1   2   3   4   5   6
Ім'я файлу: Ел. матеріали_ЛР_печать.doc
Розширення: doc
Розмір: 3498кб.
Дата: 11.10.2022
скачати

Статичні параметри


Статичні параметри осердя були розраховані за допомогою побудованої на міліметровому папері діаграми намагничения першої котушки.

Для крапки З магнітна проникність а визначається як тангенс нахилу відрізка прямій ОА до осі абсцис.



Диференціальна проникність



Початкова й максимальна проникність є окремими випадками абсолютної магнітної проникності.

Початкова проникність.



Максимальна проникність.

1.129∙ 104

Таблиця 3.4 – Порівняння результатів

Теоретичні розрахунки
Довідкові дані









Bmax,Тл
Hmax,А/м


Bmax,Тл
Hmax,А/м







1.129∙ 104
0,381
26,98
3500
0,38
800



3.4 Висновок

У ході виконання лабораторної роботи ми займалися дослідженням статичних параметрів феромагнтного осердя ОСМ2000НМ 1-51-0208. За отриманим даними було побудовано криву намагнічування. Статичні параметри обчислені в ході розрахунків, відрізняються від довідкових через не наявности на діаграмі максимального значення напруженості магнітного поля, а також неточністю побудови. Також неточності можна пояснити не відповідної реальності кількості обмоток котушок трансформатора.У результаті порівняння кривих намагничения для осердя із зазором і без нього було замічено, що сердечник із зазором виходить у насичення практично без гістерезису. Проробивши лабораторну роботу, я розглянув основні процеси минаючі в сердечнику при його намагничении.

Лабораторна робота №4
4 ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПРОВІДНИКОВИХ МАТЕРІАЛІВ

4.1 Мета роботи: дослідити вплив температури на електропровідність провідникових матеріалів з високою провідністю й високим опором; визначити питому термо ЕРС.

4.2 Короткі теоретичні відомості

До провідників ставляться речовини, основною електричною властивістю яких є електропровідність. Залежно від типу вільних носіїв у речовині розрізняють провідники з електронної (провідники I роду) і іонної (провідники ІІ роду) електропровідністю. Залежно від складу розрізняють прості провідники, що складаються з одного хімічного елемента, і складні, що представляють собою сплави або хімічні сполуки. Властивостями провідника можуть володіти тверді тіла, рідини й іонізований газ.

Провідниковий матеріал - електротехнічний матеріал, що володіє властивостями провідника й призначений для виготовлення струмоведучих деталей. До основних характеристик провідникових матеріалів ставляться: питома провідність γ або зворотна її величина - питомий опір ρ; температурний коефіцієнт питомого опору; питома теплопровідність; контактна різниця потенціалів і термо ЕРС; межа міцності при розтяганні й відносне подовження при розриві. У нормальному стані провідникові матеріали характеризуються питомим електричним опором, що перебуває в діапазоні Ом×м. Залежно від цільового призначення розрізняють провідникові матеріали високої провідності й високого опору, контактні, електродні, резистивні й вогнестійкі. Найбільше широко в електротехніку й енергетику застосовують металеві провідникові матеріали,

4.2.1. Електропровідність провідників

З погляду зонної теорії до металів відносять речовини, для яких характерна відсутність забороненої зони, а валентна й вільна зони можуть навіть перекриватися, внаслідок чого всі валентні електрони металів вільні. Концентрація вільних електронів у всіх металів відрізняється не більше ніж на 10 %. Проте розкид значень становить кілька порядків. Причину цього варто шукати в рухливості електронів у матеріалі, що визначається характером розсіювання носіїв заряду. Відповідно до електронної теорії металів рухливість електронів пов'язана з параметрами матеріалу рівнянням:

u=qλ/2mυ Т , (4.1)

де q, m - відповідно заряд і маса електрона; λ - довжина вільного пробігу електрона в матеріалі; υТ - теплова швидкість електронів.

