить коэффициент уменьшения сопротивления при плавлении K;
– оценить основные результаты I этапа.
Рис. 2.4. Зависимость = f(t)
5. Выполнить II этап работы (исследование алюминия) в той же последовательности, что и I этап, только исследуя другой материал, а число измерений уменьшается до 21 (следовательно, в таблице 2.1 число измерений теперь изменяется от 0 до 21).
Работа считается выполненной только в том случае, если не допущено ни одной ошибки.
6. Составить отчет, который должен содержать:
а) название работы и ее цель;
б) основные характеристики висмута и алюминия;
в) таблицу 2.1 и графики R = f(t) и = f(t) для обоих материалов;
г) определение характеристик TKc1, TKc2 и К;
д) вывод.
Вопросы к защите лабораторной работы № 2
1. Из каких основных элементов состоит испытательная установка?
2. Какой вид имеют типичные зависимости = f(t)?
3. Для каких металлов характерна линейная зависимость = f(t)?
4. Как определяется удельное сопротивление металла?
5. Назовите причины изменения удельного сопротивления.
6. Как определяются и чем отличаются температурные коэффициенты TK, TKR, TKℓ ?
7. Назовите основные характеристики алюминия и висмута.