Хімія та електрорадіоматеріали

Хімія та електрорадіоматеріали

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Київ 2011

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ, молоді та спорту УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Хімія та електрорадіоматеріали

Методичні вказівки

до виконання лабораторних робіт

для студентів напрямів підготовки

6.050903 "Телекомунікації", 6.050803 “Акустотехніка”

усіх форм навчання

Київ

НТТУ «КПІ»

Хімія та електрорадіоматеріали. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт усіх форм навчання за напрямками підготовки: 6.050903 "Телекомунікації", 6.050803 “Акустотехніка” / (Викл. О.О. Довженко, Д.А. Шмигін – К.: НТУУ “КПІ”, 2011 23 с.

Викладачі: Довженко Олександр Олександрович, асистент

Шмигін Денис Андрійович, асистент

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № І

Визначення питомого опору різних провідників.

I. Мета роботи

Перевірити дослідним шляхом величини питомих опорів провідників різного складу. Отримати навички для роботи з вимірювальними приладами, вживаними при вимірах опору провідників.

II. Короткі теоретичні відомості.

У звукотехнічній апаратурі широке застосування знаходять провідникові матеріали низького і високого опору. Ці матеріали відносяться до твердих провідників. До них відносяться метали і їх сплави.

Метали високої провідності (срібло, мідь, алюміній, залізо, золото та ін.) використовують для виготовлення дротів, мікро - проводів, покриттів, що проводять, і плівок, різних струмопровідних деталей. Вони використовуються як основа в контактних матеріалах.

Сплави високого опору застосовуються при виготовленні резисторів і резистивних елементів різних типів призначення, а також різноманітних електронагрівних елементів і тому подібне.

Метали високої провідності і високого опору відрізняються один від одного величиною електричного опору.

У перших воно дуже незначне, в других навпаки, велике. Щоб порівнювати між собою матеріали по електричному опору і правильно їх вибирати ввели таке поняття, як питомий опір. Воно визначається по наступній формулі.

, (1)

де R - електричний опір зразка провідника (Ом); S - площа поперечного перерізу провідника ( ); - довжина провідника (м).

Від величини питомого опору провідника залежить опір, розміри і вага деталей, основу яких складає цей провідник.

III. Прилади і приладдя.

У лабораторну роботу входять: міст постійного струму, зразки провідників, намотані в один шар на котушках, і штангенциркуль.

Як міст постійного струму використовується міст типу МКУ- 48 або універсальний міст.

IV. Порядок виконання роботи.

I. Вивчити порядок роботи моста постійного струму при вимірі опору провідників (опис порядку роботи приведений на корпусі вимірювального моста).

2. По черзі підключити до вимірювального моста зразки провідників, виміряти їх опори шляхом урівноваження моста. Урівноваження моста (МКУ- 48) виробляється зміною еталонного опору, починаючи із старших декад, за допомогою магазину еталонних опорів.

Урівноваження фіксується стрілочним гальванометром при положенні стрілки в середині шкали приладу на початку натисненням кнопкою "грубо", а потім по мірі, зменшення відхилення стрілки гальванометра від середнього положення кнопкою "точно".

3. Визначити довжину і площу поперечного перерізу зразків провідників. Для цього, знаючи число витків W котушок із зразками провідників, яке вказане на каркасах котушок, за допомогою мікрометра виміряти діаметр дроту і витків намотування і висоту намотування h. Тоді довжина провідника буде рівна

(2)

діаметр провідника

(3)

і площа поперечного перерізу провідника

(4)

4. Підрахувати питомий опір провідників по формулі (1), використовуючи формули (2), (3) і (4).

5. Результати вимірів і обчислень записати в таблицю.

Табл.1

№ п/п	R (Ом)	W	d (мм)	S

6. За величиною питомого опору визначити матеріал провідника.

V. Контрольні питання.

1. Що таке питомий опір провідника?

2. Як користуватися мостом постійного струму при виміри опору провідників?

3. З яким питомим опором слід використовувати провідники при виготовленні дротяних опорів?

4. Де використовуються провідники високої провідності і сплави високого опору?

Література

1. Казарновский Д.В. Испытание радиотехнических материалов и деталей. -М. : Госэнергоиздат, 1963 , 292 с., ил.

2. Лахтин Ю.М. , Леонтьева В.П. Материаловедение. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1980. -493 с. , ил.

3. Богородицей И.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. -М.: Энергия, 1977. - 587 с с. , ил.

4. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В. Материалы в радиоэлектронике. -М.: Госзнергоиздат, 1961, 352 с, ил.

