6 Лаборатория иши Температурани электр усулида ўлчаш

№ 6 Лаборатория иши
Температурани электр усулида ўлчаш


Кириш
Температура барча турдаги физик катталиклар ичида биз хаётда энг кўп дуч келадиган ва энг катта ахамиятга эга бўлган катталикдир. Бунга биз кундалик хаётимиздан, табиатдан ва техникадан кўплаб мисоллар келтиришимиз мумкин. Масалан, табиатнинг ўзгариши, сувнинг уч хил холатда бўлиши, турли жараёнларнинг у ёки бу тарзда кечиши (суюқликларнинг қайнаши ва буғланиш, моддаларнинг эриши ва қотиши ва хоказо) температурага боғлиқдир. Технологик жараёнларда эса температура ўта мухим ахамият касб этиши хаммамизга маълум. Бир сўз билан айтганда инсоният фаолиятининг бирор бир тури йўқки, температурани ўлчаш, ёки уни бошқариш талаб этилмаса. Шундай экан температурани ўлчаш, уни назорат қилиш ва бошқариш фан ва техникада, қолаверса кундалик турмушимизда хам мухим амалий ахамиятга эга.
Амалда биз температурани ўлчаш учун кўплаб воситалардан, оддий симобли термометрлардан тортиб, то ўта сезгир электрон датчикли температура ўлчаш қурилмаларигача фойдаланамиз. Фан ва техниканинг тараққиёти бугунги кунда хатто узоқ юлдузларнинг температураларини хам ўлчаш имкониятини бермоқда. Албатта бунинг учун тегишли қонуниятлар ва физик катталикларнинг ўзаро боғлиқликларидан фойдаланилади.


I. Қисқача назарий тушунчалар.
Температура сўзи лотин тилидан олинган бўлиб “аралашма” деган маънони билдиради. Бундай аталишнинг маноси шундаки хар доим температураси катта мухитдан пастроқ температурали мухитга энергия ўтади ва энергиянинг аралашуви оқибатида температура мувозанати юзага келади. Шунинг учун температура сўзида аралашма маноси мавжуд.
Температура модданинг термодинамик холатини белгиловчи учта асосий (хажм ва босим қаторида) катталиклардан биридир. Температурани ўлчаш учун Цельсий (°С) ёки Кельвин (°К) шкалалари ишлатилади. Кельвин шкаласи
Т = - 273,15 градусдан бошланади ва бу температура абсолют ноль температура деб юритилади. Минус 273 градус хароратгача табиатдаги барча газлар суюқ холатга ўтади, энг охири гелий гази - 273,15 градусда суюлади. Яъни бу хароратга етганда табиатда газ холатда модда қолмайди. Шунинг учун бу температура абсолют ноль температура деб қабул қилинган. Сувнинг музлаш хароратини t = 0 градус деб қабул қилинган шкала Цельсий шкаласи деб юритилади. Демак Кельвин ва Цельсий шкалалари орасида t = Т – 273 муносабат мавжуд. Температуранинг бирлик шкаласи ( бир градус Цельсий ёки бир градус Кельвин) сифатида сувнинг музлашдан то қайнашгача бўлган хароратлари оралиғини тенг 100 та бўлакка бўлиб унинг бир бўлаги қабул қилинган.
Бугунги кунда фан ва техникада эришилган энг паст температура 0,000016 К ( ёки -273,14998°С), энг юқори температура эса 10 ⁸ К бўлиб термоядро реакцияларида юзага келади. Лекин бу хам температуранинг энг юқори чегараси эмас. Коинотда 4х10³¹ К хароратдаги ўта қайноқ плазмали юлдузлар борлиги фанга маълум.
Амалиётда температурани ўлчаш учун асосан қуйидаги қурилмалар қўлланилади:
оддий симобли термометрлар;
контактли термометрлар;
термопаралар;
электрон термометрлар.
Бундан ташқари бугунги кунда температурани ўлчаш учун турли хил физик катталикларнинг температурага боғлиқлигини ўрганишга асосланган билвосита ўлчаш усуллари хам кенг ишлатилади.
Температурани ўлчаш усуллари ичида энг қулай ва аниқ усул электр усулидир. Умумий холда электр усули билан температурани ўлчаш бирор электрик катталикнинг температурага боғлиқлигига асосланади. Масалан бугунги кунда турли моддаларнинг турли температурада хар хил частотали нурлар чиқариши маълум, демак модда нурланишнинг частотаси хам унинг температураси хақида маълумот беради, ёки моддаларнинг (асосан ўтказгичларнинг) электр қаршилиги хам турли температураларда турлича бўлади. Бу ўзгариш модда қаршилигининг температуравий коэффициенти деб юритилади. Қуйидаги тажриба ишида температура айнан қаршиликнинг температурага боғлиқлигига асосланиб аниқланади.
Тажриба иши ўтказгичлар қаршилигининг температурага боғлиқ холда ўзгаришини ўрганишга асосланган. Температура ортиши билан металларнинг электр қаршилиги хам ортиб бориши тажриба асосида аниқланган. Умумий холда ўтказгичнинг қаршилиги температурага қуйидагича боғланган

R = R_о ( 1 + Т), (1)

бу ерда R_о ўтказгичнинг дастлабки холдаги температураси (Ом), - берилган модда учун қаршиликнинг температуравий коэффициенти ( °С^-1) , Т = Т – Т₀ – температуралар фарқи ( °С ). Масалан алюминий учун = 0,0042°С^-1, мис учун 0,0043°С^-1, вольфрам учун 0,005 °С^-1 .

