Электрорадиоматериалы. Методические указания к лабораторным работам

Электрорадиоматериалы Методические указания к лабораторным работам Санкт-Петербург 2000 УДК 5.4 Составители ст. преп. Г. И. Иванова, доценты Г. А. Татарникова, Б. В. Фролов, С.А. Гусев. Подготовка к переизд. доценты С.А. Гусев, И.К. Желанкина, Л.Ф. Погромская под ред. С.А.Гусева. Электрорадиоматериалы. Методические указания к лабораторным работам. Под ред. С.А.Гусева.Изд. второе пер. и доп. Балт. гос. техн. ун -т, СПб 2000, с. Ил. 26, табл. 18. Содержание Работа 1. Исследование электрических свойств проводниковых материалов 1. Краткие сведения из теории 2. Описание экспериментальной установки 6 3. Порядок проведения работы 4. Оформление отчета 7 Работа 2. Исследование свойств терморезисторов 1. Краткие сведения из теории 2. Описание экспериментальной установки 3. Порядок выполнения работы. 4. Оформление отчета 10 Работа З. Исследование свойств варисторов 1. Краткие сведения из теории 11 2. Описание экспериментальной установки 3. Порядок выполнения работы 4. Оформление отчета 14 Работа 4. Исследование свойств фоторезисторов 1. Краткие сведения из теории 2. Описание экспериментальной установки 3. Порядок проведения работы. 4. Оформление отчета 17 Работа 6. Исследование свойств сегнетоэлектриков 17 1. Краткие сведения из теории 2. Описание экспериментальной установки 3. Порядок выполнения работы 4. Оформление отчета 21 Работа 7. Исследование свойств ферромагнитных материалов 1. Краткие сведения из теории 2. Описание экспериментальной установки 3. Порядок выполнения работы 24 4. оформление отчета 25 Работа 1. Исследование электрических свойств проводниковых материаловЦель работы 1 определение удельных сопротивлений проводниковых материалов низкого и высокого сопротивления и их зависимости от температуры 2 определение зависимости величины электродвижущей силы термопар от температуры 3 оценка длины свободного пробега электронов в различных проводниковых материалах. 1. Краткие сведения из теорииОсновные свойства проводниковых материалов характеризуются величиной удельного сопротивления электрическому току , температурным коэффициентом удельного электрического сопротивления ТК , величиной термоэлектродвижущей силы ЕТ. Наилучшими проводниками электрического тока являются металлы.

Механизм протекания тока в металлах, находящихся в твердом или жидком состояниях, обусловлен движением свободных электронов, поэтому металлы являются материалами с электронной электропроводностью.

Электропроводность металлов зависит от совершенства кристаллической решетки чем меньше дефектов имеет кристаллическая решетка, тем выше электропроводность.

Поэтому чистые металлы обладают наименьшими значениями удельного сопротивления, а сопротивление сплавов всегда выше сопротивлений металлических компонентов, входящих в их состав.

Металлические проводниковые материалы могут быть разделены на проводники малого сопротивления 0,1 мкОмм - медь, серебро, алюминий и т. д и проводники сплавы высокого сопротивления. Последние в свою очередь делятся на термостойкие сплавы для электронагревательных приборов - нихром, хромаль, фехраль и др и термостабильные сплавы для образцовых резисторов - манганин, константан.

B соответствии с электронной теорией металлов , 1.1 где mo 9,10910-31 кг, e 1,60210-19 Кл - масса покоя и заряд электрона 105 м с - средняя скорость теплового движения электронов no 1028 м-3 - число электронов в единице объема ср - средняя длина свободного пробега электронов. Величина удельного электрического сопротивления проводников в основном зависит от средней длины свободного пробега электронов ср. С повышением температуры амплитуда колебаний узлов кристаллической решетки увеличивается, средняя длина свободного пробега электронов уменьшается рис.1.1 , а удельное сопротивление возрастает. произведение удельного сопротивления на величину средней длины свободного пробега электрона является величиной постоянной ср а const.

