Лабораторная работа №2

Исследование температурной зависимости сопротивления проводниковых материалов и резисторов.

Цель работы

Получить навыки работы со специальным оборудованием для измерения сопротивления проводниковых материалов. Провести исследование зависимости сопротивления резисторов и проводниковых материалов от температуры.

Общие сведения

В настоящее время для передачи электроэнергии применяются только металлы. Протекание электрического тока через металл сопровождается потерями энергии за счет захвата атомами энергии электронов, переносящих заряд. Способность материала сдерживать протекание по нему электрического тока характеризуется величиной, называемой сопротивлением. Сопротивляемость материала электрическому току зависит от его свойств и от внешних факторов. Так, чем подвижнее атомы (тепловое движение), тем они более эффективно сдерживают движение электронов. Это явление характерно для металлов. Т.е. с ростом температуры увеличивается и сопротивление металла. Но с ростом температуры увеличивается собственная энергия электронов на орбитах атомов. При слабой связи между ядром и электроном атома, последний легко покидает "своего хозяина". Тем самым количество свободных носителей заряда увеличивается, увеличивается и проводимость материала, падает его сопротивление. Проводимость, величина обратная сопротивлению, характеризует способность материал проводить электрический ток.

При передаче электроэнергии факт наличия сопротивления играет негативную роль, так как связан с потерями электроэнергии. Но в радиоэлектронике наоборот необходимы элементы, обладающие повышенным сопротивлением. Эти элементы получили название резисторов (от англ resistance – сопротивление). Резисторы различных типов и номинальных сопротивлений широко применяются в устройствах автоматики, бытовой технике, измерительной и вычислительной технике и во многих других областях.

Одним из важнейших свойств проводниковых и полупроводниковых материалов, используемых для изготовления резисторов, независимо от конкретного применения является их удельное сопротивление ρ. Эта величина зависит от температуры. Относительное изменение удельного сопротивления материала резисторов с изменением температуры характеризуется температурным коэффициентом удельного сопротивления ТКρ, К^-1.

Для резисторов, в качестве материалов которых используются металлы и их сплавы, значение ТКρ достаточно велико (≈4*10^-3, К^-1), а у большинства сплавов значительно меньше (10^-4…10^-6, К^-1). Резисторы изготовленные из полупроводниковых материалов называют терморезисторами. Особенностью этих материалов является большой отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления ТКρ=-(3…4), К^-1.

Терморезисторы используются в схемах термокомпенсации и стабилизации напряжения, измерения и регулирования температуры, ограничения импульсных токов и т.п..

Характеристики резисторов

Ниже приведены характеристики некоторых типов резисторов.

Полупроводниковые резисторы (терморезисторы)

ММТ – резисторы из медно-марганцевых окислов,

ТКρ=-(2,4…5)*10^-2, К^-1

СТ1-17, СТ3-17 – резисторы из окислов меди, кобальта и марганца,

ТКρ=-(3,0…7)*10^-2, К^-1.

КМТ – резисторы на основе кобальто-марганцевых сплавов,

ТКρ=-(4,2…8,4)*10^-2, К^-1

Непроволочные постоянные резисторы

МЛТ – металлизированные, лакированные, теплостойкие. В качестве основания применен керамический цилиндр, на который нанесен токопроводящий слой из специального сплава. Толщина слоя ≈1 мкм. Диапазон номинальных сопротивлений 1 Ом…10 МОм. Допустимое отклонение сопротивления от номинального значения ±2; ±5; ±10%

ТКρ=±(7…12)*10^-4, К^-1.

УЛМ – углеродистые, лакированные, малогабаритные. На керамической основе нанесен токопроводящий углеродистый состав.

ТКρ=-(8…20)*10^-4, К^-1.

Прецизионные резисторы

УЛИ – углеродистые, лакированные, измерительные, повышенной стабильности и точности. Допуск на сопротивление ±1; ±2; ±3%.

ТКρ=-(3…10)*10^-4, К^-1

БЛП – бороуглеродистые, лакированные, прецизионные. Особенностью этих резисторов является их высокая точность и стабильность во времени. Допуск на сопротивление ±0,5; ±1%

ТКρ=-(1…2)*10^-4, К^-1.

С2-29В – серябрянно – окисные, прецизионные. Самые точные резисторы, выпускаемые отечественной промышленностью. Допустимое отклонение от номинала ±0,05; ±0,1; ±0,25; ±0,5; ±1%

ТКρ=-(4…10)*10^-6, К^-1

Объем исследований

Для двух типов образцов снять и построить зависимости сопротивления от температуры. Диапазон изменения температуры задается преподавателем. Рассчитать температурный коэффициент сопротивления для каждого образца. Сравнить значения ТКρ с табличным.

Лабораторное оборудование

Термостат с образцами.

Мультиметр Щ4313.1

Порядок выполнения исследований

Включить мультиметр. Выбрать переключателем на термостате необходимый образец и снять значение его сопротивления при комнатной температуре. То же самое проделать и для второго заданного образца.

Запустить термостат компьютерного стенда. Включить нагрев печи.

При увеличении температуры на каждые 10 ⁰С производить измерение сопротивления резисторов. Данные вносить в таблицу 2.1.

При достижении температуры 70 ⁰С сделать последнее измерение сопротивлений резисторов и установить температуру 20 ⁰С на термостате. Открыть дверцу печи.

Обработка результатов

Результаты измерений занести в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Тип образца
t, 0С	20	30	40	50	60	70	80
R, Ом (кОм)
Расчетное значение ТКρ, К-1=
Табличное значение ТКρ, К-1=

Построить графики зависимостей R=f(T ⁰C) и объяснить их характер.

ТКρ каждого образца определить для двух соседних температур по указанию преподавателя. Рассчитать ТКρ для металлов.

Для терморезисторов:

где Т₁ – исходная температура, К;

Т₂ – конечная температура, К;

R_T1 – сопротивление при температуре Т₁;

R_T2 – сопротивление при температуре Т₂;

Для остальных типов резисторов и металлов:

Дать краткую характеристику материалов образцов.

Вопросы для самоподготовки к лабораторной работе №2

1. Почему и как зависит удельное сопротивление металлов от температуры?

2. Каково сопротивление металлов при температуре абсолютного нуля?

3. Почему и как зависит удельное электрическое сопротивление металлических резисторов от температуры?

4. Какие материалы и сплавы используются для изготовления терморезисторов?

5. Почему и как зависит удельное электрическое сопротивление терморезисторов от температуры?

6. Что такое температурный коэффициент удельного сопротивления? Единицы его измерения?

7. Какие материалы и сплавы используются для изготовления образцовых резисторов?

8. Какие материалы и сплавы используются для изготовления нагревательных приборов?

9. Какие материалы и сплавы используются для изготовления токоведущих частей электрических аппаратов?

10. Где используются терморезисторы?

Лабораторная работа №3.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА

Цель работы

Получить навыки испытания трансформаторного масла в стандартном разряднике.