Vodivé plasty zajímavý materiál pro laboratorní práci

Podobné dokumenty
Elektrostatika _Elektrický náboj _Elektroskop _Izolovaný vodič v elektrickém poli... 3 Izolant v elektrickém poli...

Zapojení odporových tenzometrů

10. Měření. Chceme-li s měřícím přístrojem cokoliv dělat, je důležité znát jeho základní napěťový rozsah, základní proudový rozsah a vnitřní odpor!

OVOČLÁNKY Václav Piskač, Brno 2016

Proudové pole, Ohmův zákon ELEKTROTECHNIKA TOMÁŠ TREJBAL

Interní norma č /01 Anizotropie rezistivity textilií.

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Elektrický proud. Opakování 6. ročníku

Odpor vzduchu. Jakub Benda a Milan Rojko, Gymnázium Jana Nerudy, Praha

2 Přímé a nepřímé měření odporu

5.8 Jak se změní velikost elektrické síly mezi dvěma bodovými náboji v případě, že jejich vzdálenost a) zdvojnásobíme, b) ztrojnásobíme?

1. Určete proud procházející vodičem, jestliže za jednu minutu prošel jeho průřezem náboj a) 150 C, b) 30 C.

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

Voltův článek, ampérmetr, voltmetr, ohmmetr

FYZIKA II. Petr Praus 6. Přednáška elektrický proud

ZÁPIS DO ŠKOLNÍHO SEŠITU část 06 ELEKTRICKÝ PROUD - část 01

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

Elektrický proud. Elektrický proud : Usměrněný pohyb částic s elektrickým nábojem. Kovy: Usměrněný pohyb volných elektronů

Pracoviště 1. Vliv vnitřního odporu voltmetru na výstupní napětí můstku. Přístroje: Úkol měření: Schéma zapojení:

Příklady: 31. Elektromagnetická indukce

Elektrický proud v kovech Odpor vodiče, Ohmův zákon Kirchhoffovy zákony, Spojování rezistorů Práce a výkon elektrického proudu

Měření charakteristik fotocitlivých prvků

ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

Experiment Česky (Czech Republic) Než se pustíte do řešení úlohy, přečtěte si prosím obecné pokyny umístěné v samostatné obálce.

Měření magnetické indukce elektromagnetu

Několik experimentů se zvonkovým transformátorem

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Ohmův zákon II VY_32_INOVACE_F0205. Fyzika

Elektrický proud 2. Zápisy do sešitu

FYZIKA. a v izolantech zcela nebo z velké části chybí. Napětí U mezi konci vodiče vyvolá podle Ohmova zákona proud vodičem o velikosti I = U R, (1)

1. Změřte Hallovo napětí v Ge v závislosti na proudu tekoucím vzorkem, magnetické indukci a teplotě. 2. Stanovte šířku zakázaného pásu W v Ge.

Úkol 1) Proměřit transformaci napětí pro cívky 300 a 300 závitů. Stvořit společný graf závislosti U 2 na U 1 pro hodnoty teoretické a naměřené.

I dt. Elektrický proud je definován jako celkový náboj Q, který projde vodičem za čas t.

15. Elektrický proud v kovech, obvody stejnosměrného elektrického proudu

Laboratorní práce č. 3: Měření elektrického proudu a napětí

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

Měření permitivity a permeability vakua

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření magnetických veličin, část 3-9-3

Základní odporové obvody I Laboratorní cvičení č. 2

Snímač tlaku pro průmyslové aplikace MBS 4500

Ohmův zákon: Elektrický proud I v kovovém vodiči je přímo úměrný elektrickému napětí U mezi konci vodiče.

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Speciální praktikum z abc

ρ = měrný odpor, ρ [Ω m] l = délka vodiče

1. Dva dlouhé přímé rovnoběžné vodiče vzdálené od sebe 0,75 cm leží kolmo k rovine obrázku 1. Vodičem 1 protéká proud o velikosti 6,5A směrem od nás.