Оскільки в провідниках електронний газ вироджений, теплова швидкість руху електронів приблизно однакова для різних матеріалів і практично не залежить від температури в області робочих температур. Отже значення u, в основному, залежить від довжини вільного пробігу електрона в даному провіднику, що, у свою чергу, залежить від будови провідника і його структури.

Чисті метали зі зробленою кристалічною решіткою характеризуються найменшим значенням ρ. Домішки, спотворюючи кристалічні ґратки, приводять до збільшення значення ρ.

4.2.2. Вплив температури на електропровідність провідника

Концентрація електронів у металевих провідниках при збільшенні температури залишається незмінною, тому температурна залежність провідності провідників повинна визначатися характером зміни рухливості носіїв заряду від температури через температурну залежність довжини вільного пробігу.

Для чистих металів (без домішок) рухливість електронів визначається фононним розсіюванням (розсіюванням електронів на теплових коливаннях вузлів кристалічної решітки). Концентрація фононів пф при температурах нижче температури Дебая θ пропорційна Т, у при Т>θ пропорційна Т, Довжина вільного пробігу при фононному розсіюванні обернено пропорційна пф.

З огляду на сказане, на залежності ρ (Т) для чистих металів можна виділити дві ділянки (рис. 4.1, крива 1). На першій ділянці (до температур Дебая) ρ Тп. на другому - ρ Т. Температурний коефіцієнт питомої опору металів ТКρ позитивний і для другої ділянки температурної залежності, де ρ>ВТ, має постійне значення: I/T= 1/273 = 0,00367 ДО 1. Для деяких провідників при температурах, близьких до абсолютного нуля, може наступити стан надпровідності. Для таких матеріалів на температурній залежності (див. рис. 4.1, крива 1) характерний стрибок питомого опору при температурі надпровідності Тсв .

Якщо метал має дефектну кристалічну решітку, то крім фононного розсіювання в матеріалі повинне спостерігатися розсіяння електронів на іонізованих домішках, у результаті чого їхня рухливість знижується.

Довжина вільного пробігу електрона при розсіюванні на іонах залежить від теплової швидкості носіїв заряду λ υТ , але оскільки в металевих провідниках теплова швидкість електронів не залежить від температури навколишнього середовища, рухливість, обумовлена іонним розсіюванням, також не змінюється з температурою.

Вплив іонного розсіювання на електропровідність металів позначається при відносно низьких температурах, коли фононним розсіюванням можна зневажити. Значення ρ у цьому випадку однозначно визначається концентрацією дефектів у кристалічних решітках, а ТКρ близький до нуля. При високих температурах електропровідність дефектного металу визначається фононним розсіюванням (рис. 4.1, крива 2).

У металевих сплавах високого опору, які застосовуються для виготовлення резистивних і нагрівальних елементів, основним механізмом розсіювання електронів є іонне. Для таких провідникових матеріалів характерні високі значення ρ і низькі значення TKρ.



Рисунок 4.1 – Вплив температури на електропровідність провідників.
4.2.3. Термо ЕРС

При зіткненні двох різних металів через перехід електронів з одного металу в іншій між ними виникає різниця потенціалів. Контактна різниця потенціалів обумовлена різним значенням роботи виходу електронів дотичних металів. Її значення для різних пар перебуває в діапазоні від десятих часток вольта до декількох вольтів.

У замкнутому електричному ланцюзі, що складається з послідовно з'єднаних різних провідникових матеріалів, сума контактних різниць потенціалів буде дорівнювати нулю, якщо температура всіх спаїв однакова. Якщо спаї провідників перебувають при різних температурах, то виникає термо ЕРС. Для ланцюга, що складається із двох провідників А и В.

(4.2)

де U – термо ЕРС; T1, T2 - температури спаїв, па, пв - концентрації електронів у контактуючих провідникових матеріалах; α -питома термо ЕРС.

