\u003e Temperaturna ovisnost otpora

Saznajte kako otpor ovisi o temperaturi: usporedba ovisnosti otpora materijala i otpornosti na temperaturu, poluvodič.

Otpor i otpornost se temelje na temperaturi, a to je linearno.

Cilj učenja

• Usporedite temperaturnu ovisnost specifičnog i uobičajenog otpora pri velikim i malim fluktuacijama.

Ključne točke

• Kada se temperatura promijeni za 100 ° C, otpor (ρ) se mijenja iz ΔT kao: p \u003d p 0 (1 + αΔT), gdje je ρ 0 početni otpor, a α temperaturni koeficijent otpora.
• S ozbiljnim promjenama temperature primjećuje se nelinearna promjena otpora.
• Otpor objekta izravno je proporcionalan specifičnom, stoga pokazuje istu temperaturnu ovisnost.

uvjeti

• Poluvodič je tvar s električnim svojstvima koja ga karakteriziraju kao dobar provodnik ili izolator.
• Temperaturni koeficijent otpora je empirijska količina (α) koja opisuje promjenu otpora ili otpora s temperaturnim indeksom.
• Otpornost je stupanj do kojeg materijal odolijeva električnoj struji.

Otpornost materijala temelji se na temperaturi, pa se ispada da se prati ovisnost otpora o temperaturi. Neki su sposobni postati superprevodnici (nulti otpor) pri vrlo niskim temperaturama, a drugi pri visokim. Vibracijska brzina atoma povećava se na velikim udaljenostima, pa se elektroni koji se kreću kroz metal češće sudaraju i povećavaju otpor. Otpornost varira od temperature ΔT:

Otpor određenog uzorka žive doseže nulu na ekstremno niskom temperaturnom indeksu (4,2 K). Ako je indikator iznad ove oznake, tada se primjećuje nagli skok otpora, a zatim gotovo linearni porast temperature

p \u003d p 0 (1 + αΔT), gdje je ρ 0 početni otpor, a α temperaturni koeficijent otpora. S ozbiljnim promjenama temperature, α se može promijeniti, a za traženje p može biti potrebna nelinearna jednadžba. Zato se ponekad ostavlja i temperaturni sufiks na kojem se tvar promijenila (na primjer, α15).

Vrijedi napomenuti da je α pozitivan za metale, a otpornost se povećava s temperaturom. Tipični je temperaturni koeficijent za metale s približno sobnom temperaturom +3 × 10 -3 K -1 do +6 × 10 -3 K -1. Postoje legure koje su posebno razvijene za smanjenje temperaturne ovisnosti. Na primjer, u manganinu je α blizu nule.

Ne zaboravite i da je α negativan za poluvodiče, odnosno da se njihova otpornost smanjuje s porastom temperature. To su izvrsni vodiči na visokim temperaturama, jer se povećanim miješanjem temperature povećava količina slobodnih naboja za prijenos struje.

Otpornost objekta također se temelji na temperaturi, budući da se R 0 nalazi u izravnoj proporciji s p. Znamo da je za cilindar R \u003d ρL / A. Ako se L i A ne mijenjaju mnogo s temperaturom, tada R ima istu temperaturnu ovisnost s ρ. Ispada:

R \u003d R 0 (1 + αΔT), gdje je R 0 početni otpor, a R je otpor nakon promjene temperature T.

Pogledajmo otpor osjetnika temperature. Mnogi termometri rade po ovoj shemi. Najčešći primjer je termistor. Ovo je poluvodički kristal s jakom temperaturnom ovisnošću. Uređaj je mali, tako da brzo prelazi u toplinsku ravnotežu s ljudskim dijelom kojeg dodirne.

Termometri se temelje na automatskom mjerenju otpornosti na termistore

Otpornost, a time i otpornost metala, ovisi o temperaturi, koja raste s rastom. Temperaturna ovisnost otpora vodiča objašnjava se činjenicom da

1. intenzitet raspršivanja (broj sudara) nosača naboja raste s porastom temperature;
2. koncentracija im se mijenja kada se dirigent zagrijava.

Iskustvo pokazuje da su pri ne previsokim i ne preniskim temperaturama ovisnosti otpora i otpora vodiča o temperaturi izražene formulama:

   \\ (~ \\ rho_t \u003d \\ rho_0 (1 + \\ alfa t), \\) \\ (~ R_t \u003d R_0 (1 + \\ alfa t), \\)

gdje ρ 0 , ρ   t su otpornosti tvari u vodiču, pri 0 ° C i t   ° C; R 0 , R   t je otpor vodiča pri 0 ° C i t   ° C α   - temperaturni koeficijent otpora: izmjeren u SI u Kelvinu do minus prvog stupnja (K -1). Za metalne vodiče, ove se formule primjenjuju počevši od temperature od 140 K i više.

