3 Техніка безпеки
Куметр живиться від освітлювальної мережі напругою 220 В. Перед вмиканням приладу перевірте наявність заземлення, яке повинно бути виконано у вигляді неізольованого багатожильного провідника, що з'єднує корпус приладу з відповідною клемою на робочому столі з позначкою "Земля" або напряму з шиною заземлення лабораторії.
Нагрівачем слугує звичайний емальований дротяний резистор великого розміру, який закріплено на штативі. Температура поверхні резистора сягає 100°С, тому при роботі не слід торкатися руками безпосередньо до його поверхні.
4 Методичні вказівки
Куметр (Q-метр) складається з генератора синусоїдальних коливань змінної частоти в межах від 50 кГц до 35 МГц, тобто в межах радіочастот. Другою складовою куметра є вольтметр електронної системи, індикатором якої є стрілковий покажчик. Третя частина – це коливальний контур, який складається з конденсатора змінної ємності, що вмонтований в корпусі куметра, і котушки індуктивності, яка приєднується ззовні приладу до клем, позначених літерою "L". Поряд з клемами "L" розміщені клеми "С", ці клеми приєднані безпосередньо до конденсатора змінної ємності.
Основна мета лабораторної роботи полягає в тому, щоб провести вимірювання ємності зразка при різних температурах і потім зробити висновок.
Найточніше зробити вимірювання ємності дозволяє прилад куметр, і суть вимірювання полягає в наступному. Генератор куметра виробляє певну напругу на навантаженні, а навантаженням є коливальний контур (LC), до якого підключений вольтметр. З курсу фізики відомо, що при певному співвідношенні між L, C та частотою генератора (формула Томсона) в колі настає явище резонансу, яке виявляється в різкому зростанні напруги, що контролюється вольтметром. Таким чином, сигналом того, що в контурі встановився резонанс, є найбільше відхилення стрілки індикатора куметра. Якщо тепер до клем з позначкою "С" на куметрі приєднати невідому ємність (зразок), то, очевидно, резонанс зникне, і, щоб його відновити, потрібно змінити ємність змінного конденсатора куметра, щоб кінцева ємність контура стала такою самою, як і на початку. Оскільки конденсатор куметра проградуйовано, то ємність невідомого конденсатора (зразка) визначиться як різниця між першим і другим показанням на шкалі конденсатора змінної ємності. Більш докладно про куметр можна прочитати в п.5 методичних вказівок до лабораторної роботи 3.
5 Порядок виконання роботи
Схема лабораторної установки наведена на рисунку 1.
5.1. Підготуйте куметр до роботи, для чого:
а) натисніть клавішу з написом "300" – це межа вимірювання вольтметра.
Рисунок 1
б) натисніть клавішу з позначкою "Q".
в) натисніть клавішу з написом у вигляді римської цифри, що відповідатиме вибраній Вами, або запропонованій викладачем частоті. Точне значення частоти установіть за допомогою ручки з позначкою "Частота", користуючись шкалою, номер якої співпадає з номером (римська цифра) натиснутої клавіші в п.3.
г) з набору котушок виберіть котушку з номером, що відповідає вибраній Вами частоті, користуючись таблицею:
Номер котушки |
Піддіапазон частот |
Номер котушки |
Піддіапазон частот |
1 |
50-80 кГц |
7 |
1,3-3,0 МГц |
2 |
80-140 кГц |
8 |
3,0-5,0 МГц |
3 |
140-240 кГц |
9 |
5,0-8,0 МГц |
4 |
240-440 кГц |
10 |
8,0-14,0 МГц |
5 |
440-750 кГц |
11 |
14,0-24,0 МГц |
6 |
0,75-1,3 МГц |
12 |
24,0-35,0 МГц |
д) обережно з'єднайте вибрану котушку з клемами куметра, позначеними літерою "L", і увімкніть куметр в електричну мережу.
е) через кілька хвилин натисніть клавішу з позначкою "Калібр Q" і, не відпускаючи клавішу, одночасно ручкою, що знаходиться поруч з клавішею, встановіть стрілку індикатора по шкалі на значок "", відпустіть клавішу "Калібр Q".
Якщо стрілка не встановлюється – негайно зверніться до викладача!
Куметр готовий до роботи і можна приступати до вимірювань, а для цього потрібно наступне:
а) обережно витягніть з об'єму нагрівача пристрій для зразка (див. схему). Якщо станеться так, що зразок знаходиться в пристрої, то необхідно за допомогою електропаяльника від'єднати хоча б один кінець від клеми пристрою.
б) введіть пристрій в нагрівач.
в) обертаючи ручку куметра з позначкою "Емкость pF", добийтеся резонансу в контурі куметра, тобто установіть максимальне відхилення стрілки індикатора.