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА №2

Визначення діелектричної проникності різних діелектриків

I. Мета роботи

Перевірити досвідченим шляхом значення діелектричної проникності деяких матеріалів. Придбання навичок для роботи з вимірювальними приладами.

II. Короткі теоретичні відомості.

Однією з найважливіших характеристик діелектрика є його відносна діелектрична проникність або просто діелектрична проникність .

Діелектрик, включений в електричний ланцюг, можна розглядати як конденсатор визначений за місткість.

Заряд всякого конденсатора можна виразити

Для вакуума , для випробовуваного конденсатора .

Оскільки діелектрична проникність виражає відношення зарядів конденсаторів з цим діелектриком до конденсатора, де діелектриком служить вакуум, то

Як слід, з формули діелектрична проникність є безрозмірною величиною, яка показує в скільки разів збільшується місткість конденсатора, якщо замість діелектрика - вакууму поставити випробовуваний діелектрик.

Значення діелектричної проникності буває у більшості діелектриків порядку одиниць, декілька десятків, і дуже рідко більше 100. Найбільшу діелектричну проникність мають деякі сегнетокерамічні матеріали котрі в певних умовах можуть мати дуже високе значення - близько десятків тисяч. Значення досліджуваного діелектрика можна визначити, вимірюючи двічі місткість розбірного конденсатора : коли між обкладаннями цей діелектрик

( ) і коли між ними повітря ( ). Заміна вакууму повітрям дає малу похибку (соті долі відсотка).

Використовуючи для виміру плоскі (пластинчаті) зразки діелектриків і електроди у вигляді диска з діаметром , нехтуючи неоднорідністю поля по краях, можна застосувати для обчислення формулу місткості плоского конденсатора

не удаючись до двократного виміру місткості. З вираження (1) отримаємо

де - ємність диска з випробовуваним діелектриком (пФ); h - товщина діелектрика (см); 2 - діаметр вимірювального електроду (см).

III. Прилади і приладдя.

Для виміру діелектричної проникності використовуються міст змінного струму типу НИЕ-I або універсальний міст, зразки діелектриків, лабораторний макет з регульованими по висоті дисковими електродами як вимірювальна лінійка.

IV. Порядок виконання роботи.

1. Вивчити роботу моста змінного струму при вимірі місткості. Подати живлення на міст НИЕ - 1 і не підключаючи макет ручкою "установка" на приладі встановити стрілку приладу (при положенні перемикача "множник" в положенні " ") на " ".

2. По черзі вставляючи і затискаючи між електродами зразки діелектриків виміряти за допомогою моста ємність зразків з різними діелектриками. Свідчення моста відлічувати за шкалою " "

3. Виміряти за допомогою лінійки діаметр дисків плоского конденсатора і мікрометром товщини зразків діелектриків.

4. Підрахувати діелектричну проникність діелектриків по формулі (2).

№ п/п

r

h

5. Результати вимірів, обчислень і матеріал діелектриків записати таблицю

Таблиця 1.

V. Контрольні питання

1. Що називається відносною діелектричною проникністю діелектрика?

2. Як визначається відносна діелектрична проникність на практиці?

3.Як залежить місткість конденсатора від властивостей діелектрика?

4. Як користуватися мостом змінного струму при вимірі місткості?

5. У яких одиницях вимірюється місткість конденсатора?

VI. Література

1. Богородицкий И.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. -М.: Энергия, 1977. -587 с. , ил.

2. Богородицкий Й.П., Пасынков В.В. Материалы в радиоэлектронике. -М.: Госэнергоиздат, 1961. -346 с. , ил.

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 3

Визначення тангенса кута втрат конденсаторів з різними діелектриками в діапазоні звукових частот

I. Мета роботи.

Перевірити досвідченим шляхом значення тангенса кута втрат конденсаторів з різними діелектриками. Придбання навичок для роботи з вимірювальними приладами.

II. Короткі теоретичні відомості.

Діелектричними втратами називають потужність, що розсіюється в ізолюючому матеріалі під впливом прикладеної до діелектрика напруги змінного струму.

Зразок ізолюючого матеріалу про нанесеними електродами може бути представлений у вигляді схеми: паралельною або послідовною (див.мал.1а,б).

Якщо напруга і струм змінюються за синусоїдальним законом

( ), те співвідношення в ланцюзі можуть зображатися за допомогою векторних діаграм (см. рис. І в, г).

Рис. 1 а, б, в, г.

Кут, доповнюючий зрушення фаз між струмом і напругою до , називається кутом діелектричних втрат .