Temperaturni koeficijent   otpornost tvari karakterizira ovisnost promjene otpornosti na zagrijavanje o vrsti tvari. Brojčano je jednaka relativnoj promjeni otpora (otpora) vodiča kada se zagrijava za 1 K.

   \\ (~ \\ mathcal h \\ alpha \\ mathcal i \u003d \\ frac (1 \\ cdot \\ Delta \\ rho) (\\ rho \\ Delta T), \\)

gdje je \\ (~ \\ mathcal h \\ alfa \\ mathcal i \\) prosječna vrijednost koeficijenta temperature otpora u intervalu Δ Τ .

Za sve metalne vodiče α   \u003e 0 i lagano se mijenja s temperaturom. Čisti metali α   \u003d 1/273 K -1. U metalima je koncentracija nosača slobodnog naboja (elektrona) n   \u003d const i povećanje ρ   nastaje zbog povećanja intenziteta raspršenja slobodnih elektrona na ionima kristalne rešetke.

Za elektrolitne otopine α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α   \u003d -0,02 K -1. Otpor elektrolita opada s porastom temperature, budući da porast broja slobodnih iona uslijed disocijacije molekula prelazi rast raspršivanja iona u sudarima s molekulama otapala.

Formule ovisnosti ρ   i R temperatura za elektrolite slična je gornjim formulama za metalne vodiče. Treba napomenuti da je ta linearna ovisnost sačuvana samo u malom temperaturnom rasponu, u kojem α   \u003d const. U velikim intervalima temperaturnih promjena, temperaturna ovisnost otpora elektrolita postaje nelinearna.

Grafički, temperaturna ovisnost otpora metalnih vodiča i elektrolita prikazana je na slikama 1, a, b.

Pri vrlo niskim temperaturama, blizu apsolutne nule (-273 ° C), otpor mnogih metala naglo pada na nulu. Ta pojava se naziva superprovodljivost, Metal prelazi u supravodljivo stanje.

U termometrima otpornosti koristi se ovisnost otpornosti metala o temperaturi. Obično se platinasta žica uzima kao termometrijsko tijelo takvog termometra, čija je ovisnost o otpornosti na temperaturu dovoljno proučena.

Promjene temperature ocjenjuju se promjenom otpora žice koja se može mjeriti. Takvi termometri omogućuju mjerenje vrlo niskih i vrlo visokih temperatura kada uobičajeni tekući termometri nisu prikladni.

književnost

Aksenovich L. A. Fizika u srednjoj školi: teorija. Zadaci. Testovi: udžbenik. dodatak za institucije koje pružaju općenito. okruženja, obrazovanje / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn: Adukatsy I vykhavanne, 2004. - C. 256-257.

Čestice vodiča (molekule, atomi, ioni) koje nisu uključene u stvaranje struje nalaze se u toplinskom gibanju, a čestice koje stvaraju struju istovremeno su u toplinskim i usmjerenim pokretima pod utjecajem električnog polja. Zbog toga dolazi do brojnih sudara između čestica koje formiraju struju i čestica koje nisu uključene u njegovo stvaranje, pri čemu prve daju dio energije strujnog izvora koji ih prenosi na potonji. Što je više sudara, to je manja brzina uređenog kretanja čestica koje tvore struju. Kao što se vidi iz formule I \u003d enνS, smanjenje brzine dovodi do smanjenja jakosti struje. Naziva se skalarna količina koja karakterizira svojstvo vodiča da smanjuje strujnu snagu otpor vodiča.   Iz Ohmove zakonske formule, otpor Ohm je otpor vodiča u kojem se dobiva struja sa silom 1 a   na napon na krajevima vodiča 1 in.

Otpor vodiča ovisi o njegovoj duljini l, presjeku S i materijalu kojeg odlikuje otpornost Što je vodič duži, to su češće sudara čestica koje stvaraju struju s česticama koje ne sudjeluju u njegovom stvaranju, a time je i veći otpor vodiča. Što je manji presjek vodiča, gušći je protok čestica koje tvore struju i češće se sudaraju s česticama koje ne sudjeluju u njegovom stvaranju, a samim tim je i veći otpor vodiča.

