Теоретичні відомості. до виконання лабораторних робіт з дисципліни Електротехнічні матеріали для студентів 2 курсу напряму підготовки 6.050701 –

Рег. № ___________

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

до виконання лабораторних робіт

з дисципліни	Електротехнічні матеріали
для студентів	2 курсу
напряму підготовки	6.050701 – Електротехніка та електротехнології
галузі	6.0507 – Електротехніка та електромеханіка
факультету	кібернетики

Херсон – 2012

Методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт з дисципліни Електротехнічні матеріали

Укладачі: Дон Н.Л., кількість сторінок: 30

Рецензент: _________ доц. Баганов Є.О.

Затверджено

на засіданні кафедри

Енергетики та електротехніки

протокол №7 від 23.02.2012

Зав. кафедри_________ Баганов Є.О.

Відповідальний за випуск Дон Н.Л.

ЗМІСТ

ВСТУП.. 4

ПРАВИЛА З ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ.. 5

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ.. 6

Лабораторна робота № 1. 8

ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЗИСТОРІВ. 8

Лабораторна робота № 2. 13

ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОГО ОПОРУ РЕЗИСТИВНОГО ПРОВОДУ..

Лабораторна робота № 3. 20

ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ОПОРІВ ТВЕРДИХ ДІЕЛЕКТРИКІВ.

Лабораторна робота № 4. 25

МЕТОДИ КОНТАКТНОГО З’ЄДНАННЯ МАТЕРІАЛІВ.

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ.. 30

ВСТУП

При проектуванні та розробці нових електротехнічних приладів і обладнання з покращеними характеристиками знання електрофізичних, фізико-технічних та механічних властивостей використаних матеріалів є обов'язковою умовою раціонального вирішення цього завдання. Забезпечення високої надійності роботи електроенергетичного обладнання ґрунтується насамперед на чітких уявленнях про процеси, що відбувається в матеріалах протягом їх експлуатації, знаннях про методи профілактичного контролю та випробування електротехнічних виробів на їх основі, вимогах діючих ДСТУ, нормативних та технічних умовах їх використання. Це є гарантом надійної роботи електричних мереж і всього комплексу енергетичного обладнання: генераторів, трансформаторів, комутаційних апаратів, компенсуючих пристроїв та ін., в конструкції яких використовують електротехнічні матеріали. Вони знаходяться під впливом різноманітних зовнішніх факторів, у тому числі сильних електромагнітних полів, високих температур, статичних та динамічних навантажень, атмосферних впливів. Тому знання умов забезпечення стабільності параметрів цих матеріалів під дією вказаних факторів є важливим для забезпечення безперебійного функціонування електрообладнання і всієї електроенергетичної системи в цілому.

Курс “Електротехнічні матеріали” разом з курсом загальної електротехніки складає базис електротехнічної освіти спеціалістів напрямку “6.050701. Електротехніка та електротехнології”, який є основою для вивчення спеціалізованих профільних дисциплін. Тому структура курсу передбачає значну частину відведеного часу приділяти саме лабораторному практикуму, який дозволяє студентам засвоїти лекційний матеріал, зв’язати теорію з практикою, отримати навички творчої, дослідницької діяльності.

Методичні рекомендації містять опис чотирьох лабораторних робіт, які передбачені до виконання згідно з програмою курсу. Перед тим, як приступити до виконання лабораторних робіт, необхідно уважно ознайомитися з правилами з техніки безпеки. Крім того, необхідно засвоїти дії з наближеними числами, вміти обчислювати похибки вимірювань.

ПРАВИЛА З ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

Дослідження, які проводяться на лабораторних заняттях, пов’язані із застосуванням електрики та високої напруги. Тому, виконуючи лабораторну роботу, необхідно дотримувати правил з техніки безпеки:

1. перед початком роботи необхідно ознайомитися з джерелами електропостачання, способами їх вмикання та вимикання;

2. перед початком роботи всі потенціометри вивести у крайнє ліве положення;

3. після складання схеми викладач або лаборант повинен її перевірити і дати дозвіл на вмикання джерел живлення;

4. забороняється торкатися руками контактів, які знаходяться під напругою; наявність напруги на контактах елементів схеми слід перевіряти тільки вимірювальним приладом;

5. всі зміни у схемі або усунення причин несправностей можна проводити тільки після її повного відключення від джерел живлення та під наглядом викладача або лаборанта;

6. після завершення вимірювань отримані результати слід показати викладачу і, отримавши дозвіл, вимкнути лабораторну установку.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Лабораторні роботи виконуються бригадним методом згідно з індивідуальним графіком виконання лабораторних робіт, який складається на початку семестру.

На лабораторному занятті, що триває 4 години, студент виконує одну лабораторну роботу згідно з індивідуальним графіком виконання робіт. Виконання лабораторної роботи складається з трьох етапів: самостійної підготовки до виконання, саме виконання роботи та захисту.

1. «Підготовка» до виконання роботи (виконується студентом самостійно до початку лабораторного заняття) – 1 година:

- самостійне опрацювання теоретичної частини лабораторної роботи; опрацювання порядку виконання роботи та методики обробки результатів, техніки безпеки при виконанні даної лабораторної роботи – 0,5 години;

- письмова відповідь на контрольні питання, що містяться у методичних вказівках – 0,5 години.

2. «Виконання» роботи (виконується студентом у лабораторії протягом перших 2 годин лабораторного заняття):

- отримання «допуску» (студент має знати мету роботи, описати обладнання, порядок виконання роботи та обробки результатів вимірювань);

- виконання відповідних вимірювань на лабораторній установці;

- надання результатів вимірювань викладачу для перевірки для перевірки грамотності запису та реалістичності виміряних даних;

- обробка результатів вимірювань (розрахунок відповідних фізичних величин за експериментальними результатами, побудова графіків, розрахунок похибок тощо);

- оформлення звіту (заповнення таблиць результатами розрахунків).

