\u003e Ketergantungan rintangan terhadap suhu

Ketahui bagaimana rintangan bergantung kepada suhu: Perbandingan ketergantungan rintangan bahan dan kerintangan pada suhu, semikonduktor.

Rintangan dan rintangan adalah berdasarkan suhu, dan ini adalah linear.

Tugas pembelajaran

• Bandingkan pergantungan suhu rintangan khusus dan biasa untuk ayunan besar dan kecil.

Mata utama

• Apabila suhu berubah sebanyak 100 ° C, rintangan (ρ) berubah dengan ΔT sebagai: p = p0 (1 + αΔT), di mana ρ 0 ialah resistiviti awal, dan α adalah pekali suhu kerintangan.
• Dengan perubahan suhu yang serius, perubahan tak linear dalam resistivitas adalah ketara.
• Rintangan objek adalah berkadar terus dengan spesifik, dan oleh itu menunjukkan pergantungan suhu yang sama.

Terma

• Semikonduktor adalah bahan dengan sifat elektrik yang mencirikannya sebagai konduktor atau penebat yang baik.
• Pekali suhu kerintangan adalah nilai empirik (α) yang menggambarkan perubahan rintangan atau resistiviti dengan indeks suhu.
• Resistivity ialah tahap yang mana material menentang aliran elektrik.

Rintangan bahan adalah berdasarkan suhu, jadi mungkin untuk mengesan ketergantungan resistivitas pada suhu. Ada yang boleh menjadi superkonduktor (sifar nol) pada suhu yang sangat rendah, dan yang lain pada suhu tinggi. Kecepatan getaran atom meningkat pada jarak yang jauh, sehingga elektron bergerak melalui logam lebih cenderung bertabrakan dan meningkatkan rintangan. Resistiviti berbeza dengan suhu ΔT:

Rintangan sampel raksa tertentu mencapai sifar pada indeks suhu yang sangat rendah (4.2 K). Jika penunjuk di atas tanda ini, maka terdapat lompatan mendadak dalam rintangan, dan kemudian hampir pertumbuhan linear dengan suhu

p = p 0 (1 + αΔT), di mana ρ 0 adalah kerintangan permulaan, dan α adalah pekali suhu kerintangan. Sekiranya perubahan serius dalam suhu, α boleh berubah, dan persamaan tak linear mungkin diperlukan untuk mencari p. Oleh itu, kadang-kadang akhiran suhu dibiarkan di mana bahan telah berubah (contohnya, α15).

Perlu diingatkan bahawa α adalah positif untuk logam, dan daya tahannya meningkat dengan suhu. Biasanya, pekali suhu ialah +3 × 10 -3 K -1 hingga +6 × 10 -3 K -1 untuk logam dengan suhu bilik kira-kira. Terdapat aloi yang direka khusus untuk mengurangkan pergantungan pada suhu. Sebagai contoh, di manganin α hampir sama dengan sifar.

Jangan lupa bahawa α adalah negatif untuk semikonduktor, iaitu, daya tahannya berkurangan dengan peningkatan suhu. Ini adalah konduktor yang sangat baik pada suhu tinggi, kerana kenaikan suhu meningkat meningkatkan jumlah caj percuma yang tersedia untuk menjalankan arus.

Rintangan objek juga berdasarkan suhu, kerana R 0 adalah secara langsung kepada p. Kita tahu bahawa untuk silinder R = ρL / A. Sekiranya L dan A tidak banyak berubah dengan suhu, maka R mempunyai pergantungan suhu yang sama dengan ρ. Ternyata:

R = R 0 (1 + αΔT), di mana R 0 adalah rintangan awal, dan R adalah rintangan selepas perubahan suhu T.

Mari kita lihat ketahanan sensor suhu. Banyak termometer beroperasi menurut skim ini. Contoh yang paling biasa ialah termistor. Ia adalah kristal semikonduktor dengan pergantungan suhu yang kuat. Peranti kecil, jadi ia cepat masuk ke keseimbangan haba dengan bahagian manusia yang menyentuhnya.