Для послідовної схеми

для паралельної схеми

Вимірювання можна виробляти за допомогою універсального моста Е7- 4. Спрощена схема моста має вигляд

Рис.2

У перше плече 1-2 включається вимірювана місткість . Друге плече 2-3 "множник" і третє плече 3-4 "відлік" - є відліками для величини місткості зібрані з секціонованих опорів.

Четверте плече служить для компенсації зрушення фаз за наявності втрат у вимірюваному конденсаторі. Це плече містить змінний опір, градуйований у величинах .

Умова рівноваги моста при вимірі місткості

Напруга, частотою 100 (1000 Гц) підставляється в діагональ 1-3 від генератора вмонтованого в самому приладі Е7- 4.

До вихідної діагоналі підключений індикатор.

IV. Порядок виконання роботи

1. Вивчити роботу універсального моста при вимірі місткості і

Вимір місткості і універсальним мостом Е7- 4 проводиться таким чином:

а) виміруючу ємність підключити до затискачів "С - L -R ";

б) поставити перемикач " С, L, , " в положення С;

в) поставити перемикач "Q, ", в положення ;

г) поставити перемикач "ЧАСТОТА Н" в положення 1000;

д) ручкою "ЧУТЛИВ. ІНДИКАТОРА" встановите стрілку приладу в межах 2/3 шкали;

е) ручкою перемикача "Множник" добийтеся мінімального свідчення приладу;

ж) поступово збільшуючи чутливість до максимальної, але так, щоб стрілка приладу залишалася в межах шкали, ручками, об'єднаними написом "Відлік" і ручкою "Фаза", добийтеся найменшого свідчення на покажчику рівноваги;

3) виробіть відлік вимірюваної величини місткості і тангенса кута втрат.

2. По черзі, підключаючи за допомогою щупів конденсатора з різними діелектриками, виміряти за допомогою моста місткість і вказаних конденсаторів.

3. Результати вимірів, тип конденсатора і тип діелектрика записати в таблицю.

Таблиця 1.

№ п/п	Тип конденсатора	Величина емкости	Тип диэлектрика

V. Контрольні питання

1.Що розуміють під діелектричними втратами?

2.Що розуміють під тангенсом кута діелектричних втрат?

3.Намалюйте векторні діаграми струмів і напруги при послідовній і паралельній схемі заміщення ємності з діелектриком, якщо напруга і струм змінюються за синусоїдальним законом.

4. Про що свідчить збільшення діелектрика в конденсаторі?

VI. Література

1. Богородицкий И.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. -М.: Энергия, 1977. -587 с. , ил.

2. Богородицкий Й.П., Пасынков В.В. Материалы в радиоэлектронике. -М.: Госэнергоиздат, 1961. -346 с. , ил.

ЛАБ0РАТ0РНА РАБОТА № 4

Дослідження явища односторонньої провідності різних напівпровідників

I. Мета роботи.

Вивчити явище односторонньої провідності у напівпровідників. Придбання навичок для роботи з вимірювальними приладами.

II. Короткі теоретичні відомості.

Речовини розрізняють по їх здатності проводити електричний струм. Ця здатність, у свою чергу, характеризується величиною питомого опору чи питомою електричною провідністю . Напівпровідники займають проміжне положення між провідниками і діелектриками по питомій провідності, яка коливається від до см/м.

Електропровідність напівпровідників в сильній мірі залежить від зовнішніх енергетичних дій, а також від різних домішок, іноді в нікчемних кількостях.

Наявність у напівпровідників двох типів електропровідності -електронної n і електронно-діркової р дозволяє отримати напівпровідникові вироби з р-n переходом. Сюди відносяться різні типи як потужних, так і малопотужних випрямлячів, підсилювачів, генераторів.

Подальший розвиток електроніки твердого тіла дозволяє перейти від дискретних напівпровідникових приладів до утворення цілих функціональних елементів в одному кристалі. Цей напрям називається мікроелектронікою.

За допомогою енергетичних діаграм цієї теорії твердого тіла можна судити про матеріал, який відноситься до провідників, діелектриків або напівпровідників. В перших забороненої зони практично немає, вона зливається з вільною зоною, вільні електрони легко переходять з однієї зони в іншу навіть при слабких напругах електричного поля. У других, тобто в діелектриках, заборонена зона велика і електронна провідність відсутня. У напівпровідників заборонена зона вужча і електрон її долає при зовнішніх енергетичних діях.

