Электрорадиоматериалы. Методические указания к лабораторным работам (стр. 1 из 8)

Методические указания к лабораторным работам

Санкт-Петербург

2000

УДК 621.315.4

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 свойствпроводниковых материалов........ 4

1. Краткие сведения из теории...................................................................................................................................... 4

2. Описание экспериментальной установки.......................................................................................................... 6

3. Порядок проведения работы....................................................................................................................................... 6

4. Оформление отчета......................................................................................................................................................... 7

Работа 2.Исследование свойств терморезисторов............................................................................. 7

1. Краткие сведения из теории....................................................................................................................................... 7

2. Описание экспериментальной установки........................................................................................................... 9

3. Порядок выполнения работы...................................................................................................................................... 9

4. Оформление отчета...................................................................................................................................................... 10

Работа З.Исследование свойств варисторов......................................................................................... 11

1. Краткие сведения из теории..................................................................................................................................... 11

2. Описание экспериментальной установки........................................................................................................ 12

3. Порядок выполнения работы.................................................................................................................................... 13

4. Оформление отчета...................................................................................................................................................... 14

Работа 4.Исследование свойств фоторезисторов............................................................................... 14

1. Краткие сведения из теории..................................................................................................................................... 14

2. Описание экспериментальной установки........................................................................................................ 16

3. Порядок проведения работы..................................................................................................................................... 16

4. Оформление отчета...................................................................................................................................................... 17

Работа 6. Исследование свойств сегнетоэлектриков..................................................................... 17

1. Краткие сведения из теории..................................................................................................................................... 17

2. Описание экспериментальной установки........................................................................................................ 19

3. Порядок выполнения работы.................................................................................................................................... 19

4. Оформление отчета...................................................................................................................................................... 21

Работа 7. Исследование свойств ферромагнитных материалов.......................................... 21

1. Краткие сведения из теории..................................................................................................................................... 21

2. Описание экспериментальной установки........................................................................................................ 23

3. Порядок выполнения работы.................................................................................................................................... 24

4. оформление отчета....................................................................................................................................................... 25

Работа 1. Исследование электрических свойств проводниковых материалов

Цель 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 теории

Основные свойства проводниковых материалов характеризуются величиной удельного сопротивления электрическому току r,температурным коэффициентом удельного электрического сопротивления a_r (ТК_r), величиной термоэлектродвижущей силы Е_Т.

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 (r£ 0,1 мкОм×м) – 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 m_o = 9,109×10^-31 кг, e = 1,602×10^-19 Кл – масса покоя и заряд электрона;

» 10⁵ м/с – средняя скорость теплового движения электронов;n_o = 10²⁸ м^-3— число электронов в единице объема; l_ср– средняя длина свободного пробега электронов.

Величина удельного электрического сопротивления проводников в основном зависит от средней длины свободного пробега электронов l_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 r×l_ср = а = const.

Температурным коэффициентом удельного сопротивления a_r(ТК_r) 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 a_r имеет две составляющие: a_r= a_R +a_l, (1.3)

где a_R – температурный коэффициент сопротивления в данном интервале температур; a_l – температурный коэффициент линейного расширения проводника, значения которого приведены в табл. 1.1. У чистых металлов a_r>>a_l, поэтому для них a_r»a_R. для термостабильных металлических сплавов такое приближение не справедливо.

Таблица 1.1

Металлы и сплавы	a_l×10^-4, K^-1
Медь	0,167
Константан	0,17
Манганин	0,181
Нихром	0,163

Температурный коэффициент электрического сопротивления (ТК_R) резистора определяется выражением

, (1.4)

где R_o –сопротивление проводника при температуре Т_о. Производная

определяется по касательной к кривой R(T) (рис.1.2).Для определения производной dR/dT = dR/dq (Т –температура в градусах Кельвина, q – в °С) строится зависимость R(q) (рис. 1.2). При заданной температуре (точка A) проводится касательная к кривой R(q), на которой выбирается участок ab произвольной длины. Производная определяется выражением dR/dq»DR/Dq.

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.