Medžiagų mechaninių savybių tyrimas

Laboratorinis darbas

“Medžiagų mechaninių savybių tyrimas”

1. Darbo tikslas - susipažinti su medžiagų mechaninėmis savybėmis, tampriomis ir plastinėmis deformacijomis, nustatyti kiekybinius parametrus, aprašančius medžiagos mechanines savybes.

2. Teorinė dalis.

Medžiagų mechanines savybės kiekybiškai gali būti aprašytos nurodant ryšį tarp mechaninių įtempimų ir deformacijos:

s=F/S s - mechaninis įtempimas

Deformacija – kūno bet kokių matmenų pakeitimas.

ε= ∆l/l ε – santykinė deformacija

Tampriajai deformacijai galioja Huko dėsnis:

s=E E – Jungo modulis E= s

Už proporcingumo ribos priklausomybė ryškai nukrypsta nuo tiesinės. Proporcingumo riba apibūdinsime tokį tašką, kuriame realių reikšmių nukrypimai nuo tiesinių skiriasi 2%. Riba, prie kuios grafikas artėja yra maksimalus įtempimas σ max. Tai didžiausias įtempimas, kurį gali atlaikyti medžiaga. Plastiškai deformuojant, medžiagos matmenys ir forma atsistato nepilnai. Skirtumas tarp nepaveiktos medžiagos matmenų ir grįžusios į pradinę būseną po plastinės deformacijos – liekamoji deformacija.

. Aparatūra.

Aparatūrą sudaro viename gale įtvirtinta plieninė viela, kuri įtempiama svarsčiais.Vielos pailgėjimas matuojamas optiniu komparatoriumi su mikrometrine skale.

Darbo eiga

Išmatuojame nedeformuotos vielos ilgį l = 0.75 m. bei jos diametrą

d = 6.00E-04m., plotas S = 28.26E-08 m

Išmatuojame nedeformuotos vielos pailgėjimą, apkrovimo svarsčių masę, didindami nuo 0 iki 15 kg kas 3 kg. Duomenis surašome į lentelę:

Vielą apkrauname mažiausios masės svarsčiu ir išmatuojame jos pailgėjimą x. Duomenis surašome į lentelę. Nuėmus pilnai apkrovą m=0, vielos pailgėimas x<>0.

Kiekvienam mechaninio poveikio atvejui apskaičiuojame mechaninį įtempimą ir santykinę deformaciją.

Analogiškai pakartojame vielos pilgėjimo matavimus, atvirkštine tvarka mažindami apkrovą iki nulio.

Kiekvienam deformacijos atvejui randame įtempimą s=mg/S bei santykinę deformaciją e=x/l. Duomenis surašome į lentelę.

7. Grafiškai pavaizduojame priklausomybę s=f(e

8. Tamprių deformacijų srityje nustatome Jungo modulį.

9. Netiesinėje dalyje nustatome proporcingumo ribą, t.y. sproporc, sproporc. 

10. Nustatome max įtempimą σmax, kuris gali susidaryti medžiagoje.

11. Nustatome liekamosios deformacijos absoliutinę bei santykinę vertę

xliek eliek.

12. Tempiant medžiagą, ji ne tik šiek tiek pailgėja, bet ir suplonėja.

Medžiagos tūris beveik nekinta.

π_*(d/2)²_*l= (d*/2)²_* (l+x)

Iš čia galime nustatyti d*.

Kiekvienam mechaninio poveikio atvejui randame d*. Taip pat paskaičiuojame, kiek pasikeistų mechaninis įtempimas.

s*=mg/π_*(d*/2)

Rezultatus surašome į lentelę.

13. Viename grafike palyginame priklausomybes:

s f(e ir s f(e )

5. Išvados:

Laboratorinis darbas Nr.5

“Medžiagų dielektrinių savybių tyrimas”

1.Darbo tikslas - susipažinti su dielektrikų poliarizacija, jos mechanizmais ir priklausomybe nuo temperatūros, bei nustatyti kiekybinius parametrus, aprašančius dielektrikų poliarizaciją.

2.Teorinė dalis:

Santykinė dielektrinė skvarba ε yra dydis, apibūdinantis dielektriko elektrines sąvybes. Santykinę dielektrinę skvarbą galima skaičiuoti pagal šią formulę:

ε = C/C₀;

čia C, C₀ plokščiojo kondencatoriaus talpa

Kuomet tarp plokščių yra vakuumas kondensatoriaus talpą galime išreikšti šia formule:

C₀=ε₀S/d;

čia ε₀ -elektrinė konstanta,

S-plokštelių pesiklojančios dalies plotas,

d-atstumas tarp plokštelių

Žinodami ε-1/(ε+2) priklausomybę nuo 1/T, galime nustatyti kokia tiriamoji medžiaga yra tarp kondencatoriaus plokščių.

