|
Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej |
Nr zespołu 2 |
Imię i nazwisko
|
Punkty z przygotowania i wykonania ćwiczenia |
|
Kierunek Biotechnologia |
Nr ćwiczenia 13 |
Tytuł ćwiczenia Badanie zależności oporu elektrycznego metalu, stopu oraz termistorów od temperatury |
Punkty ze sprawozdania i końcowego testu |
|
Grupa
|
Data wykonania
|
Punktacja końcowa |
1. Wiadomości wstępne.
Celem ćwiczenia jest zbadanie zależności oporu elektrycznego niklu (metalu), konstantanu (stopu)
oraz termistorów (elementów półprzewodnikowych) od temperatury i wyznaczenie dla tych elementów współczynników temperaturowych oporu.
W metalach ilość nośników ładunku jest stała. Gdybyśmy mieli do czynienia z przewodnikiem, w
którym jony tworzyłyby idealnie regularną sieć krystaliczną, elektrony przewodnictwa poruszałyby się w nim bez żadnych przeszkód i opór byłby równy zeru. Jednak w realnych materiałach zawsze występują jakieś defekty sieci, domieszki obcych atomów oraz termiczne drgania jonów. Jeśli w przewodniku nie płynie prąd elektryczny ruch swobodnych elektronów jest chaotyczny, utrudniony przez rozpraszanie na defektach i jonach, stąd bierze się opór elektryczny.
Zależność oporu elektrycznego metali od temperatury:
Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta opór elektryczny.
Zależność oporu metali od temperatury jest w przybliżeniu liniowa w szerokim zakresie temperatur. Możemy przedstawić ją wzorem:
-
wybrana temperatura odniesienia
-
opór w temperaturze
-
temperatura
-
opór w temperaturze
α – współczynnik temperaturowy oporu, który jest definiowany wzorem:
Zależność oporu termistorów od temperatury:
Termistory NTC:
Termistory PTC:
;
– stałe
–
stała
materiałowa
2.Metoda pomiarów
Metoda pomiaru polega na pomiarze oporu badanych elementów, jako funkcji temperatury w przedziale od ok. 30°C do 90°C. Na podstawie danych i dopasowania do nich odpowiednich funkcji, można wyznaczyć współczynniki temperaturowe oporu badanych materiałów.
|
Temperatura |
Opór R [Ω] |
|||||
|
Lp. |
t
[ |
T[K] |
Nikiel |
Termistator PTC |
Termistator NTC |
Konstantan |
|
1. |
22,1 |
295 |
115,3 |
77,3 |
207,8 |
116,8 |
|
2. |
25,0 |
298 |
116,9 |
77,3 |
187,6 |
111,0 |
|
3. |
30,0 |
303 |
120,1 |
78,4 |
181,2 |
111,2 |
|
4. |
35,0 |
308 |
123,8 |
80,9 |
165,2 |
111,0 |
|
5. |
40,0 |
313 |
127,2 |
85,2 |
157,6 |
111,0 |
|
6. |
45,0 |
318 |
130,7 |
91,9 |
138,2 |
111,0 |
|
7. |
50,0 |
323 |
134,1 |
101,8 |
128,9 |
111,1 |
|
8. |
55,0 |
328 |
137,8 |
117,8 |
116,5 |
111,0 |
|
9. |
60,0 |
333 |
141,3 |
146,9 |
102,2 |
110,9 |
|
10. |
65,0 |
338 |
144,9 |
206,6 |
96,7 |
110,9 |
|
11. |
70,0 |
343 |
148,6 |
326,5 |
90,7 |
112,0 |
|
12. |
75,0 |
348 |
152,2 |
557,9 |
81,6 |
111,0 |
|
13. |
80,0 |
353 |
156,0 |
1010,1 |
78,1 |
111,0 |
|
14. |
85,0 |
358 |
159,8 |
1590,0 |
71,5 |
112,7 |
3.Obliczenia
Wyznaczanie oporu niklu i w współczynnika α
Odczytanie współczynników a i b z wykresu
a = 0,7099(41) b = 98,96(23)
Obliczenie
wartości
[Ω
*K-1]
Wyznaczamy
wartość niepewności
α
=
[
Wyznaczenie wartości oporu elektrycznego dla konstantanu:
Wykres dla konstantanu pokazuje, że jego opór w bardzo niewielkim stopniu zależy od temperatury w tym przedziale temperatur.
Obliczenie wartości α dla konstantanu jest niepotrzebne, ponieważ wartość oporu jest stała, a α = 0
Opracowanie wyników pomiarowych dla termistora NTC
Odczytanie współczynników a i b z wykresu
a= 1825(33) b= 0,440(45)
Zależność oporu termistora od temperatury w postaci wykładniczej:
Wyznaczenie
wartości współczynnika
dla wszystkich temperatur
=
-
[K-1]
|
Temperatura |
Wartość współczynnika α |
|||
|
Lp. |
t[°C] |
T[K] |
|
|
|
1. |
22,1 |
295 |
|
|
|
2. |
25,0 |
298 |
|
|
|
3. |
30,0 |
303 |
|
|
|
4. |
35,0 |
308 |
|
|
|
5. |
40,0 |
313 |
|
|
|
6. |
45,0 |
318 |
|
|
|
7. |
50,0 |
323 |
|
|
|
8. |
55,0 |
328 |
|
|
|
9. |
60,0 |
333 |
|
|
|
10. |
65,0 |
338 |
|
|
|
11. |
70,0 |
343 |
|
|
|
12. |
75,0 |
348 |
|
|
|
13. |
80,0 |
353 |
|
|
|
14. |
85,0 |
358 |
|
|
Opracowanie wyników pomiarowych dla termistora PTC
T1=348 K R(T1)= 557,9 Ω T2 = 338 K R(T2)= 206,6 Ω T3 = 328 K R(T3)= 117,8 Ω
4.Wnioski
Opór niklu nieznacznie rośnie wraz ze wzrostem temperatury w badanym zakresie temperatur.
Uzyskany wynik współczynnik temperaturowy oporu dla niklu α=0,0077174(58) [K -1] odbiega od wartości tablicowych α=0,0054 [K -1]
Opór konstantanu jest praktycznie stały, ponieważ stopy są w niewielkim stopniu wrażliwe na zmianę temperatury w porównaniu do metali czystych.
Współczynnik temperaturowy oporu dla konstantanu α=0 [K -1] niewiele odbiega od wartości tablicowych α=0,0003 [K -1]
Opór termistora NTC zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury
Opór termistora PTC zwiększa się gwałtownie wraz ze wzrostem temperatury
Błędy wykonane w ćwiczeniu mogły być spowodowane niedokładnym odczytem oporu, oraz niedokładnymi obliczeniami.