Experimenty s plácačkou na mouchy

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření na elektrických strojích - transformátor, část 3-2-4

Elektřina a magnetismus úlohy na porozumění

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 7: Rozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru. Cejchování kompenzátorem. Abstrakt

Mikroelektronika a technologie součástek

Bezpečnost práce, měření proudu a napětí, odchylky měření

Elektrický signál - základní elektrické veličiny

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Rezistory, reostat

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA

Fyzika 2 - rámcové příklady Magnetické pole - síla na vodič, moment na smyčku

Základní definice el. veličin

Plasty v automobilovém průmyslu

Frekvence. BCM V 100 V (1 MΩ) - 0,11 % + 40 μv 0 V 6,6 V (50 Ω) - 0,27 % + 40 μv

ELEKTROSTATIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 2. ročník

Závislost odporu kovového vodiče na teplotě

2. Měření odporu rezistoru a volt-ampérové charakteristiky žárovky

Měření závislosti indexu lomu kapalin na vlnové délce

Úloha 1 Multimetr. 9. Snižte napájecí napětí na 0V (otočením ovládacího knoflíku výstupního napětí zcela doleva).

Základní zákony a terminologie v elektrotechnice

INSTALTEST Měření osvětlení NOVINKA Osvětlení se měří pomocí externí sondy. Podrobnější informace a technické parametry.

Magnetické pole - stacionární

Laboratorní úloha č. 1 Základní elektrická měření

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření na elektrických strojích - transformátor, část 3-2-3

6. Vnitřní odpor zdroje, volt-ampérová charakteristika žárovky

Úloha I.E... nabitá brambora

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ. MEII Měření na pasivních součástkách

Demonstrace elektrické vodivosti lidského těla

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM Ústav fyziky FEI VUT BRNO

Manuální, technická a elektrozručnost

Rozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru, cejchování kompenzátorem

PEM - rámcové příklady Elektrostatické pole a stacionární elektrický proud

EXPERIMENTÁLNÍ MECHANIKA 2. Jan Krystek

Věra Keselicová. květen 2013

1. Kondenzátory s pevnou hodnotou kapacity Pevné kondenzátory se vyrábí jak pro vývodovou montáž, tak i miniatrurizované pro povrchovou montáž SMD.

Elektronické praktikum EPR1

TECHNIKA VYSOKÝCH NAPĚŤÍ. #4 Elektrické výboje v elektroenergetice

Fyzikální praktikum II

Teorie: Voltampérovou charakteristiku měříme v propustném i závěrném směru.

Laboratorní práce č. 1: Určení voltampérových charakteristik spotřebičů

VY_32_INOVACE_6/15_ČLOVĚK A PŘÍRODA. Předmět: Fyzika Ročník: 6. Poznámka: Vodiče a izolanty Vypracoval: Pták

BRUCHAPaneel. Protipožární stěnový WP-F

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

V následujícím obvodě určete metodou postupného zjednodušování hodnoty zadaných proudů, napětí a výkonů. Zadáno: U Z = 30 V R 6 = 30 Ω R 3 = 40 Ω R 3

Určeno pro posluchače všech bakalářských studijních programů FS

R 4 U 3 R 6 R 20 R 3 I I 2

3.1 Magnetické pole ve vakuu a v látkovén prostředí

LABORATORNÍ CVIČENÍ Elektrotechnika a elektronika

Obr. 9.1: Elektrické pole ve vodiči je nulové

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

Ohmův zákon Příklady k procvičení

Theory Česky (Czech Republic)

4.2.5 Měření elektrického napětí a proudu (cvičení)

3.5 Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance

Název: Měření napětí a proudu

Transkript:

