Протоколи по материалознание: четири упражнения върху проводникови, диелектрични и магнитни материали и пасивни елементи

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.

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.

Протокол, в който акцентът не пада върху теорията, а върху самата работа: как точно се снема кривата, по кои формули се пресмята и какво следва от получените графики. Протокол номер три по материалознание върху изследването на магнитни материали. Шестте части Протоколът е разделен на шест номерирани раздела, както изисква дисциплината. Заданието е в три точки и очертава целия обем работа: експериментално снемане и графично построяване на основната крива на намагнитване за всеки образец, определяне на двата основни параметъра и чертане на граничния хистерезисен цикъл, и накрая изчисляване на динамичната относителна магнитна проницаемост с графично представяне на зависимостта ѝ. Теоретичната постановка е всъщност методика и това е най-полезната част от протокола. Вместо общи сведения за магнетизма тук е описана последователността на самата работа, стъпка по стъпка: от свързването на постановката и еднократното калибриране на усилвателя, през задаването на желания ток, отчитането на точките от екрана и определянето на двата параметъра от хистерезисния цикъл, до изчисляването на всички величини и нанасянето им в таблицата. При всяка стъпка са дадени и формулите, включително разгърнати до изходните коефициенти, които зависят от параметрите на образеца и на схемата. Отделно е обяснено как трябва да изглежда графичното представяне: обща абсцисна ос и две отделни ординатни оси, за да се видят двете зависимости наведнъж. Този детайл обикновено се пропуска и води до преправяне на графиките. Схемата на опитната постановка е придружена с описание на всички елементи: генератор, амперметър, еталонен резистор, двете намотки, интегриращата верига и осцилоскопът. Така става ясно каква роля играе всеки от тях и защо схемата изглежда точно така. Следват резултатите от измерванията и изчисленията, както и построените графики. И двата раздела са представени като приложени изображения. Анализът и изводите Последната част е кратка, но точно тя отличава този протокол. Изброени са трите изследвани образеца и двете снети зависимости, след което е направено сравнение между тях. При първата зависимост е посочено кой образец дава най-високи стойности и кой най-ниски, с уточнение и за обхвата на изменение. При втората е отбелязан характерът на изменението при трите образеца и кой от тях се откроява. Изводите са направени направо от графиките, без допълнителни пресмятания, което е точно онова, което се иска при защита на упражнението. За учащия: готов образец за протокол с описана методика и с формулирани изводи. Подходящ за подготовка на собствен протокол, за преговор преди защита на упражнението, за ориентиране по кои формули се работи и за самопроверка на собствените изчисления. За преподавателя: пример, по който се вижда как се описва ход на експеримента и как се формулира сравнителен извод от две графики. Методиката се раздава като работна инструкция преди самото упражнение.

Сканирани изпитни варианти по материалознание с нанесени върху тях решения – отбелязани отговори, дописани определения, попълнени формули и начертани графики. Материалът съдържа два примерни варианта, всеки от които е с пълна изпитна структура: таблица за данните на студента, таблица с разпределението на точките по раздели и обща сума от сто точки. Първият вариант е организиран в четири раздела. Първият е върху поляризацията и обхваща поведението на диелектрик в електрическо поле, изразите за капацитет и за поляризация с описание на елементите и размерностите, видовете поляризация и поляризуемостта, комплексната диелектрична проницаемост и честотната зависимост, температурната зависимост, времеконстантата, разграничаването на линейни и нелинейни диелектрици. Вторият раздел е върху полупроводниковите свойства: зонна теория, зонна диаграма с процеса на генерация, разпределение на Ферми с нанасяне на означения, изчисляване на броя на свободните електрони. Третият раздел разглежда полупроводниковите материали чрез сравнителна таблица с параметри, валентността на елементите в химичните съединения с примери, чистотата на материалите и метода за изтегляне на монокристали. Четвъртият е за кондензаторите – активни и пасивни елементи, волт-амперна характеристика, определения, номинално напрежение, времеконстанта, еквивалентна схема, електролитни кондензатори. Вторият вариант следва същия модел, но започва с проводниковите свойства и включва раздел за магнитните свойства с хистерезисния цикъл, както и раздел за резисторите. В него присъстват задачи за проводимостта в различни материали, за разпределението на Ферми при няколко температури, за закона на Видеман-Франц, за температурния коефициент, за контактните явления, за доменната структура и за параметрите на намагнитването. Материалът е подходящ за подготовка за изпит или за контролно, за запознаване с формата на изпитната работа и за самопроверка след самостоятелно решаване. Основното му предимство е, че показва не само въпросите, но и как изглежда попълнена работа. Вижда се какъв обем се очаква при задачите с описание на елементите на формула, докъде стига обяснението при въпросите с обосновка и как се нанасят означенията върху дадена графика. Ценно е и присъствието на две различни разпределения на точките по раздели. Така се вижда кои теми носят най-много точки и къде си струва да се насочи подготовката. Полезно е и разнообразието от типове задачи – с избираем отговор, с попълване, с чертане, с извеждане на размерности и с кратко обяснение. Подготовката по всеки от тях изисква различно умение, а тук те са събрани на едно място.