4.3. Опис експериментальної установки

Лабораторна робота проводиться на установці, блок-схема якої показана на рис. 4.2, де 1 - резистори з досліджуваних провідникових матеріалів; 2 - вимірник опору; 3 - перемикач резисторів; 4 - рідинний термостат; 5 - ртутний термометр; 6 - досліджувані термопари; 7 - перемикач термопар; 8 - мілівольтметр.
4.4. Методичні вказівки

При виборі вимірника опорів необхідно звернути увагу на те, що в досліджуваних матеріалах температурний коефіцієнт питомого опору може перебувати в діапазоні від до К. Отже, вимірник повинен гарантовано реєструвати зміну опору матеріалів у п'ятому-шостому знаку.

Температуру необхідна виміряти безпосередньо на зразках для того, щоб виключити неоднорідність теплового поля в термостаті. Для дослідження рекомендується використати рідинний термостат.






Рисунок 4.2 Блок – схема лабараторної установки

Температурний коефіцієнт опору рекомендується визначати графічно. Для провідникових матеріалів справедлива лінійна залежність , де R0 ,R - опору матеріалу при температурі відповідно Т0 і Т; αR - температурний коефіцієнт опору TKR; ; між TKR і ТКρ існує зв'язок ТК = ТКρ - TKl; Ткl - температурний коефіцієнт лінійного розширення.

При виборі вимірника термо ЕРС необхідно врахувати, що питома термо ЕРС більшості використовуємих у техніці термопар перебуває в діапазоні 30...80 мкВ/град.

Питому термо ЕРС α досліджуваних термопар рекомендується визначати графічним методом. Оскільки термо ЕРС термопари залежить від температури за лінійним законом (4.1),

, (4.3)






















де ΔU - збільшення термо ЕРС термопари при зміні температури гарячого спаю на величину ΔТ.

4.5 Порядок виконання роботи

4.4.1. Дослідження впливу температури на опір провідника

  1. За допомогою перемикача підключити до вимірника опору
    обраний об'єкт дослідження.

  2. Виміряти значення опору об'єкта дослідження при кімнатній температурі.

  3. Включити термостат. -

  4. В міру нагрівання зразків проводити вимір значень їхнього опору через кожні 5 °С.

  5. Результати вимірів занести в табл. 4.2.

  1. Побудувати графік зміни опору зразків від температури.

  2. Визначити TKR зразків.

  3. Зробити виводу про природу матеріалу зразків.


4.4.2. Дослідження впливу температури на термо ЕРС термопари

  1. За допомогою перемикача підключити до мілівольтметра обрану термопару.

  2. Включити термостат.

  3. У міру нагрівання зразків проводити вимір значення термо ЕРС
    через кожні 5 °С.

  4. Результати виміру занести в табл. 4.1.

  5. Побудувати графік виміру термо ЕРС термопар від температури.

6. Визначити питому термо ЕРС досліджених термопар.
4.6 Хід роботи

4.5.1 Розрахункові дані

Розрахуємо загальний опір схеми

R = R + R + R

Розрахуємо R для першого випадку (t=20°С)

R =0+22+1.6=23.6 Ом

Знайдемо термо ЕРС

Е =I* R =2∙ 3∙ *23.6= 0.1416∙ В.

Аналогічні розрахунки проведемо для інших випадків і другої термопари.

За графіком графічним методом знайдемо значення й за формулою 4.3:



Для першої термопари:

=2,78∙ В.

=50 °С

=2,78/50∙ =5,56∙ В/К.

Для другої термопари:

=0,714∙ В

=35 °С

=2,04∙ В/К.

Роблячи висновок з графіків залежності термо-ЭДС від температури в довіднику можемо сказати що перша термопара виготовлена зі сплаву мідь-константан, друга­ – зі сплаву хромель – алюмель. Для яких при t=2000 С, термо – ЕРС рівні відповідно 10мВ та 6,12мВ.