Vodivé plasty zajímavý materiál pro laboratorní práci JOSEF HUBEŇÁK Přírodovědecká fakulta, Univerzita Hradec Králové, Hradec Králové Abstrakt Plasty jsou výbornými izolanty a zdroji elektrostatických nábojů. Vodivé plasty jsou spíše výjimkou. Kaptonová fólie, určená k ohřevu elektrickým proudem, umožní zjistit rozložení potenciálu v rovině - úloha, kterou jsme dříve měřili v elektrolytu v potenciálové vaně. Modeláři dnes používají místo dřeva uhlíkaté profily. Student z tohoto materiálu sestaví můstek pro měření odporů, učitel ukáže pokles potenciálu podél vodiče s proudem atd. Vodivé plasty jsou zajímavé i cenou v řádu desetikorun. Kaptonová fólie Chemici mají pro kapton přesný název poly-oxydiphenylen-pyromellitimid a strukturní vzorec je na obr. 1: Obr.1 Struktura kaptonu Ačkoliv jde o plast, je stabilní v širokém intervalu teplot od -269 C do 400 C [1]. Samotný kapton má výborné izolační vlastnosti a elektricky vodivá fólie vzniká nanesením odporová vrstvy uhlíku s definovanou povrchovou resistivitou [2]. Pojem povrchová rezistivita není součástí středoškolské fyziky a v technické literatuře uváděná jednotka ohm na čtverec si zaslouží vysvětlení. Odpor vodiče o délce l a průřezu S je l R S Rezistivita ρ má jednotku Ω.m. Proužek fólie má délku l a průřez je součinem tloušťky t a šířky s. Předpokládejme, že délka je n násobkem šířky s. Potom 55

l R S l t. s n. s t. s n t Podíl je odporem čtverce fólie, pokud odpor měříme mezi protilehlými stranami. t Na délce strany čtverce nezávisí.. Jednotkou je pouze ohm. V technické literatuře najdeme i označení ρ. Pokud si pořídíme kaptonovou fólii, bude prvním úkolem ověřit její povrchovou rezistivitu. Odstřihneme proužek 2 cm široký. Dvě elektrody s rovnou hranou ustřihneme z kontaktů ploché baterie nebo jiného plechu a přiložíme na proužek fólie 10 cm od sebe. Digitálním multimetrem změříme odpor R. Počet čtverců je právě 5, takže povrchová rezistivita ρ = 0,2.R K multimetru Obr. 2 Měření povrchové rezistivity Měřit tloušťku fólie a počítat rezistivitu materiálu fólie není účelné, protože fólie není homogenním materiálem. Měření na vzorku fólie s nominální hodnotou povrchové rezistivity 100 Ω na čtverec uvedeným postupem dalo zajímavou informaci: R = 304 Ω, ρ = 0,2.R = 0,2.304 = 60,8 Ω. Výrobce jistě ví, co vyrobil, dodavatelé a prodejci někdy neví, co prodávají. Vodivá kaptonová fólie je primárně určena pro vytápění, ohřev a temperování. Ve škole můžeme s použitím této fólie uskutečnit měření, dávající obraz rozložení potenciálu mezi dvěma elektrodami, položenými na fólii. Klasicky byla tato úloha zařazena do vysokoškolského praktika a studenti ji znali pod názvem potenciálová vana. S fólií je měření snadnější a méně náročné na vybavení. Pomůcky: fólie 20 x 25 cm, stejnosměrný zdroj U = 12 V nebo 10 V, arch čtverečkovaného kartonu, listy bílého papíru A4, uhlový papír (klasický kopírák), závaží 200 g, 100 g nebo také 500 g, multimetr a vodiče. Závaží opatříme kouskem vodiče, aby bylo možné na závaží připojit napětí ze zdroje. Postup: na čtverečkovaný papír umístíme nejprve list papíru A4, na něj uhlový papír a navrch fólii. Vše zatížíme dvěma závažími, která tvoří kruhové elektrody. Připojíme zdroj napětí. Multimetr připojíme k elektrodě s napětím 0 V, banánkem druhého vodiče přejíždíme systematicky a bez velkého přítlaku mezi elektrodami. Vyhledáme místa se zvolenou hodnotou napětí a tam více banánek přitlačíme. Stopy na bílém papíru leží na jedné ekvipotenciální čáře. 56

