EAIiE	Rok II		Grupa 5	Zespół A
Temat:
Pracownia Materialoznawstwa Elektrotechnicznego		Wykonali: Konrad Herba Maciej Rasiej Tomasz Piasta Tomasz Chachura

1.Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie zależności rezystywności materiału przewodzącego w funkcji temperatury.

2.Przebieg ćwiczenia:

Dokonujemy pomiarów rezystancji próbek w temperaturze panującej w laboratorium (23⁰ C), mierzymy także rezystancję samego przewodu doprowadzającego. Następnie zanurzamy badane materiały w naczyniu z ciekłym azotem (-195.86⁰ C). Po wyciągnięciu ich dokonujemy pomiarów rezystancji rozgrzewających się przewodników. Następnie te same materiały wkładamy do suszarki, która nagrzewa je do temperatury około ........ i znów mierzymy ich opór. Otrzymane wyniki pomiarów umieszczamy w tabelce.

3.Tabela pomiarów oraz wykresy.

4.Zależność rezystywności od zmiany temperatury:

W praktyce zależność rezystywności metali od temperatury w pobliżu 293 K przyjęto aproksymować równaniem:

dρ

― = αρ

dT

wynika stąd, że:

ρ=ρ₀•e^αΔT

Rozwijając wyrażenie w szereg w otoczeniu ΔT=0 i ograniczając go do celów technicznych do dwóch wyrazów otrzymujemy:

ρ=ρ₀(1+αΔT)

gdzie:

ρ₀ - rezystywność w temperaturze T₀

ρ - rezystywność w danej temperaturze

α - temperaturowy współczynnik rezystywności

Jednocześnie rezystancję wyrażamy wzorem:

R = ρ/l

gdzie:

l - długość przewodu

możemy więc zapisać:

R = R₀(1+αΔT)

5.Wyprowadzenie wzoru na temperaturę przewodu doprowadzającego przy znanych rezystancjach i współczynniku α .

R_PT = R_PO + R_POα_P (T - T₀)

α_PR_PO (T - T₀) = R_PT - R_PO

T = (R_PT - R_PO)/(R_POα_P) + T₀

analogicznie :

R_T - (R_P0 + R_M0)

T = ——————— + T₀

R_P0α₀ + R_M0α_M

T- dana temperatura

T₀ - temperatura otoczenia

M - badany metal

R_P0 - rezystancja przewodu doprowadzającego w temperaturze otoczenia (T₀)

R_PT - rezystancja przewodu doprowadzającego w temperaturze danej (T)

R_M0 - rezystancja badanego metalu w temperaturze otoczenia

R_MT - rezystancja badanego metalu w temperaturze danej

α_P - temperaturowy współczynnik rezystancji przewodu doprowadzającego

α_M - temperaturowy współczynnik rezystancji badanego metalu

6.Wnioski:

Środowisko kriotemperaturowe stwarza warunki budowy urządzeń elektrycznych, które zachowując rozsądne gabaryty mogą wytwarzać, przesyłać, przetwarzać wielokrotnie większe moce niż urządzenia nie wykorzystujące tego zjawiska.

Ewentualnie przy zachowaniu parametrów roboczych można zmniejszyć rozmiary i wagę urządzeń co pociąga za sobą redukcję kosztów materiałowych.

Zjawisko nadprzewodnictwa stwarza możliwości budowy urządzeń, których bez jego wykorzystania nie bylibyśmy w stanie wytwarzać (np. nadprzewodzące elektromagnesy wykorzystujące bardzo duże moce)

7.

Zastosowanie miedzi do budowy termoelementów.

Zjawiskiem termoelektrycznym nazywamy zjawisko w którym, występuje bezpośrednia zamiana energii cieplnej na energię elektryczną.

Rozróżnia się trzy rodzaje zjawisk termoelektrycznych:

• zjawisko Peltiera - raczej nie ma ono zastosowania w elektrotechnice,

• zjawisko Thompsona - zmiana ciepła jest wprost proporcjonalna do potencjalnej energii elektrycznej zależnej od różnicy temperatur w pojedynczym przewodniku,

• zjawisko Seebecka - polega ono na powstawaniu na stykach dwóch przewodników, w których występuje różnica temperatur, siły elektromotorycznej zwanej siłą elektromotoryczną Seebecka

Prawo Seebecka:

Każdy styk dwóch przewodników oraz każda część przewodnika, w której istnieje gradient temperatury jest źródłem siły elektromotorycznej.

Zjawisko Seebecka wykorzystywane jest do pomiaru temperatury (im większe różnice potencjału tym większa różnica temperatur) - przykładem termoelementu może być element Cu-CuNi

8.Wkorzystanie miedzi i aluminium w zjawisku nadprzewodnictwa.

Zjawisko nadprzewodnictwa polega na gwałtownym spadku (o kilka rzędów wartości) rezystywności niektórych metali. Według teorii BCS wyjaśnienie tego zjawiska leży w powstawaniu tzw. elektronowych par Coopera. Elektrony związane w pary poruszają się bez zderzeń z węzłami sieci krystalicznej. Efektem tego jest minimalizacja strat energetycznych. Warunkiem zaistnienia zjawiska nadprzewodnictwa jest odpowiednio niska temperatura oraz wysoka czystość metalu rzędu 5N. W normalnych warunkach miedź posiada lepsze własności elektryczne niż aluminium natomiast w temperaturze krionicznej sytuacja zmienia się ponieważ aluminium ma wyższą temperaturę Debye'a, a technologia oczyszczania aluminium jest lepiej rozwinięta od technologii oczyszczania miedzi.

Korzyści wnikające ze stosowania aluminium w kriomaszynach są oczywiste biorąc pod uwagę, że aluminium o czystości 5N w temperaturze ciekłego wodoru ma przewodność 900-krotnie większą od miedzi elektrolitycznej w normalnej temperaturze roboczej.

9.Zastosowanie cyny,cynku i ołowiu:

Cyna znajduje zastosowanie jako spoiwo oraz dodatek do stopów.

Cynk stosuje się jako dodatek stopowy oraz na ???? ochronne.

Ołów stosuje się na powłoki kablowe i płyty akumulatorowe, na anody do elektrolizy, armaturę kwasoodporną, na podkładki i wszczelki.

Literatura:

K. Kobyliński, J. Słowikowski - „Materiałoznawstwo Elektrotechniczne”

---