Thermometer didasarkan pada pengukuran automatik suhu rintangan termistor

Resistivitas, dan oleh itu, rintangan logam, bergantung pada suhu, meningkat dengan pertumbuhannya. Ketergantungan suhu rintangan konduktor disebabkan oleh fakta bahawa

1. intensiti penyerakan (bilangan perlanggaran) pembawa caj bertambah dengan peningkatan suhu;
2. kepekatan mereka berubah apabila konduktor dipanaskan.

Pengalaman menunjukkan bahawa pada suhu tidak terlalu tinggi dan tidak terlalu rendah, kebergantungan terhadap daya tahan dan rintangan konduktor pada suhu dinyatakan oleh formula:

   \\ (~ \\ rho_t = \\ rho_0 (1 + \\ alpha t), \\) \\ (~ R_t = R_0 (1 + \\ alpha t), \\

di mana ρ 0 , ρ   t ialah rintangan khusus bahan konduktor, masing-masing, pada 0 ° C dan t  ° C; R 0 , R  t adalah rintangan konduktor pada 0 ° C dan t  ° С α   - pekali suhu rintangan: diukur dalam SI di Kelvin tolak ijazah pertama (K -1). Untuk konduktor logam, formula ini boleh digunakan bermula dari suhu 140 K dan ke atas.

Pekali suhu  rintangan bahan mencirikan pergantungan perubahan rintangan apabila pemanasan pada jenis bahan. Ia bersamaan dengan perubahan rintangan relatif (resistivitas) konduktor apabila dipanaskan oleh 1 K.

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

di mana \\ (~ \\ mathcal h \\ alpha \\ mathcal i \\) adalah nilai purata pekali suhu rintangan dalam selang Δ Τ .

Untuk semua konduktor logam α   \u003e 0 dan berbeza sedikit dengan suhu. Logam tulen α   = 1/273 K -1. Logam mempunyai kepekatan pembawa caj percuma (elektron) n  = const dan peningkatan ρ   berlaku disebabkan oleh peningkatan dalam intensiti hamburan elektron bebas pada ion kisi kristal.

Untuk penyelesaian elektrolit α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α   = -0.02 K -1. Rintangan elektrolit berkurang dengan peningkatan suhu, karena peningkatan jumlah ion bebas akibat pemisahan molekul melebihi pertumbuhan hamburan ion dalam pelanggaran dengan molekul pelarut.

Formula ketergantungan ρ   dan R  pada suhu untuk elektrolit adalah sama dengan formula di atas untuk konduktor logam. Perlu diingatkan bahawa hubungan linear ini hanya disimpan dalam julat suhu kecil, di mana α   = const. Untuk jangka masa yang banyak variasi suhu, pergantungan rintangan elektrolit pada suhu menjadi tidak linear.

Secara grafiknya, ketahanan rintangan konduktor logam dan elektrolit pada suhu ditunjukkan dalam Rajah 1, a, b.

Pada suhu yang sangat rendah, dekat dengan sifar mutlak (-273 ° C), rintangan banyak logam tiba-tiba jatuh ke sifar. Fenomena ini dipanggil superkonduktiviti. Logam ini memasuki keadaan superconducting.

Ketergantungan terhadap rintangan logam pada suhu digunakan dalam termometer rintangan. Biasanya, dawai platinum diambil sebagai badan termometrik termometer seperti itu, pergantungan ketahanan terhadap suhu telah dikaji dengan cukup.

Perubahan suhu dinilai oleh perubahan rintangan wayar, yang boleh diukur. Termometer sedemikian boleh mengukur suhu yang sangat rendah dan sangat tinggi apabila termometer cecair konvensional tidak sesuai.

Kesusasteraan

Aksenovich L. A. Fizik di sekolah menengah: Teori. Tugas. Ujian: Buku teks. elaun bagi institusi yang menyediakan obsch. persekitaran, pendidikan / L.A. Aksenovich, N.N.Rakina, K.S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Minsk: Adukatsyya i Vyhvanna, 2004. - C. 256-257.