Voltmetr Ux 0 10 V Zdroj napětí Obr.3 Ekvipotenciální čáry Sestava pro měření ekvipotenciálních čar může vypadat takto: Obr.4 Sestava pro měření ekvipotenciál 57

Poznámka Polohu elektrod přeneseme přitlačením a precesním pohybem osy závaží. Bylo použito napětí zdroje 10 V a hledány ekvipotenciály U 1 = 3 V, U 2 = 5 V a U 3 = 7 V. Výsledek měření ukazuje očekávané průběhy: Obr. 5 Ekvipotenciály Vlevo je stopa elektrody s napětím 10 V, vpravo stopa elektrody s napětím 0 V. Tvar elektrod nemusí být jen kruhový; v kabinetu fyziky najdeme i kovový hranol, půlkruh a jiné tvary. Uhlíkaté profily Pro měření byl zvolen plochý profil 0,5 x 3 mm, délka 1 m. Takové materiály nabízí prodejny potřeb pro modeláře a cena je přibližně 50 Kč. Uhlíkaté kompozitní profily obsahují podélně uspořádaná uhlíková vlákna s průměrem 5 až 8 tisícin milimetru a pojivem je polyesterová pryskyřice, epoxid nebo jiný tvrdý plast. Uhlíkaté profily jsou ve směru vláken pevnější než ocel a přitom mají hmotnost menší, než 58

stejný profil z hliníku. Pro měření související s elektrickými jevy jsou poněkud problematické. Lesklý povrch má vyšší rezistivitu než jádro s uhlíkovými vlákny. Má-li proud protékat vlákny, je třeba jemným smirkem lesklou vrstvu odstranit. Z tohoto profilu byl sestaven můstek pro měření odporu: Obr. 6 Můstek Napájení dvěma tužkovými články (alkalické akumulátorky) je podstatné pro déle trvající měření; odpor profilu je pouze 11,7 Ω. Pokud neměříme, jeden článek zvedneme z pouzdra. Detail napájení a provedení kontaktu:. Obr. 7 Detail napájení a kontaktu 59

Pro můstek je důležitý lineární průběh napětí na profilu. Graf z tohoto měření potvrdil dobrou linearitu: Závislost napětí na vzdálenosti 3 2,5 2 U(x), V 1,5 1 0,5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 x, cm Klasický můstek měl v diagonále citlivý galvanometr. Zde je použit multimetr ve funkci voltmetru. Jeho vstupní odpor je 10 MΩ a díky tomu nevadí odpor lesklého povrchu profilu. Jako normálový odpor R n byl použit rezistor s odporem 270 Ω. Nulové napětí ukázal multimetr v poloze hrotu a = 18,4 cm. Výpočet: R x R n a 60 a 18,4 270 119,4 41,6 Odpor R x byl také změřen ohmmetrem s výsledkem 120 Ω. Můstek je tedy použitelný, ovšem s jistou chybou měření. Je pouze pomůckou, na které lze dobře vysvětlit princip můstkového měření: napětí na profilu klesá lineárně a poměr délek a/b je stejný jako poměr odporů R x / R n. Chyba měření je způsobena přechodovým odporem v místech kontaktů. To se projeví nelinearitami u konců profilu (viz graf). Chybu lze zmenšit vhodnou volbou odporu R n. Optimální hodnoty délky a jsou blízké 30 cm. Literatura [1] http://www2.dupont.com/kapton/en_us/assets/downloads/pdf/hn_datasheet.pdf [2] http://web.elchemco.cz/ht-polyimid-kapton-folie.php 60