Сопротивления горных пород

Цель работы. Изучение методов определения удельного электрического сопротивления горных пород.

Основные теоретические положения. К величинам, ха­рактеризующим электромагнитные свойства горных пород, относятся: удельное электрическое сопротивление r_э, ди­электрическая проницаемость e, магнитная проницаемость m и поляризуемость a. Наибольшее практическое значение - имеют первые три параметра.

Способность горных пород пропускать электрический ток характеризуется удельным электрическим сопротив­лением. Величина, обратная удельному электрическому сопротивлению, называется удельной электрической про­водимостью.

Все горные породы в зависимости от величины удель­ного электрического сопротивления разделяют на провод­ники (r_э < 10 Ом•м), полупроводники (r_э = 10^-2... 10² Ом•м) и диэлектрики (r_э > 10⁸ Ом • м).

Для проводников характерна электронная проводи­мость, для полупроводников и диэлектриков — ионная. Уде­льное электрическое сопротивление пород зависит от удель­ного сопротивления слагающих их минералов; удельное электрическое сопротивление обратно пропорционально объ­емному содержанию хорошо проводящих электрический ток минералов.

К проводникам относятся самородные металлы, суль­фиды, графит и многие глины, к полупроводникам — бу­рые и каменные угли. Высоким сопротивлением характе­ризуются каменная соль, гипс, кристаллические известня­ки, доломиты. Наличие влаги в породах снижает их элект­рическое сопротивление. Определение удельного электрического сопротивления образцов пород можно осуществить, используя источник переменного или постоянного тока. Измерения с исполь­зованием источника постоянного тока проводят с помощью двух- и четырехэлектродного методов.

Двухэлектродный метод основан на измерении силы тока, проходящего через испытуемый образец при определенной величине напряже­ния между электродами. Четырехэлектродный метод за­ключается в определении разности потенциалов между двумя точками породы, находящимися между питающими электродами.

Удельное электрическое сопротивление определяется по формуле:

,

где S — площадь поперечного сечения образца;

l - расстояние между электродами.

В лабораторных условиях: определение удельного сопротивления производится с помощью тераомметра. При включении образца в цепь прибора в нем протекает ток, в результате чего на поверхности образца появляются неуравновешенные заряды - токи смещения. Чтобы исключить влияние внешних факторов, измерения сопротивления образца проводят, изменяя направление тока, протекающего через образец, Тогда сопротивление образца:

,

где R₊ - сопротивление образца при прямой полярности;

R_{_} - сопротивление образца при обратной полярности.

Приборы и принадлежности. Тераомметр, образцы породы, штангенциркуль, электроды и соединительные провода.

Порядок выполнения работы.

1. Включить тераомметр и прогреть его.

2. Измерить размеры площади поперечного сечения S и длины l образцов породы.

3. Поместить образец породы между электродами и под­соединить его к прибору.

4. Измерить сопротивление образца при двух направле­ниях тока.

5. Произвести аналогичные измерения для второго об­разца.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 5.

Таблица 5

Обработка результатов опыта.

1. Вычислить сопротивле­ние R₀ образца по результатам измерений R₊ и R_.

2.Вычислить удельное электрическое сопротивление:

.