Протокол по материалознание, упражнение № 1 – изследване на проводникови материали с изведени формули, измервания и изчислени температурни коефициенти

Лабораторното упражнение е свършено, измерванията са записани, но протоколът трябва да изглежда както се иска – с теория, таблици, изчисления и изводи. Този готов протокол показва точно такъв завършен вид и може да послужи като модел за оформяне на собствената работа. Материалът е изготвен по установената форма за лабораторен протокол и започва със заглавна част – висше училище, факултет, катедра, учебен предмет, номер и тема на упражнението, място за оценка и за подпис. Следва разделът със заданието, изведено в три отделни точки. Първата поставя изследване на зависимостта на съпротивлението от температурата при различни видове резистори в определен температурен интервал, определяне на температурните им коефициенти и изчисляване на стойности извън измерения обхват, както и графично представяне. Втората точка е насочена към термистор – изчисляване на коефициента на температурна чувствителност и на константата, определяне на температурния коефициент и на съпротивлението при две гранични температури. Третата точка е за температурните коефициенти на капацитета при няколко вида кондензатори, също с графично представяне. Теоретичната постановка е разгърната и подредена. В нея са разгледани предназначението на резисторите и класификациите им по няколко признака – по конструктивно изпълнение на токопроводящия елемент, по използван материал и по обединен признак. Изброени са основните параметри и са дадени изразите за съпротивлението, за съпротивлението на слоен резистор и за температурния коефициент. Отделно са представени термисторите и двата им вида, а след това и кондензаторите – класификация по вида на диелектрика в пет отделни групи, основни параметри и изразът за температурния коефициент на капацитета. След теорията е обособено място за схемата на опитната постановка. Практическата част съдържа две таблици с резултати. Първата обхваща три позиции на превключвателя и представя измерените стойности на съпротивлението, относителното изменение и температурния коефициент при пет температурни стойности. Втората таблица е за четири позиции и по същия начин проследява капацитета, относителното му изменение и температурния коефициент. Всички клетки са попълнени с реални измервания и с изчислени стойности, което прави протокола използваем и като пример за пресмятанията. Изложението завършва с анализ и изводи, в които са съпоставени получените стойности, и с обособена част за графиките. На преподавателя материалът може да послужи като образец при поставяне на изискванията към оформянето на протокол – с ясна структура, попълнени таблици и изведени изводи. На студента протоколът дава пълна представа как изглежда завършена лабораторна работа по темата – какво съдържа заданието, докъде стига теоретичната част, как се подреждат таблиците и как се формулират изводите. Полезен е при подготовка на собствен протокол, при преговор преди защита на упражнението и при подготовка за изпит по дисциплината.

Заснети лабораторни работи по материалознание – с попълнени таблици с измерени и изчислени стойности, начертани на милиметрова хартия графики и написани на ръка изводи. Към тях е приложен и изходящ тест. Материалът обхваща четири упражнения. Първото е върху магнитните материали. В таблицата са въведени данните за три образеца от различни ферити – броят на навивките на двете намотки, дължината на магнитната верига, сечението и коефициентите. За всеки образец са направени по пет измервания при различни стойности на тока, като са изчислени напрегнатостта, магнитната индукция и относителната магнитна проницаемост. На отделен лист са построени по две графики за всеки образец – кривата на намагнитване с хистерезисната примка и зависимостта на проницаемостта. Второто упражнение изследва температурната зависимост при резистори и кондензатори. Таблиците обхващат три резистора, единият от които е термистор, и четири кондензатора, като при всеки са проследени изменението на параметъра и температурният коефициент в диапазон от няколко температури. Графиките са изчертани в шест координатни системи. Третото упражнение е върху диелектрични материали – измерени са капацитетът, тангенсът на ъгъла на загубите и относителната диелектрична проницаемост при два образеца в температурен диапазон, а резултатите са нанесени в общи графики с легенда. Четвъртото е върху проводникови материали и проследява изменението на съпротивлението при четири образеца с посочени специфични съпротивления, като при единия са изчислени средният температурен коефициент, стойностите при двете гранични температури и коефициентът на топлопроводимост. Последните два кадъра са на изходящ тест по същата дисциплина – вариант с дванадесет въпроса от затворен тип по темите за проводимостта, поляризацията, магнитните свойства, резисторите и кондензаторите. Материалът е подходящ за подготовка на собствени протоколи, за наваксване при пропуснато упражнение, за проверка на реда на изчисленията и за подготовка за защита на лабораторните работи. Основното му предимство е, че показва завършени работи. Вижда се какви точно величини се вписват в таблиците, с каква точност се дават резултатите, как се оформят графиките и какъв обем се очаква от заключителната част. Ценни са и написаните изводи. Те са кратки, но обвързват измереното с теорията – посочват как се променя всяка величина и защо, което е и най-често задаваният въпрос при защита. Полезно е и присъствието на изходящия тест. Той показва какви въпроси се задават в края на курса и кои теми се проверяват най-често.