Для більшості напівпровідникових приладів використовуються домішкові напівпровідники. Тому в практиці важливе значення мають також напівпровідникові матеріали, у яких велика заборонена зона. У робочому інтервалі температур постачальниками вільних носіїв заряду виступають домішки, які є сторонніми атомами. Якщо за відсутності зовнішніх енергетичних дій домішкові рівні розташовані в забороненій зоні біля "дна" зони провідності, то струми домішки називають донорами, Напівпровідник про такою домішкою має концентрацію дірок, що з'явилися за рахунок переходу електронів з валентної зони в зону провідності і його називають напівпровідник" n -типа. Інші домішки розташовуються у стелі валентної зони. Такий напівпровідник матиме концентрацію

III. Прилади і приладдя.

Для дослідження явища односторонньої провідності різних напівпровідників використовуються макет з набором напівпровідникових діодів і з опором навантаження R =1 кОм; джерело постійного струму з плавним регулюванням напруги від Про В до 15 В при струмі споживання до 100 мА і ступінчастим або плавним регулюванням напруги до 100 В; вольтметр постійного струму з межами виміру напруги від 0 до I В, від 0 - 3 В, від 0 до 100 В; вольтметр постійного струму з межами виміру напруги від 0 до I В; від 0 - 3 В, від 0 - 30 В, клас вольтметрів не гірше 2,5% .

IV. Порядок виконання роботи

I. По черзі при виконанні роботи відповідно до рис.1 зібрати схему; для кожного з наявних на макеті діодів.

Без дужок на рис.1 показана полярність джерела живлення при прямому включенні діода, в дужках полярність при зворотному включенні діода.

Рис.1

2. Після перевірки керівником, включити схему і зняти залежність напруги U_R від U_ва при прямому включенні діода, змінюючи U_вх від 0 до 15 В. Результаты занести в табл. 1.

Табл. 1

Uвх		0,5		1,5
UR

3. Змінити полярність джерела живлення і зняти залежність U_R від U_вх при зворотному включень діода, вимірювання U_вх від 0 до –100 В. Результати занести в табл.2.

Табл.2

Uвх		-10	-20	-30	-40	-50	-60	-80	-100
UR

4. Вказані вище виміри провести для кожного типу діода, розташованого на макеті.

5. Для визначення опору діодів при прямому і зворотньому включенні і побудови вольт-амперної характеристики діодів провести наступні розрахунки:

а) падіння напруги на діоді U_д = U_вх - U_R ;

б) оскільки опір R калібрується і дорівнює 1 кОм, то свідчення вольтметра V2 відповідатиме струму через діод в мА, наприклад, якщо U2 = 5 В, то струм, що протікає через діод Iд = 5 мА або U2 =,- 0,01 В, то Iд = - 0,01 мА;

в) опір діода Rд визначається по формулі .

6. Результати розрахунків для кожного типу діодів записати в таблиці.3 відповідно до таблиці 1 і 2.

Табл.3

№ п/п	Iд пр	Uд пр	Rд пр	Iд обр	Uд обр	Rд обр

7. На узагальненому графіку побудувати вольт-амперній характеристики, тобто залежність у прямому і зворотному включенні діода для кожного типу діода.

V. Контрольні питання

1. У чому полягає явище односторонньої провідності напівпровідників?

2. Опишіть пряме і зворотне включення діодів.

3. Поясните хід вольт-амперной характеристики діодів.

4. Який тип діодів має більше прямий й зворотній опір, назвіть його матеріал?

VI. Література

1. Богородицкий И.Д., Пасынков В.В. Материалы в радиоэлектрони­ке. -М.: Госэнергоиздат, 1961. -346 е., ил.

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 5

Дослідження характеристик магнітних матеріалів,

вживаних в звукотехніці.

I. Ціль роботи.

Вивчити, методики виміру характеристик різних матеріалів, вживаних в звукотехнічній апаратурі. Придбання навичок роботи з вимірювальними приладами.

II. Короткі теоретичні відомості.

Як магнітні матеріали технічне значення мають феромагнітні речовини і феромагнітні з'єднання (ферити).

Магнітні властивості матеріалів обумовлені внутрішніми прихований­ными формами руху електричних зарядів, що є елементарними круговими струмами. Такими круговими струмами яв­ляются : обертання електронів навколо власних осей - електрон­ні спини й орбітальне обертання електронів в атомах. Феромагнітні властивості матеріалів при нагріванні спостерігати лише до деякої температури - точкою Кюрі, потім кот­рий матеріал переходить з феромагнітного в парамагнітне стани. Для заліза . До цієї температури феромагне­тик складається з доменів спонтанно намагнічених до насичення. Так, магнітні моменти спінів спрямовані в різні боки, то загальний магнітний момент дорівнює нулю.

