Determinarea rezistivitati la metale

Determinarea rezistivitati la metale

1. Generalitati

Lucrarea stabileste metoda de determinare a rezistivitatii de volum si de masa a materialelor metalice masive (necablate), utilizate drept conductoare.

Rezistivitatea de volum r_v) este numeric egala cu rezistenta unui conductor de lungime si sectiune egale cu unitatea.

Rezistivitatea de masa (densirezistivitatea d) este numeric egala cu rezistenta unui conductor de lungime si masa egale cu unitatea.

Metoda este destinata determinarii rezistivitatii metalelor sau aliajelor, care pot fi utilizate drept conductoare, avand valori cuprinse intre 0,01mWm si 2,0mWm (in conditii normale).

2. Scopul lucrarii

Determinarile din aceasta lucrare au drept scop:

punerea in evidenta, pe cale experimentala, a valorilor rezistivitatilor de volum si de masa, specifice fiecarui material;

punerea in evidenta a influentei temperaturii si a conditiilor de incercare asupra valorilor obtinute.

3. Problemele de studiat

Se va determina rezistenta intre extremitatile lungimii de masurare a epruvetei, in [W], la temperatura t, conform punctului 5.1 si la temperatura t₀, conform punctului 5.3.1.

Se va calcula rezistivitatea de volum la temperatura t, conform punctului 5.2.1 si la temperatura t₀, conform  punctului 5.3.3.

Se va calcula rezistivitatea de masa la temperatura t, conform punctului 5.2.2 si la temperatura t₀, conform punctului 5.3.4.

Se va calcula rezistenta electrica liniara la temperatura t, conform  punctului 5.2.3 si la temperatura t₀, conform punctului 5.3.2.

4. Metoda pentru masurarea rezistentei

Pentru masurarea rezistentei epruvetei se foloseste metoda curenta, cu patru borne. Masurarea se face cu ajutorul unei punti Thomson, conform schemei de principiu din figura 1.1.

4.1. Sursa de alimentare

Se va utiliza o sursa de c.c. de 40 V, care poate furniza un curent maxim de 5 A, in circuitul de masura.

Sursa se cupleaza la bornele (3) si (4) ale puntii Thomson (fig. 1.2).

Epruveta de incercat

Epruveta de incercat poate avea diferite forme, cu laturile drepte si netede si sectiunea sensibil uniforma, de exemplu fire, benzi, bare, tije.

Se considera sectiunea sensibil uniforma daca abaterea relativa a ariei sectiunii, pentru cel putin 5 masurari efectuate in intervale egale pe lungimea de masurare, nu depaseste 1%.

4.3. Aparatura experimentala

Aparatura necesara este prezentata mai jos.

Puntea Thomson de c.c.

Puntea Thomson de c.c. poate folosi ca indicator de zero un galvanometru sau un indicator electronic interior sau exterior.

La echilibrul puntii - pus in evidenta prin indicatorul de zero - relatia dintre rezistentele componente (conditia de echilibru) permite determinarea valorii unei rezistente conectate la punte (rezistenta necunoscuta) in functie de rezistentele cunoscute ale puntii.

Panoul frontal al puntii Thomson (fig. 1.2.) prezinta:

1 - borne pentru rezistenta de masurat R_x: I₁, I₂ - borne de curent si U₁, U₂ - borne de tensiune;

2 - borne pentru indicatorul de nul exterior;

3 - borne pentru sursa de alimentare a puntii de masura;

4 - borna de pamant;

5 - decade de masurare;

6 - fise pentru inchiderea sau punerea in functiune a puntii;

7 - brat de raport a cu doua fise;

8 - brat R_E   cu doua fise pentru introducerea in circuit a rezistorului etalon interior;

9 - indicator de nul interior;

10 - claviatura pentru introducerea in circuit a indicatorului de nul interior sau exterior;

11 - claviatura MASURARE

12 - potentiometru ZERO pentru opt intervale de sensibilitate (de la 0,01 mV la 100 mV);

13 - clapa ZERO

14 - formula pentru calculul rezistentei necunoscute:

(1.1)

Dispozitivul care asigura contactul cu epruveta

Acest dispozitiv trebuie sa fie prevazut cu patru contacte, doua de curent si doua de tensiune. Distanta intre contactele de tensiune trebuie sa fie cat mai mare posibil, iar distanta dintre contactele de curent si cele de tensiune trebuie sa fie de cel putin 1,5 ori perimetrul sectiunii epruvetei. Contactele electrice de tensiune se realizeaza cu ajutorul unor cutite prevazute cu suruburi de strangere.

