V testnem projektu smo dobili prevodno nit, katere upor se zmanjša ob obremenjevanju z natezno silo. Naša naloga je bila testirati, katera od ponujenih razlag bolje pojasni opazovani pojav.
Pri tej razlagi je pomembna samo snov iz katere je prevodna nit, ne pa tudi sestava niti na makroskopski ravni (vlakna). Pri neznani kovini, iz katere je nit, se spremeni specifični upor zaradi spremembe kovine na mikroskopski ravni pri obremenjevanju z natezno silo. Če bi to kovino izolirali, oz. če nit ne bi bila sestavljena iz vlaken, ampak iz kompaktne kovine (kot npr. žica), bi imela isto lastnost spreminjanja specifičnega upora.
Na prevodnost niti vpliva makroskopska sestava niti. Pomembno je, da je nit sestavljena iz manjših vlaken, ki se lahko poljubno stikajo med sabo, odvisno od tega, kako je nit obremenjena z natezno silo. Pri nategovanju se zmanjša presek niti, zato se vlakna v niti zbližajo in več slepih koncev niti se stakne. V bistvu se poveča efektivni presek, po katerem lahko teče električni tok in zaradi tega se zmanjša upor niti.
Pod ploščo nastavimo neobremenjeno nit in ploščo obremenjujemo z različnimi utežmi. Tako stiskamo nit in jo prečno obremenjujemo.
Napoved na podlagi razlag:
1. Razlaga: Tukaj med obremenjevanjem ne pričakujemo sprememb upora, ker naj bi se specifični upor kovine zmanjšal samo pri natezanju kovine, ne pa tudi pri stiskanju. Pri stiskanju bi se notranja zgradba kovine drugače spremenila kot pri natezanju, zato bi kvečjemu pričakovali povečanje upora prevodne niti.
2. Razlaga: Na makroskopski ravni pride pri stiskanju do podobnega efekta kot pri raztezanju. V obeh primerih se prevodna vlakna zbližajo in staknejo, kar zmanjša upornost niti. Pri prečnem stiskanju pričakujemo podobno kot pri natezanju zmanjšanje upora.
Spletemo več niti skupaj in opazujemo upor enako dolge niti (l) pri različnem številu prepletenih niti in enaki obremenitvi z utežjo. Tako simuliramo različno makroskopsko zgradbo z različnim številom vlaken. Obnašanje bi bilo različno pri 1. in 2. razlagi, ker pri prvi razlagi ni pomembno število in sestava vlaken, pri drugi razlagi pa je ključno število vlaken, ki se dotikajo.
Napoved na podlagi razlag:
1. Razlaga:Pri različnem številu prepletenih niti se obnaša kot navadna žica brez vlaken, ki ji večaš presek:
Ena nit dolžine l: R1=ζl/S
Dve niti dolžine l: R2=ζl/2S
Pri tem upoštevamo presek (S) že raztegnjene niti in specifični upor že obremenjene niti (ζ).
Pri tej razlagi ne bi bilo večje razlike v uporu, če bi dve niti prepletli (oz. eni 2x povečali presek in ohranili isto dolžino) ali pa jih vezali vzporedno, kjer se tudi upor dveh enakih žic zmanjša na polovico.
2. Razlaga: Več prepletenih niti pomeni več stikov, torej bi se pri 2 (oz. n) prepletenih nitih upor več kot dvakrat (n-krat) zmanjšal.
Nit obremenjujemo z natezno silo in opazujemo vračanje v prvotno stanje po končanem obremenjevanju. Pri drugi razlagi pričakujemo, da se nit ne vrne takoj v prvotno stanje (upor pred obremenjevanjem je večji kot po obremenjevanju), ker se med obremenjevanjem vlakna zlepijo skupaj in se po prenehanju obremenjevanja ne vrnejo v prvotno stanje, ampak ostanejo bolj skupaj. Pri prvi razlagi ne pričakujemo večjih odstopanj med uporom pred in po obremenjevanju.