При намагніченні матеріалу відбувається зміна орієнтації векторів намагнічення доменів.

Одній з основних характеристик магнітних матеріалів яв­ляєтся магнітна проникність (чи відносна магнітна про­никність)

- це відношення величини індукції В до відповідного значенню напруженості магнітного поля Н в цій точці кривої намагнічення, ділене на магнітну проникність вакууму гн/м, т.д.

Для магнітних матеріалів характерне явище гістерезису, яке полягає в тому, що після намагнічення при зменшенні напруженості поля Н величина індукції зменшуватиметься повільно не по основній кривій намагнічення мал. 1 і при Н = 0 в матеріалі збережеться залишкова індукція В₀

Для того, щоб розмагнітити матеріал відповідно до рис.1 необхідно прикласти у зворотному напрямі напруженість магнітного поля Н, Н_с - коерцитивна сила.

Матеряли з малою Н_с і великою називаются магніто-мягкі. Матеряли з великою Н_с і меньший - магніто-тверді.

Розрізняють декілька типів магніто - мягких матеріалів, проте найбільшого поширення набули листова електротехнічна сталь марок Э11, Э12, Э21, ЭАЗ1, Э310, Э330, Э1100, ЭЗ100 і інші, пермалой, магніто-м'які ферити типу 6000 НМ, 700 НМ, 2000 НН, 600 НН і інші. Великого поширення набули ферріти з прямокутною петлею гістерезису (ППГ). Магнітодіелектрики останнім часом використовуються рідко.

III. Прилади і приладдя.

У лабораторну роботу входять: макет з котушками індуктив­ності на магнітних сердечниках різних видів із зразками сердеч­ників, генератор звукових частот, магазин еталонних місткостей, електронний вольтметр змінного струму в діапазоні звукових частот; обмежувальний опір

кОм, з'єднувані провідники і штангенциркуль (вимірювальні лінійка).

ІV. Порядок виконання роботи

1. По черзі при виконанні роботи у відповідності c рис.2 зібрати схему для кожної з наявної на макеті котушки індук­тивності

2. Після перевірки керівником, включити схему, устано­вити на виході генератора деякий рівень напруги, при до­тором свідчення вольтметра відрізняються від нульового, на шкалі 0-1 В.

3. Змінюючи частоту генератора, визначити резонансні час­тоти

f₀₁, f₀₂, f₀₃ контурів, що складаються з котушок індук­тивності , , с відомим числом витків W і набраною відомою еталонною місткістю С. При знаходженні резо­нансна у разі різкого зростання напруги на контурі переключіть вольтметр на ширшу межу виміру напруги. Резонансна частоти контура визначається по максимальному доки­занию вольтметра.

4. Знаючи резонансні частоти контурів з вираження

(1)

набуде значень індуктивності котушки

, (2)

де - індуктивність котушки (Гн); С - ємність контура (Ф); f₀ - частота (Гц). По формулі (2) визначити індуктивності котушок з сердеч­никами.

5. Визначити магнітну проникність сердечників котушок. На практиці магнітну проникність визначають по наступній формулі

(3)

де - індуктивність котушки з сердечником, - індук­тивність тої ж котушки, но без сердечника.

Так як котушки виконані у вигляді торроида, то індуктивність котушки без сердечника розраховують по формулі:

, (4)

де W - число витків; D - середній діаметр котушки (см); d - діаметр витка (см) рис.3

Рисунок 3.

За розташованими на макеті зразками сердечників, на яких намотані відповідні котушки за допомогою штангенциркуля або, лінійки виміряти діаметри D і d. По формулі (3) використовуючи формули (2) і (4) визначити магнітну проникність сердечників котушок.

6. За величиною магнітної проникності визначити матерів­яскраво-червоний сердечників котушок індуктивності.

7. Дані вимірів і обчислень записати в таблицю 4.

Табл.1

№ п/п	f0 (Гц)	(Гн)	D (см)	d (см)	W	Lв (Гн)		Материал

V. Контрольні питання

1. Як визначається магнітна проникність теоретично і на практиці?

2. У чому полягає явище гістерезису для магнітних матеріалів?

3. Що таке магнитомягкие і магнитотвердые матеріали?

4. У чому полягає явище резонансу для паралельного коливального контура?

VI. Література

1. Богородицкий И.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М* Электротехни­ческие

материалы. –Л.:Энергия, 1977. -587 е., ил.

2. Преображенский A.A. Теория магнетизма, магнитные материалы и элементы. -М.: Высшая школа, 1976. -288 с.г ил.

