Протокол от лабораторно упражнение: Изследване на диелектрични материали при изменение на температурата. Капацитет, диелектрична проницаемост и ъгъл на диелектричните загуби

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.

Четири лабораторни упражнения, но не бланки, а завършени протоколи. Всяко от тях е минато докрай: с измерените стойности в таблиците, с начертаните графики и с написаните изводи накрая. Разликата спрямо празно задание е огромна, защото едва след като види попълнен протокол, човек разбира какво точно се иска от него. Четирите упражнения обхващат трите големи групи материали в електрониката плюс готовите елементи, направени от тях. Това е и логиката на подредбата, от материала към изделието. Първото е върху проводниците и поведението им при нагряване. Изследвани са четири различни образеца, сред които чист метал, две съпротивителни сплави и резистивен слой, така че се вижда колко различно реагират. Освен измерванията протоколът стига и до изчислени величини: температурни коефициенти за всеки интервал, средна стойност, теоретично пресметнати съпротивления в краищата на обхвата и коефициент на топлопроводност по каталожни данни. Второто е върху диелектриците при същото условие, промяна на температурата. Тук се работи с два параметъра едновременно и се минава през коефициент, който отчита геометрията на образеца, преди да се стигне до относителната диелектрична проницаемост и до температурния коефициент. Третото е върху магнитните материали и е най-графичното от четирите. В него се снема основната крива на намагнитване, определят се двете характерни величини на хистерезиса и се чертае граничният цикъл, а накрая се изчислява динамичната проницаемост. Четвъртото затваря кръга с готовите елементи. В него се гледа как се променят съпротивлението на различни видове резистори, параметрите на термистор и капацитетът на различни видове кондензатори при нагряване, с отделни графики за относителните изменения. Всеки протокол е по един и същи образец, което прави комплекта удобен за работа. Задание, теоретична постановка, схема на опитната постановка, таблица с резултати, графики и накрая анализ и изводи. Схемите са печатни и ясни, таблиците са с реални числа, а графиките са начертани на милиметрова хартия, така че се вижда и как се нанасят точките и как се прокарва кривата. Най-ценното обаче е последният раздел. Изводите са кратки, по две или три изречения, но показват точно какво се очаква да се забележи от експеримента и как се формулира. Това е частта, която обикновено затруднява най-много, защото в заданието не пише какво да се заключи. Какво получаваш. Четири завършени протокола по един и същ образец. Реални измервания и реални сметки, не примерни числа. Начертани графики за всяко упражнение. И готови формулировки на изводи, по които се вижда какво се очаква да бъде забелязано. За какво служи. За подготовка преди влизане в лабораторията, за да е ясно какво предстои. За разбиране как се обработват измерените данни и как се стига от таблицата до графиката. За проверка на собствените сметки, когато резултатът изглежда странен. И за преговор на понятията преди защита. Понятия: проводникови материали, диелектрични материали, магнитни материали, пасивни електронни елементи, специфично съпротивление, температурен коефициент на съпротивлението, коефициент на топлопроводност, диелектрична проницаемост, тангенс на ъгъла на диелектричните загуби, крива на намагнитване, коерцитивен интензитет, остатъчна магнитна индукция, хистерезисен цикъл, магнитна проницаемост, термистор, температурна чувствителност. Полза за преподавателя: готов образец за това как трябва да изглежда предаден протокол, с попълнени таблици, начертани графики и формулирани изводи, по който се задават изискванията в началото на семестъра. Полза за студента: яснота какво точно се иска във всеки раздел. След прегледа се знае как се попълва таблицата, как се нанасят точките на графиката и в каква посока се мисли, когато се пишат изводите.

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.

