новая папка / Отчёт по ЛР№4 материаловедение

М инистерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

Пермский национальный исследовательский

политехнический университет

Электротехнический факультет

Кафедра Конструирование технологий в электротехнике (КТЭ)

Отчет по лабораторной работе № 4

по курсу «Электроэнергетика и электротехника»

«ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ»

Выполнил: студент гр. ЭЭ-20-3б

Киряков Даниил Андреевич

Проверил: Кандидат технических наук, Доцент

Черняев В.В.

Дата защиты____________Оценка_____________

Пермь 2021

Цель работы. Изучение физических явлений в материалах высо­кой проводимости и сплавах высокого сопротивления; экспериментальное определение основных электрических характеристик (удельное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления); освое­ние методики исследования свойств проводниковых материалов.

Основные теоретические положения

Основными материалами, хорошо проводящими электрический ток, являются металлы. В качестве проводников могут использоваться и некоторые жидкости, а при соответствующих условиях и ионизированные газы.

Твердыми проводниками являются металлы и некоторые модификации углерода.

К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и раз­личные электролиты.

Механизм протекания тока по металлам в твердом и жидком со­стояниях обусловлен движением свободных электронов, вследствие чего их называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода. Проводниками второго рода или электролитами, являются растворы (в основном водные) кислот, щелочей и солей. Прохождение тока через такие проводники связано с переносом вместе с электрическими зарядами частей молекул (ионов), в результате чего состав электролита постепенно изменяется, а на электродах выделяются продукты электролиза.

Удельное сопротивление проводников с постоянным поперечным сечением и длиной вычисляется по формуле:

.

Число свободных носителей заряда (концентрация электронов) с увеличением температуры в металлическом проводнике остается низменным. Из-за усиления колебаний узлов кристаллической решётки появляется все больше и больше препятствий на пути направленного движения электронов, т.е. уменьшается средняя длина свободного пробега и подвижность электронов понижается. Поэтому удельное сопротивление большинства металлических проводников с повышением температуры возрастает.

В узких диапазонах температуры, как это принято на практике, допустима прямолинейно-кусочная аппроксимация этой зависимости, и величина удельного сопротивления в конце интересующего нас диапазона температуры t может быть подсчитана по формуле

, где - значение удельного сопротивления в начале диапазона.

Величина называется средним температурным коэффициентом удельного сопротивления (ТК_) в данном диапазоне температуры

[К^-1].

Дифференциальное выражение для при температуре t имеет вид:

[ К^-1].

Значения чистых металлов в твердом состоянии близки друг к другу и поэтому приближенно можно считать:

[ К^-1].

Описание установки

Для исследования электропроводности проводниковых материалов в зависимости от температуры используется установка, включающая термостат и мост постоянного тока типа МО-62 (рис. 3). Питание установки осуществляется от сети переменного тока 220 В.

Образцы материалов установлены в термостате.

Рис. 1. Установка для измерения сопротивлений: а - схема для измерения; б – блок – схема установки.

Таблицы, содержащие результаты измерений и вычислений, для 4 образцов представлены ниже:

Таблица 1(1 образец):

XПри комнатной температуре
t, ⁰C	R, kOm
26	125,1
Нагрев
t, ⁰C	R, kOm	TKR
36	130,1	0,003997
50	124,1	-0,00033
67	120,1	-0,00097
80	123,1	-0,0003
92	122,1	-0,00036
105	121,4	-0,00037

График снятых температурных зависимостей (R, TK_R) для образца №1:

Таблица 2(2 образец):

При комнатной температуре
t, ⁰C	R, Om
26	4,311
Нагрев
t, ⁰C	R, Om	TKR
39	4,387	0,001356
52	4,56	0,002222
67	4,74	0,002427
78	4,86	0,002449
92	4,9	0,00207
110	5,24	0,002565

График снятых температурных зависимостей (R, TK_R) для образца №2:

Таблица 3(3 образец):

При комнатной температуре
t, ⁰C	R, Om
26	800,1
Нагрев
t, ⁰C	R, Om		TKR
39	797		-0,0003
54	796,1		-0,00018
66	793		-0,00022
80	790		-0,00023
90	789,6		-0,00021
103	786		-0,00023

График снятых температурных зависимостей (R, TK_R) для образца №3:

Таблица 4(4 образец):

При комнатной температуре
t, ⁰C	R, kOm
26	240,1
Нагрев
t, ⁰C	R, kOm		TKR
38	260,1		0,006942
53	241,1		0,000154
68	240,1		0
81	233,1		-0,00053
92	234,1		-0,00038
104	234		-0,00033

График снятых температурных зависимостей (R, TK_R) для образца №4:

Выводы по работе: Сопоставляя теоретические и практические данные снятые с графиков зависимостей. Можно с уверенностью заявить, что при увеличении температуры сопротивления образцов № 1,3,4 уменьшаются и их температурный коэффициент принимает небольшие отрицательные значения, что может говорить о том, что это сплав какого-либо металла. Данное явление можно объяснить тем, что при более сложных составе и структурах по сравнению с чистыми металлами, сплавы уже нельзя рассматривать как классические металлы, т.е. изменение электропроводности их обуславливается не только изменением подвижности носителей, но и в некоторых случаях частичным возрастанием концентрации носителей при повышении температуры. Сплав, у которого уменьшение подвижности с температурой компенсируется возрастанием концентрации носителей, будет иметь нулевой или отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления.

У образца № 2 наоборот при увеличении температуры сопротивление тоже возрастает и температурный коэффициент принимает положительные значения, что может говорить о том, что это с большой вероятностью чистый металл.