Pod utjecajem električnog polja, čestice koje formiraju struju između sudara ubrzano se kreću, povećavajući svoju kinetičku energiju zahvaljujući energiji polja. U sudaru s česticama koje ne tvore struju, na njih prenose dio svoje kinetičke energije. Kao rezultat toga, povećava se unutarnja energija vodiča, što se izvana očituje u njegovom zagrijavanju. Razmislite mijenja li se otpor vodiča pri zagrijavanju.

U električnom krugu nalazi se zavojnica čelične žice (niz, sl. 81, a). Zatvarajući lanac, počinjemo zagrijavati žicu. Što više zagrijavamo, niži ampermetar pokazuje trenutnu snagu. Njegovo smanjenje nastaje zbog činjenice da kada se metali zagrijavaju, njihova otpornost se povećava. Dakle, otpor dlake žarulje kada nije upaljen je približno 20 ohmdok gori (2900 ° S) - 260 ohma, Pri zagrijavanju metala povećava se toplinsko gibanje elektrona i brzina oscilacije iona u kristalnoj rešetki, što rezultira povećanjem broja sudara elektrona koji tvore struju s ionima. To uzrokuje porast otpora vodiča *. U metalima su neslobodni elektroni jako povezani s ionima, stoga, kada se metali zagrijavaju, broj slobodnih elektrona ostaje gotovo nepromijenjen.

* (Na temelju elektroničke teorije nemoguće je zaključiti točan zakon ovisnosti otpora o temperaturi. Takav je zakon uspostavljen kvantnom teorijom, u kojoj se elektron smatra česticom s valnim svojstvima, a gibanje elektrona za provođenje kroz metal smatra se procesom širenja elektronskih valova, čija je duljina određena odnosom de Broglie.)

Eksperimenti pokazuju da kada se temperatura vodiča iz različitih tvari promijeni za isti broj stupnjeva, njihov otpor se nejednako mijenja. Na primjer, ako je bakarni vodič imao otpor 1 ohmzatim nakon zagrijavanja do 1 ° C   on će imati otpor 1.004 ohmi volfram - 1.005 ohm Za karakterizaciju ovisnosti otpora vodiča o njegovoj temperaturi uvodi se vrijednost koja se naziva temperaturni koeficijent otpora. Skalarna vrijednost, mjerena promjenom otpora vodiča od 1 ohma uzeta na 0 ° C, od promjene njegove temperature za 1 ° C, naziva se temperaturnim koeficijentom otpora α, Dakle, za volfram je taj koeficijent 0,005 deg -1, za bakar - 0,004 deg -1.   Temperaturni koeficijent otpora ovisi o temperaturi. Za metale se malo mijenja s temperaturom. S malim temperaturnim rasponom, smatra se konstantnim za određeni materijal.

Izvodimo formulu po kojoj se izračuna otpor vodiča uzimajući u obzir njegovu temperaturu. Pretpostavimo to R 0   - otpor vodiča na 0 ° Ckada se zagrijava na 1 ° C   povećavat će se za αR 0, a kada se zagrijava na t °   - na αRt °   i postaje R \u003d R 0 + αR 0 t °, ili

Ovisnost otpornosti metala na temperaturu uzima se u obzir, na primjer, u proizvodnji spirala za električne grijalice, svjetiljke: duljina spiralne žice i dopuštena jakost struje izračunavaju se iz njihovog otpora u zagrijanom stanju. Ovisnost otpornosti metala o temperaturi koristi se u termometrima za otpornost, koji se koriste za mjerenje temperature toplinskih motora, plinskih turbina, metala u visokim pećima itd. Ovaj se termometar sastoji od tanke platine (nikla, željeza) zavojnice namotane na porculanski okvir i postavljen u zaštitni kovčeg. Njegovi su krajevi povezani s električnim krugom s ampermetrom, čija se skala kalibrira u stupnjevima temperature. Kada se spirala zagrijava, struja u krugu se smanjuje, to uzrokuje pomicanje ampermetra, što pokazuje temperaturu.

Zove se recipročni otpor određenog presjeka, kruga električna vodljivost   (električna vodljivost). Provodljivost Što je veća provodljivost vodiča, niži je njegov otpor i bolji je da provodi struju. Naziv jedinice vodljivosti   Otpor vodiča 1 ohm   to se zove siemens.

