Dane INFORMACYJNE

2. Dane INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: I Liceum Ogólnokształcące im. Adama Asnyka w Kaliszu Liceum Ogólnokształcące im. Bolesława Krzywoustego w Kamieniu Pomorskim ID grupy: 97/60_MF_G2 i 97/29_MF_G1 • Opiekun: Zygmunt Bartolik, Marek Wilczyński • Kompetencja: matematyczno-fizyczna Temat projektowy: 84 „Zależność oporu elektrycznego od temperatury"  Semestr/rok szkolny: drugi 2010/2011

3. Wzór który pokazuje nam, że Opór elektryczny (rezystancja) zależy od temperatury

4. Zanim przystąpiono do pracy trzeba było co nieco poszukać w internecie

5. Współpraca Kamienia Pomorskiego I kalisza • Różne koncepcje pracy nad elementami oporowymi doprowadziły do podziału pracy pomiędzy grupami 97/60_MF_G2 i 97/29_MF_G1. Grupa z Kamienia Pomorskiego skupiła się na precyzyjnych pomiarach mostkiem Wheatstone'a, a grupa z Kalisza na prezentacji takich elementów jak żarówka, termistory (NTC, CTR, PTC), bareter, rezystor Pt100 oraz omówieniu mikroprocesorowego układu do regulacji temperatury wykorzystującego rezystor Pt100 jako czujnik.

6. mostek Wheatstone'a • Mostek jest równoległym połączeniem co najmniej dwóch dzielników napięciaie. Napięciem wyjściowym mostka jest napięcie pomiędzy punktami wyjściowymi dzielników napięcia. • Jedną z największych zalet układu mostkowego jest to, że może on zostać doprowadzony do punktu równowagi – napięcie wyjściowe mostka zrównoważonego jest równe zero, co jest często wykorzystywane w mostkach pomiarowych. Obecnie mostki pomiarowe są coraz rzadziej wykorzystywane z uwagi na nieustający rozwój stosunkowo tanich i coraz dokładniejszych wszelkiego rodzaju mierników cyfrowych. Niemniej, w powszechnym użyciu są również mostki niezrównoważone pracujące nie tylko w punkcie równowagi.

7. mostek Wheatstone'a

8. Wykres oporu od temperatury dla drutu oporowego z opornika suwakowego

9. Pomiary dla miedzianego drutu

10. Wykres dla drutu miedzianego

11. Tabela wyników dla kanthalu

12. Wykres oporu od temperatury dla kanthalu

13. . • Warystor (ang. varistor) - półprzewodnikowy podzespół elektroniczny (rezystor), o nieliniowej charakterystyce rezystancji, zależnej od napięcia elektrycznego. Dla małych napięć wykazuje on dużą rezystancję, gdy przekroczy ono pewną wartość, charakterystyczną dla danego typu warystora, jego rezystancja szybko maleje, z początkowych setek kiloomów do zaledwie kilkunastu omów. • Warystory stosowane są jako elementy zabezpieczenia odbiorników przed zbyt wysokim napięciem. Gdy napięcie przekroczy zadaną wartość, płynie przez niego duży prąd powodujący przejęcie energii impulsu a nawet przepalenie lub rozłączenie bezpiecznika, co jest równoznaczne z wyłączeniem urządzenia (tylko wtedy, gdy pracuje on jako zabezpieczenie przeciwprzepięciowe, a więc połączony jest równolegle ze źródłem napięcia). W trakcie pracy jako Ogranicznik przepięć (połączenie szeregowe pomiędzy piorunochronem a uziemieniem) jego mała rezystancja, wywołana ogromnym napięciem pioruna, pozwala na swobodny przepływ prądu do ziemi. • Warystory wytwarzane są metodą spiekania sprasowanych proszków tlenków cynku i bizmutu.

14. Tabela wyników dla warystora

15. Wykres oporu od temperatury dla warystora

16. podsumowanie • Wykresy ukazują nieznaczny wzrost oporu elektrycznego w miarę wzrostu temperatury. • Najlepiej wzrost ten widać na drucie opornika suwakowego zanurzonego w wodzie. Jest to wynikiem większej długości przewodnika nawiniętego na rdzeń. • Spadek oporu warystora w miarę wzrostu temperatury jest nieliniowy co potwierdza przewidywania teoretyczne.

