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

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

Zanim przystąpiono do pracy trzeba było co nieco poszukać w internecie

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.

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.

mostek Wheatstone'a

Wykres oporu od temperatury dla drutu oporowego z opornika suwakowego

Pomiary dla miedzianego drutu T [°C] Opór przewodnika [Ω] 27,20 0,30 49,80 0,40 28,00 50,90 28,50 51,30 53,30 29,30 54,50 29,90 55,90 31,70 57,70 32,10 59,50 34,10 60,70 35,30 63,00 36,20 70,80 37,80 67,90 0,50 39,10 68,00 40,30 70,30 41,90 71,20 43,50 72,80 44,80 73,30 46,60 75,00 48,00

Wykres dla drutu miedzianego

Tabela wyników dla kanthalu T [°C] Opór przewodnika [Ω] 22,8 9,7 35 10 23 38 23,9 9,5 38,1 10,1 24 41,4 24,7 43,5 25,5 50 9,9 25,2 51 27,5 53 28,5 9,8 53,4 29,9 9,6 55,7 31,9 59 33 63,3 70,5

Wykres oporu od temperatury dla kanthalu

. 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.

Tabela wyników dla warystora T [°C] Opór przewodnika [kΩ] 23,80 718,00 50,00 362,00 25,30 709,00 50,90 353,00 24,70 695,00 52,00 341,00 25,80 682,00 53,20 330,00 28,70 668,00 55,10 320,00 28,60 652,00 56,00 314,00 29,50 637,00 57,00 302,00 29,80 620,00 58,00 296,00 31,90 602,00 59,10 286,00 33,80 584,00 60,00 282,00 34,50 567,00 61,10 273,00 37,40 548,00 62,50 263,00 38,00 526,00 63,00 255,00 39,20 511,00 64,00 251,00 40,80 436,00 65,00 242,00 41,70 432,00 66,00 238,00 43,20 379,00 67,00 224,00 44,00 411,00 68,10 220,00 46,00 388,00 69,10 218,00 48,00 70,00 208,00 49,10 368,00 71,20 202,00

Wykres oporu od temperatury dla warystora

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.

Podczas pomiarów w kamieniu pomorskim

Podczas pomiarów w kamieniu pomorskim

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

Podgrzewanie żarówki

Podgrzewanie żarówki opis 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.

Wykresy zależności oporu termistorów od temperatury

Różne typy termistorów NTC

Pomiar oporności Termistora mocy w Temperaturze otoczenia

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.

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

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

Widok termistora PTC

Tabela wyników dla termistora PTC Opór termistora PTC [Ω] Opór termistora PTC [Ω] 36 27,5 58 31,2 38 27,6 59 31,5 39 60 31,7 40 27,8 61 31,9 41 27,9 62 32,2 42 28,0 63 32,5 43 28,1 64 32,8 44 65 33,5 45 28,2 66 34,1 46 28,4 67 34,8 47 28,6 68 35,3 48 28,7 69 35,9 49 29,0 70 36,5 50 29,1 71 37,0 51 29,2 72 37,5 52 29,4 73 38,2 53 29,6 74 40,4 54 29,8 75 42,7 55 30 76 45,0 56 30,6 77 47,3 57 30,9 78 57,3

Wykres zależności oporności termistora PTC w funkcji temperatury

Przyrządy do pomiaru charakterystyki temperaturowej opornika Pt 100

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.

Pomiary oporności Rezystora Pt 100

Wyniki Pomiarów rezystora PT 100

Charakterystyka rezystora Pt 100

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.

Bareter – zdjęcie

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

Mikroprocesorowy układ PID do regulowania temperatury