лаба 4 шк

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Омский государственный технический университет

Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СПЛАВОВ ВЫСОКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Вариант №18

Выполнил:

студент группы Э-222с

Тарасов Д. Ю.

Проверил: преподаватель

Шкаруба М.В.

Омск 2014

Цели работы:

1. Построить зависимость изменения сопротивления манганина от температуры R = f(t).

2. Определить по ней зависимость изменения удельного сопротивления манганина от температуры  = f(t).

3. Построить зависимости температурного коэффициента сопротивления TK_R = f(t) и удельного сопротивления TK = f(t).

Теоретические положения

Проводниковыми материалами называются материалы, основным электрическим свойством которых является сильно выраженная электропроводность.

Проводниковые материалы можно разбить по агрегатному состоянию:

1)газы и пары;

2)жидкие проводники;

3)твёрдые проводники.

Все газы ипары, в том числе и пары металлов, при низких напряжённостях электрического поля не являются проводниками. Однако, если напряжённость электрического поля превзойдёт некоторое критическое значение Е_кр, обеспечивающее начало ударной ионизации, то газ становится проводником с электронной и ионной проводимостью.

Сильно ионизированный газ при равенстве числа электронов числу положительных ионов в единице объёма представляет собой особую проводящую среду, носящую название плазмы.

К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Правда, большинство металлов (за исключением ртути) имеют высокую температуру плавления, поэтому их трудно использовать в качестве проводников.

Средитвёрдых проводников наиболее часто в электротехнике применяются металлы и сплавы. Среди них выделим и рассмотрим две основные группы:

а) металлы высокой проводимости, у которых при нормальной температуре удельное сопротивление ρ не превышает 0,05 мкОм∙м. Они используются для проводов, жил кабелей, обмоток электрических машин и трансформаторов и т.п.;

б) сплавы с высоким сопротивлением, имеющие при нормальной температуре ρ ≥ 0,3 мкОм∙м. Они используются при изготовлении резисторов, электронагревательных приборов, нитей ламп накаливания и т.п.

Особую группу составляют криопроводники и сверхпроводники – материалы, которые обладают ничтожно малым сопротивлением при весьма низких температурах.

Порядок выполнения работы

1. Включить ЭВМ и загрузить программу Лаб4.exe.

2. Внимательно прочитать все тексты, выводимые на экран.

3. Выполнить I этап работы (построение зависимости R = f(t) при нагреве образца от 20 до 300С):

– подготовить таблицу для заполнения (табл. 4.1), на I этапе она будет заполняться с n = 17 (t = 20 С);

– выбрать режим нагрева печи так, чтобы успевать списывать все показания, причем температура печи изменяется непрерывно, запись следует делать тогда, когда подается звуковой сигнал и значение температуры выводится красным цветом;

– построить зависимость R = f(t) и срисовать ее для отчета (зависимость будет выведена на экран только в случае, если безошибочно будут введены восемь значений R и t, выбранные из таблицы с помощью генератора случайных величин);

– ввести параметры катушки.

4. Выполнить II этап работы (построение зависимости R = f(t) при охлаждении образца от 20 до –110С):

– выбрать режим охлаждения катушки так, чтобы успевать списывать все показания, причем запись следует делать тогда, когда подается звуковой сигнал и значение параметров выводится желтым цветом;

– построить зависимость R = f(t) и срисовать ее для отчета (зависимость будет выведена на экран только в случае, если безошибочно будут введены семь значений R и t, выбранные с помощью генератора случайных величин).

5. Выполнить III этап работы (построение зависимостей _ℓ= f(t),= f(t), TK = f(t) иTK_R = f(t)):

– построить зависимость TK_R = f(t);

– построить зависимости _ℓ= f(t) и= f(t) на одном графике;

– построить зависимости TK = f(t) и TK_R = f(t) на одном графике.

Работа считается выполненной только в том случае, если не было допущено ни одной ошибки.

Построение зависимости R=f(t) для манганина при нагревании образца 20 до 300 град,С.

Для построения зависимости R=f(t) мы будем использовать тонкий проводник из манганина намотаный в виде катушки.

Проводник имеет следующие параметры:

-сечение S=0.501 мм*мм

-длину l=501 м

nn	T(гр,С)	R, Ом	Lgp	lgRpl	TKr	pPТKr	pP ТKр
0	-110	494,3004	0,4943	0,493144	----------	-------------	-------------
1	-100	495,5501	0,49555	0,49448	25,2822	25,282197	27,09098
2	-90	496,5705	0,49657	0,495587	20,5913	20,591258	22,398869
3	-80	497,3859	0,497381	0,496491	16,4206	16,420629	18,227162
4	-70	498,0206	0,49802	0,497214	12,7607	12,760716	14,566262
5	-60	498,5407	0,49854	0,497823	10,4433	10,443343	12,248147
6	-50	498,9656	0,498961	0,498337	8,5229	8,522875	10,327007
7	-40	499,3004	0,4993	0,498761	6,7099	6,709881	8,513362
8	-30	499,5503	0,49955	0,499101	5,005	5,005003	6,807851
9	-20	499,7353	0,499731	0,499375	3,7033	3,703331	5,505619
10	-15	499,8101	0,49981	0,499495	2,9936	2,993585	4,795151
11	-10	499,8709	0,49987	0,499601	2,4329	2,432924	4,234278
12	-5	499,9179	0,499911	0,499693	1,8805	1,880486	3,681627
13	0	499,9506	0,49995	0,499771	1,3082	1,308215	3,109143
14	5	499,9706	0,49997	0,499836	0,8001	0,800079	2,600799
15	10	499,9723	0,49997	0,499882	0,068	0,068004	1,868496
16	15	499,9552	0,499951	0,49991	-0,684	-0,684038	1,116225
17	20	499,9303	0,49993	0,49993	-0,9961	-0,996089	0,803983
18	25	499,8905	0,49989	0,499935	-1,5922	-1,592222	0,207635
19	30	499,8387	0,499831	0,499929	-2,0725	-2,072454	-0,272802
20	40	499,6773	0,499671	0,499857	-3,229	-3,229042	-1,429947
21	50	499,4867	0,499481	0,499756	-3,8145	-3,814462	-2,015796
22	60	499,2608	0,49926	0,49962	-4,5226	-4,522643	-2,724428
23	70	499,0014	0,499	0,49945	-5,1957	-5,195681	-3,397911
24	80	498,7209	0,49872	0,49926	-5,6212	-5,621227	-3,823856
25	90	498,4307	0,49843	0,499059	-5,8189	-5,818886	-4,021874
26	100	498,1307	0,49813	0,498848	-6,0189	-6,018891	-4,222238
27	110	497,8352	0,497831	0,498642	-5,9322	-5,932178	-4,135833
28	120	497,5475	0,497541	0,498443	-5,779	-5,779021	-3,982971
29	130	497,275	0,497275	0,49826	-5,4769	-5,476864	-3,681082
30	140	497,0251	0,497021	0,498099	-5,0254	-5,025388	-3,229848
31	150	496,8058	0,496801	0,497968	-4,4123	-4,412252	-2,616924
32	160	496,6105	0,49661	0,497862	-3,9311	-3,931114	-2,136022
33	170	496,4503	0,49645	0,497791	-3,2259	-3,225868	-1,430972
34	180	496,3206	0,49632	0,49775	-2,6125	-2,612548	-0,817863
35	190	496,2304	0,49623	0,497749	-1,8174	-1,817374	-0,022869
36	200	496,1905	0,49619	0,497798	-0,8041	-0,804062	0,990303
37	210	496,1958	0,496191	0,497893	0,1068	0,106814	1,90102
38	220	496,2601	0,49626	0,498047	1,2959	1,295859	3,089957
39	230	496,3906	0,49639	0,498267	2,6297	2,629669	4,423684
40	240	496,6057	0,496601	0,498572	4,3333	4,333281	6,12728
41	250	496,9105	0,49691	0,498968	6,1377	6,137666	7,931667
42	260	497,3203	0,49732	0,499469	8,247	8,246958	10,041015
43	270	497,84	0,49784	0,50008	10,45	10,450006	12,244136
44	280	498,4803	0,49848	0,500813	12,8616	12,861562	14,655803
45	290	499,2406	0,49924	0,501667	15,2524	15,252358	17,046706
46	300	500,1407	0,50014	0,502661	18,0294	18,029383	19,823907

График R=f(t)

По зависимости R = f(t) необходимо вычислить температурный коэффициент сопротивления:

TK_R = ∙∙,

гдеTK_R – 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 Омм; 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 TK_R);

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 = TK_R+ . У чистых металлов TK, поэтому принимают TKTK_R. Однако у сплавов такое недопустимо.

Если удельное сопротивление манганина определить по формуле

 = ,

где – длина проводника при начальной температуре to= 20 C;S_о – площадь сечения проводника при начальной температуре t_o,то будет учтен только температурный коэффициент сопротивления TK_R.

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 t_i – температура, при которой вычисляется удельное сопротивление;t_o – начальная температура (t_o= 20 C).

= f(t)и pl=f(t)

По зависимости _ℓ= f(t) определяется кривая TK = f(t). Полученные зависимости TK = f(t) и TK_R = f(t) для сравнения также нужно привести на одном графике

Расчетные зависимости TK = f(t) и TK_R = f(t)

Вывод: Мы научились строить зависимость изменения сопротивления манганина от температуры R = f(t).Определили по ней зависимость изменения удельного сопротивления манганина от температуры  = f(t).Построили зависимости температурного коэффициента сопротивленияTK_R = f(t) и удельного сопротивления TK = f(t).

Нашли среднее значение удельного сопротивления pc=0,498743.