КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.

Здатність матеріалів проводити едектричний струм зветься електропровідністю. Електропровідність характеризується питомою провідністю.

γ = еNμ[См/м] (2.1)

де е - заряд електрона; N - концентрація електронів; μ - рухливість електрона.

Питома провідність характеризує здатність матеріалу до утворення у середині його електричного поля. Електропровідність – це направлений рух електричних зарядів.

G=I/U [A/B=СМ] (2.2)

Величина, обернена питомої провідності матеріалу, є питомий електричний опір. Питомий електричний опір, згідно квантовій механіці, залежить від довжини вільного пробігу електрона на L_ср: чим більше L_ср , тим менший питомий електричний опір матеріалу.

    В залежності від геометричних розмірів провідника повний електричний опір може бути виражений формулою:

R = ρ(L/S)[Ом·м/мм²]

ρ = R(S/L)[оммм²/м] = [мкОм·м] (2.3)

де r - питомий опір матеріалу, мкОм·м; R - повний опір матеріалу, Ом; S - площа поперечного перерізу матеріала, мм²; L – довжина провідниковрго матеріалу, м.

Отже визначення питомого опору матеріалів зводиться до визначення повного електричного опору досліджуваного матеріалу. Є багато методів визначення повного електричного опору досліджуваного матеріалу, але найбільш точним є компенсаційний метод.

Суть методу заключається в тому, що при поданні напруги на діагональ моста між точками 1-2 (Рис.2.1) вимірювальний пристрій, який включений в діагональ моста, буде показувати нульове значення, якщо міст буде збалансований (тоді опір плеч моста буде однаковий і поміж точками 3-4 не буде різниці потенціалів), і буде показувати значення, відмінне від нуля, якщо міст не збалансований (тоді опір плеч будуть різними і поміж точками 3-4 виникне різниця потенціалів, яку і зафіксує вимірювальний прилад).

Якщо міст розбалансований, то підбором опорів плечей моста резисторами R1; R2; R3 добиваємося балансу моста. При цьому вимірювальний прилад гальванометр – повинен показувати нульові (або мінімальні) значення.

Як відомо, зміна температури провідникових матеріалів дуже впливає на величину електричного опору провідникових матеріалів. Це пов’язано з тим, що зі зміною температури, наприклад, якщо вона збільшується, збільшується енергія вузлів кристалічної гратки провідника, що призводить до збільшення амплітуди коливань вузлів кристалічної решітки. Отже, ймовірність зіткнення вільних електронів з вузлами кристалічної решітки буде зростати, а це означає, що довжина середнього вільного пробігу електронів зменшується, що призводить до зменшення електропровідности провідника, а це означає, що його питомий електричний опір збільшиться.

Залежність електричного опору провідника від температури передається таким виразом:

                                       R_t=R₀(1+ Δt)Ом        (2.4)

де Rt - опір провідника при температурі t1; Ro - опір провідника при температурі t0; ΔT - різниця температур; - температурний коефіцієнт електричного опору провідника.

Температурний коефецієнт опору (ТКR,ТКО)показує, як змінюється електричний опір зі зміною температури.

Згідно з формулою (2.4) температурний коефіцієнт електричного опору визначається

 [K^-1]

Отже практичне визначення температурного коефецієнта електричного опору зводиться до визначення опору при кімнатній температурі і опору після нагріву.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

3.1. Вивчити компенсаційний метод виміру електричного опору матеріалів.

3.2. Зібрати схему (Рис.3.1).

3.3. Зробити виміри величини опору запропонованих зразків матеріалів при кімнатній температурі.

Для цього потрібно зробити:

3.3.1. Ввімкнути шнур постачання до мережі змінного струму з частотою 50 Гц і U=220 В.

3.3.2. Перевести перемикач “С, L, (R,=R” в положення “R”, перемикач “МНОЖИТЕЛЬ” – в далеке ліве положення.

3.3.3. Опір R_x який вимірюється, підключити до зажимів “C - R - L”

Встановити перемикач “С, L,(R,=R” в положення “=R” або “R” (для вимірів на незмінному струмі відповідно).

Ручку перемикача “Частота Hz” встановіть в положення “100” (вимірювання на незмінному струмі).

Ручкою “ЧУСТВИТ. ИНДИКАТОРА” встановіть стрілку приладу в межах 2/3 шкали.

Ручкою перемикача “МНОЖИТЕЛЬ” домагайтеся найменшого показання приладу.

Поступово збільшуючи чутливість приладу, але так, щоб стрілка приладу була в межах шкали, ручками “ОТСЧЕТ” врівноважити міст, тобто добитися найменшого показання на покажчику рівноваги.

Вимірювана величина опору дорівнює сумі відрахунків по шкалам перемикувача і потенціометра “ОТСЧЕТ”, помноженого на відповідний множник.

Результат вимірювань занести до таблиці 1.

3.4. Нагріти зразок у термостаті до температури t1=60-80 С.

3.5. Аналогічно п. 3.3.3. визначити електроопір матеріала при температурі t1.

3.6. За формулами (2.3) і (2.5) вирахувати значення опору і температурного коефіцієнту.

Результати занести до табл. 1.

3.7. Зробити висновок про зроблену роботу.

ЗМІСТ ЗВІТУ

4.1. Мета лабораторної роботи.

4.2. Завдання.

4.3. Хід роботи.

4.3.1. Схема для визначення електричного опору і ТКR зразків.

4.3.2. Формули, необхідні для розрахунків.

4.3.3.  Таблиця з результатами вимірювань і розрахунків.

4.4. Висновки.

Табл.1.

Таблиця з результатами вимірювань і розрахунків.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ.

5.1. Що таке електропровідність матеріалу? Якими величинами вона характеризується?

5.2. Від чого залежить величина питомого опору матеріалу?

5.3. Що впливає на величину питомого опору матеріалу?

5.4. В чому суть компенсаційного методу визначення питомого електричного опору матеріалів?

5.5. Які матеріали відносяться до матеріалів з великим опопром і які – до матеріалів з великою провідністю? Де вони використовуються?

5.6. Що показує температурний коефіцієнт електроопору?

5.7. Як можна визначити температурний коефіцієнт електроопору?

5.8. Як впливає температура на провідність провідників?

5.9. Чому при зростанні температури провідність провідників зменшується?  

ЛІТЕРАТУРА.

6.1. Пасынком В.М. Материалы электронной техники. – М., “Высшая школа” 1986.

6.2. Калинин Н.Н. Электрорадиоматериалы – М., “Высшая школа”, 1981.

Визначення електричної міцності діелектрика

Мета роботи: одержання практичних навичок дослідження ізоляційних властивостей діелектрика.

Завдання.

1.Визначити величину пробивної напруги діелектриків.

 Прилади і матеріали: - макет для визначення електричної міцності діелектрика;

- зразки діелектричних матеріалів;

- мікрометр.