Файл: Учебнометодическое пособие по лабораторным работам для студентов направления 11. 03. 04 Электроника и наноэлектроника.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»
ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ

^{(наименование института полностью)}
Кафедра «Промышленная электроника»

А.В. Прядилов

Электротехнические материалы

Учебно-методическое пособие по лабораторным работам

для студентов направления 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» (профиль/специализация «Промышленная электроника» и «Робототехнические системы»)

Тольятти 2022

УДК 621.315

ББК 32.85

М42

Методические материалы предназначены для изучения дисциплины «Электротехнические материалы», для студентов направления 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» (Профиль/Специализация «Промышленная электроника», «Робототехнические системы»), 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника (Профиль/Специализация «Цифровые технологии в электроэнергетике», «Электроснабжение»)

 

Рекомендовано к использованию в учебном процессе на заседании кафедры от «1» сентября 2022 года (протокол №1).

Рецензент: Певчев В.П.

Сборник содержит цикл лабораторных работ по дисциплине «Электротехнические материалы». Для каждой лабораторной работы изложены цель и программа работы, а также приводятся краткие теоретические сведения, указания по подготовке и выполнению работы, перечень контрольных вопросов и необходимой литературы.

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №1. Определение удельного сопротивления проводника

1 Цель работы: освоить приборы и методы измерения сопротивления проводников, определить удельное сопротивление проводника.

---

2. Задачи решаемые при проведении работы:

- изучить способы измерения сопротивления проводниковых материалов;

- научиться пользоваться приборами для измерения сопротивления;

- сравнить различные материалы по величине удельного сопротивления.

3 Программа работ.

3.1 Получить у преподавателя образцы проводников.

3.2 Измерить величину сопротивления проводников, применив все указанные в теоретической части методы для нескольких значений длины проводников, измерить диаметр и длину проводника при каждом измерении.

3.3 Вычислить величины удельного сопротивления каждого из проводников, значения занести в таблицу.

4 Теоретическая часть.

Электрическое сопротивление характеризует противодействие проводника или электрической цепи упорядоченному перемещению носителей тока. Согласно закону Ома, сила тока в однородном участке цепи равна отношению напряжения U на его концах к сопротивлению этого участка R:

.

В этом случае электрическое сопротивление называют омическим или активным. Оно зависит от материала проводника, его размеров и формы. Для однородного по составу линейного проводника с поперечным сечением S и длиной l

,

где  – коэффициент пропорциональности, характеризующий материал проводника. Называется этот коэффициент удельным электрическим сопротивлением и численно равен сопротивлению однородного цилиндрического проводника, изготовленного из данного материала, имеющего единичную длину и единичную площадь поперечного сечения.

Из формул следует

,

то есть, чтобы определить удельное сопротивление однородного по химическому составу проводника, имеющего постоянную площадь поперечного сечения, необходимо измерить его сопротивление постоянному току и геометрические параметры.

Методы измерений сопротивления проводника

В работе реализуют три метода измерения сопротивления проводника:

1) технический метод – по измеренным значениям тока и напряжения;

---

2) мостовой метод;

3) с использованием омметра.

1. Технический метод осуществляют по схеме, приведённой на рис. 1.



Рис. 1. Электрическая схема:

1 – регулируемый источник постоянного напряжения (0…+15 В); 2 – вольтметр;3 – амперметр; 4 –резистор R
При этом измеряют ток I через резистор и падение напряжения на нём U. Это позволяет рассчитать неизвестное сопротивление резистора R:

.

2. Метод измерений с помощью моста постоянного тока. Измерительные мосты – это высокоточные приборы, предназначенные для измерения электрических сопротивлений, ёмкостей, индуктивностей и других параметров методом уравновешенных мостовых цепей. На рис. 2 приведена схема простейшего моста, который используется для измерения сопротивлений.



Рис. 2. Электрическая схема простейшего моста Уитстона:

1 – магазин сопротивлений R_М; 2 – измеряемое сопротивление R; 3 – амперметр; 4 – сопротивление R₁= 100 Ом; 5 – сопротивление R₂= 10 Ом; 6 – сопротивление R₀ = 470 Ом, 7 – источник постоянного напряжения «+15 В»
Подбирая значение сопротивления магазина R_М, добиваются равенства потенциалов точек а и б, при этом ток I_A, текущий через амперметр, обращается в нуль. В таком уравновешенном состоянии моста выполняются равенства:

; ; ;

Из этих соотношений следует расчётная формула

.

Резистор R0 в схеме служит для ограничения тока, протекающего через мост.

3. Использование омметра является наиболее простым методом: достаточно подключить измеряемый резистор к входам омметра и считать показания прибора. В основе работы омметров обычно лежит приближённый технический метод: шкалу прибора градуируют при фиксированном напряжении U батареи питания. Этот метод применяют, когда не нужна высокая точность измерений.

---

5. Методические указания.

1 Измерить с помощью прибора Е7-22 или мультиметра сопротивление проволоки на участках различной длины (от 0,1 м до 0,5 м) с шагом 0,1 м. Измерить сопротивление измерительных проводов мультиметра, замкнув контакты мультиметра между собой. Полученные значения сопротивлений скорректировать, вычитая из каждого сопротивление проводов, а результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1. Сопротивления участков проволоки R, Ом.

Тип проволоки	погонное сопротивление α, Ом/м	Длинна l, м.
		0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
1. Нихром
2. Медь
3. Сталь

3. На одном графике построить графики зависимостей R = f(l) для исследуемых материалов. По наклону графиков зависимостей R = f(l) определить погонное сопротивление α, Ом/м

.

4. Рассчитать удельные сопротивления исследуемых образцов проводниковых материалов, принимая во внимание формулу

,

От есть удельное сопротивление можно определить по выражению

.

5. Рассчитанные значения удельных сопротивлений занести в таблицу 2 (способ 1).

Таблица 2 – Результаты исследований проволок.

Наименование материала	d, мм	S, мм2	Способ 1 ρ, Ом·мм2/м	Способ 2 ρ, Ом·мм2/м	Справочник ρ, Ом·мм2/м
1. Нихром
2. Медь
3. Сталь

---

6. Собрать схему для измерения сопротивления техническим методом, в соответствии с рисунком 1. На рисунке 3 условно показана схема соединений.



Рисунок 3. Схема соединений при измерении сопротивлений нихромовой проволоки

7 Установить ручки регулировки напряжения источника HY 1502D в положение 2В, тока в крайнее левое положение (поворотом до упора против часовой стрелки). Подсоединить блок питания ко стенду согласно рис.3.

8 Включить питание источника. Установить значение тока верхней ручкой равного 0,5 А. Установка производится плавно подачей напряжения на стенд ручкой «ток». При этом значение напряжения будет автоматически ограничено до необходимого значения. Если на блоке отображается напряжения 2 В, а ток 0 – это означает отсутствие контакта либо разрыв в проводе.

9 Мультиметром точно измерить величину тока в данном проводнике, включив его последовательно в цепь, записать значение, после чего восстановить схему.

10 Мультиметром измерить величины падения напряжения на участках всех проводников последовательно, занести результаты измерений в табл. 3.

Таблица 3. Напряжения на участках проволоки U, В.

Тип проволоки	Длинна l, м.
	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
1. Нихром
2. Медь
3. Сталь

Исходя из полученных значений напряжений и выставленного тока рассчитать сопротивления участков проволоки. Результаты свести в табл. 4.

Таблица 4. Сопротивления участков проволоки R, Ом.

Тип проволоки	Погонное сопротивление α, Ом/м	Длинна l, м.
		0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
1. Нихром
2. Медь
3. Сталь

---