> Kebergantungan rintangan pada suhu

Ketahui caranya rintangan bergantung pada suhu: perbandingan pergantungan rintangan bahan dan kerintangan pada suhu, semikonduktor.

Rintangan dan kerintangan adalah berdasarkan suhu dan bersifat linear.

Objektif pembelajaran

• Bandingkan pergantungan suhu bagi rintangan khusus dan biasa untuk turun naik besar dan kecil.

Perkara utama

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

Syarat

• Semikonduktor ialah bahan dengan sifat elektrik yang mencirikannya sebagai konduktor atau penebat yang baik.
• Pekali suhu kerintangan ialah kuantiti empirikal (α) yang menerangkan perubahan rintangan atau kerintangan dengan suhu.
• Kerintangan ialah tahap di mana bahan menahan aliran elektrik.

Rintangan bahan adalah berdasarkan suhu, jadi adalah mungkin untuk mengesan pergantungan kerintangan pada suhu. Ada yang mampu menjadi superkonduktor (rintangan sifar) pada suhu yang sangat rendah, manakala yang lain mampu menjadi superkonduktor pada suhu tinggi. Kadar getaran atom meningkat pada jarak yang jauh, jadi elektron yang bergerak melalui logam berlanggar lebih kerap dan meningkatkan rintangan. Kerintangan berubah dengan suhu ΔT:

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

p = p 0 (1 + αΔT), dengan ρ 0 ialah kerintangan awal, dan α ialah pekali suhu bagi kerintangan. Dengan perubahan serius dalam suhu, α boleh berubah, dan untuk mencari p, persamaan tak linear mungkin diperlukan. Itulah sebabnya kadangkala mereka meninggalkan akhiran suhu di mana bahan berubah (contohnya, α15).

Perlu diingat bahawa α adalah positif untuk logam, dan kerintangan meningkat dengan suhu. Biasanya pekali suhu ialah +3 × 10 -3 K -1 hingga +6 × 10 -3 K -1 untuk logam dengan lebih kurang. suhu bilik. Terdapat aloi yang dibangunkan khas untuk mengurangkan pergantungan suhu. Sebagai contoh, manganin mempunyai α hampir kepada sifar.

Jangan lupa juga bahawa α adalah negatif untuk semikonduktor, iaitu, kerintangan mereka berkurangan dengan peningkatan suhu. Mereka adalah konduktor yang sangat baik pada suhu tinggi kerana peningkatan suhu pencampuran meningkatkan jumlah cas percuma yang tersedia untuk membawa arus.

Rintangan sesuatu objek juga berdasarkan suhu, kerana R 0 adalah berkadar terus dengan p. Kita tahu bahawa untuk silinder R = ρL/A. Jika L dan A tidak banyak berubah dengan suhu, maka R mempunyai pergantungan suhu yang sama seperti ρ. Kesudahannya:

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

Mari kita lihat rintangan sensor suhu. Banyak termometer beroperasi mengikut skema ini. Contoh yang paling biasa ialah termistor. Ini adalah kristal semikonduktor dengan pergantungan suhu yang kuat. Peranti ini kecil, jadi ia cepat masuk ke dalam keseimbangan haba dengan bahagian manusia yang disentuhnya.

Termometer adalah berdasarkan pengukuran automatik rintangan suhu termistor

Rintangan khusus, dan oleh itu rintangan logam, bergantung pada suhu, meningkat dengan suhu. Kebergantungan suhu rintangan konduktor dijelaskan oleh fakta bahawa

1. keamatan serakan (bilangan perlanggaran) pembawa cas meningkat dengan peningkatan suhu;
2. kepekatannya berubah apabila konduktor dipanaskan.

Pengalaman menunjukkan bahawa pada suhu yang tidak terlalu tinggi dan tidak terlalu rendah, pergantungan kerintangan dan rintangan konduktor pada suhu dinyatakan dengan formula:

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

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

Pekali suhu Rintangan bahan mencirikan pergantungan perubahan rintangan apabila dipanaskan pada jenis bahan. Ia secara berangka sama dengan perubahan relatif dalam rintangan (resistivity) konduktor apabila dipanaskan sebanyak 1 K.