Готовият протокол е най-бързият ориентир какво точно се очаква да съдържа отчетът от лабораторно упражнение – от формулировката на заданието до оформянето на изводите. Този материал представя изцяло разработен протокол по упражнение № 2 от курса по материалознание в Технически университет – София, Факултет по комуникационна техника и технологии. Началото възпроизвежда официалната титулна част на протокола – университет, факултет, катедра, дисциплина, данни за студента и преподавателя, поле за оценка и дата, така че оформлението може да се използва като образец. Разделът със заданието формулира четирите задачи на упражнението: измерване на изменението на капацитета и на тангенса на ъгъла на диелектричните загуби при повишаване на температурата, пресмятане на конструктивната константа за всеки образец, изчисляване на относителната диелектрична проницаемост за всяка температура с графично представяне на зависимостите и определяне на температурния коефициент за два температурни интервала. Теоретичната постановка съдържа изходната формула за капацитета, обяснение на всяка величина в нея с нейната дименсия, определение и физически смисъл на конструктивната константа, зависимостта за изчисляване на относителната диелектрична проницаемост и графоаналитичния подход за определяне на температурния коефициент. Централната част е обобщаваща таблица с резултатите от измерванията и изчисленията за четири различни материала. За всеки от тях са дадени геометричните константи и стойностите на трите параметъра при пет температури в изследвания диапазон, както и изчислените температурни коефициенти. Заключителният раздел съдържа анализ и изводи, в които поведението на изследваните материали е съпоставено по стойност на проницаемостта, по загуби и по конструктивна константа. Материалът е подходящ като образец при изготвяне на собствен протокол, за подготовка за защита на упражнението и за преговор на теоретичната част преди изпит.

Три страници, в които едно лабораторно упражнение е доведено докрай – от теорията зад явлението до седем измервания и получен коефициент. Титулната част е стандартната – висше училище, филиал, катедра, номер на протокола, тема и незапълнени полета за студентски данни, което позволява файлът да послужи и като бланка. Теоретичните бележки са кратки, но покриват всичко необходимо. Обяснено е как се образува измервателният термоелемент и са изброени няколко конкретни двойки метали и сплави, използвани за целта. Записан е изразът за възникващото напрежение, с пояснение на участващите величини и на коефициента. Отделно е описан самият метод на градуиране – защо е необходимо, коя спойка се поддържа при постоянна температура и коя се изменя, колко опита се правят и какво се отчита при всеки. Посочени са и двата възможни начина за определяне на коефициента: чрез формулата и чрез снемане от графиката. Задачата е формулирана точно, с изброяване на трите изисквани резултата – таблица, графика и коефициент, като за последния е указано и как се разглежда той геометрично. Изпълнението е в три части. Първата е попълнена таблица със седем измервания и четири колони: пореден номер, отчетена температура, температурна разлика и измерено напрежение. Под таблицата е записано и как се получава разликата. Втората част указва върху какво се построява графиката, а третата съдържа самото определяне на търсения коефициент. Стойността е в реалните данни. Седемте двойки стойности са достатъчни, за да се построи права и да се провери линейността на зависимостта – а именно това е същината на упражнението. Студентът получава готова структура с попълнени резултати, по която да оформи собствения си протокол. Преподавателят – образец, показващ докъде трябва да стигне разработката по това упражнение, годен и за раздаване като пример преди лабораторното занятие.