Таблиця 4.1- Експериментальні й розрахункові дані

Температура, °С
Мідь-константан
Хромель-алюмель



I∙ 3∙

А.
Термо ЕРС, В


I∙ 3∙

А.
Термо ЕРС, В

20
0
2
0. 0001416
0
0
0

25
0
5
0. 000354
0
5
0. 0003495

30
0
10
0. 000708
20
3
0. 0003897

35
0
13
0. 0009240
20
4.5
0. 00058

40
0
15
0. 001062
20
5.5
0. 0007144

45
0
20
0. 001416
20
7
0. 000909

50
10
16
0. 0016128
20
8
0. 0010392

55
30
12
0. 0019296
20
9
0. 001169

60
30
14
0. 0022512
20
10
0. 001299

65
30
15
0. 002412
20
11.5
0. 001494

70
30
17
0. 002734
20
14
0. 0018186

75
90
9
0. 00307
20
14.5
0. 001883

80
90
10
0. 003408
20
15.5
0. 0020

85
90
10
0. 003408
100
5
0. 001849

90
90
11
0. 003748
100
5
0. 001849

95
150
8
0. 004166
100
6
0. 0022

100
150
8,5
0. 004427
100
6
0. 0022

105
150
9
0. 0046872
100
6.5
0. 0024

110
150
10
0.005208
100
7
0. 002589

115
150
10
0. 005208
100
7
0. 002589

120
150
10
0. 005208
100
8
0. 002959

125
150
11
0. 005728
100
8
0. 002959

130
150
11,5
0. 005989
100
8
0. 002959

135
150
12
0. 006249
100
8,2
0. 003033

140
150
12,5
0. 00651
100
8.5
0. 003144

145
150
13
0. 00677
100
9
0. 003329

150
150
13,5
0. 00703
100
9
0. 003329

155
150
14
0. 00729
100
9.5
0. 003514

160
150
14,2
0. 007395
100
10
0. 003699

165
150
15
0. 07812
100
10
0. 003699

170
200
12
0. 00805
100
10.2
0. 003772

175
200
12,5
0. 008385
100
11
0. 004069

180
200
13
0. 0087204
100
11
0. 004069

185
200
13,5
0. 00906
100
11.2
0. 004142

190
200
14
0. 009391
100
11.5
0. 004253

195
200
14,5
0. 009727
100
12
0. 004439

200
200
15
0. 010062
100
12
0. 004439


Таблиця 4.2 - Результати вимірів

Ціна поділки, А
, Ом
,Ом
,Ом

3∙ 10-6
22
1,6
1,3




Рисунок 4.3 - Експериментальний графік залежності Термо – ЕРС від температури для першої термопари


Рисунок 4.4 - Експериментальний графік залежності Термо – ЕРС від температури для другої термопари

4.7 Висновки: У ході виконання даної лабораторної роботи ми експериментально виміряли термо – ЕРС для різних термопар. Можна помітити, що термо – ЕРС збільшується за лінійним законом, що не суперечить теорії, тому що при збільшення температури збільшується енергія електронів і стає більше електронів з енергією рівної або більшої для подолання забороненої зони. Неточності при вимірі термо – ЕРС були пов’язані з погрішеністю внесення датчиком температури через неоднозначність показань й инерционностью термопари (температура змінювалася досить швидко). У цілому можна сказати, що результати отримані в наслідок вимірів і розрахунків порівняно точні.
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. Изд. 7-е. Л.: Энергоатомиздат, 1985. 304с.

2. Арзамасов Б.Н. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1986. 384с.

3. Технология конструкционных материалов. А.М. Дальский й др. М.: Машиностроение, 1985. 448с.

4. Справочник по электротехническим материалам: В З т. / Под редакцией Ю.В. Корицкого и др. - 3-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 464с.



1   2   3   4   5   6

скачати

© Усі права захищені
написати до нас