전류를 전도하는 모든 재료의 특성 중 하나는 온도에 대한 저항의 의존성입니다. 시간축 (t)이 가로축에 표시되어 있고, 옴 저항 값 (R)이 가로축에 표시된 곳에 그래프 형태로 표시되어 있으면 파선이됩니다. 저항의 온도 의존성은 세 부분으로 구성되어 있습니다. 첫 번째는 약간의 가열에 해당합니다.이 시점에서 저항은 매우 약간 변경됩니다. 이것은 특정 지점까지 발생하며 그 후에 차트의 선이 급격히 올라갑니다. 이는 두 번째 섹션입니다. 세 번째, 마지막 성분은 직선 (R)이며, 성장 (R)이 멈춘 지점으로부터 수평 축에 대해 상대적으로 작은 각도로 위쪽으로 연장된다.

이 그래프의 물리적 의미는 다음과 같습니다. 도체의 온도에 대한 저항의 의존성은 가열 값 이이 재료의 특정 값 특성을 초과 할 때까지 간단하게 설명됩니다. + 10 ° C의 온도에서 물질의 저항이 10 Ohm이면 최대 40 ° C까지 R 값이 실제로 변경되지 않고 측정 오류 내에 남아있게됩니다. 그러나 이미 41 ° C에서 최대 70 옴의 저항이 증가합니다. 더 이상의 온도 상승이 멈추지 않으면 이후 5 도마 다 추가로 5 옴이 떨어집니다.

이 특성은 다양한 전기 장치에 널리 사용되므로 가장 일반적인 재료 중 하나로 구리에 대한 데이터를 인용하는 것이 당연합니다. 따라서 구리 도체의 경우 1 도마 다 가열하면 특정 값의 절반으로 저항이 증가합니다 (참조 표에서 확인할 수 있음) 20 ° C, 1 m 길이, 단면적 1 sq. Mm).

금속 도체가 나타나면 전류가 나타납니다-전하가있는 소립자의 직접 이동. 금속 노드에 위치한 이온은 외부 궤도에서 전자를 오랫동안 보유 할 수 없으므로, 한 노드에서 다른 노드로 물질의 전체 부피를 자유롭게 이동합니다. 이 혼란스러운 움직임은 외부 에너지-열로 인해 발생합니다.

변위의 사실은 분명하지만 방향성이 없으므로 전류로 간주되지 않습니다. 전계가 나타날 때, 전자는 그 구성에 따라 방향이 설정되어 방향성 이동을 형성합니다. 그러나 열 효과가 어느 곳에서도 사라지지 않았기 때문에 무작위로 움직이는 입자가 직접 장과 충돌합니다. 온도에 대한 금속 저항의 의존성은 전류의 통과와의 간섭량을 나타냅니다. 온도가 높을수록 R 도체가 높아집니다.

확실한 결론 : 가열 정도를 줄이면 저항을 줄일 수 있습니다. (약 20 ° K)는 물질의 구조에서 입자의 혼란 열 운동의 현저한 감소를 특징으로합니다.

전도성 재료의 고려 된 특성은 전기 공학에서 널리 응용되고 있습니다. 예를 들어, 도체 저항의 온도 의존성은 전자 센서에 사용됩니다. 모든 재료의 가치를 알면 서미스터를 만들고이를 디지털 또는 아날로그 판독기에 연결하고 적절한 눈금 눈금을 수행하고 대안으로 사용할 수 있습니다. 대부분의 최신 온도 센서는 신뢰성이 높고 설계가 단순하기 때문에 이러한 원리를 기반으로합니다.

또한 저항의 온도 의존성으로 모터 권선의 가열을 계산할 수 있습니다.

전하 운반체가 특정 재료를 통과하는 다양한 조건이 있습니다. 그리고 전류의 충전은 환경에 의존하는 저항의 영향을 직접받습니다. 전류의 흐름을 변화시키는 요소는 온도를 포함합니다. 이 기사에서는 온도에 대한 도체 저항의 의존성을 고려할 것입니다.

