Исследование физических свойств металлов и сплавов: Рекомендации к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

Электрическое сопротивление характеризует противодействие проводника электрическому току.

Для однородного по составу проводника при постоянном сечении S и длине l

,                                                                                                                  (2)

где ρ – удельное электрическое сопротивление, характеризующее материал проводника.

,                                                                                                                (3)

где R – электрическое сопротивление металлических проводников, Ом;

S – площадь поперечного сечения, м²;

l – длина проводника, м.

Единица измерения удельного электросопротивления Ом×м. Часто вместо ρ вводят удельную электропроводность

.                                                                                                (4)

Единица измерения удельной электропроводности – Ом^-1×м^-1.

Электрическое сопротивление металлов связано с рассеянием электронов проводимости на тепловых колебаниях кристаллической решетки и структурных неоднородностях (примесных атомах, дефектах решетки и т.д.).

Поэтому обычно R зависит от температуры Т, и лишь при Т → 0, когда тепловые колебания не влияют на электрическое сопротивление, оно определяется полностью кристаллической структурой и не зависит от температуры. При очень низких температурах электрическое сопротивление некоторых металлов и сплавов резко падает (явление сверхпроводимости).

Зависимость удельного сопротивления проводника от температуры:

,                                                                                  (5)

где ρ₀ – удельное сопротивление проводника при 0 ^оС;

t – температура в градусах Цельсия;

α – температурный коэффициент сопротивления.

Для определения удельного электросопротивления необходимо точно измерить электрическое сопротивление (R, Ом) и линейные размеры образца (S – площадь поперечного сечения, м² и l – длина образца, м).

Задача данной лабораторной работы дать общее представления о методах исследования физических свойств металлов, в частности определение структурно-чувствительной характеристики – удельного электросопротивления, установление материала образца по величине его удельного электросопротивления.

Описание метода измерения электросопротивления

Метод одинарного моста (рисунок 1) это один из контактных методов измерения электросопротивления.

Этот метод обеспечивает удовлетворительную точность при измерении образцов с сопротивлением более 10 Ом.

Мост состоит из трех известных сопротивлений: R₁, R₂ и R_M (эталон) и неизвестного Х.

Для определения этого сопротивления проводят уравновешивание моста изменением сопротивлений R₁ и R₂ или R₂/ R₁; в результате потенциалы точек В и D выравниваются  между собой  и ток, протекающий через гальванометр G, равен нулю.

Расчетная формула  выводится исходя из теоремы о равновесии моста.

Равновесие моста достигается, если замыкание и размыкание одной из его диагоналей не сопровождается возникновением тока в другой диагонали (нулевой метод).

Рисунок 1 – Принципиальная схема одинарного моста

Одним из приборов, служащим для точного определения электросопротивления проводника, является УПИП–60 М.

Составной частью прибора является одинарный мост постоянного тока.

Назначение прибора. Технические данные

Для непосредственного измерения электрических сопротивлений мостовым методом применяется прибор универсальный измерительный УПИП–60М, объединяющий в себе измерительный потенциометр, одинарный мост постоянного тока с плечом сравнения, используемым в качестве магазина сопротивления.

Прибор УПИП–60М характеризуется следующими техническими данными:

1) Точность измерения.

а) Класс точности прибора 0,1;

б) Погрешности измерения сопротивлений мостом:

- измеряемое сопротивление 10^-4 – 10^-2 Ом – погрешность измерения не более 0,5 %;

- измеряемое сопротивление 10 – 10^-2 Ом – погрешность измерения не более 0,1 %;

в) Основная погрешность плеч отношения моста при температуре окружающего воздуха плюс 20 ± 5 °С и относительной влажности не более 80 % не превышает ± 0,025 %;

г) Изменение показаний прибора, вызываемое изменением температуры окружающего воздуха в пределах от плюс 10 до плюс 35 °С, не превышает половины значения допускаемой основной погрешности на каждые 5 °С изменения температуры.

2) Питание прибора осуществляется от наружных источников постоянного тока.

Напряжение наружной батареи должно лежать в пределах 1,20 - 1,65 В.

Устройство прибора

На панели прибора смонтированы:

– гальванометр (ИП), который служит нуль-индикатором;

– регулировочное сопротивление, выполненное в виде сдвоенного ползункового реостата, имеющего две рукоятки – «ГРУБО» и «ТОЧНО»;

– шесть декадных переключателей. Пять декадных переключателей образуют рычажный магазин, служащий одновременно плечом сравнения моста. На шестом переключателе «N =» установлено восемь резисторов, которые образуют «плечи  отношения моста»;

– две кнопки «ГРУБО» и «ТОЧНО» для включения гальванометра и питания моста;

– переключатель батареи источников моста, позволяющий осуществлять