S padom temperature smanjuje se otpornost metala. Ali postoje metali i legure, čiji otpor, pri niskoj temperaturi određenoj za svaki metal i leguru, naglo opada i postaje nestašno mali - praktički jednak nuli (Sl. 81, b). Dolazi superprovodljivost - provodnik praktički nema otpor i jednom kada struja pobuđena u njemu postoji dulje vrijeme dok je provodnik na temperaturi supravodnjeg provođenja (u jednom od pokusa struja je promatrana više od godinu dana). Pri prolasku kroz gustoću supravodičnog struje 1200 a / mm 2   nije primijećeno oslobađanje topline. Monovalentni metali, koji su najbolji strujni provodnici, ne prelaze u supravodljivo stanje sve do ekstremno niskih temperatura na kojima su izvedeni eksperimenti. Na primjer, u tim se pokusima bakar hladi 0,0156 ° K,   zlato - gore 0,0204 ° K.   Ako bi bilo moguće dobiti legure s superprevodljivošću na običnim temperaturama, to bi bilo od velike važnosti za elektrotehniku.

Prema modernim konceptima, glavni razlog superprovodljivosti je formiranje parova elektrona. Pri temperaturi supravodljivosti, razmjenske sile počinju djelovati između slobodnih elektrona, zbog čega elektroni tvore vezane parove elektrona. Takav plin elektrona iz spojenih parova elektrona ima drugačija svojstva od običnog elektronskog plina - on se kreće u supravodiču bez trenja o čvorovima kristalne rešetke.

Temperaturna ovisnost otpora

Otpor R homogenog vodiča konstantnog presjeka ovisi o svojstvima tvari vodiča, njegovoj duljini i presjeku kako slijedi:

gdje je ρ - otpor   vodičke tvari L   je duljina vodiča i S   - površina presjeka. Povratnost otpora naziva se vodljivost. Ova vrijednost povezana je s temperaturom prema Nernst-Einstein formuli:

Prema tome, otpor vodiča je povezan s temperaturom sljedećim odnosom:

Otpor također može ovisiti o parametrima i, budući da presjek i duljina vodiča ovise i o temperaturi.

Zaklada Wikimedia. 2010.

Pogledajte što znači "temperaturna ovisnost otpora" u drugim rječnicima:

Konvencionalna grafička oznaka termometra otpora Termometar za otpornost je elektronički uređaj dizajniran za mjerenje temperature i na temelju ovisnosti o električnom otporu ... Wikipedia

termometar otpora   - Termometar, čije se načelo temelji na upotrebi temperaturne ovisnosti električnog otpora materijala osjetljivog elementa termometra. [RD 01.120.00 KTN 228 06] Termometar za otpornost na TC je termometar, u pravilu, ... ... Tehnička referenca prevoditelja

GOST 6651-2009: Državni sustav za osiguravanje ujednačenosti mjerenja. Otporni termoparovi izrađeni od platine, bakra i nikla. Opći tehnički zahtjevi i metode ispitivanja   - Terminologija GOST 6651 2009: Državni sustav za osiguranje ujednačenosti mjerenja. Otporni termoparovi izrađeni od platine, bakra i nikla. Opći tehnički zahtjevi i metode ispitivanja Izvorni dokument: 3,18 toplinsko reakcijsko vrijeme ...

GOST R 8.625-2006: Državni sustav za osiguranje ujednačenosti mjerenja. Otporni termometri od platine, bakra i nikla. Opći tehnički zahtjevi i metode ispitivanja   - Terminologija GOST R 8.625 2006: Državni sustav za osiguranje ujednačenosti mjerenja. Otporni termometri od platine, bakra i nikla. Opći tehnički zahtjevi i metode ispitivanja Izvorni dokument: 3.18 Vrijeme toplinske reakcije: Vrijeme ... Rječnik pojmova normativne i tehničke dokumentacije

Vrijednost jednaka relativnoj promjeni električnog otpora dijela električnog kruga ili otpora neke tvari kada se temperatura promijeni za jedan. Temperaturni koeficijent otpora karakterizira ovisnost ... Wikipedia

Otkrivanje P. L. Kapitsa (1941.) fenomena u tekućem heliju u tekućem stanju sastoji se u činjenici da se toplina prenosi s televizora. tijela do tekućeg helija na sučelju postoji razlika u temperaturi p DT. Dalje je utvrđeno da je K. s. t. opće fizičke ... Fizička enciklopedija

raspon mjerenja otpora   - 3,7 opseg mjerenja otpornosti termokonvertera: Temperaturni raspon u kojem se temperaturna ovisnost otpora termokonvertera otpora normalizira u skladu s ovim standardom unutar temperaturnog područja ... ... Rječnik pojmova normativne i tehničke dokumentacije

senzor termometra otpora   - 3,2 osjetljivi element otpornog termometra; CE: Otpornik izrađen od metalne žice ili folije s vodovima za pričvršćivanje priključnih žica, koji imaju poznatu ovisnost električnog otpora od temperature i ... Rječnik pojmova normativne i tehničke dokumentacije