Zarah konduktor (molekul, atom, ion) yang tidak terlibat dalam pembentukan arus adalah dalam gerakan termal, dan zarah-zarah yang membentuk arus secara bersamaan dalam pergerakan haba dan dalam arah di bawah tindakan medan elektrik. Disebabkan ini, di antara zarah-zarah yang membentuk arus, dan zarah-zarah yang tidak terlibat dalam pembentukannya, terdapat banyak perlanggaran, di mana yang pertama memberi sebahagian daripada tenaga sumber semasa yang dipindahkan oleh mereka kepada yang kedua. Lebih banyak perlanggaran, perlahan kelajuan gerakan teratur zarah yang membentuk arus. Seperti yang dapat dilihat dari formula I = envS, penurunan kelajuan membawa kepada pengurangan semasa. Kuantiti skalar yang menandakan sifat konduktor untuk mengurangkan amperage dipanggil rintangan konduktor.  Dari formula undang-undang Ohm, rintangan Ohm - rintangan konduktor, di mana arus diperolehi oleh 1 a  pada voltan di hujung konduktor dalam 1 inci.

Rintangan konduktor bergantung pada panjang l, seksyen silang S dan bahan, yang dicirikan oleh resistivitas Semakin panjang konduktor, lebih banyak per unit waktu pelanggaran zarah-zarah yang membentuk arus, dengan zarah-zarah yang tidak terlibat dalam pembentukannya, dan oleh itu semakin besar penentangan konduktor. Semakin kecil konduktor keratan rentetan, semakin padat aliran zarah yang membentuk arus, dan semakin sering mereka bertabrakan dengan zarah yang tidak terlibat dalam pembentukannya, dan oleh itu semakin besar penentangan konduktor.

Di bawah tindakan medan elektrik, zarah-zarah yang membentuk arus antara perlanggaran bergerak dengan cepat, meningkatkan tenaga kinetik mereka kerana tenaga medan. Apabila berlanggar dengan zarah-zarah yang tidak membentuk arus, mereka memindahkan sebahagian daripada tenaga kinetik mereka kepada mereka. Akibatnya, tenaga dalaman konduktor bertambah, yang ditunjukkan secara luaran dalam pemanasannya. Pertimbangkan sama ada rintangan konduktor berubah apabila dipanaskan.

Dalam litar elektrik terdapat gegelung dawai keluli (rentetan, Rajah 81, a). Setelah menutup litar, kita akan mula memanaskan dawai. Semakin kita memanaskannya, menunjukkan kurang amperaj. Pengurangannya adalah disebabkan oleh fakta bahawa apabila logam dipanaskan, rintangan bertambah. Oleh itu, rintangan rambut mentol lampu apabila ia adalah kira-kira 20 ohmsemasa membakarnya (2900 ° C) - 260 ohm. Apabila logam dipanaskan, pergerakan termal elektron dan kadar ayunan ion dalam kisi kristal bertambah, hasilnya, bilangan perlanggaran elektron yang membentuk arus dengan peningkatan ion. Ini menyebabkan peningkatan ketahanan konduktor *. Dalam logam, elektron bukan bebas sangat terikat kepada ion, oleh itu, apabila logam dipanaskan, bilangan elektron bebas kekal hampir tidak berubah.

* (Berdasarkan teori elektronik, adalah mustahil untuk memperoleh undang-undang yang tepat dari pergantungan rintangan pada suhu. Undang-undang sedemikian ditubuhkan oleh teori kuantum, di mana elektron dianggap sebagai zarah yang mempunyai sifat gelombang, dan pergerakan elektron pengaliran melalui logam sebagai proses penyebaran gelombang elektron, yang panjangnya ditentukan oleh hubungan de Broglie.)

Eksperimen menunjukkan bahawa apabila suhu konduktor bahan-bahan yang berbeza berubah dengan bilangan darjah yang sama, rintangannya berbeza-beza. Contohnya, jika konduktor tembaga mempunyai rintangan 1 ohmkemudian selepas pemanasan 1 ° C  dia akan mempunyai perlawanan 1,004 ohmdan tungsten - 1,005 ohm Untuk mencirikan pergantungan rintangan konduktor pada suhunya, kuantiti diperkenalkan, yang disebut pekali rintangan suhu. Kuantiti skalar yang diukur dengan perubahan rintangan konduktor dalam 1 ohm, diambil pada 0 ° C, dari perubahan suhunya dengan 1 ° C, dipanggil pekali suhu rintangan α. Oleh itu, untuk tungsten, pekali ini adalah 0.005 darjah -1untuk tembaga - 0.004 darjah -1.  Pekali suhu rintangan bergantung kepada suhu. Untuk logam, ia berbeza sedikit dengan suhu. Dengan julat suhu yang kecil, ia dianggap malar untuk bahan ini.