금속

온도는 금속에 어떤 영향을 미칩니 까? 이 관계를 알기 위해 배터리, 전류계, 와이어 및 토치가 와이어를 사용하여 연결되었습니다. 그런 다음 회로의 전류를 측정해야합니다. 판독이 끝나면 버너를 와이어로 가져와 가열해야합니다. 와이어가 가열되면 저항이 증가하고 금속의 전도도가 감소하는 것을 알 수 있습니다.

1. 금속 와이어
2. 배터리
3. 전류계

의존성은 다음 공식으로 표시되고 정당화됩니다.

이러한 공식에서 도체의 R은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

온도에 대한 금속 저항의 의존성에 대한 예가 비디오에 제공됩니다.

초전도성과 같은 특성에주의를 기울여야합니다. 환경 조건이 정상이면 냉각 될 때 도체의 저항이 줄어 듭니다. 아래 그래프는 수은의 온도와 저항이 어떻게 변하는 지 보여줍니다.

초전도는 재료가 임계 온도 (켈빈이 0에 가까워짐)에 도달하여 저항이 0으로 급격히 감소하는 현상입니다.

가스

가스는 유전체 역할을하며 전류를 전도 할 수 없습니다. 그리고 그것을 형성하기 위해서는 전하 운반체가 필요합니다. 이온은 역할을 수행하며 외부 요인의 영향으로 발생합니다.

의존성을 예로들 수 있습니다. 실험의 경우 이전 실험과 동일한 디자인이 사용되며 도체 만 금속판으로 교체됩니다. 그들 사이에 작은 공간이 있어야합니다. 전류계에는 전류 부족이 표시되어야합니다. 버너를 플레이트 사이에 놓을 때 장치는 가스 매체를 통과하는 전류를 표시합니다.

아래는 가스 방전의 전류 전압 특성에 대한 그래프입니다. 초기 단계에서 이온화의 증가가 증가 한 다음 전압에 대한 전류의 의존성이 변경되지 않은 상태로 유지됩니다 (즉, 전압이 증가하면 전류가 동일하게 유지됨). .

실제로 가스의 전도성을 고려하십시오. 가스에 전류가 흐르면 형광등과 램프에 사용됩니다. 이 경우, 캐소드와 애노드, 두 개의 전극이 플라스크에 배치되며, 여기서 불활성 기체가 존재한다. 이 현상은 가스에 어떻게 의존합니까? 램프가 켜지면 두 개의 필라멘트가 가열되고 열이 방출됩니다. 전구 내부에는 우리가 보는 빛을 방출하는 형광체가 코팅되어 있습니다. 수은은 형광체에 어떻게 의존합니까? 수은 증기는 전자에 충격을 가할 때 적외선을 형성하여 빛을 방출합니다.

캐소드와 애노드 사이에 전압이인가되면 가스 전도성이 발생한다.

액체

액체의 전류 도체는 외부 전기장으로 인해 움직이는 음이온 및 양이온입니다. 전자는 무시할만한 전도성을 제공합니다. 액체의 온도에 대한 저항의 의존성을 고려하십시오.

1. 전해질
2. 배터리
3. 전류계

가열에 대한 전해질의 영향의 의존성은 다음 공식으로 처방됩니다.

여기서 a는 음의 온도 계수입니다.

R이 가열에 의존하는 방법 (t)은 아래 그래프에 표시되어 있습니다.

배터리와 배터리를 충전 할 때이 관계를 고려해야합니다.

반도체

그리고 저항은 반도체의 가열에 어떻게 의존합니까? 먼저 서미스터에 대해 이야기합시다. 이들은 열의 영향으로 전기 저항을 변경하는 장치입니다. 이 반도체는 금속보다 수십 배 높은 온도 저항 계수 (TCS)를 가지고 있습니다. 포지티브 및 네거티브 도체 모두 특정 특성을 가지고 있습니다.

여기서 1-이것은 0보다 작은 TCS입니다. 2-TCS가 0보다 큽니다.

서미스터와 같은 도체가 작동을 시작하려면 I-V 특성을 기준으로합니다.