17. Podczas pomiarów w kamieniu pomorskim

18. Podczas pomiarów w kamieniu pomorskim

19. Grupa Kaliska zajęła się Takimi elementami takimi jak: • 1). żarówka • 2). termistory • - NTC (o różnych wartościach) • - PTC • 3). Rezystor Pt 100 • 4). Bareter • 5). Mikroprocesorowym regulatorem temperatury

20. Podgrzewanie żarówki

21. Podgrzewanie żarówkiopis ćwiczenia • Ćwiczenie polegało na pomiarze oporu żarówki zimnej, a następnie podgrzanej w wyniku podłączenia napięcia zasilania. Żarówka zimna miała oporność 430 ohm, a podgrzana 630 ohm. Dzięki temu eksperymentowi wyjaśniliśmy sobie dlaczego żarówka częściej przepala się przy włączaniu zasilania, niż w trakcie pracy tzn. gdy jest nagrzana. W tym celu włączyliśmy w szereg z żarówką amperomierz i zaobserwowaliśmy, że ze wzrostem temperatury włókna żarówki prąd maleje, a więc maleje również moc wydzielana w żarówce. To samo można było oczywiście osiągnąć wyliczając prąd z Prawa Ohma.

22. Wykresy zależności oporu termistorów od temperatury

23. Różne typy termistorów NTC

24. Pomiar oporności Termistora mocy w Temperaturze otoczenia

25. Oporność termistora mocy w temperaturze otoczenia wynosiła 967 Ω, a w stanie gorącym (?) 70 Ω. Stan podgrzania termistora uzyskaliśmy poprzez włączenie go w szereg z żarówką 100W do napięcia 230V. Przy okazji zaobserwowaliśmy ciekawe zjawisko polegające na tym, że żarówka długo dochodziła do pełnej jasności świecenia. Spowodowane to było spadkiem oporności termistora w wyniku nagrzewania się termistora mocy NTC.

26. Pomiar oporności termistora NTC małej mocy w temperaturze otoczenia (72,3kΩ)

27. Pomiar oporności termistora NTC małej mocy w temperaturze Ciała Ludzkiego (58,6kΩ)

28. Widok termistora PTC

29. Tabela wyników dla termistora PTC

30. Wykres zależności oporności termistora PTC w funkcji temperatury

31. Przyrządy do pomiaru charakterystyki temperaturowej opornika Pt 100

32. Opis pomiaru czujnika Pt 100 • Pomiaru dokonaliśmy w taki sposób, że zalaliśmy opornik PT 100 (podłączony do omomierza) wrzącą wodą i mierzyliśmy oporność w miarę wystygania wody. • Na wykresie widać charakterystykę liniową opornika Pt100 w funkcji temperatury. Drobne nieliniowości wynikają z brakiem doświadczenia przy tego typu pomiarach.

33. Pomiary oporności Rezystora Pt 100

34. Wyniki Pomiarów rezystora PT 100

35. Charakterystyka rezystora Pt 100

36. Bareter – opis • Bareter jest to drutowy rezystor wykonany z żelaza zamocowany w hermetycznej obudowie ze szkła. Obudowa wypełniona jest najczęściej wodorem pod obniżonym ciśnieniem. • Prąd przepływający przez rezystor drutowy nagrzewa go do temperatury 200-600°C. W tym zakresie temperatur żelazo ma bardzo duży współczynnik temperaturowy oporności, w wyniku czego wzrost natężenia prądu, wywołuje wzrost temperatury. Za tym idzie wzrost oporu, co ogranicza dalszy wzrost natężenia prądu.

37. Bareter – zdjęcie

38. Omówienie praktycznego wykorzystania charakterystyk elementów rezystancyjnych • 1). Warystor – element mający zastosowanie w zabez- pieczeniach nadnapięciowych. • 2). Termistory – elementy stosowane do zabezpieczeń nadprądowych. • 3). Rezystory Pt 100 – elementy wykorzystywane do pomiaru temperatury i regulowania temperatury • 4). Baretery – ograniczniki prądu • 5). Mikroprocesorowy układ PID do regulowania temperatury

39. Mikroprocesorowy układ PID do regulowania temperatury