senzor termoelementa otpora   - 3,2 osjetljivi element toplinskog pretvarača otpora; CE: Otpornik izrađen od metalne žice ili filma s vodovima za pričvršćivanje priključnih žica, koji imaju poznatu ovisnost električnog otpora od ... Rječnik pojmova normativne i tehničke dokumentacije

mjerni opseg termometra otpora - 3,7 raspon mjerenja termometra otpora: temperaturni raspon u kojem se temperaturna ovisnost otpora vozila, normalizirana u skladu s ovim standardom, vrši unutar odgovarajuće klase tolerancije. Izvor ... Rječnik pojmova normativne i tehničke dokumentacije

knjige

• Fizika: kvantna fizika. Laboratorijska radionica Udžbenik za primijenjene diplome, Gorlach VV Kategorija: didaktički materijali, radionice Serija: prvostupnik Primijenjeni tečaj Izdavač: Yurait,
• Fizika: kvantna fizika. Laboratorijska radionica 2. izd., Izv. i dodajte. Udžbenik za primijenjene diplome, Victor Vasilievich Gorlach, Udžbenik sadrži laboratorijske radove na sljedeće teme: mjerenje temperature metodom spektralnih odnosa, određivanje konstante Stefana Boltzmanna, vanjski fotoelektrični učinak, spektar ... Kategorija: Udžbenici Serija: prvostupnik Primijenjeni tečaj   Izdavač:

Električni otpor gotovo svih materijala ovisi o temperaturi. Priroda ove ovisnosti je različita za različite materijale.

U metalima koji imaju kristalnu strukturu slobodni put elektrona kao nosača naboja ograničen je njihovim sudarima s ionima smještenim u čvorovima kristalne rešetke. U sudarima se kinetička energija elektrona prenosi na rešetku. Nakon svakog sudara, elektroni pod djelovanjem sila električnog polja ponovo dobivaju brzinu i nakon naknadnih sudara dobivenu energiju prenose u ione kristalne rešetke, povećavajući njihove vibracije, što dovodi do povećanja temperature tvari. Stoga se elektroni mogu smatrati posrednicima u pretvorbi električne energije u toplinsku energiju. Povećanje temperature prati porast kaotičnog toplinskog gibanja čestica materije, što dovodi do povećanja broja sudara elektrona s njima i komplicira uređeno gibanje elektrona.

Za većinu metala, otpornost se linearno povećava u rasponu radne temperature.

gdje i - otpornost na početnim i krajnjim temperaturama;

- konstanta za dati metalni koeficijent, naziva se temperaturnim koeficijentom otpora (TCS);

T1 i T2 su početna i krajnja temperatura.

Za druge vodiče, porast temperature dovodi do povećanja njihove ionizacije, stoga je TCS ove vrste vodiča negativan.

Vrijednosti otpora tvari i njihovih TCS date su u referentnim knjigama. Vrijednosti otpora obično se daju pri temperaturi od +20 ° C.

Otpor vodiča određuje se izrazom

R2 \u003d Rl
(2.1.2)

Zadatak 3. Primjer

Odredite otpor bakrene žice dvožilnog dalekovoda na + 20 ° C i +40 ° C, ako je presjek žice S \u003d

120 mm , a duljina linije l \u003d 10 km.

odluka

Prema referentnim tablicama nalazimo otpor bakar na + 20 ° C i temperaturni koeficijent otpora :

\u003d 0,0175 ohm mm / m; \u003d 0,004 stupnja .

Otpor žice određujemo na T1 \u003d +20 ° C prema formuli R \u003d , s obzirom na duljinu prednje i obrnute žice pruge:

Rl \u003d 0,0175
2 \u003d 2.917 Ohma.

Otpor žica na temperaturi od + 40 ° C naći ćemo prema formuli (2.1.2)

R2 \u003d 2,917 \u003d 3,15 ohma.

zadatak

Zračna linija s tri žice duljine L izrađena je žicom, čija je oznaka dana u tablici 2.1. Potrebno je pronaći vrijednost označenu znakom "?" Koristeći gornji primjer i izabrati opciju s podacima navedenim u tablici 2.1.

Treba napomenuti da se u zadatku, za razliku od primjera, daju proračuni koji se odnose na jednu žicu retka. Kod marki golih žica pismo označava materijal žice (A - aluminij; M - bakar), a broj označava presjek žice umm .

Tablica 2.1

Proučavanje gradiva teme završava se testovima br. 2 (TOE-

ETM / PM ”i br. 3 (TOE - ETM / IM)