Электрорадиоматериалы. Методические указания к лабораторным работам

Определение зависимости термо-э.д.с термопар от температуры Снятие зависимости R(q) сопротивления терморезистора от температуры Снятие вольтамперной характеристики варистора на постоянном токе Определение зависимости сопротивления фоторезистора от освещенности Определение зависимости интегральной чувствительности фоторезистора от величины освещенности Снятие основной кривой поляризации и определение диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика Определение потерь в сегнетоэлектрике при комнатной температуре Определение магнитных потерь на частоте 400 Гц

54439

знаков

таблиц

изображений

Читать далее: Определение зависимости термо-э.д.с термопар от температуры

Электрорадиоматериалы Методические указания к лабораторным работам

Санкт-Петербург

2000

УДК 621.315.4

Составители: ст. преп. Г. И. Иванова, доценты Г. А. Татарникова, Б. В. Фролов, С.А. Гусев.

Подготовка к переизд.: доценты С.А. Гусев, И.К. Желанкина, Л.Ф. Погромская; под ред. С.А.Гусева.

Электрорадиоматериалы. Методические указания к лабораторным работам./ Под ред. С.А.Гусева. Изд. второе пер. и доп.; Балт. гос. техн. ун -т, СПб., 2000, с.

Ил. 26, табл. 18.

Содержание

Работа 1. Исследование электрических свойств проводниковых материалов........ 4

1. Краткие сведения из теории...................................................................................................................................... 4

2. Описание экспериментальной установки......................................................................................................... 6

3. Порядок проведения работы....................................................................................................................................... 6

4. Оформление отчета........................................................................................................................................................ 7

Работа 2. Исследование свойств терморезисторов............................................................................. 7

1. Краткие сведения из теории....................................................................................................................................... 7

2. Описание экспериментальной установки.......................................................................................................... 9

3. Порядок выполнения работы...................................................................................................................................... 9

4. Оформление отчета...................................................................................................................................................... 10

Работа З. Исследование свойств варисторов......................................................................................... 11

1. Краткие сведения из теории..................................................................................................................................... 11

2. Описание экспериментальной установки........................................................................................................ 12

3. Порядок выполнения работы................................................................................................................................... 13

4. Оформление отчета...................................................................................................................................................... 14

Работа 4. Исследование свойств фоторезисторов............................................................................... 14

1. Краткие сведения из теории..................................................................................................................................... 14

2. Описание экспериментальной установки........................................................................................................ 16

3. Порядок проведения работы..................................................................................................................................... 16

4. Оформление отчета...................................................................................................................................................... 17

Работа 6. Исследование свойств сегнетоэлектриков..................................................................... 17

1. Краткие сведения из теории..................................................................................................................................... 17

2. Описание экспериментальной установки........................................................................................................ 19

3. Порядок выполнения работы................................................................................................................................... 19

4. Оформление отчета...................................................................................................................................................... 21

Работа 7. Исследование свойств ферромагнитных материалов.......................................... 21

1. Краткие сведения из теории..................................................................................................................................... 21

2. Описание экспериментальной установки........................................................................................................ 23

3. Порядок выполнения работы................................................................................................................................... 24

4. оформление отчета...................................................................................................................................................... 25

Работа 1. Исследование электрических свойств проводниковых материалов

Цель работы:

1) определение удельных сопротивлений проводниковых материалов низкого и высокого сопротивления и их зависимости от температуры;

2) определение зависимости величины электродвижущей силы термопар от температуры;

3) оценка длины свободного пробега электронов в различных проводниковых материалах.

1. Краткие сведения из теории

Основные свойства проводниковых материалов характеризуются величиной удельного сопротивления электрическому току r, температурным коэффициентом удельного электрического сопротивления a_r (ТК_r), величиной термоэлектродвижущей силы Е_Т.

Наилучшими проводниками электрического тока являются металлы. Механизм протекания тока в металлах, находящихся в твердом или жидком состояниях, обусловлен движением свободных электронов, поэтому металлы являются материалами с электронной электропроводностью.

Электропроводность металлов зависит от совершенства кристаллической решетки: чем меньше дефектов имеет кристаллическая решетка, тем выше электропроводность. Поэтому чистые металлы обладают наименьшими значениями удельного сопротивления, а сопротивление сплавов всегда выше сопротивлений металлических компонентов, входящих в их состав.