• 요소의 온도가 0보다 작 으면 그러한 도체가 릴레이로 사용됩니다.
• 온도 및 전압뿐만 아니라 변화하는 전류를 제어하려면 선형 섹션을 사용하십시오.

서미스터는 전자기 방사선을 확인하고 측정 할 때 사용되며 초고주파에서 수행됩니다. 이로 인해 이러한 도체는 화재 경보, 열 검증 및 벌크 매체 및 액체 사용 제어와 같은 시스템에 사용됩니다. TCS가 0보다 작은 서미스터는 냉각 시스템에 사용됩니다.

이제 열전대에 대해. 제벡 현상은 열전대에 어떤 영향을 미칩니 까? 의존성은 그러한 도체 가이 현상에 기초하여 작동한다는 것입니다. 가열로 접합부의 온도가 상승하면 폐쇄 회로의 접합부에 EMF가 나타납니다. 따라서 그들의 의존성이 나타나고 열 에너지가 전기로 변환됩니다. 프로세스를 완전히 이해하려면 다음에 대한 지침을 공부하는 것이 좋습니다.

예를 들어 구리, 알루미늄,은과 같은 많은 금속은 구조에 자유 전자의 존재로 인해 전류 전도 특성을 가지고 있습니다. 또한 금속에는 전류에 대한 저항이 있으며 각각 고유합니다. 금속의 저항은 온도에 크게 의존합니다.

예를 들어 0에서 t2 ° С의 영역에서 도체의 온도를 높이면 금속 저항이 온도에 어떻게 의존하는지 이해할 수 있습니다. 도체의 온도가 상승함에 따라 저항도 증가합니다. 더욱이,이 의존성은 사실상 거의 선형이다.

물리적 관점에서, 온도가 증가함에 따라 저항의 증가는 결정 격자의 노드의 진동 진폭의 증가로 설명 될 수 있으며, 이는 전자의 통과를 방해하고, 즉 전류에 대한 저항을 증가시킨다.

그래프를 보면 t1에서 금속이 예를 들어 t2보다 저항이 훨씬 낮다는 것을 알 수 있습니다. 온도가 더 낮아지면 도체의 저항이 거의 0이되는 지점 t0에 도달 할 수 있습니다. 물론 그의 저항은 제로가 될 수 없지만 그에게 경향이 있습니다. 이 시점에서 도체는 초전도체가됩니다. 초전도체는 강한 자석에 권선으로 사용됩니다. 실제로,이 점은 절대 영 (zero) 영역에서 훨씬 더 멀리 있으며이 그래프에 따라 결정하는 것은 불가능합니다.

이 그래프의 경우 방정식을 쓸 수 있습니다

이 방정식을 사용하면 모든 온도에서 도체의 저항을 찾을 수 있습니다. 여기서 그래프에서 이전에 얻은 점 t0이 필요합니다. 이 시점에서 특정 재료의 온도와 온도 t1 및 t2를 알면 저항을 찾을 수 있습니다.

권선에 직접 접근 할 수없는 전기 기계에서는 온도에 따른 저항 변화가 사용됩니다. 예를 들어, 유도 전동기에서는 초기 순간과 모터가 작동하는 순간에 고정자 저항을 아는 것으로 충분합니다. 간단한 계산을 사용하면 생산시 자동으로 수행되는 엔진 온도를 결정할 수 있습니다.

« 물리학-10 학년 "

물리량을 저항이라고합니다
금속 도체의 저항은 무엇에 어떻게 의존합니까?

물질마다 저항이 다릅니다. 저항은 도체의 상태에 의존합니까? 온도에서? 답은 경험에 의해 주어져야합니다.

배터리에서 강철 나선형을 통해 전류를 흘린 다음 버너 불꽃에서 가열을 시작하면 전류계에 전류 강도가 감소합니다. 이것은 온도의 변화에 \u200b\u200b따라 도체의 저항이 변한다는 것을 의미합니다.

0 ° C와 같은 온도에서 도체의 저항은 R 0이고 온도 t에서 R이면 R은 경험에서 알 수 있듯이 저항의 상대적인 변화는 온도 t의 변화에 \u200b\u200b직접 비례합니다.