3. Кифер И.И. Испытание ферромагнитных материалов. -М.:Энергия, 1962. -544 е., ил. .

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 6

Визначення температурного коефіцієнта питомого опору матеріалів

I. Мета роботи.

Вивчити методику визначення температурного коефіцієнта питомого опору матеріалу. Придбання навичок для роботи з вимірювальними приладами.

II. Короткі теоретичні відомості.

Для оцінки зміни параметра матеріалу, при збільшенні температури довкілля на 1°C, вводиться поняття темпера­турного коефіцієнта.

[град^-1],

де х - даний параметр; - швидкість зміни цього параметра від зміни температури. Температурний коефіцієнт буває: діелектриків - , конденсаторів - ТКС, опір - TKR, індуктивність – TKL.

Температурний коефіцієнт параметрів у більшості матеріалів буває позитивного знаку, тобто параметр збільшується при зростанні температури. Проте є конденсатори з конденсаторної кераміки, у яких цей коефіцієнт має відємний знак, тобто параметр зменшується при зростанні температури.

Використовуючи в коливальному контурі елементи з протилежними температурними коефіцієнтами можна стабілізувати часто­ту контура.

При виборі матеріалу завжди враховують стабільність його па­раметра при зміні температури, оскільки від цього в сильній мірі залежатиме стійкість роботи усього пристрою, де використовується цей матеріал.

Значення температурного коефіцієнта питомого опору різних матеріалів можна підраховувати виходячи з виразу:

(1)

де R₀ – опір матеріала при нормальній температурі t₀, R_t – опір матеріала при різній температурі. З виразу (1) для получимо:

. (2)

III. Прилади і приладдя

У лабораторну роботу входять: термостат, термометр з шка­лою від 0° до 100°С, міст постійного струму, макет із зразками провідників, намотані на котушках, опори провідників.

ІV. Порядок виконання роботи

1. Вивчити пристрій термостата.

2. Виміряти опір провідників при нормальній тем­пературі (температурі в лабораторії) за допомогою моста постійного струму (див. лаброботу № I).

3. Помістити котушки в термостат і піддаючи їх нагріванню визначити величину опору провідників R_t при темпера­турі в термостаті t₁ = 40°С; t₂ = 60°С; t₃ = 80°С. Вимір опору провідників проводити шляхом почергового підключення виводів провідників з термостата до моста постійного струму.

4. Вичислити значення температурного коефіцієнта питомого опору

за формулою (2).

5. Дані вимірів і обчислень записати в таблицю.

Табл.2

№: п/п

t0

R0

t1

R1

t2

R2

t3

R3

Мате- риал

В таблиці - средній температурний коефі­цієнт питомого опору для кожного матеріала про­відника.

6. По для кожного зразка провідників визначити маті­ріал, з якого виконаний провідник і занести в таблицю.

V. Контрольні питання

1. Що називається температурним коефіцієнтом питомого опору матеріалів?

2. Розкажіть пристрій і принцип дії термостата.

3. Як визначається температурний коефіцієнт питомого опору на практиці?

4. Як вимірюється опір Провідника за допомогою моста постійного струму?

VI. Література

I. Богородицкий И.Н., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехни­ческие материалы. :Энергия, 1977.-587 е., ил.

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 7

Визначення пєзомодуля поляризованою пєзокерамікою

I. Мета роботи.

Вивчити методику експериментального визначення пьезомоду­ля поляризованої пєзокераміки. Придбання навичок для роботи з вимірювальними приладами.

II. Короткі теоретичні відомості.

П'єзоелектричний ефект полягає у виникненні електричної поляризації в кристалі діелектрика при його розтягу або стискуванні, тобто на протилежних гранях пластинки з'являються різнойменні пов'язані заряди.

Одиницею виміру п'єзоефекту є пєзомодуль, який чисельно дорівнює заряду, що виникає на одиниці поверхні пєзоелектрика при додатку до нього одиниці тиску.

Для ізотропного тіла, до якого відносять кристал сегнетоелектрика, існує залежність між напругою t і дефор­мацією r

,

що відоме під назвою закону Гуку.

П'єзоефект є лінійним ефектом, тобто, що у випадку, наприклад, прямого п'єзоефекту механічна напруга t викликає пропорційну ним величину електричної поляризації P

,

де d коефіцієнт пропорційності, званий пьезо­електричним модулем.