Kami memperoleh formula yang mengira rintangan konduktor, dengan mengambil kira suhunya. Anggapkan itu R 0  - rintangan konduktor di 0 ° Capabila dipanaskan 1 ° C  ia akan meningkat oleh αR 0, dan apabila dipanaskan t °  - pada αRt °  dan menjadi R = R 0 + αR 0 t °atau

Ketergantungan terhadap rintangan logam pada suhu diambil kira, contohnya, dalam pembuatan spiral untuk pemanas elektrik, lampu: panjang dawai lingkaran dan amperaj yang dibenarkan dikira dari rintangan mereka dalam keadaan yang dipanaskan. Ketergantungan rintangan logam pada suhu digunakan dalam termometer rintangan, yang digunakan untuk mengukur suhu enjin haba, turbin gas, logam dalam relau letupan, dan lain-lain. Termometer ini terdiri daripada luka gegelung platinum (nikel, besi) nipis pada bingkai yang diperbuat daripada porselin dan diletakkan dalam kes perlindungan. Hujungnya dimasukkan dalam litar elektrik dengan ammeter, skala yang lulus darjah. Apabila heliks dipanaskan, semasa di litar berkurangan, menyebabkan jarum ammeter bergerak, yang menunjukkan suhu.

Kebalikan rintangan kawasan ini, rantai dipanggil pengalir konduktor elektrik  (kekonduksian elektrik). Konduktiviti konduktor Lebih besarnya kekonduksian konduktor, semakin rendah rintangannya dan lebih baik ia mengendalikan arus. Nama Unit Konduktiviti   Rintangan konduktor 1 ohm  dipanggil siemens

Dengan penurunan suhu rintangan logam menurun. Tetapi ada logam dan aloi, rintangan yang pada lompatan rendah ditentukan untuk setiap logam dan aloi, berkurang secara tiba-tiba dan menjadi lenyap kecil - hampir sifar (rajah 81, b). Akan datang superkonduktiviti - konduktor mempunyai rintangan praktikal, dan apabila semasa yang teruja di dalamnya wujud untuk masa yang lama manakala konduktor berada pada suhu superkonduktiviti (dalam salah satu daripada eksperimen yang diamati selama lebih daripada setahun). Apabila arus dilalui melalui superkonduktor 1200 a / mm 2  tiada pelepasan haba diperhatikan. Logam monovalen, yang merupakan konduktor terbaik semasa, tidak lulus ke keadaan superconducting sehingga suhu yang sangat rendah di mana eksperimen dijalankan. Sebagai contoh, dalam eksperimen ini, tembaga telah disejukkan kepada 0,0156 ° K,  emas - untuk 0.0204 ° K.  Sekiranya mungkin untuk mendapatkan aloi dengan superkonduktiviti pada suhu biasa, maka ini amat penting untuk kejuruteraan elektrik.

Menurut konsep moden, penyebab utama superconductivity ialah pembentukan pasangan elektron terikat. Pada suhu superkonduktiviti antara elektron bebas, daya pertukaran mula bertindak, menyebabkan elektron membentuk pasangan elektron terikat. Gas elektron seperti dari pasangan elektron terikat mempunyai sifat berbeza daripada gas elektron biasa - ia bergerak dalam superkonduktor tanpa geseran tentang tapak kisi.

Ketahanan rintangan terhadap suhu

R ketahanan konduktor seragam keratan rentas berterusan bergantung kepada sifat-sifat bahan konduktor, panjang dan keratan rentasnya seperti berikut:

di mana ρ adalah ketahanan  bahan pengalir L  - panjang konduktor, dan S  - kawasan keratan. Hubungan timbal balik ini disebut kekonduksian. Nilai ini berkaitan dengan suhu oleh formula Nernst-Einstein:

Oleh itu, rintangan konduktor berkaitan dengan suhu dengan hubungan berikut:

Rintangan juga boleh bergantung kepada parameter dan, kerana bahagian dan panjang konduktor juga bergantung kepada suhu.