비례 계수 α를 온도 저항 계수라고합니다.

저항 온도 계수  -온도 변화에 대한 도체 저항의 상대 변화 비율과 동일한 값.

그것은 온도에 대한 물질의 저항의 의존성을 특징으로합니다.

저항의 온도 계수는 1 K (1 ° C)로 가열 할 때 도체의 저항의 상대적인 변화와 수치 적으로 같습니다.

모든 금속 도체에서 계수 α\u003e 0이며 온도에 따라 약간 다릅니다. 온도 변화의 범위가 작은 경우, 온도 계수는 일정하고이 온도 범위의 평균값과 동일한 것으로 간주 될 수 있습니다. 순수한 금속

전해질 용액에서, 저항은 온도에 따라 증가하지 않지만 감소합니다. 그들을 위해 α< 0. Например, для 10%-ного раствора поваренной соли α = -0,02 К -1 .

도체가 가열되면 기하학적 치수가 약간 변경됩니다. 도체의 저항은 주로 저항의 변화로 인해 달라집니다. 식 (16.1)의 값을 대체하면 온도에 대한이 저항의 의존성을 찾을 수 있습니다 계산 결과는 다음과 같습니다.

ρ \u003d ρ 0 (1 + αt) 또는 ρ \u003d ρ 0 (1 + αΔТ), (16.2)

여기서 ΔТ는 절대 온도의 변화입니다.

도체의 온도가 변할 때 거의 변하지 않기 때문에 도체의 비저항은 온도에 선형 적으로 의존한다고 가정 할 수 있습니다 (그림 16.2).

저항의 증가는 온도가 증가함에 따라 결정 격자의 노드에서 이온 진동의 진폭이 증가하여 자유 전자가 더 자주 충돌하여 운동 방향을 잃는다는 사실로 설명 할 수 있습니다. 계수 a는 매우 작지만 가열 장치의 매개 변수를 계산할 때 온도에 대한 저항의 의존성을 고려하는 것이 절대적으로 필요합니다. 따라서 백열 램프의 텅스텐 필라멘트의 저항은 열로 인해 10 배 이상 가열되어 전류가 통과함에 따라 증가합니다.

일부 합금, 예를 들어, 구리와 니켈 (콘스탄틴)의 합금의 경우 저항 온도 계수는 매우 작습니다. α ≈ 10 -5 K -1; Konstantin의 저항률은 ρ ≈ 10 -6 Ohm m입니다.이 합금은 기준 저항 및 측정 장비에 대한 추가 저항의 제조에 사용됩니다. 즉, 온도 변화에 따라 저항이 눈에 띄게 변경되지 않아야하는 경우

온도 계수가 훨씬 높은 금속, 예를 들어 니켈, 주석, 백금 등도 있습니다 : α ≈ 10 -3 K -1. 온도에 대한 저항의 의존성은 온도 자체를 측정하는 데 사용될 수 있습니다. 저항 온도계.

반도체 재료로 만들어진 장치는 온도에 대한 저항의 의존성, 서미스터. 그것들은 큰 온도 저항 계수 (금속보다 10 배 높은)와 시간에 따른 특성의 안정성을 특징으로합니다. 서미스터의 공칭 저항은 금속 저항 온도계의 공칭 저항보다 훨씬 높으며 일반적으로 1, 2, 5, 10, 15 및 30kOhm입니다.

일반적으로 백금 와이어는 저항 온도계의 주요 작동 요소로 사용되며 온도에 대한 저항의 종속성은 잘 알려져 있습니다. 온도 변화는 측정 할 수있는 와이어 저항의 변화에 \u200b\u200b의해 판단되며,이 온도계는 기존의 액체 온도계가 적합하지 않을 때 매우 낮고 높은 온도를 측정 할 수 있습니다.

초전도.

온도가 낮아지면 금속의 저항이 감소합니다. 온도가 절대 0이되는 경향은 무엇입니까?

1911 년에 네덜란드 물리학 자 X. 카메를 링-온은 놀라운 현상을 발견했습니다. 초전도. 그는 수은이 액체 헬륨에서 냉각 될 때 저항이 점차적으로 변하고 4.1K의 온도에서 0으로 매우 급격히 떨어진다는 것을 발견했다 (그림 16.3).

