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" (F8). T - 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 = I 2 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: temperatury. Opór elektryczny wolframu (równieŝ innych metali) rośnie wraz ze wzrostem jego 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