Yayasan Wikimedia. 2010

Lihat apa "ketahanan rintangan pada suhu" dalam kamus lain:

Penunjuk graf bersyarat termometer rintangan Termometer rintangan adalah peranti elektronik untuk mengukur suhu dan berdasarkan pergantungan rintangan elektrik ... Wikipedia

termometer rintangan  - Termometer, prinsipnya adalah berdasarkan kepada pergantungan rintangan elektrik material unsur sensitif termometer pada suhu. [РД 01.120.00 КТН 228 06] Termometer ketahanan TC adalah termometer, sebagai peraturan, ... ... Panduan Penterjemah Teknikal

GOST 6651-2009: Sistem negara untuk memastikan keseragaman pengukuran. Rintangan penukar haba dari platinum, tembaga dan nikel. Keperluan teknikal am dan kaedah ujian  - Terminologi GOST 6651 2009: Sistem negara untuk memastikan keseragaman pengukuran. Rintangan penukar haba dari platinum, tembaga dan nikel. Keperluan teknikal am dan kaedah ujian dokumen asal: 3.18 masa tindak balas haba ...

GOST R 8.625-2006: Sistem negara untuk memastikan keseragaman pengukuran. Termometer rintangan dari platinum, tembaga dan nikel. Keperluan teknikal am dan kaedah ujian  - Terminologi GOST R 8.625 2006: Sistem negara untuk memastikan keseragaman pengukuran. Termometer rintangan dari platinum, tembaga dan nikel. Keperluan teknikal am dan kaedah ujian dokumen asal: 3.18 Masa tindak balas haba: Masa ... Terma-terma rujukan mengenai dokumentasi kawal selia dan teknikal

Nilai yang sama dengan perubahan relatif dalam rintangan elektrik seksyen litar elektrik atau rintangan khusus suatu bahan apabila suhu berubah mengikut satu. Pekali suhu rintangan mencirikan pergantungan ... ... Wikipedia

Penemuan P. L. Kapitsa (1941) adalah fenomena dalam helium cair superfluid, yang terdiri daripada fakta bahawa pemindahan haba dari televisyen keadaan pepejal. badan kepada helium cair di antara muka terdapat perbezaan dalam kadar p dt. Ia kemudiannya ditubuhkan bahawa K. p. t ... total fizikal ... ... Ensiklopedia Fizikal

mengukur pelbagai rintangan termokopel  - 3.7 ukuran pengukuran termokopel rintangan: Julat suhu di mana rintangan suhu transduser suhu dinormalkan mengikut piawaian ini: ... ... Terma-terma rujukan mengenai dokumentasi kawal selia dan teknikal

unsur sensitif termometer rintangan  - 3.2 elemen sensitif termometer rintangan; SE: Resistor yang diperbuat daripada dawai logam atau filem dengan petunjuk untuk mengikat kabel penyambung, yang mempunyai ketahanan yang diketahui ketahanan elektrik pada suhu dan ... ... Terma-terma rujukan mengenai dokumentasi kawal selia dan teknikal

elemen transduser suhu rintangan  - 3.2 elemen sensitif termokopel rintangan; SE: Rintangan yang diperbuat daripada dawai logam atau filem dengan petunjuk untuk mengetatkan wayar penyambung, yang mempunyai kebergantungan ketahanan elektrik yang diketahui pada ... ... Terma-terma rujukan mengenai dokumentasi kawal selia dan teknikal

pelbagai ukuran termometer rintangan - 3.7 ukuran pengukuran termometer rintangan: Julat suhu di mana rintangan TC berbanding suhu dinormalkan mengikut piawaian ini adalah dalam kelas toleransi yang berkaitan. Sumber ... Terma-terma rujukan mengenai dokumentasi kawal selia dan teknikal

