cw 13 opornosci wlasc, Studia, I o, rok II, semestr III, inżynieria materiałowa, od Pauliny


Ćwiczenie 13

POMIARY PRZEWODNOŚCI WŁAŚCIWEJ WYBRANYCH MATERIAŁÓW TECHNICZNYCH

Opornością, inaczej rezystancją, danego elementu nazywamy wartość współczynnika występującego w równaniu, opisującym zgodnie z prawem Ohma, zależność pomiędzy napięciem i natężeniem prądu elektrycznego płynącego w danym obwodzie elektrycznym.

0x08 graphic

(1.1)

Gdzie: U - napięcie elektryczne

I - natężenie prądu elektrycznego

R - oporność elektryczna

0x08 graphic

Rys. 1. Schemat obwodu ilustrującego prawo Ohna

0x08 graphic

Rys. 2. Charakterystyka rezystora (opornika) - prawo Ohma

Na rysunku 2 przedstawiono charakterystykę prądowo - napięciową rezystora, czyli elementu fizycznie reprezentującego oporność (nazwy oporność i rezystancja oraz opornik i rezystor są synonimami). Wartość oporności na przedstawionym wykresie jest równa tangensowi kąta .

Równanie Ohma oraz wykres mają liniowy charakter.

Oporność rezystora, przez który płynie prąd, jest jego podstawową właściwością fizyczną, a dokładniej - elektryczną. Zależy ona od materiału, z którego jest on zbudowany oraz od wymiarów geometrycznych danego rezystora według następującego wzoru:

0x08 graphic

0x08 graphic

(1.2)

gdzie:

R - oporność rezystora

L - długość rezystora

S - przekrój (zakładamy, że stały) rezystora

ρ - oporność właściwa, inaczej rezystywność

Pojawiająca się w wzorze 1.2, rezystywność zależy od materiału, z którego zbudowany jest dany opornik (składu chemicznego i struktury).

Występujące w prezentowanych powyżej wzorach wielkości fizyczne wyrażane są w następujących jednostkach:

Ze względu na wartość rezystywności substancje można podzielić na trzy grupy:

Należy dodać, że niektóre materiały w temperaturze bliskiej temperatury zera bezwzględnego tracą oporność elektryczną, ich ρ jest bliskie wartości zerowej. Dobrymi przewodnikami są przede wszystkim metale, izolatorami tworzywa sztuczne, ceramika szkło i wiele innych substancji.

Odwrotnością elektrycznej oporności jest przewodność elektryczna (konduktancja), oznaczana symbolem G. Jednostką konduktancji jest siemens [S].

G = R-1, 1S = 1-1

Podczas pomiarów oporności wpływ na wynik mają dodatkowe czynniki, przede wszystkim temperatura, z jej wzrostem rośnie oporność metali, a maleje przewodzących roztworów - elektrolitów.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem pomiaru oporności właściwej niektórych materiałów konstrukcyjnych oraz sposobami posługiwania się odpowiednimi do prowadzonych pomiarów przyrządami.

2. Opis stanowiska pomiarowego

Zasilacz znajdujący się na stanowisku pomiarowym jest typowym urządzeniem laboratoryjnym. Jego zadaniem jest dostarczenia napięcia stałego do źródła prądowego. Zasilacz jest regulowany, stąd też do kontroli wytwarzanego napięcia służy woltomierz V1. Źródło prądowe wytwarza prąd o stałej wartości, niezależnej od obciążenia (prąd znaczy to samo, co natężenie prądu). Do źródła prądowego dołączany jest badany rezystor. Spadek napięcia na rezystorze badanym mierzony jest woltomierzem V2. Na stanowisku znajdują się również warsztatowe przyrządy do pomiaru wymiarów rezystora. Przed pomiarem elektrycznym końce rezystora umieszcza się w specjalnych zaciskach, do których dołączone jest źródło prądowe.

0x08 graphic

0x08 graphic

3. Wykonanie ćwiczenia

Po zapoznaniu się ze stanowiskiem pomiarowym, ćwiczenie należy rozpocząć od:

Należy pamiętać o odpowiednim ustawieniu zakresu woltomierza, tzn. najmniejszym z zakresów obejmujących badane wartości.

0x08 graphic
Rezystywność badanego materiału oblicza się z przekształconego wzoru 1.3. na oporność:

(1.3)

Wartość rezystancji R obliczamy z prawa Ohma, wzór 1.4:

0x08 graphic

(1.4)

Napięcie U odczytujemy na woltomierzu V2, jako wartość I przyjmujemy 0,75 A, ponieważ taką wartość prądu generuje źródło prądowe, I = 0,75 A.

Wartość L odczytujemy bezpośrednio z przymiaru pomiarowego.

S obliczamy na podstawie wymiarów poprzecznych, jeżeli materiał ma przekrój kołowy to:

0x08 graphic

W przypadku prostokątnego przekroju jego pole powierzchni liczymy ze wzoru 1.6:

0x08 graphic

4. Zestawienie wyniki pomiarów dla wybranych materiałów technicznych

Materiał / Mierzony parametr

Napięcie UV2 [V]

Długość

L [m]

Średnica

D [m]

Wymiar poprzeczny a [m]

Wymiar poprzeczny b [m]

Miedź

Mosiądz

Aluminium

Stal

5. Obliczenia:

(a) Miedź: ……………(b) Mosiądz ……….. (c)Aluminium …….. (d) Stal …………

Tabela 2. Zestawie wyników pomiarów rezystywności wybranych materiałów technicznych

Materiał / Mierzony parametr

Miedź

Mosiądz

Aluminium

Stal

Rezystywność

6. Wnioski:

7. Literatura uzupełniająca:

  1. . Bobrowski C. „Fizyka: krótki kurs”. Warszawa, WNT 2005;2007.

  2. . Halliday D., Resnick R, Walker J. „Podstawy fizyki”. Warszawa, WNT 2007.

  3. . Stryszowski S. „Materiałoznawstwo elektryczne”. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej 1997, 1999.

  4. . Hempowicz P. i inni. „Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków”. Warszawa WNT 2005.

  5. . Gierczak E., Ciosek K., Włodarczyk M. „Laboratorium elektrotechniki dla wydziałów nieelektrycznych”. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej 1997, 1999.

4

UR

I

E

R

U = RI - prawo Ohma

U

I

R = ρ

L

S

ZASILACZ

ŹRÓDŁO PRĄDOWE

V1

V2

BADANY REZYSTOR

Przymiar do pomiaru długości

Suwmiarka i śruba mikrometryczna do pomiarów poprzecznych

Rys. 3. Schemat stanowiska pomiarowego

ρ = R∙

S

L

S = D2/4, (1.5)

gdzie: D - średnica drutu

S = ab, (1.6)

gdzie: a, b wymiary boków prostokąta

R = U/I



Wyszukiwarka