Mateusz Franckowiak	Fizyka metali – laboratorium	06.05.2013
Rok 1 magisterski Odlewnictwo 1	Wyznaczenie oporu właściwego metali i stopów	Ocena:
L 4

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodą wyznaczenia oporu właściwego metali i stopów.

1. Wstęp teoretyczny

Prąd elektryczny jest to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. Prąd przewodnictwa powstaje w ośrodkach przewodzących w wynik uporządkowanego ruchu ładunków swobodnych pod wpływem wytworzonego w ośrodkach pola elektrycznego. Przykładem może być prąd przepływający przez przewodniki i półprzewodniki, który jest związany z uporządkowanym ruchem swobodnych elektronów, a także prąd występujący w elektrolitach (uporządkowane przemieszczanie się jonów).

Warunki powstania i przepływu prądu elektrycznego są następujące:

• W ośrodku muszą występować swobodne nośniki prądu elektrycznego w postaci naładowanych cząstek, które mogłyby przemieszczać się w sposób uporządkowany

• W ośrodku musi występować zewnętrzne pole elektryczne, którego energia powinna być zużywana na uporządkowane przemieszczanie ładunków elektrycznych. Dla podtrzymania przepływu prądu elektrycznego energia pola elektrycznego powinna być ciągle odnawialna, co oznacza, że konieczne jest źródło energii elektrycznej.

Ponadto, aby dany materiał mógł przewodzić prąd elektryczny muszą występować swobodne nośniki, które pojawią się, gdy elektrony z pasma walencyjnego przejdą do pasma przewodnictwa.

W przypadku przewodników nie występuje pasmo wzbronione, wynika to z dwóch powodów:

• Pasmo walencyjne jest tylko częściowo zapełnione elektronami, mogą się one swobodnie poruszać, a więc pasmo walencyjne w przewodnikach pełni analogiczną rolę jak pasmo przewodnictwa w półprzewodnikach i izolatorach.

• Pasmo przewodnictwa i walencyjne zachodzą na siebie, toteż w tym wspólnym paśmie występuje dużo swobodnych elektronów umożliwiających przepływ prądu elektrycznego.

W izolatorach przerwa energetyczna jest bardzo duża, rzędu 10eV. Dostarczenie tak dużej energii zewnętrznej najczęściej kończy się zniszczeniem materiału.

Pośrednią grupą są półprzewodniki. Przerwa energetyczna jest w tych materiałach mniejsza niż 3eVm toteż swobodne elektrony mogą pojawić się przy dostarczeniu względnie niskiego napięcia lub pod wpływem zwiększenia temperatury.

1. Przebieg ćwiczenia

Badanie przeprowadzono za pomocą uniwersalnego mostku RLC typu E316, który służy do wyznaczania oporu R wybranego materiału o kształcie walca

Rys. 2. Uniwersalny mostek RLC.

Pierwszą czynnością jaką należy wykonać przed przeprowadzeniem badania jest przygotowanie próbek do pomiarów. Należy dokładnie zmierzyć ich długość i średnicę, ewentualnie przeczyścić końcówki które znajdą się w uchwytach przyrządu pomiarowego. Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli 1

Tabela 1

Materiał pręta	R, Ω	D, m	L, m	S, m^2	Ρ, Ωm
Grafit	0,52	0,0004	57*10^-3	1,25*10^-5	1,15*10^-4
Platyna	0,52	0,0005	0,622	1,96*10^-7	1,639*10^-7
Wolfram	0,47	0,0004	0,327	1,96*10^-7	1,8*10^-7

Przedstawiono schemat obliczeń dla materiału badanego tj. grafitu

$\rho = R*\frac{S}{l} = 0,52*\frac{1,25*10^{- 5}}{57*10^{- 3}} = 1,15*10^{- 4}\ $Ωm

Wartość tablicowa grafitu ρt = 3,5*10^-5 Ωm

Obliczono następnie niepewność względną i bezwzględną:

Δρ = |ρ^T−ρ| = |3,5*10⁻⁵−1,15*10⁻⁴|=2, 35 * 10⁻⁴

$$\delta_{\rho} = \frac{\text{Δρ}}{\text{ρt}}*100\% = \frac{2,35*10^{- 4}}{3.5*10^{- 5}}*100\% = 671,42\%$$

1. Wnioski

Na podstawie przeprowadzonych badań i wyliczonych błędów pomiarowych można sformułować następujące wnioski:

1. Metoda badawcza jest ograniczona ogromnym błędem pomiarowym.

2. Błąd pomiarowy jest związany z długością próbki grafitowej.

3. Urządzenie pomiarowe jakim jest mostek RLC jest urządzeniem dokładnym, jedyny błąd jaki może wynikać z jego stosowania to błędy w metodyce przeprowadzania pomiarów.