(1) ифодадан кўриниб турибдики, температура ортиши билан ўтказгичларнинг электр қаршиликлари ортиб боради. Шуни такидлаш керакки қаршиликнинг ушбу температуравий боғланиши 100 °С температурагача чизиқли бўлиб коэффициент ўзгармас бўлиб қолади ва 1 - тенглик яхши бажарилади. Катта температураларда эса қаршиликнинг температурага боғлиқлигида бироз ночизиқлилик кузатилади. Лекин шунга қарамасдан унча катта аниқлик талаб қилинмайдиган холларда температурани аниқлашда 1- ифодадан амалда фойдаланиш мумкин.
1-жадвалда турли хил металларнинг температуравий коэффициенти ва эриш температуралари ва уларнинг ишлатилиш сохалари келтирилган.
Жадвалдан кўриниб турибдики турли хил металлар қаршиликларининг температуравий коэффициентлари, солиштирма қаршиликлари ва эриш температуралари билан кескин фарқланади. Худди шу кўрсаткичлар ушбу металларнинг қайси сохаларда ва қандай мақсадларда ишлатиш мумкинлиги белгилайди. Жадвалда шунингдек кўрсатилган металларнинг асосий қўлланилиш сохалари хам кўрсатилган.

1-жадвал

т/р	Металл номи	Солиштирма қаршилик (10^-6Ом м)	Температу Ту равий коэф- фициент (°С^-1)	Эриш темпе ратураси (°С )	Асосий қўлланилиш сохалри
1	Алю мин	0,028	0,0042	660	Нисбатан енгиллиги учун кўпроқ электр узатиш линияларида ишлатилади
2	Мис	0,017	0,0043	1084	Қаршилиги кам бўлгани учун кўпроқ чулғамларда ва баъзан электр линияларида
3	Воль фрам	0,055	0,0050	3420	Эриш температураси юқорилиги учун лампа толалари сифатида ва электр печлари спираллари сифатида ишлатилади.
4	Пўлат*	0.120	0,0010	1400	Мустахкамлиги учун электр узатиш ва алоқа линияларида кабелларни кўтариб турувчи осма асос сифатида ишлатилади.
5	Никел	0,073	0,0065	1455	Ўтказгич сифатида деярли ишлатилмайди. Мустахкамлиги ва эриш температураси юқори бўлгани учун металларнинг занглашга қарши химоя қобиқлари сифатида ишлатилади.

• 
  - Амалда пўлатнинг жуда кўплаб турлари ишлатилади, бу турлар пўлат таркибидаги углерод миқдори билан фарқ қилади. Жадвалда пўлат учун кўрсаткичларнинг ўртачаси келтирилган.
  

Тажриба ишида чўғланма толали лампа вольфрам толасининг температураси аниқланади. Лампанинг толаси электр токи тасирида бир неча минглаб градусгача қизийди ва бундай катта температурагача қизиган тола ўз энергиясини асосан ёруғлик сифатида нурлантириб юборади. Ёниб турган толанинг тепературасини аниқлаш учун дастлаб толанинг совуқ холдаги электр қаршилиги топилади. Сўнг тола ёниб турган пайтдаги қаршилиги аниқланади ва 1- формуладан коэффициентни билган холда температура аниқланади. Демак температура толанинг совуқ ва ёниб турган холдаги қаршиликларини аниқлаш орқали топилади.

Чўғланма толанинг қаршиликлари қуйидаги тартибда аниқланади:
толанинг совуқ холдаги (хона температурасидаги) қаршилигини ўлчаш учун лампага кичик, масалан 3 - 4 В атрофида кучланиш берилади. Бунда лампа деярли қизимайди, ток кучи ва кучланишни билган холда Ом қонуни орқали лампа толасининг Т₀ холдаги R_о қаршилии топилади;
толанинг ёниб турган холдаги қаршилигини аниқлаш учун лампага 220 В ишчи кучланиш (лампанинг нормал ишлаши учун зарур бўлган номинал кучланиш) берилади ва лампа ёниб турган пайтдаги ток кучи ва кучланиш ўлчанади. Ом қонуни орқали R қаршилик аниқланади.
Ўлчанган R_о ва R қаршиликлар орқали (1) ифодага асосан Т температура топилади. Толанинг температураси
Т = Т - Т_0,
ифодадан топилади, бунда Т₀ – хона температурасини Т₀= 20 °С деб олинади.
II. Ишни бажаришдан мақсад.
Лаборатория ишини бажаришдан мақсад ўтказгичларнинг электр ўтказувчанлигини температурага боғлиқлиги хақидаги назарий билимларни амалда текшириб кўриш. Юқори температураларни ўлчашнинг энг содда усулларини амалда қўллаш ва кундалик хаётимизда энг кўп қўлланиладиган чўғланма толалаи лампа спиралининг ёниб турган пайтдаги температураси хақида тушунча хосил қилиш.