Метод, който изисква не едно измерване, а цяла крива – и точно затова протоколът по това упражнение обикновено се проваля. Тук е разработен докрай: двайсет отчета, построена графика, изчислени производни и получени стойности за три различни температури. Първата страница е стандартната титулна част – учебно заведение, филиал, катедра, номер на протокола и незапълнени полета за студентски данни, което позволява файлът да послужи и като бланка. Теоретичните бележки въвеждат величината последователно. Първо топлинният капацитет с определението и формулата, после връзката му с масата и специфичния топлинен капацитет, а оттам – зависимостта на топлинните свойства от химичния състав, масата и термодинамичното състояние. Едва тогава е описан самият метод: загрят метален образец, оставен да се охлажда, чиято скорост на охлаждане зависи от температурата, размерите, масата и търсената величина. Дадени са изразът за количеството топлина, отдавано за единица време, и обяснението как от графичното представяне на температурата като функция на времето се получава кривата на охлаждане. Задачите са две и се решават последователно. Първата изисква снемане на кривата на охлаждане на меден еталон. Данните са в таблица с двайсет реда – време през десет секунди и съответното напрежение в миливолта, като е указано, че графиката се построява върху милиметрова хартия. Втората задача използва тази крива, за да се стигне до търсеното. Изписани са размерите и масите на двата образеца – медния и стоманения, – после е показано как отчетената температура се получава като сума от табличната и стайната, при три различни стойности на напрежението. Следва пресмятането на производните чрез крайни разлики, изчислени за всяка от трите точки. Накрая са пресметнати пълните повърхнини на двата образеца, изведен е коефициентът, свързващ ги чрез масите, и резултатите са събрани в таблица с шест колони: напрежение, температура, специфичният капацитет на медта, двете производни и търсената величина за стоманата. Под таблицата стои уточнението, че производните са осреднени.

Протокол, в който теоретичната част не се задоволява с определение, а стига до класификацията на цяла група материали и до техните конкретни приложения. Материалът е върху изследването на магнитно-меки ферити в нискочестотни полета и е разположен на четири страници, оформени в три раздела с римска номерация. Титулната част съдържа наименованието на висшето училище, катедрата и факултета, полета за студентските данни, ръководител и оценка, а също номера на протокола, предмета и специалността. Заданието е формулирано в три номерирани задачи. Всяка казва точно какво трябва да се получи и какво да се построи графично – визуализиране на семейство криви, снемане от екрана на уреда и накрая изчисляване на величина за всяка отделна стойност. Теоретичната обосновка е най-обширната част и е разгърната в няколко подточки. Началото изяснява какво представляват тези материали, от какво се състоят и защо имат високо специфично съпротивление. Дадена е и обобщената химична формула. Следват две определения, разграничаващи два вида според броя на участващите съставки, а после и обяснение защо разнообразието им е толкова голямо. Отделен абзац е за начина на получаване, с посочен температурен интервал и с указание какво следва след изпичането. Оттам изложението минава към класификацията по състав. Първите две групи са разгледани подробно и съпоставими: при всяка са дадени формулата, честотният обхват, предимствата, слабостта и конкретните приложения, включително профилите на изделията. Втората група е сравнена с първата по устойчивост. Особено ценна е частта за материалите с правоъгълен хистерезисен цикъл. В нея е обяснено защо две ясно разграничени състояния позволяват кодиране на двоична информация – рядко срещана връзка между свойство на материала и приложение в изчислителната техника. Въведен е и коефициент за оценка, с указание към каква стойност трябва да се стреми. Разделът завършва с изведените работни зависимости – четири на брой, свързващи измерените напрежения с търсените величини чрез два коефициента, а накрая и изразът за проницаемостта. Третият раздел е схемата на постановката с легенда, обясняваща четирите означения, и подготвената таблица с десет колони за резултатите. За преподавателя това е готов образец за раздаване преди упражнението, а теоретичната част върши работа и самостоятелно, при въвеждане на темата. За студента ползата е двойна: подреден пример за оформяне на собствен протокол и теоретична част, годна за отговор на конспектен въпрос за феритите.