Окрім механічної напруги, поляризація може бути викликана механічними деформаціями кристала r

,

де е - ще один пєзоелектричний коефіцієнт. Зв'язок між коефіцієнтами d і e можна найти через закон Гука:

,

де Е_ю - модуль Юнга. Використовуючи ці рівняння можна получити формулу

,

Яка зв’язує коефіцієнт е з модулем Юнга Е_ю.

Об'єм пєзоелектрика певної геометричної форми з нанесеними металевими електродами, утворює резонатор.

У п'єзоелектричному резонаторі можуть бути збуджені ре­зонансні електричні коливання за рахунок прикладеного до нього змінного електричного поля.

У електричному ланцюзі змінного струму на частотах, близьких до резонансних, п'єзоелектричний резонатор поводиться як послідовно-паралельний коливальний контур, схема якого представлена на малюнку. Така схема має два резонанси: послідовний (резонанс напруги в гілці L, R, C) і паралельний (резонанс струмів в контурі L, C, R, C₀).

Ємність С₀ називають зазвичай статичною місткістю резонато­ра, а параметри L, R, C - динамічними. Частота резонансу може бути визначена

а частота антирезонанcа

Нехтування опором R, що характеризує втрати в резонаторі, виправдано високою електричною добротністю контура , яка буває для кварцових резонаторів 10⁴-10⁸, а для керамічних 10²-10⁴.

III. Прилади і приладдя.

У лабораторну роботу входять: макет з пєокерамічним диском D і обмежуючим опором R_д = 10 кОм, гене­ратор стандартних сигналів Г з частотним діапазоном від 100 до 500 кГц, універсальний вимірювальний міст для виміру місткості, електронний вольтметр V змінного струму, штангенциркуль або вимірювальна лінійка.

ІV. Порядок виконання роботи

1. Виміряти за допомогою штангенциркуля або лінійки відстань t (см) між електродами і площу електроду (см2) (між дисками електродів розміщена пєзокераміка).

2. За допомогою універсального моста виміряти місткість З пєзоелемента.

3. Визначити діелектричну проникність пєзоелемен­та по формулі

, (1)

де С – ємність пєзоелемента (Ф), t (с) и (см²).

4. Зібрати схему відповідно до рис. 1.

Рис.1

5. Після перевірки керівником, включити схему, устано­вити на виході генератора Г в діапазоні частот від 100 до 500 кГц деякий рівень вихідної напруги, при якій показання вольтметра V відрізняється від нульового і рівне близько 1 В на шкалі від 0 до 3 В.

6. Змінюючи частоту генератора, визначити частоти резонансу f_p і антирезонанса f_ap пєзоелемента (див. рис.2) в діапазоні від 100 до 500 кГц.

Рис.2

7. Знайти модуль Юнга Е_ю елемента по відомій його товщині t, щільність 7,3 г/см³ і резонансній частоті f_p по формулі

(2)

де - швидкість поширення механічних коливань в пєзокераміці.

8. Визначити коефіцієнт електромеханічного зв'язку, що характеризує перетворення електричної енергії W_p , підходящої до пєзоелементу, в механічну енергію W_м по формулі

(3)

9. По отриманих параметрах з виразів (1), (3); (2) і (3) розрахувати пєзомодуль d по формулі

(4)

V. Контрольні питання

1. У чому полягає п'єзоелектричний ефект?

2. Дайте визначення пєзомодулю.

3. Дайте визначення модулю Юнга.

4. Що таке коефіцієнт електромеханічного зв'язку пєзо­елементу?

5. Опишіть явище резонансу і антирезонансу, що виникає в пєзоелементі.

VI. Література

1. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехни­ческие материалы, -М.:Энергия, 1977, -587 с., ил.

2. Глозман И.А. Пьезокерамика. -М.:Энергия, 1972. -288 с., ил.

3. Желудев И.С. Электрические кристаллы, -изд. 2-е исправленное и дополненное. -М.:Наука, 1979. -200 е., ил.

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 8

Вивчення, способів обробки конструкційних матеріалів стрічкопосувних механізмів кіно технічних і магнітних систем

I. Мета роботи.

Вивчити способи обробки конструкційних матеріалів і їх класифікації за областю використання.

II. Короткі теоретичні відомості.

Елементи і деталі стрічкопосувних механізмів кинопроекційної і кінознімальної апаратури, а також апаратів магнітного запису як правило піддають додатковою обробкою, яка значно збільшує довговічність роботи вказаних механіз­мів. Збільшується ресурс роботи механізмів, особливо це стосується стрічкопосувних механізмів, що працюють в старт-стоп ре­жимі АМЗ, а також стаціонарних кінопроекційних апаратів, працюють в складних теплових режимах.