3. «Захист» роботи (виконується студентом у лабораторії протягом останніх 2 годин лабораторного заняття), або під час залікових занять з захисту лабораторних робіт з відповідної теми:

- студент повинен знати відповіді на контрольні питання, закони, що описують досліджуване явище;

- студент повинен знати основні функціональні елементи та принцип дії лабораторної установки, що використовувалась у відповідній лабораторній роботі;

- студент повинен вміти безпосередньо вимірювати фізичні величини, що визначають певні властивості електротехнічних матеріалів, з використанням лабораторної установки, розраховувати значення фізичних величин за допомогою законів, що описують досліджуване фізичне чи хімічне явище, будувати графіки залежностей фізичних величин, аналізувати отримані залежності, проводити статистичну обробку результатів.

У разі виникнення заборгованості з виконання лабораторних робіт студент має право на відпрацювання відповідної лабораторної роботи під час залікових занять з захисту лабораторних робіт з відповідної теми та індивідуально-консультативних занять, що проводить викладач з лабораторних занять.

Студент, який наприкінці семестру має неліквідовані заборгованості з виконання та/або захисту лабораторних робіт, вважається таким, що не виконав програму дисципліни, отримує незадовільну підсумкову оцінку. Останнім терміном ліквідації заборгованості є час проведення консультації з підготовки до іспиту.

Лабораторна робота № 1

ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЗИСТОРІВ

Мета роботи: Ознайомитися з температурними характеристиками резисторів різного типу; вивчити вплив температури на значення величини питомого опору і на підставі дослідних даних встановити значення температурного коефіцієнта питомого опору провідників

Обладнання: термостат, термометр лабораторний, мультиметр DT-838 для вимірювання опору, з’єднувальні проводи, перемикач, набір резисторів.

Теоретичні відомості

Електричний опір металів зв’язаний з розсіянням електронів провідності на теплових коливаннях кристалічної решітки і структурних неоднорідностях.

Зауважимо, що опір провідника в першому наближенні не залежить від сили струму, який проходить по провіднику, а залежить від його геометричних розмірів, форми та від матеріалу провідника і його стану. Для однорідних провідників циліндричної форми:

(1.1)

де - довжина провідника, - площа поперечного перерізу, - коефіцієнт пропорційності, який залежить від матеріалу та фізичного стану провідника. Його називають питомим опором матеріалу. Одиницею виміру в СІ є ом на метр: = Ом.м.

Питомий опір провідників значною мірою залежить від домішок, а також від способу виготовлення провідників. Найменший питомий опір мають срібло і мідь. На практиці для передавання електричної енергії використовують дріт із міді або алюмінію. Для виготовлення реостатів, котушок опору використовують сплави з великим питомим опором (ніхром, нікелін).

Питомий опір провідників залежить не лише від хімічного складу речовини, а й від його стану, зокрема температури. Залежність питомого опору однорідної речовини від температури характеризують температурним коефіцієнтом питомого опору :

(1.2)

Температурний коефіцієнт питомого опору чисельно дорівнює відносній зміні опору провідника при зміні його температури на 1 К.

Величина для різних речовин різна. Відповідно до класичної електронної теорії Друде - Лоренца, значення температурного коефіцієнта питомого опору чистих металів у твердому стані має бути близьким до температурного коефіцієнта розширення ідеального газу, тобто . Він також може дещо змінюватися при зміні температури даної речовини. Деякі сплави мають досить малі значення , наприклад, для константану =0,1*10-4К-1. Дріт із таких сплавів використовують для виготовлення еталонів опору, котушок вимірювальних місткових схем тощо.

Як показують досліди, для кожного хімічно чистого металевого провідника існує певний інтервал температур, в якому залежність питомого опору від температури має лінійний характер, тобто:

= (1+ )

(1.3)

де - питомий опір, що відповідає початку температурного інтервалу. Здебільшого за початок цього інтервалу беруть температуру С.

Залежність опору металів від температури покладено в основу роботи приладів для вимірювання температури (термометри опору), енергії випромінювання (болометри) та автоматичних пристроїв для термостатування, терморегулювання будь-яких процесів з великою точністю.

З отриманих формул можна зробити висновок, що при збільшенні температури питомий опір металу повинен дещо зростати. Пояснюється це тим, що при підвищенні температури посилюються коливання вузлів кристалічних решіток, зменшується довжина вільного пробігу електронів і, як наслідок, зростає опір. Таким чином, температурний коефіцієнт питомого опору є величиною позитивною.

У деяких металах і сплавах виявлене явище надпровідності (сплави вісмуту із золотом, карбідів молібдену й вольфраму, свинцю, цинку, алюмінію та ін.), що полягає в тому, що нижче деякої критичної температури питомі опори цих речовин стають досить малими.

Однак існують метали, в яких питомий опір при плавленні зменшується. Збільшення питомого опору спостерігається у тих металів, в яких при плавленні збільшується об’єм, тобто зменшується густина. У металів, що зменшують свій об’єм при плавленні, питомий опір зменшується. Прикладом таких металів є: вісмут зменшується на 54%; галій – на 53%; сурма - на 28-29%.

Домішки до чистих металів, а також порушення їхньої структури, як правило, приводять до збільшення питомого опору.

Якщо при сплавленні двох металів відбувається утворення твердого розчину, тобто, при затвердінні вони спільно кристалізуються і атоми одного металу входять у кристалічні решітки другого, то відбувається істотне збільшення питомого опору