Температурным коэффициентом удельного сопротивления ТК называется относительное изменение удельного сопротивления при изменении температуры на один Кельвин градус 1.2 Зависимость удельного сопротивления от температуры вызывается не только уменьшением длины свободного пробега электронов, но и увеличением линейных размеров проводника.

Поэтому имеет две составляющие R l, 1.3 где R - температурный коэффициент сопротивления в данном интервале температур l - температурный коэффициент линейного расширения проводника, значения которого приведены в табл. 1. У чистых металлов l, поэтому для них R. для термостабильных металлических сплавов такое приближение не справедливо.

Таблица 1.1 Металлы и сплавы l 10-4, K-1 Медь 0,167 Константан 0,17 Манганин 0,181 Нихром 0,163 Температурный коэффициент электрического сопротивления ТКR резистора определяется выражением , 1.4 где Ro -сопротивление проводника при температуре То. Производная определяется по касательной к кривой R T рис.1.2 . Для определения производной dR dT dR d Т - температура в градусах Кельвина в С строится зависимость R рис. 1.2 . При заданной температуре точка A проводится касательная к кривой R , на которой выбирается участок ab произвольной длины. Производная определяется выражением dR d R. экспериментально удельное электрическое сопротивление определяется по формуле , 1.5 где R - электрическое сопротивление проводника, S, I - площадь поперечного сечения и длина проводника.

При соприкосновении двух различных металлов между ними возникает контактная разность потенциалов.

Причиной этого являются неодинаковые значения работ выхода электронов и различные значения концентрации свободных электронов в соприкасающихся металлах.

Термопарой называется устройство, содержащее спай двух проводников или полупроводников.

Если спай двух металлов А и В термопара имеет температуру T1, а свободные неспаянные концы температуру T2, причем T1 T2, то между свободными концами возникает термо-э.д.с 1.6 где - коэффициент термо-э.д.с. или относительная удельная термо-э.д.с k 1,38110-23 Дж К - постоянная Больцмана, е - заряд электрона, п1, п2 - концентрации свободных электронов в соприкасающихся металлах.

В термопарах используют проводники, имеющие большой и стабильный в рабочем диапазоне температур коэффициент термо-э.д.с. 2. Описание экспериментальной установкиЭкспериментальная установка изображена на рис. 1.3. Образцы проволочных резисторов R1-R4, изготовленные из меди, константана, манганина и нихрома, металлопленочный резистор МЛТ-1 R5 и термопары ТП1-ТП3 помещаются в термостат 1 с термометром 2. Электрическое сопротивление резисторов измеряется омметром 3, э.д.с. термопар - милливольтметром 4. Переключатели П1 и П2 размещены на плате 5 и позволяют поочередно подключать к измерителям исследуемые проводники и термопары.

Там же приведена таблица с указанием вида, длины и сечения исследуемых проводников. 3. Порядок проведения работыВнимание все измерения по последующим пунктам проводятся одновременно. 3.1. Определение удельного электрического сопротивления проводников и вычисление R Проводники, помещенные в термостат, поочередно подключить к входным зажимам омметра и замерить их сопротивления сначала при комнатной температуре, а затем при повышении температуры до 90 С с шагом 10 оС. Результаты измерений записать с максимальной точностью в табл.1.2. Таблица 1.2 проводник, oС 20 30 40 50 60 70 80 90 медь R1 1 R1 1 Константан R2 3.2. Определение зависимости термо-э.д.с термопар от температуры. Одновременно с нагреванием проводников нагреваются помещенные в термостат спаи трех термопар.

Холодные концы термопар поочередно подключить переключателем П1 к милливольтметру.