До основних видів обробки відносяться: цементація, азотування, ціанування, борування, хромування і холодна про­робітка металів. Кожен з перерахованих способів обробки надає сталі певні властивості, необхідні для її роботи у відповідних режимах, а холодна обробка надає виробу певної форми.

В процесі механічної обробки на поверхні деталі залишаються сліди у вигляді виступів, що чергуються, і западин різних розмірів. Сукупність нерівностей на поверхні називається шорсткістю.

III. Прилади і приладдя.

Для вивчення способів обробки використовується лупа з багато­кратним збільшенням, мікроскоп або профілометр і набір конст­рукційних матеріалів, які мають різну обробку поверх­ні.

ІV. Порядок виконання роботи

1. За допомогою приладу збільшення візуально розглянути по­верхность сталевого виробу.

2. Використовуючи профілометр визначити величину нерівностей обробленої поверхні або за допомогою багатократного збільшення визначити клас шорсткості цієї поверхні певної базової довжини.

V. Контрольні питання

1. Які бувають методи обробки конструкційних матеріалів?

2. Які властивості кожної з оброблюваних поверхонь і призначення обробки?

3. Які особливості кожної обробки і коли вони применя­ются, і яка переслідувана мета обробки?

4. Що таке параметри шорсткості R_a і R_z?

VІ. Література

1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. 2-е изд., перераб. и доп. -М.:Машиностроение, 1980. -493 с,, ил.

2. ГОСТ 2789-73 параметры шероховатости обработанной поверх­ности.

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 9

Вивчення фотоелементів («саморобного» та промислового виробництва)

I. Мета роботи.

Визначити дослідним шляхом значення опорів фоторезистора та «саморобного» фотоелемента при потраплянні на них світла різних кольорів. Придбання навичок роботи з вимірювальними приладами.

II. Короткі теоретичні відомості.

Фоторезистор - напівпровідниковий прилад, що змінює величину свого опору при опроміненні світлом. Позначення на схемі:

Світлодіод або світловипромінюючий діод - напівпровідниковий прилад, що випромінює некогерентне світло при пропусканні через нього електричного струму.

У лабораторній роботі використовується «саморобний» фотоелемент на основі резистора КТ838А.

Схема макетної установки з джерелами світла:

Вона містить 3 світлодіоди: синій, червоний, зелений та амперметр 5 мА, 3 перемикачі та клеми подачі живлення. Максимально допустима напруга для синього і зеленого світлодіодів - 3,5 В, для червоного - 2,5 В.

Увага: не перевищуйте вказані значення, це може призвести до виходу з ладу амперметра і світлодіодів.

Схема макетної установки з фоторезисторами:

Фоторезистор КТ838А

ІІІ. Прилади та обладнання

1. Лабораторні макети з світлодіодами та фотоелементами.

2. Вимірювальний комплекс на основі мультиметра.

3. Джерело напруги «Волна».

IV. Порядок виконання роботи

1. Підключити джерело напруги до клем установки. У момент підключення положення ручки блоку живлення повинне стояти на «0». Підключити вольтметр, дотримуючись полярності. Включити синій світлодіод натисненням синьої кнопки. Повертаючи ручку-регулятор блоку живлення, досягти струму в 5 мА і зняти показання вольтметра. Провести виміри опору на установці з фоторезисторами на переході «база-емітер», «база-колектор», «колектор-емітер» та на фоторезисторі. Вимкнути синій світлодіод.

2. Регулятор блоку живлення повернути на «0». Ввімкнути червоний світлодіод, виставити значення в 5 мА. Напруга для синього і червоного світлодіодів різна. Виміряти значення напруги. Провести виміри опору на другій установці аналогічно з проведеним дослідом з синім світлодіодом. Вимкнути червоний світлодіод.

3. Налаштування і вимір для зеленого світлодіода провести аналогічно описаним попереднім дослідам.

4. Результати вимірювань занести до таблиці.

	Iд	Uд	UБЕ	UБК	UКЕ	Rф	Рд
Синій
Червоний
Зелений

I_д – струм на діоді

U_д – напруга на діоді

U_БЕ – напруга «база-емітер», U_БК – напруга «база-колектор», U_КЕ – напруга «емітер-колектор»

R_ф – опір фоторезистора

Р_д – потужність світлодіода

Обчислення Р_д провести за формулою

5. У висновку проаналізувати різницю опору та напруги від світла.

VI. Література

1. Фоторези́стор - http://ru.wikipedia.org//wiki /Фоторезистор

2. Светодиод - http://ru.wikipedia.org/wiki/Светодиод