1 COACH 20 Wpływ temperatury na opór elektryczny metalu

COACH 20
Wpływ temperatury na opór elektryczny metalu.
Badanie zaleŜności oporu elektrycznego włókna Ŝarówki od natęŜenia przepływającego
prądu.
Program:
Coach 6
Projekt:
na ZMN060F
CMA Coach Projects\PTSN Coach 6\
Elektronika/R(T).cma
Przykład:
R(T)_1.cmr, R(T)_2.cmr
Cel ćwiczenia:
-
Porównanie właściwości elektrycznych włókna Ŝaróweczki i opornika.
-
Zaobserwowanie wpływu temperatury na opór elektryczny włókna
wolframowego Ŝaróweczki.
-
ZaleŜność oporu elektrycznego metalu od temperatury.
Układ pomiarowy:
schemat
konsola pomiarowa
- Zasilacz regulowany np. Typ DF6911 albo 5353.
- Napięcie na badanym obiekcie (opornik, Ŝaróweczka) zmierzone przez czujnik
napięcia CMA 0210i podawane jest na wejście 2 konsoli pomiarowej.
6Coach20
1
- NatęŜenie prądu elektrycznego płynącego w układzie zmierzone przez czujnik
natęŜenia prądu elektrycznego CMA 0222i podawane jest na wejście 1 konsoli
pomiarowej.
- Wskazania czujników naleŜy ustawić na zero przy braku napięcia. Kliknąć prawym
przyciskiem myszy na sterownik czujnika i wybrać Set to zero.
Ustawienia parametrów pomiaru:
Type:
Manual
Number of Samples: 10
Przygotowane wykresy: 1 - U(t), 2 - I(t), 3 - U(I), 4 - R(I)
Pomiar:
Nacisnąć zielony przycisk "start"
(F9). Ustawić Ŝądaną wartość natęŜenia prądu
"I" (Diagram 3) poprzez regulację napięcia podawanego do układu z zasilacza. Pomiar
wykonywany jest w momencie naciśnięcia przycisku „manual start"
T
(F8).
- uwagi techniczne:
Ze względu na róŜne wartości I (natęŜenia prądu elektrycznego) dla kaŜdej serii
pomiarowej, nie moŜna wykorzystać opcji "copy column" do porównywania wyników tych
serii. Trzeba skorzystać z opcji "Import background graph ...". Wyniki pomiarów dla
opornika naleŜy zapisać - "Save result as ...", a następnie wczytać poprzez "Import
background graph ..." dla diagramu 3 i 4 wybierając, jako oś poziomą "I", a pionową
odpowiednio "U" i "R".
6Coach20
2
Przykład: ( R(T)_1.cmr )
Wyniki:
dla opornika - kolor zielony,
dla Ŝaróweczki - kolor
niebieski
SpostrzeŜenia:
ZaleŜność U(I) dla wolframowego włókna Ŝaróweczki (kolor niebieski) nie jest
zaleŜnością liniową przechodzącą przez początek układu współrzędnych jak dla opornika
(kolor zielony). NatęŜenie prądu płynącego przez Ŝaróweczkę nie jest więc proporcjonalne
do przyłoŜonego napięcia, opór elektryczny nie jest stały. Na wykresie R(I) widać, Ŝe opór
elektryczny wzrasta wraz ze wzrostem natęŜenia prądu elektrycznego. Ten wzrost oporu
moŜna kojarzyć ze wzrostem temperatury włókna Ŝarówki - Ŝarówka zaczyna świecić
i świeci coraz jaśniej wraz ze wzrostem natęŜenia prądu.
Włókno grzeje się na skutek energii wydzielanej na nim przez przepływający prąd
elektryczny E = I2 R t. Temperatura podnosi się do takiej, dla której następuje równowaga
pomiędzy energią dostarczona przez przepływający prąd i energią odprowadzaną przez
przewodnictwo cieplne i promieniowanie.
Wniosek:
Opór elektryczny wolframu (równieŜ innych metali) rośnie wraz ze wzrostem jego
temperatury.
6Coach20
3
Istnieje moŜliwość dynamicznej obserwacji wzrostu oporu włókna Ŝarówki (malenia
natęŜenia prądu elektrycznego) na skutek grzania.
CMA Coach Projects\PTSN Coach
6\ Elektronika/R(T)3.cma
Przykład:
R(T)3_1.cmr,
R(T)3_2.cmr
T
- uwagi techniczne:
NaleŜy zastosować zasilacz regulowany Typ 5353 ze względu na moŜliwość bardziej
płynnej regulacji napięcia niŜ daje zasilacz DF6911.
Ustawienia parametrów pomiaru:
czas pomiaru
30 s
częstotliwość próbkowania 10/s
poziom wyzwalania (up), kanał 1
20 mA
Przeprowadzenie pomiaru
1. Włączyć pomiar - "start"
(F9).
2. Bardzo powoli zwiększać napięcie podawane z zasilacza na Ŝaróweczkę. Zapisać wyniki.
3. Wczytać zapisane zaleŜności U(I) i R(I) przez Import Background graph.
4. Szybko zwiększyć napięcie tak, Ŝeby natęŜenie prądu osiągnęło wartość około 140 mA.
Obserwować zmiany natęŜenia prądu i oporu elektrycznego nie zmieniając przez pewien
czas napięcia
6Coach20
4
Przykład: (R(T)3_2.cmr)
Wyniki:
kolor zielony - powolny wzrost
napięcia podawanego na układ,
wszystkie punkty pomiarowe
wykonane są dla włókna
Ŝaróweczki w stanie równowagi
termicznej
kolor niebieski - szybkie
zwiększanie podawanego napięcia
aŜ do uzyskania do I=180mA,
obserwacja powracania układu do
równowagi termicznej i dalsze
powolne zwiększanie napięcia.
6Coach20
5