Металлические проводниковые материалы могут быть разделены на проводники малого сопротивления (r £ 0,1 мкОм×м) – медь, серебро, алюминий и т. д., и проводники (сплавы) высокого сопротивления. Последние в свою очередь делятся на термостойкие сплавы для электронагревательных приборов – нихром, хромаль, фехраль и др., и термостабильные сплавы для образцовых резисторов – манганин, константан.

B соответствии с электронной теорией металлов:

, (1.1)

где m_o = 9,109×10^-31 кг, e = 1,602×10^-19 Кл – масса покоя и заряд электрона; » 10⁵ м/с – средняя скорость теплового движения электронов; n_o = 10²⁸ м^-3 — число электронов в единице объема; l_ср– средняя длина свободного пробега электронов.

Величина удельного электрического сопротивления проводников в основном зависит от средней длины свободного пробега электронов l_ср. С повышением температуры амплитуда колебаний узлов кристаллической решетки увеличивается, средняя длина свободного пробега электронов уменьшается (рис.1.1), а удельное сопротивление возрастает. произведение удельного сопротивления на величину средней длины свободного пробега электрона является величиной постоянной r×l_ср = а = const.

Температурным коэффициентом удельного сопротивления a_r(ТК_r) называется относительное изменение удельного сопротивления при изменении температуры на один Кельвин (градус):

(1.2)

Зависимость удельного сопротивления от температуры вызывается не только уменьшением длины свободного пробега электронов, но и увеличением линейных размеров проводника. Поэтому a_r имеет две составляющие: a_r = a_R +a_l, (1.3)

где a_R – температурный коэффициент сопротивления в данном интервале температур; a_l – температурный коэффициент линейного расширения проводника, значения которого приведены в табл. 1.1. У чистых металлов a_r>> a_l, поэтому для них a_r» a_R. для термостабильных металлических сплавов такое приближение не справедливо.

Таблица 1.1

Металлы и сплавы	a_l×10^-4, K^-1
Медь	0,167
Константан	0,17
Манганин	0,181
Нихром	0,163

Температурный коэффициент электрического сопротивления (ТК_R) резистора определяется выражением

, (1.4)

где R_o –сопротивление проводника при температуре Т_о. Производная определяется по касательной к кривой R(T) (рис.1.2). Для определения производной dR/dT = dR/dq (Т – температура в градусах Кельвина, q – в °С) строится зависимость R(q) (рис. 1.2). При заданной температуре (точка A) проводится касательная к кривой R(q), на которой выбирается участок ab произвольной длины. Производная определяется выражением dR/dq » DR/Dq.

экспериментально удельное электрическое сопротивление определяется по формуле:

, (1.5)

где R – электрическое сопротивление проводника, S, I – площадь поперечного сечения и длина проводника.

При соприкосновении двух различных металлов между ними возникает контактная разность потенциалов. Причиной этого являются неодинаковые значения работ выхода электронов и различные значения концентрации свободных электронов в соприкасающихся металлах.

Термопарой называется устройство, содержащее спай двух проводников или полупроводников. Если спай двух металлов А и В (термопара) имеет температуру T₁, а свободные (неспаянные) концы температуру T₂, причем T₁>T₂, то между свободными концами возникает термо-э.д.с.

, (1.6)

где – коэффициент термо-э.д.с. или относительная удельная термо-э.д.с., k=1,381×10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана, е – заряд электрона, п₁, п₂ – концентрации свободных электронов в соприкасающихся металлах.

В термопарах используют проводники, имеющие большой и стабильный в рабочем диапазоне температур коэффициент термо-э.д.с.

2. Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка изображена на рис. 1.3. Образцы проволочных резисторов R₁–R₄, изготовленные из меди, константана, манганина и нихрома, металлопленочный резистор МЛТ-1 (R₅) и термопары ТП1–ТП3 помещаются в термостат 1 с термометром 2. Электрическое сопротивление резисторов измеряется омметром 3, э.д.с. термопар – милливольтметром 4. Переключатели П₁ и П₂ размещены на плате 5 и позволяют поочередно подключать к измерителям исследуемые проводники и термопары. Там же приведена таблица с указанием вида, длины и сечения исследуемых проводников. 3. Порядок проведения работы

Внимание: все измерения по последующим пунктам проводятся одновременно.

3.1. Определение удельного электрического сопротивления проводников и вычисление a_R, a_r.

Проводники, помещенные в термостат, поочередно подключить к входным зажимам омметра и замерить их сопротивления сначала при комнатной температуре, а затем при повышении температуры до 90 °С с шагом 10 ^оС. Результаты измерений записать с максимальной точностью в табл.1.2.

Таблица 1.2