Opazujemo sestavo niti pod povečevalnim steklom in opazujemo sestavo niti (vlakna), ki bi lahko vplivala na spremembo upornosti. Nit poskušamo razstaviti na manjša vlakna.
Med obremenjevanjem plošče se je upor niti zmanjševal. Pri večji obremenitvi je bil upor manjši, imel pa je neko mejo, od določene obremenitve naprej se upor ni več bistveno spreminjal. Že to, da se je upor spremenil tudi pri prečnem stiskanju, kaže na pravilnost druge razlage (s stikanjem vlaken). Tudi to, da se od neke obremenitve naprej upor bistveno ne spreminja več, lahko razložimo z drugo razlago. Pri tej meji se namreč večinoma vsa vlakna staknejo, zato se od tam naprej upor ne spreminja bistveno, ker so vsa vlakna že staknjena.
Pri meritvah ni večjega odstopanja od napovedi podane na podlagi prve razlage. Se pa pri večjem številu prepletenih niti že kaže odstopanje od napovedi, in sicer upor je manjši od napovedanega, kar ustreza drugi razlagi. Razlike so sicer majhne in glede na to, da je napaka meritev (± 0,2 Ohm) precej velika, prav tako je velika napaka fita, samo s tem testnim poskusom ne moremo potrditi ali ovreči nobene od razlag.
Napaka meritev: napaka voltmetra: ± 0,1 Ω + ocenjena netočnost pri merjenju (slabi kontakti, različna dolžina niti, različna obremenitev …) ± 0,2Ω = skupaj =0,3 Ω
Graf 1: Napoved na podlagi 1. razlage: R(x) = 13Ω/x , kjer je bil 13Ω začetni upor 1 niti določene dolžine, pri prepletanju več niti pa se povečuje presek, zato je R sorazmeren z 1/x (x = število niti. Krivulja skozi meritve: fit: f(x) = a/x + b. a = 13,4 Ω ± 0,5 Ω ; b = - 0,4 Ω ± 0,2 Ω; Napaka je velika, zato ne moremo potrditi, ali se sklada z napovedjo ali ne.
Iz več meritev smo ugotovili, da se upor po končanem obremenjevanju ne vrne točno v prvotni upor pred obremenjevanjem. To je najbolj izrazito pred in po prvem obremenjevanju. Takrat je razlika med uporoma pred in po obremenjevanju največja. Ta testni poskus spet podpira razlago s prevodnimi vlakni. Vlakna so namreč pred obremenjevanjem najbolj narazen, po obremenjevanju pa ostanejo skupaj, ker se med sabo zlepijo. To je najbolj izrazito ravno pri prvem obremenjevanju, pri nadaljnjih obremenjevanjih so vlakna toliko fleksibilna, da se približno vračajo v neko določeno stanje. Bolj podrobno smo ponavljajoče obremenjevanje analizirali pri kriterijih delovanja naprave.
Pod povečevalnim steklom smo lahko opazili, da je ni sestavljena iz nekaj debelejših snopov vlaken, ki pa so sestavljeni iz zelo tankih vlaken (komaj vidni s prostimi očmi). Predvidevamo, da so tanka vlakna prevlečena z barvo, ki prevaja tok. Že sama sestava niti sugerira na pomembnost tankih vlaken in da so od njih odvisne lastnosti prevodne niti.
Kot ugotovitev vseh testnih poskusov smo kot bolj natančno in pravilno razlago izbrali 2. razlago, pri kateri je prevodnost niti odvisna od števila sklenjenih prevodnih vlaken. Ker se le to poveča pri natezanju ali prečnem obremenjevanju, se poveča tudi prevodnost niti. Meritve pri testnih poskusih niso bile zelo natančne, ampak zgolj okvirne in bolj kvalitativne. Vendar vseeno z dovolj dobro natančnostjo razločujejo med obema razlagama, ker smo večinoma opazovali le prisotnost oz. odsotnost določenega pojava, ki je bil značilen za eno od razlag.