임계 온도에서 도체의 저항이 0으로 떨어지는 현상을 초전도.

1913 년 노벨상을 수상한 Kamerling-Onnesa의 발견은 저온에서의 물질 특성에 대한 연구를 수반했습니다. 나중에 다른 많은 초전도체가 발견되었습니다.

많은 금속 및 합금의 초전도는 약 25K에서 시작하여 매우 낮은 온도에서 관찰됩니다. 참고 표는 일부 물질의 초전도 상태로의 전이 온도를 나타냅니다.

물질이 초전도 상태가되는 온도를 임계 온도.

임계 온도는 물질의 화학적 조성뿐만 아니라 결정 자체의 구조에 달려 있습니다. 예를 들어, 회색 주석은 입방정 결정 격자를 갖는 다이아몬드 구조를 가지며 반도체이고, 백색 주석은 정방형 단위 셀을 가지며 3.72K의 온도에서 초전도 상태를 겪을 수있는 은백색의 연성 연성 금속이다.

초전도 상태의 물질의 경우, 자성, 열 및 기타 여러 가지 특성의 예리한 이상이 관찰되었으므로 초전도 상태가 아니라 저온에서 관찰되는 물질의 특수 상태를 말하는 것이 더 정확할 것입니다.

링 컨덕터에서 초전도 상태의 전류가 생성 된 후 전류 소스가 제거되면이 전류의 강도는 임의로 오랫동안 변하지 않습니다. 종래의 (비전 도성) 도체에서,이 경우의 전류는 종료된다.

초전도체가 널리 사용됩니다. 따라서 초전도 권선으로 강력한 전자석을 만들어 에너지 소비없이 장기간 자기장을 만듭니다. 결국 초전도 권선에서 열이 발생하지 않습니다.

그러나, 초전도 자석을 사용하여 임의로 강한 자기장을 얻는 것은 불가능하다. 매우 강한 자기장은 초전도 상태를 파괴합니다. 이러한 필드는 또한 초전도체 자체의 전류에 의해 생성 될 수 있으므로, 초전도 상태의 각 도체에 대해 초전도 상태를 위반하지 않고 초과 할 수없는 전류 강도의 임계 값이 존재한다.

초전도 자석은 입자 가속기, 자기장에서 움직이는 뜨거운 이온화 된 가스 제트의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 자기 유체 역학 발전기에 사용됩니다.

초전도에 대한 설명은 양자 이론에 기초해서 만 가능합니다. 그것은 1957 년 미국 과학자 J. Bardin, L. Cooper, J. Shriffer 및 소비에트 과학자, N. N. Bogolyubov 교수에 의해서만 주어졌습니다.

1986 년에 고온 초전도성이 발견되었습니다. 란타늄, 바륨 및 기타 원소 (세라믹)의 복합 산화물 화합물은 약 100K의 초전도 전이 온도로 얻어졌다. 이는 대기압 (77K)에서 액체 질소의 비점보다 높다.

가까운 장래에 고온 초전도는 모든 전기 공학, 무선 공학 및 컴퓨터 설계에서 새로운 기술 혁명을 일으킬 것입니다. 이제이 영역의 진행은 도체를 고가의 가스-헬륨의 비점으로 냉각시켜야하기 때문에 방해됩니다.

초전도의 물리적 메커니즘은 매우 복잡합니다. 매우 단순화 된 방식으로 다음과 같이 설명 할 수 있습니다. 전자는 규칙적인 선으로 결합되어 이온으로 구성된 결정 격자와 충돌하지 않고 움직입니다. 이 운동은 자유 전자가 무작위로 움직이는 일반적인 열 운동과는 상당히 다릅니다.

실온에서 초전도체를 생성하는 것이 가능할 것으로 기대된다. 발전기와 전기 모터는 극도로 소형화되고 (몇 배 감소) 경제적입니다. 전기는 손실없이 모든 거리에서 전송 될 수 있으며 간단한 장치에 축적됩니다.