Значения измеренных термо-э.д.с. занести в табл. 1.3. Таблица 1.3 , С ET, мВ Термопара медь - константан хромель - алюмель хромель - копель 20 90 4. Оформление отчета1. Привести схемы экспериментальных установок, данные измерительных приборов и исследуемых элементов, а также таблицы измерений. 2. По данным измерений табл. 1.1 построить график зависимости R . По графику R , а также по формулам 1.3 , 1.5 рассчитать и занести в таблицу 1.1 значения R и для каждого из исследованных проводников.

По данным таблицы 1.1 построить графики зависимостей R R и . 3. Рассчитать длины свободного пробега электронов для исследованных проводников при комнатной температуре. 4. По данным таблицы 1.2 и по формуле 1.6 рассчитать средние значения относительной удельной термо-э.д.с. для исследованных термопар. построить графики зависимостей ЕТ . 5. Привести краткое описание исследованных в работе материалов химический состав, электрические свойства, области применения . 6. Дать краткие выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы1. Какие материалы относятся к классу проводников? 2. Чем обусловлена высокая электропроводность проводников? 3. Как можно классифицировать проводники? 4. Какие факторы и почему влияют на удельное электрическое сопротивление? 5. Что такое температурный коэффициент удельного сопротивления? 6. Для каких материалов и почему важно учитывать линейное расширение при нагревании? 7. Что такое термо-э.д.с в чем причина ее возникновения? 8. Исходя из каких соображений подбираются материалы для термопар? Работа 2.

Исследование свойств терморезисторов

2.3 . Знание зависимостей R рис.2.1 и R t рис. Измерительной цепь питается от источника постоянного регулируемого нап... Результаты опыта занести в табл. Определить постоянную времени тепловой инерции терморезистора.

Работа З. Исследование свойств варисторов

ВАХ варистора рис. 2.5. Переключить клеммы и переключатель рода работы цифрового вольтметра в ... По данным таблицы 3.1 построить ВАХ варистора, снятую на постоянном то... 4.

Исследование свойств фоторезисторов

1. Из этих материалов изготавливают фотоэлементы и фоторезисторы. 4.3. 3. Что такое световая характеристика? В чем причина ее нелинейности? 7.

Исследование свойств сегнетоэлектриков

Если сегнетоэлектрик подвергнуть воздействию внешнего электрического п... 6.2 приведены типовые графики основной кривой поляризации и зависимост... 3. На экране осциллографа должна наблюдаться гистерезисная диаграмма поля... Таблица 6.2 h мм, d мм, S d 2 4 м2.

Исследование свойств ферромагнитных материалов

рис. Установить на входе цепи напряжение частотой 50 Гц, при котором на экр... Установить частоту входного напряжения 50 Гц. Изменяя величину входного напряжения, определить координаты xm и уm ве... 7.2.

выводы по работе. Контрольные вопросы1. Какие материалы относят к классу ферромагнетиков? 2. В чем причина сильных магнитных свойств ферромагнетиков? 3. Что такое предельный гистерезисный цикл намагничивания? Какие параметры из него определяют? 4. Что такое магнитная проницаемость, какие существуют ее виды? 5. Как происходит процесс намагничивания ферромагнетиков? 6. Как и от каких факторов зависит магнитная проницаемость? 7. Какие потери возникают в ферромагнетике при его периодическом перемагничивании? 8. Что такое магнитомягкие и магнитотвердые ферромагнетики? Которые из них обладают меньшими потерями и почему? 9. Как практически можно разделить потери в ферромагнетике по видам? 10. Как получить на экране осциллографа характеристику намагничивания? 11. Назовите области применения сегнетоэлектриков.

Рекомендуемая литература 1. Пасынков В. В. Материалы электронной техники. М. Высшая школа, 1980. 2. Богородицкий Н. П Пасынков В. В Тареев Б. М. Электротехнические материалы.

Л. Энергия, 1977. 3. Справочник по электротехническим материалам. Тт. 1 - 3 Под ред. Д. В. Корицкого и др. Л. Энергия, 1974-1976.