Ćwiczenie 5
Transkrypt
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