Buku

• Fizik: fizik kuantum. Bengkel makmal. Manual untuk bacaan diuretik, Gorlach V.V. Kategori: bahan didaktik, bengkel Siri: Bachelor. Kursus terpakai Penerbit: Yurait,
• Fizik: fizik kuantum. Bengkel Laboratorium 2 nd ed., Corr. dan tambahkan. Manual untuk bacaan matematik yang digunakan, Victor Vasilyevich Gorlach, Panduan membentangkan karya makmal pada topik: pengukuran suhu dengan kaedah hubungan spektrum, penentuan Stefan Boltzmann tetap, kesan fotoelektrik luaran, spektrum ... Kategori: Buku teks Siri: Bachelor. Kursus terpakai  Penerbit:

Rintangan elektrik hampir semua bahan bergantung kepada suhu. Sifat pergantungan ini berbeza untuk bahan yang berbeza.

Dalam logam dengan struktur kristal, jalur bebas elektron sebagai pembawa caj dihadkan oleh perlanggaran mereka dengan ion yang terletak di tapak kisi kristal. Dalam perlanggaran, tenaga kinetik elektron dipindahkan ke kisi. Selepas setiap perlanggaran, elektron, di bawah tindakan kuasa medan elektrik, mengambil kelajuan sekali lagi dan semasa perlanggaran berikut memberikan tenaga yang diperolehi kepada ion kisi kristal, meningkatkan getaran mereka, yang membawa kepada peningkatan suhu bahan. Oleh itu, elektron boleh dianggap sebagai perantara dalam penukaran tenaga elektrik menjadi panas. Peningkatan suhu disertai dengan peningkatan gerakan termal zarah bahan yang huru-hara, yang membawa kepada peningkatan jumlah pelanggaran elektron dengannya dan menghalang pergerakan elektron teratur.

Bagi kebanyakan logam, dalam suhu operasi, resistiviti meningkat secara linear.

di mana dan - Rintangan spesifik pada suhu awal dan akhir;

- pemalar untuk pekali logam ini, yang disebut pekali rintangan suhu (TKS);

T1i T2 - suhu awal dan akhir.

Untuk konduktor jenis kedua, kenaikan suhu menyebabkan peningkatan pengionannya, oleh itu, TKS jenis konduktor ini adalah negatif.

Nilai resistif bahan dan TKS mereka diberikan dalam buku rujukan. Biasanya, nilai resistiviti biasanya diberikan pada suhu +20 ° C

Rintangan konduktor ditentukan oleh ungkapan

R2 = R1
(2.1.2)

Contoh Petugas 3

Tentukan rintangan wayar penghantaran dua wayar wayar tembaga di + 20 ° C dan +40 ° C, jika dawai rentas seksyen S =

120 mm dan panjang garisan adalah l = 10 km.

Penyelesaian

Menurut jadual rujukan, kita dapati resistivitas tembaga pada + 20 ° C dan pekali suhu rintangan :

= 0,0175 Ohm mm / m; = 0,004 darjah .

Tentukan rintangan wayar pada T1 = +20 ° C dengan formula R = , memandangkan panjang wayar hadapan dan belakang garisan:

R1 = 0, 0175
2 = 2.917 ohm.

Rintangan wayar pada suhu + 40 ° C kita dapati dengan formula (2.1.2)

R2 = 2.917 = 3.15 ohm.

Tugas

Garis tiga wayar udara dengan panjang L dibuat dengan dawai, tanda yang diberikan dalam jadual 2.1. Adalah perlu untuk mencari nilai yang ditunjukkan oleh "?" Tanda menggunakan contoh yang diberikan dan memilih pilihan dengan data yang dinyatakan di dalamnya dalam Jadual 2.1.

Perlu diingatkan bahawa masalahnya, berbanding dengan contohnya, memberikan pengiraan yang berkaitan dengan satu talian dawai. Dalam setem wayar tanpa wayar, surat tersebut menunjukkan bahan dawai (A adalah aluminium; M adalah tembaga), dan bilangannya ialah keratan rentas dawaimm .

Jadual 2.1

Kajian bahan topik ini berakhir dengan kerja dengan ujian No. 2 (TOE-

ETM / PM "dan nombor 3 (TOE - ETM / IM)