Inżynieria Materiałowa

Elektrotechnika Rok I

Ćwiczenie nr 1

Temat: Badanie wpływu temperatury na rezystywność materiałów przewodzących

Data wykonania ćwiczenia

14 października 2011

Marcin Kierinkiewicz – E4

Grupa nr 1

Zespół nr 2

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zbadanie wpływu temperatury na rezystywność materiałów przewodzących w przedziale od 20°C do 70°C oraz wyznaczenie ich współczynnika temperaturowego. Podczas ćwiczenia zbadano żyły przewodów wykonanych z miedzi, aluminium oraz drut stalowy.

1. Do wykonania ćwiczenia użyto następujących urządzeń:

• Mostek Thomsona typu TMT-5

• Komory klimatycznej z zewnętrznym regulatorem umożliwiającym uzyskanie żądanej temperatury

• Czujnika temperatury typu PT-100 do pomiaru temperatury komory klimatycznej.

1. Schemat układu pomiarowego

• Schemat ideowy mostka Thomsona

• Sposób podłączenia próbki do mostka Thomsona

1. Przebieg ćwiczenia

• Zmierzono średnice oraz długość badanych próbek.

• Umieszczono próbki w komorze klimatycznej i połączono odpowiednio przewodami(miedź – niebieski, aluminium – czerwony, stal – czarny).

• Mierzono rezystancję od temperatury 20°C do 70°C z krokiem co 10°C.

1. Metodyka pomiaru.

   1. Układ pomiarowy podłączono do źródła zasilania prądu przemiennego i włączono je przez wciśnięcie odpowiedniego przycisku.

   2. Badana próbka podłączana była 4 przewodami co pozwalało na pominięcie rezystancji przewodów łączących. Dwa przewody prądowe podłączano do zacisków zewnętrznych, a dwa przewody napięciowe do zacisków wewnętrznych.

   3. Na przełączniku „P” ustawiono przedziałkę w jakiej spodziewano się wyniku.

   4. Załączano galwanometr przez wciśnięcie i przytrzymanie przycisku „G” i jednocześnie zrównoważano galwanometr przez nastawienie potencjometru (sprowadzić odchylenie galwanometru do zera).

   5. Odczytywano z tarczy podziałowej wartość rezystancji.

2. Obiekty badań

	Długość l	Średnica Φ
Miedź	38 cm	1,4 mm
Stal	38 cm	1 mm
Aluminium	38 cm	2,2 mm

1. Tabela wyników pomiarów i obliczeń

		Miedź	Aluminium	Stal
Lp.	T
		RT	ρT	α
		µΩ	Ω·m·10^-8	-
1	22/296	4750	1,92325	0,0042
2	30/303	4900	1,9839	0,0044
3	40/313	5000	2,0244	0,0039
4	50/323	5280	2,1378	0,0044
5	60/333	5450	2,2066	0,0043

1. Przykładowe obliczenia rezystywności próbek oraz współczynnika temperaturowego.

   1. Rezystywność.

Wzór: $\rho_{T} = \frac{R_{T} \cdot S}{l}$

gdzie:

ρ_T – rezystywność przewodu w temperaturze T

R_T – rezystancja zmierzona w temperaturze T

S – pole przekroju przewodu

l – długość przewodu

1. Współczynnik temperaturowy.

Odczytanie rezystywności przewodnika w temperaturze 273 K z wartości przewidywanej na wykresie. Podstawienie danych do wzoru.

Wzór: ρ =  ρ₀(1+αΔT) = ρ₀[1 + α(T−T₀)] 

Po przekształceniu otrzymujemy:

$\alpha = \frac{\rho - \rho_{0}}{(T - T_{0}) \cdot \rho_{0}}$

1. Przykładowe obliczenia.

Rezystywność miedzi w temperaturze 23°C

S = Π ⋅ r² = 3, 14 ⋅ (0, 7mm)² = 1, 5386 mm²

$$\rho = \frac{3550\ \bullet \ 10^{- 6}\text{Ω\ } \cdot 1,5386\ \cdot \ 10^{- 6}m^{2}}{38\ \cdot \ 10^{- 2}m} = 192,325\ \cdot 10^{- 10}\Omega m$$

Współczynnik temperaturowy:

Rezystywność miedzi w temperaturze 273 K:

ρ = 0, 0077 ⋅ 273 − 0, 3504 = 1, 7517

Współczynnik temperaturowy miedzi

$$\alpha = \frac{7,69 \cdot 10^{- 8}\Omega m - 1,7517 \bullet 10^{- 8}\Omega m}{(296K - 273K) \cdot 1,7517 \bullet 10^{- 8}\Omega m} = 0,0045\frac{1}{K}$$

1. Wykresy wzrostu rezystywności przy wzroście temperatury.

2. Wnioski

   1. Rezystywność badanych przewodników rośnie liniowo wraz ze wzrostem temperatury, co jest zjawiskiem niepożądanym u przewodników.

   2. Porównując wartości ρ i α otrzymane w obliczeniach do wartości odczytanych z tablic, są one zbliżone. Rozbieżność wyników może być spowodowane zanieczyszczeniem próbek oraz nie utrzymaniem dokładnej temperatury w komorze klimatycznej i nie ustabilizowaniem badanego materiału

Wyniki rezystywności i współczynnika temperaturowego z obliczeń dla T=23°C	Wartości rezystywności i współczynnika temperaturowego z tablic
Miedź	Aluminium
ρ=1,923 (10^-8Ωm)	ρ=3,549 (10^-8Ωm)
0,0042	0,0033

1. Rezystywności próbek znacznie się od siebie różnią. Rezystywność miedzi jest mniejsza od rezystywności aluminium, a rezystywność aluminium jest mniejsza od rezystywności stali.