\u003e\u003e 물리 : 도체 저항의 온도 의존성

물질마다 저항이 다릅니다 (§ 104 참조). 저항은 도체의 상태에 의존합니까? 온도에서? 답은 경험에 의해 주어져야합니다.
  배터리에서 전류를 강철 나선형으로 통과시킨 다음 버너 불꽃에서 가열을 시작하면 전류계에 전류 강도가 감소합니다. 이것은 온도의 변화에 \u200b\u200b따라 도체의 저항이 변한다는 것을 의미합니다.
  0 ° C와 같은 온도에서 도체의 저항은 R 0온도에서 t  그것은 같다 R경험에서 알 수 있듯이 저항의 상대적인 변화는 온도의 변화에 \u200b\u200b정비례합니다 t:

비례 계수 α   라는 저항 온도 계수. 그것은 온도에 대한 물질의 저항의 의존성을 특징으로합니다. 저항의 온도 계수는 1K로 가열 될 때 도체 저항의 상대적인 변화와 수치 적으로 같습니다. 모든 금속 도체의 경우 계수 α   \u003e 0이며 온도에 따라 약간 다릅니다. 온도 변화의 범위가 작은 경우, 온도 계수는 일정하고이 온도 범위의 평균값과 동일한 것으로 간주 될 수 있습니다. 순수한 금속 α ≈ 1/273 K -1. 에서 전해액은 온도에 따라 저항이 증가하지 않지만 감소합니다.. 그들을 위해 α < 0. Например, для 10%-ного раствора поваренной соли α ≈ -0.02 K -1.
  도체가 가열되면 기하학적 치수가 약간 변경됩니다. 도체의 저항은 주로 저항의 변화로 인해 달라집니다. 식 (16.1)의 값을 대체하면 온도에 대한이 저항의 의존성을 찾을 수 있습니다
. 계산 결과는 다음과 같습니다.

이후 α   도체의 온도가 변할 때 거의 변화하지 않으면 도체의 비저항은 온도에 선형 적으로 의존한다고 가정 할 수 있습니다 ( 그림 16.2).

저항의 증가는 온도가 증가함에 따라 결정 격자의 노드에서 이온 진동의 진폭이 증가하여 자유 전자가 더 자주 충돌하여 운동 방향을 잃는다는 사실로 설명 할 수 있습니다. 비록 비율 α   가열 장치를 계산할 때 온도에 대한 저항의 의존성을 고려하면 상당히 작습니다. 따라서 백열 램프의 텅스텐 필라멘트의 저항은 전류가 10 회 이상 통과하면 증가합니다.
  일부 합금, 예를 들어 구리와 니켈 (콘스 탄탄)의 합금의 경우 저항 온도 계수는 매우 작습니다. α   ≈ 10 -5 K -1; 콘스 탄탄의 저항력이 크다 : ρ   -10 -6 Ohm m. 이러한 합금은 온도 변화에 따라 저항이 눈에 띄게 변하지 않아야하는 경우, 측정 기기에 대한 기준 저항 및 추가 저항의 제조에 사용됩니다.
  온도에 대한 금속 저항의 의존성은 저항 온도계. 일반적으로 백금 와이어는 이러한 온도계의 주요 작동 요소로 간주되며 온도에 대한 저항의 의존성이 잘 알려져 있습니다. 온도 변화는 측정 가능한 와이어 저항의 변화에 \u200b\u200b의해 판단됩니다.
  이러한 온도계는 기존 액체 온도계가 적합하지 않을 때 매우 낮고 매우 높은 온도를 측정 할 수있게합니다.
금속의 저항은 온도가 증가함에 따라 선형으로 증가합니다. 전해질 용액에서는 온도가 증가함에 따라 감소합니다.

???
  1. 전구가 더 많은 전력을 소비하는 경우 : 전원을 켠 직후 또는 몇 분 후에?
  2. 전기 스토브의 나선형 저항이 온도에 따라 변하지 않으면 정격 전력에서의 길이가 더 크거나 작아야합니까?

G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky, 물리학 10 학년

이 강의에 대한 수정 사항이나 제안이 있으면