Ćwiczenie 5

Metody i techniki badań materiałów
Ćwiczenie 5
OCENA OPORNOŚCI ELEKTRYCZNEJ
SKROŚNEJ I POWIERZCHNIOWEJ
Cel ćwiczenia: Ocena właściwości elektrycznych tekstyliów poprzez wyznaczenie rezystywności i rezystancji
wybranych materiałów. Poznanie zagadnień związanych z powierzchniowym i skrośnym
transportem elektronowym w materiałach tekstylnych.
Prawo Ohma – natężenie prądu I (w amperach, A) płynącego przez przewodnik jest proporcjonalne do
napięcia U (w woltach, V) panującego między końcami przewodnika.
U=R.I
R – opór elektryczny próbki (ohm, Ω)
Rezystancja (opór, opór czynny, oporność) R (Ω) – wielkość charakteryzująca relacje między napięciem
a natężeniem prądu elektrycznego w obwodach prądu stałego (opór jaki stawia materiał przepływającemu prądowi).
Rezystywność elektryczna (opór
właściwy,
oporność
właściwa) ρ – wielkość
charakteryzująca
przewodnictwo elektryczne danego materiału. Jednostką rezystywności w układzie SI jest Ω·m.
Rezystancja i rezystywność (stałe materiałowe) charakteryzują zdolność materiału do przewodzenia
swobodnych nośników ładunków elektrycznych w objętości materiału (rezystywność skrośna, ρs) lub na
powierzchni (rezystancja powierzchniowa, Rp ).
Klasyfikacja materiałów pod względem właściwości elektroprzewodzących:
a)
materiały przewodzące – rezystywność skrośna ρs ≤ 104 Ω·m
i/lub rezystancja powierzchniowa Rp ≤ 107 Ω;
b) materiały półprzewodzące (antyelektrostatyczne) – rezystywność skrośna 104 Ω·m < ρs ≤ 108 Ω·m
i/lub rezystancja powierzchniowa 107 Ω < Rp ≤ 1010 Ω;
c)
materiały izolacyjne – rezystywność skrośna ρs > 108 Ω·m
i/lub rezystancja powierzchniowa Rp > 1010 Ω.
Badania właściwości elektrostatycznych wyrobów włókienniczych
wyznacza się w oparciu o normy:
PN-EN 1149-1:1999. Odzież ochronna – Właściwości elektrostatyczne
– Rezystywność powierzchniowa.
PN-EN 1149-2:1999. Odzież ochronna – Właściwości elektrostatyczne
– Metoda badania rezystancji skrośnej.
Aparatura i pomoce:
•
•
•
•
•
•
elektrometr
stabilizowane źródło napięcia
zestaw elektrod koncentrycznych
komora klimatyzacyjna
miernik uniwersalny
grubościomierz
Tabela rezystywności niektórych
substancji (w temp. 20 °C)
Materiał Rezystywność (Ω·m)
srebro
1,59 · 10−8
miedź
1,7 · 10−8
złoto
2,44 · 10−8
aluminium
2,82 · 10−8
nikiel
6,99 · 10−8
żelazo
10 · 10−8
cyna
10,9 · 10−8
platyna
11 · 10−8
ołów
22 · 10−8
węgiel
3,5 · 10−5
german
0,46
krzem
640
szkło
1010 - 1014
guma
około 1013
siarka
1015
Opracowanie: doc. dr inż. Marek Idzik
Metody i techniki badań materiałów
Zadania do wykonania:
1.
Przeprowadzić badanie rezystancji powierzchniowej wybranych materiałów tekstylnych.
2.
Przeprowadzić badanie rezystancji skrośnej wybranych materiałów tekstylnych.
3.
Wykonać sprawozdanie.
Uwaga: Pomiary powinny być wykonane w temperaturze 23±1°C i przy wilgotności 25±5%.
1. Badanie rezystancji powierzchniowej
Z wybranych materiałów tekstylnych wyciąć po 10 próbek o wymiarach około 10 x 10 cm i poddać
aklimatyzacji w komorze klimatyzacyjnej w czasie 24 h. Następnie umieścić kolejno każdą próbkę na
izolacyjnej podstawie i postawić na próbce koncentryczne elektrody:
-
walcową pomiarową o średnicy zewnętrznej d1 = 50,4 mm,
-
pierścieniową napięciową o średnicy wewnętrznej d2 = 69,2 mm.
Podłączyć elektrody do elektrometru oraz do stabilizowanego źródła napięcia. Pomiar prądu zanotować po
czasie 30 sekund od chwili włączenia napięcia. Dla każdej próbki zmierzyć rezystancję powierzchniową (Rp),
obliczyć wartość średnią, a następnie obliczyć rezystywność powierzchniową (ρp).
Rezystywność powierzchniową próbek obliczyć wg wzoru:
ρp =
gdzie:
π ⋅ (d1 + d 2 )
d 2 − d1
⋅ Rp
,Ω
ρp – rezystywność powierzchniowa próbki, Ω
Rp – rezystancja powierzchniowa próbki, Ω
d1, d2 – średnice elektrod, mm
2. Badanie rezystancji skrośnej
Z wybranych materiałów tekstylnych wyciąć po 10 próbek o wymiarach około 10 x 10 cm i poddać
aklimatyzacji w komorze klimatyzacyjnej w czasie 24 h. Zmierzyć grubość próbki g (m). Następnie umieścić
kolejno każdą próbkę na elektrodzie napięciowej i postawić na próbce koncentryczną elektrodę pomiarową
(średnica d1 = 50,4 mm). Elektrody docisnąć do próbki. Podłączyć elektrody do elektrometru oraz do
stabilizowanego źródła napięcia. Pomiar prądu zanotować po czasie 30 sekund od chwili włączenia napięcia. Dla
każdej próbki zmierzyć rezystancję skrośną (Rs), obliczyć wartość średnią, a następnie obliczyć rezystywność
skrośną (ρs).
Rezystywność skrośną próbek obliczyć wg wzoru:
ρS =
Rs ⋅ A
g
, Ω·m
ρs – rezystywność skrośna próbki, Ω·m
Rs – rezystancja skrośna próbki, Ω
A – efektywne pole powierzchni górnej elektrody pomiarowej, m2
g – odległość między elektrodą napięciową i pomiarową (grubość próbki), m.
3. Wyciągnąć wnioski z przeprowadzonych badań
Opracowanie: doc. dr inż. Marek Idzik