3. Aparatūra .

Aparatūrą sudaro termostatas su elektrine krosnele 1 ir termometru 2 bei plokščias kondensatorius su tiriamo dielektriko sluoksniu 3 tarp elektrodų. Termostatas naudojamas kondensatoriaus šildymui ir temperatūros nustatymui. Kondensatoriaus talpumo kitimas matuojamas universaliu RCL matuokliu 4.

4. Darbo eiga:

Išmatuojame tiriamo plokščiojo kondensatoriaus su dielektriko sluoksniu plotą S bei tarpą tarp elektrodų d.

Atliekame kondensatoriaus elektrinės talpos maatvimus temperatūrų intervale tarp 20 ir 120 laipsnių, kas 10 laipsnių. Duomenis surašome į lentelę:

Nustatome dielektrinio sluoksnio skvarbos ε ( C=ε₀εS/d ) priklausomybę nuo temperatūros. Randame medžiagos dielektrinę skvarbą kambario temperatūroje. Užpildome lentelę:

Nustatome kaip keičiasi (ε-1)/(ε+2) kintant temperatūrai, bei atvirkštinės absoliutinės temperatūros reikšmes. Gautus rezultatus surašome į lentelę.

Nubrėžiame (ε-1)/( ε+2) priklausomybę nuo atvirkštinės temperatūros 1/T. Pagal šią priklausomybę nustatome dielektriko poliarizacijos mechanizmą.

5. Išvados:

Laboratorinis darbas Nr.6

“Medžiagų magnetinių savybių tyrimas”

1.Darbo tikslas: susipažinti su feromagnetikų magnetinėmis savybėmis, nustatyti kiekybinius parametrus, aprašančius feromagnetikų histerezę.

2.Teorinė dalis:

Feromagnetikai – tai medžiagos, kuriose vyksta savaiminis įsimagnetinimas. Tačiau tos sritys, kurios yra savaime įsimagnetinusios yra nedidelės palyginti su visa medžiaga. Tos sritys vadinamos domenais.

Įsimagnetinimas ir domenai apspręndžia likusias savybes. Feromagnetikai pasižymi netiesinėmis magnetinėmis savybėmis, kurios nusakomos histerezės kilpa – tai sąryšis tarp H ir B.

Praktikoje dažniausiai užtenka kelių kiekybinių parametrų: soties indukcija B_s , liekamoji indukcija B_r ir koercinis laukas H_c, kuris pilnai išmagnetina medžiagą.

Keičiant feromagnetiko indukciją pagal histerezės kilpą, reikia atlikti tam tikrą darbą. Kiekybiškai šis darbas yra lygus histerezės kiplos plotui:

S_hist.kilp.=A/v

Nuostolių galia feromagnetike

Permagnetinimo nuostolių energija :

3.Aparatūra ir matavimo metodika:

Aparatūrą sudaro kintamos srovės šaltinis bei tiriamos medžiagos toroido formos šerdis su žadinimo ir matavimo apvijomis. Žadinimo apvija tekanti kintama srovė sukuria medžiagoje kintamą magnetinį lauką, kuris savo ruožtu matavimo apvijoje sukuria įtampą, proporcingą magnetinio lauko indukcijai. Padavus šiuos signalus į oscilografą, jo ekrane stebima histerezės kilpa. Histerezės kilpos taškų koordinatės įvertinamos pagal apvijų elektrines charakteristikas.

4. Darbo eiga:

Išmatuojame tiriamos medžiagos toroido formos šerdies tūrį v.

Nustatome tokią kintamo lauko kitimo amplitudę, kad histerezės kilpoje būtų

pasiekta soties indukcijos sritis. Išmatuojame histerezės kilpos taškų

koordinates ir surašome į lentelę, pvz. :

B – magnetinės indukcijos vektorius,

E – elektrinio lauko vektorius,

H – magnetinio lauko stiprumo vektorius.

Pagal duotas reikšmes nubrėžiame histerezės kilpą.

Nustatome tiriamos medžiagos histerezės kilpos kiekybinius parametrus :

B_s, B_r, H_c , kur

B_s – soties indukcija (didžiausia B reikšmė),

B_r – liekamoji indukcija (taškas, kur kreivė kerta y ašį),

H_c – koercinis laukas (taškas, kur kreivė kerta x ašį

5. Nustatome histerezės kilpos plotą S energetiniais vienetais pagal H ir B ašių mastelį.

Nustatome tiriamos medžiagos galią ir permagnetinimo nuostolių energiją pagal formules (1) ir (2) :

w = S*K_H*K_B

S – histerezės kilpos dengiamas langelių skaičius,

K_H – magnetinio lauko stiprumo mastelis,

K_B – magnetinės indukcijos mastelis.

P = w/t w n*V (2)

w - feromagnetiko permagnetinimo nuostoliai,

t – laikas,

n --kintamos srovės dažnis 50H_Z,

V – tiriamos medžiagos toroido formos šerdies tūris.

Sulyginę feromagnetinių medžiagų kiekybinius parametrus su žinyne

pateiktų feromagnetinių medžiagų duomenimis, nustatome, kokia tai galėjo

būti medžiaga.

5. Išvados: