Sprawozdanie

Temat:

Pomiar konduktywności elektrycznej materiałów przewodowych.

Sekcja 4

Grupa 4

Torsten Urzyński

Łukasz Dróżdż

Łukasz Jochemczyk

Bartosz Gęca

Robert Mańka

Mariusz Grabowski

Data ćwiczenia: 30.04.2013 Data oddania sprawozdania 13.05.2013

Celem ćwiczenia jest poznanie własności przewodnictwa materiałów elektrotechnicznych oraz sposobu pomiaru konduktywności materiałów przewodzących.

Pomiar konduktywności przeprowadzany metodą pośrednią, gdzie wymagane parametry to rezystancja i wymiary geometryczne badanej próbki.

Rysunek 1. mostek podwójny (Thomsona).

Rysunek 2. Mostek Thomsona wraz z układem połączeń rezystancji mierzonej, wzorcowej i zewnętrznego obwodu zasilającego.

Próbki badawcze to miedziane i aluminiowe odcinki o zróżnicowanych kształtach i przekrojach.

Przed przystąpieniem do pomiarów należy:

-określić temperaturę otoczenia

-zamontować próbkę pomiarową

-skontrolować poprawność połączeń w obwodzie zasilającym

-zamknąć główny wyłącznik w obwodzie pomiarowym i skontrolować wartość prądu(ok.10A)

-nacisnąć przycisk G0,1. Jeżeli galwanometr wychyla sie w kierunku "-" zmniejszyć wartość na oporników dekadowych R_p. Przy wychyleniu sie w kierunku "+" należy zwiększyć wartość oporności.

-z chwilą osiągnięcia położenia zerowego galwanometru należy zwiększyć czułość galwanometru przez wciśniecie przycisku G

-ponownie doprowadzić galwanometr do położenia zerowego

-po zakończonym pomiarze zwolnic przycisk G, a następnie wyłączyć galwanometr wciskając przycisk G0,1

Obliczenia:

Wartość oporności mierzonej oblicza sie ze wzoru:

$$R_{x} = R_{N}\frac{R_{p}}{R_{a}}\ \ \lbrack\Omega\rbrack$$

gdzie:

R_x -rezystor badany

R_N -opornik wzorcowy

R_p -oporniki dekadowe

R_a -oporniki stałych ramion mostka Thomsona

Dla każdej próbki pomiar rezystancji przeprowadzamy dla 2 różnych długości. Przy pomocy suwmiarki dokonać pomiaru średnicy w 3 różnych miejscach badanej próbki ,a wynik uśrednić.

Pomiary wykonywane są w temperaturze 23 dlatego po wykonaniu obliczeń badanej rezystancji należy przeliczyć ją dla temperatury 20.

Tabela 1. Wartość rezystancji badanej R_x(t) dla temperatury 23.

Lp.	Materiał	Rp [Ω]	Ra [Ω]	RN [Ω]	Rx(t) [Ω]
	Miedź
1.		8290	10000	0,001	0,000829
		6600	10000	0,001	0,00066
2.		1646	1000	0,001	0,0001646
		1277	1000	0,001	0,0001277
3.		335	1000	0,001	0,000335
		436	1000	0,001	0,000436
	Aluminium
1.		678	1000	0,001	0,000678
		511	1000	0,001	0,000511
2.		676	1000	0,001	0,000676
		1018	1000	0,001	0,001018
3.		630	1000	0,001	0,00063
		440	1000	0,001	0,00044

Dla obliczenia wartości rezystancji próbek w temperaturze 20 należy skorzystać ze wzoru:

$$R_{x20} = \frac{R_{x}}{1 + \alpha(t - 20)}\ \ \lbrack\Omega\rbrack$$

α − wspolczynnik temperaturowy (dla miedzi α = 0, 0041; dla aluminium α = 0, 0040

t − temperatura otoczenia w czasie pomiarow

Tabela 2. Wartość rezystancji badanej R_x(t) przeliczona dla temperatury 20.

Lp.	Materiał	Rx(t) [Ω]	Rx(20) [Ω]
	Miedź
1.		0,000829	0,0008189
		0,00066	0,0006519
2.		0,0001646	0,0001626
		0,0001277	0,0001261
3.		0,000335	0,00033
		0,000436	0,00043
	Aluminium
1.		0,000678	0,000669
		0,000511	0,000504
2.		0,000676	0,000667
		0,001018	0,0010059
3.		0,00063	0,000622
		0,00044	0,000434

W celu obliczenia konduktywności należy skorzystać ze wzoru:

$$\gamma_{(20)} = \frac{l}{R_{x(20)} \times s}\ \ \lbrack\frac{\text{MS}}{m}\rbrack$$

Tabela 3. Obliczenia konduktywności.

Lp.	Materiał	Długość [m]	Średnica [mm]	Przekrój [m^2]	Rx(20) [Ω]	Konduktywność $\gamma_{(20)}\ \lbrack\frac{\text{MS}}{m}\rbrack$
	Miedź
1.		0,485	3,75	0,000011	0,0008189	53,8
		0,375	3,75	0,000011	0,0006519	52,25
2.		0,38	2,3	0,00000415	0,0001626	56,31
		0,29	2,3	0,00000415	0,0001261	55,41
3.		0,29	4,6	0,0000165	0,00033	52,94
		0,375	4,6	0,0000165	0,00043	52,53
	Aluminium
1.		0,375	4,55	0,00001625	0,000669	34,49
		0,28	4,55	0,00001625	0,000504	34,18
2.		0,225	3,55	0,0000099	0,000667	34,07
		0,335	3,55	0,0000099	0,0010059	33,64
3.		0,36	4,5	0,0000159	0,000622	36,4
		0,245	4,5	0,0000159	0,000434	36,5

Z otrzymanych wartości konduktywności należy obliczyć średnią arytmetyczna dla miedzi i aluminium. Wyniki należy porównać z wartościami tablicowymi.

$$\gamma_{sr(20)} = \frac{\gamma_{1(20)} + \gamma_{2(20)} + \ldots + \gamma_{m(20)}}{m}$$

dla miedzi: $\gamma_{sr(20)} = 53,87\ \lbrack\frac{\text{MS}}{m}\rbrack$

dla aluminium: $\gamma_{sr(20)} = 34,71\ \lbrack\frac{\text{MS}}{m}\rbrack$

Wnioski:

Z przeprowadzonego ćwiczenia otrzymaliśmy wartość konduktywności dla miedzi $\gamma_{sr(20)} = 53,87\ \lbrack\frac{\text{MS}}{m}\rbrack$ . Wartość tablicowa wynosi $\gamma_{\text{Cu}} = 59,77\ \lbrack\frac{\text{MS}}{m}\rbrack$ . Dla aluminium otrzymaliśmy wartość $\gamma_{sr(20)} = 34,71\ \lbrack\frac{\text{MS}}{m}\rbrack$ . Wartość tablicowa wynosi $\gamma_{\text{Al}} = 38,2\ \lbrack\frac{\text{MS}}{m}\rbrack$ . Wyniki nie są sobie równe, lecz zbliżone. Do przyczyn nieprawidłowych wyników należy zaliczyć stan mechaniczny badanych próbek(średnica próbek nierówna na całej długości ze względu na odkształcenia mechaniczne). Przyczyną mogło być niewłaściwe ustawienie galwanometru w pozycji poziomej(ze względu na czułość miernika), a także niepoprawne przymocowanie próbek do układu pomiarowego(wpływ docisku na rezystancję).