г) запишіть
покази ємності конденсатора куметра з
точністю до десятих часток у підготовлену
таблицю
і приєднайте провідник лабораторної
установки до клем на куметрі "С".
д) обертаючи ручку "Емкость pF", відновіть резонанс у контурі і запишіть нові покази ємності конденсатора куметра .
е) визначте
різницю
– це ємність монтажу, тобто ємність,
яку має пристрій для зразка разом із
з'єднувальним провідником (нагадаємо,
що перед цим ми від'єднали зразок від
пристрою).
ж) обережно вийміть пристрій з нагрівальної камери і припаяйте зразок до відповідних клем пристрою. Поверніть пристрій із зразком у камеру.
з) знову
відновіть резонанс за допомогою ручки
"Емкость pF" і запишіть
покази ємності конденсатора куметра
і підрахуйте ємність
– це ємність зразка. Запишіть значення
ємності
і температуру, при якій вона була
виміряна.
і) увімкніть
у мережу джерело живлення нагрівача і
встановіть напругу приблизно 5-10 В.
Почекайте поки температура підвищиться
на 10-15°С. Відновіть резонанс ручкою
"Емкость pF" і запишіть
покази
.
Підрахуйте ємність
– це ємність зразка, але уже при іншій
температурі.
к) нагрівайте
зразок поступово і через кожні 10-15°С
вимірюйте ємність
і за даними досліду побудуйте графіки
залежності
для кожного зразка.
к) за графіками підрахуйте
;
– ємність зразка, що відповідає
температурі 20°С.
Зробіть висновок про поведінку матеріалу діелектрика при зміні температури.
Результати вимірювань зручно розмістити в таблиці:
|
||
Т, °С |
, pF |
, pF |
180 200 300 400 500 600 700 800 |
Відповідні покази по шкалі конденсатора змінної ємності |
Підрахунки за формулою |
=______;
=______;
=______;
______.
Примітка: приведені в таблиці значення температури не обов'язково повинні бути такими.
6 Звіт про роботу
Звіт про виконану лабораторну роботу повинен мати:
а) назву і мету виконання роботи;
б) перелік обладнання;
в) результати дослідів і обчислень у вигляді таблиць;
г) графіки залежності для кожного зразка;
д) принципову електричну схему лабораторної установки.
7 Запитання для самоконтролю
1. Коротко опишіть та порівняйте між собою механізми поляризації різних діелектриків.
2. Як впливає зміна температури на поляризацію і чому? Опишіть фізичні процеси.
3. Опишіть методи термокомпенсації ємності в електронній промисловості.
Список літератури
1. І.І. Василенко, В.В. Широков, Ю.І. Василенко, Конструкційні та електротехнічні матеріали.– Львів: Магнолія 2006, 2008 – 242с.
2. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. – СПб.: Лань, 2001. – 368 с.
Додаток 1 – Фізичні параметри чистих металів
(при 273°К)
В таблиці використані позначення:
g – густина, Мг/м3;
Tm – температура плавлення, 0С;
αl – температурний коефіцієнт лінійного розширення, К-1;
ρv – питомий опір, мкОм·м;
αρ – температурний коефіцієнт питомого опору, К-1.
Таблиця 1.1
Метал |
g, Мг/м3 |
Tm, 0С |
αl,·106 К-1 |
ρv, мкОм·м |
αρ,·106, К-1 |
Алюміній |
2,7 |
660 |
21,0 |
0,027 |
4,1 |
Вольфрам |
19,3 |
3400 |
4,4 |
0,055 |
5,0 |
Залізо |
7,87 |
1540 |
10,7 |
0,097 |
6,3 |
Золото |
19,3 |
1063 |
14,0 |
0,023 |
3,9 |
Кобальт |
8,85 |
1500 |
13,5 |
0,064 |
6,0 |
Мідь |
8,92 |
1083 |
16,6 |
0,017 |
4,3 |
Молібден |
10,2 |
2620 |
5,3 |
0,050 |
4,3 |
Натрій |
0,97 |
98 |
72,0 |
0,042 |
5,5 |
Нікель |
8,96 |
1453 |
13,2 |
0,068 |
6,7 |
Олово |
7,29 |
232 |
23,0 |
0,113 |
4,5 |
Платина |
21,45 |
1770 |
9,5 |
0,098 |
3,9 |
Свинець |
11,34 |
327 |
28,3 |
0,190 |
4,2 |
Срібло |
10,49 |
961 |
18,6 |
0,015 |
4,1 |
Тантал |
16,6 |
3000 |
6,6 |
0,124 |
3,8 |
Хром |
7,19 |
1900 |
6,2 |
0,130 |
2,4 |
Цинк |
7,14 |
419 |
30,0 |
0,059 |
4,1 |