Contactele de tensiune se leaga la bornele U₁ si U₂, iar cele de curent la I₁ si I₂, ale puntii Thomson.

5. Modul de lucru

Determinarea rezistentei electrice

Pentru efectuarea masurarii rezistentei epruvetei se procedeaza astfel:

se monteaza epruveta cu rezistenta necunoscuta R_x, in dispozitivul cu patru borne;

dispozitivul se conecteaza la bornele (1) ale puntii;

se conecteaza sursa la bornele (3) si (4) ale puntii;

se pune in functiune indicatorul de nul;

se apasa clapa ZERO si cu ajutorul potentiometrului ZERO se aduce acul indicator de nul pe reper zero pe fiecare treapta de sensibilitate, incepand cu cea minima (100mV) pana la cea maxima (0,01mV);

se trece comutatorul de sensibilitate din nou pe treapta de sensibilitate minima (100mV) si se elibereaza clapa ZERO

cu clapa PORNIT apasata, indicatorul de nul este pregatit pentru masurare;

se stabileste valoarea bratului de raport a prin introducerea fiselor in lacasurile corespunzatoare;

se stabileste valoarea rezistentei R_E (preferabil din acelasi ordin de marime cu rezistenta R_x) prin introducerea fiselor in lacasurile corespunzatoare;

se fixeaza decadele puntii pe valori maxime;

se conecteaza sursa de alimentare la bornele (3) cu o tensiune minima;

se aseaza claviatura (10) pe pozitie corespunzatoare functionarii indicatorului de nul interior sau exterior;

se fixeaza fisa (6) in lacasul corespunzator punerii in functiune a puntii;

se apasa clapa MASURARE

se regleaza sursa de alimentare la un curent astfel incat sa nu depaseasca pe cel nominal suportat de cel mai mare rezistor din circuit (R_E sau R_x), deci   maxim 2 A;

comutatorul de sensibilitate al indicatorului de nul fiind pe treapta de sensibilitate minima, daca acul indicator de nul nu este pe reperul zero, se rotesc comutatoarele puntii (rezistorul in decade) pana se aduce pe reperul zero;

se trece apoi comutatorul de sensibilitate pe urmatoarea treapta de sensibilitate si se aduce din nou acul indicatorului de nul pe reperul zero;

se repeta operatia pana se ajunge (daca este necesar) la treapta de sensibilitate maxima.

Rezistenta necunoscuta se stabileste dupa formula:

(1.2)

in care:

R - valoarea rezistentei de echilibrare;

R_E - valoarea rezistentei etalon;

a - valoarea bratului de raport;

Dupa efectuarea masurarii se trece comutatorul de sensibilitate al indicatorului de nul pe treapta de sensibilitate minima, se deconecteaza claviatura PORNIT MASURARE, sursa de alimentare si se trece fisa (6) in lacasul INCHIS

Se vor executa cel putin 5 determinari, considerandu-se ca valoare a rezistentei media aritmetica a valorilor obtinute.

5.2. Relatii de calcul

Rezistivitatea de volum, la temperatura t, se calculeaza cu ajutorul relatiei:

(1.3)

in care:

R(t) - rezistenta intre extremitatile de masurare ale epruvetei, in [W], la temperatura t la care se face masurarea;

A(t) - aria sectiunii epruvetei, in [m], la temperatura t;

l₁(t) - lungimea de masurare a epruvetei, in metrii, la temperatura t.

Rezistivitatea de masa (densirezistivitatea), la temperatura t, se calculeaza cu ajutorul relatiei:

(1.4)

in care :

R(t) - rezistenta intre extremitatile lungimii de masurare, in W, la temperatura t;

m - masa epruvetei, in [Kg];

l₁(t) - lungimea de masurare a epruvetei, [m], la temperatura t;

l₂(t) - lungimea totala a epruvetei, [m], la temperatura t.

Rezistenta electrica liniara la temperatura t, se calculeaza cu ajutorul relatiei:

(2.5)

in care:

R(t) - rezistenta intre extremitatile lungimii de masurare a epruvetei, in [W], la temperatura t;

l₁(t) - lungimea de masurare a epruvetei la temperatura t.

Rezultatele determinarilor se trec in tabelul 1.1.

Tabelul 1.1. Valorile marimilor masurate si calculate

Valorile determinate pentru r(t) si d(t) se compara cu cele cunoscute, date in literatura de specialitate, pentru materialele din care sunt confectionate epruvetele.