Протокол от първото лабораторно упражнение по дисциплината, оформен както трябва: теория, задачи, схема, измервания и обработени резултати в таблица. Протокол по материалознание върху поведението на проводниковите материали при промяна на температурата. Какво съдържа Пет части, подредени в обичайния за протокол ред. Теоретичната част е кратка и по същество. Започва с класификацията на проводниците по агрегатно състояние, после ги разделя по предназначение в няколко групи, като при всяка са посочени конкретни приложения и материали. Следват двете основни характеристики, с формулите за тях и с разчитане на означенията, както и обяснение коя стойност прави един материал по-добър проводник. Отделно е разгледана свръхпроводимостта: при какви условия се получава, какво става със съпротивлението, обратим ли е процесът и в какъв температурен интервал настъпва преходът при повечето метали. Втората част е за топлинните свойства. Включва топлопроводимостта и температурния коефициент на удължението с формулата за него. Към нея са добавени и две явления, които са пряко свързани с темата на упражнението: възникването на напрежение при температурна разлика между двата края на проводник и контактната потенциална разлика при допир на два различни метала. Третата част е схемата на опитната постановка, по която се извършва измерването. Четвъртата изброява четирите задачи за изпълнение: измерване на съпротивленията при зададени температури, определяне на температурния коефициент за всеки образец между всеки две температури, графично представяне на зависимостта и пресмятане на съпротивленията в двата края на интервала. Практическата част Най-ценното в протокола. Дадени са изходните стойности на специфичното съпротивление за използваните материали при началната температура, както и формулите, по които се работи, включително преобразуването към абсолютна температура. Следва голямата таблица с резултатите. В нея са включени четири различни образеца, измерени при шест температури, като за всеки са дадени както измереното съпротивление, така и изчисленият температурен коефициент между съответните две температури. Накрая са добавени средните стойности и пресметнатите съпротивления при двата крайни случая. Тази таблица е полезна и сама по себе си, защото по нея се вижда нещо, което в теорията звучи абстрактно: че при различните материали коефициентът се държи напълно различно, при един от образците е дори с обратен знак, а при друг на места се оказва нула. За учащия: готов образец за оформяне на протокол, с попълнена таблица и с показани изчисления. Подходящ за подготовка на собствен протокол, за преговор преди защита на упражнението, за сверяване на собствените резултати и за подготовка за изпит. За преподавателя: пример за протокол с пълна обработка на данните, по който се проверява докъде е стигнало разбирането за температурната зависимост. Таблицата се раздава с празни колони за изчисленията.

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.

Примерен изпитен вариант – с отговорите. Не просто списък със задачи, а самият вариант, върху който вече е работено: верните отговори са отбелязани, формулите са попълнени, елементите са описани, графиките са построени. Точно това търси всеки, който се готви за изпита и иска да знае не само какво ще го питат, а и как изглежда добре решен вариант. Структурата е ясна още от заглавната таблица. Четири раздела, всеки със своята тежест в точки, и обща стойност сто. Така веднага се вижда кой дял носи най-много и къде си струва да се вложи повече подготовка. Първият раздел е за загубите в диелектричните материали. В него влизат дефиниция, величината, чрез която загубите се оценяват, еквивалентна схема с векторна диаграма и означаване на елементите, изразите за специфичните загуби с техните размерности, съставът на тангенса на ъгъла на загубите, анализ на честотната зависимост при трите гранични случая и температурната зависимост, както и изразите за активните и за йонизационните загуби. Вторият раздел покрива проводниковите свойства. Тук са видът проводимост, строежът на металите и произходът на колективните електрони, изразът за подвижността, разпределението на Ферми и разчитането му по графика, температурният коефициент на специфичното съпротивление, законът на Видеман–Франц, графичната зависимост при чисти метали, влиянието на примесите, контактът между два метала и термоелектродвижещото напрежение. Третият раздел е за полупроводниковите материали и включва работа с таблица с параметри на два основни материала, валентности при полупроводникови съединения с примери, начина за измерване на чистотата и метода за изтегляне на монокристал. Четвъртият раздел е за кондензаторите: активни и пасивни елементи, волт-амперна характеристика, определения, номинално напрежение, времеконстанта, последователна еквивалентна схема по израза за пълното съпротивление и особеностите на електролитните кондензатори. Подредбата следва логиката на самия учебен курс – от поведението на диелектрика, през металите и полупроводниците, до готовия електронен елемент. Затова вариантът върши работа и като план за преговор. Типовете задачи са разнообразни и това е важно. Освен въпроси с избор има попълване на формула, описване на елементите с размерности, построяване на графика, чертане на схема и въпроси с повече от един верен отговор. Файлът е сканиран, а решенията са нанесени на ръка върху самия вариант – така се вижда и какъв обем отговор се очаква на изпита. Обемът е четири страници – достатъчно, за да покрие целия курс, и достатъчно кратко, за да се прегледа наведнъж вечерта преди изпита. За преподавателя: готов примерен вариант с разпределение на точките – удобен за подготовка на изпит или за упражнение. За студента: най-прекият начин да се подготви – реален изпитен вариант, решен докрай, с ясно кой раздел колко тежи.