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

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

Untuk semua konduktor logam α > 0 dan sedikit berubah mengikut suhu. U logam tulen α = 1/273 K -1. Dalam logam, kepekatan pembawa cas bebas (elektron) n= const dan peningkatan ρ berlaku disebabkan oleh peningkatan dalam keamatan penyerakan elektron bebas pada ion kekisi kristal.

Untuk larutan elektrolit α < 0, например, для 10%-ного раствора garam meja α = -0.02 K -1 . Rintangan elektrolit berkurangan dengan peningkatan suhu, kerana peningkatan bilangan ion bebas disebabkan oleh penceraian molekul melebihi peningkatan penyebaran ion semasa perlanggaran dengan molekul pelarut.

Formula kebergantungan ρ Dan R pada suhu untuk elektrolit adalah serupa dengan formula di atas untuk konduktor logam. Perlu diingatkan bahawa pergantungan linear ini hanya dipelihara dalam julat suhu yang kecil, di mana α = const. Pada julat suhu yang besar, pergantungan rintangan elektrolit pada suhu menjadi tidak linear.

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

Pada suhu yang sangat rendah, menghampiri sifar mutlak (-273 °C), rintangan banyak logam turun secara tiba-tiba kepada sifar. Fenomena ini dipanggil superkonduktiviti. Logam masuk ke dalam keadaan superkonduktor.

Kebergantungan rintangan logam pada suhu digunakan dalam termometer rintangan. Biasanya, wayar platinum digunakan sebagai badan termometrik termometer sedemikian, pergantungan rintangannya terhadap suhu telah dikaji dengan secukupnya.

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

kesusasteraan

Aksenovich L. A. Fizik dalam sekolah Menengah: Teori. Tugasan. Ujian: Buku teks. elaun untuk institusi yang menyediakan pendidikan am. persekitaran, pendidikan / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. 256-257.

Zarah konduktor (molekul, atom, ion) yang tidak terlibat dalam pembentukan arus berada dalam gerakan terma, dan zarah yang membentuk arus secara serentak dalam gerakan terma dan arah di bawah pengaruh medan elektrik. Disebabkan ini, banyak perlanggaran berlaku antara zarah yang membentuk arus dan zarah yang tidak mengambil bahagian dalam pembentukannya, di mana bekas melepaskan sebahagian daripada tenaga yang mereka bawa dari sumber arus kepada yang terakhir. Lebih banyak perlanggaran, semakin rendah kelajuan pergerakan tertib zarah yang membentuk arus. Seperti yang dapat dilihat dari formula I = enνS, penurunan kelajuan membawa kepada penurunan arus. Kuantiti skalar yang mencirikan sifat konduktor untuk mengurangkan arus dipanggil rintangan konduktor. Daripada formula hukum Ohm, rintangan Ohm - rintangan konduktor di mana arus kekuatan diperolehi 1 a dengan voltan pada hujung konduktor 1 V.

Rintangan konduktor bergantung pada panjang l, keratan rentas S dan bahan, yang dicirikan oleh kerintangan Semakin panjang konduktor, semakin banyak perlanggaran per unit masa zarah yang membentuk arus dengan zarah yang tidak mengambil bahagian dalam pembentukannya, dan oleh itu semakin besar rintangan konduktor. Lebih kurang keratan rentas konduktor, semakin padat aliran zarah yang membentuk arus, dan semakin kerap ia berlanggar dengan zarah yang tidak mengambil bahagian dalam pembentukannya, dan oleh itu semakin besar rintangan konduktor.

Di bawah pengaruh medan elektrik, zarah-zarah yang membentuk pergerakan arus dipercepatkan antara perlanggaran, meningkatkan tenaga kinetiknya disebabkan oleh tenaga medan. Apabila berlanggar dengan zarah yang tidak membentuk arus, mereka memindahkan sebahagian daripada tenaga kinetiknya kepada mereka. Akibatnya, tenaga dalaman konduktor meningkat, yang secara luaran ditunjukkan dalam pemanasannya. Mari kita pertimbangkan sama ada rintangan konduktor berubah apabila ia dipanaskan.

DALAM litar elektrik terdapat gegelung dawai keluli (tali, Rajah 81, a). Setelah menutup litar, kami mula memanaskan wayar. Semakin kita memanaskannya, semakin kurang arus yang ditunjukkan oleh ammeter. Penurunannya berlaku kerana apabila logam dipanaskan, rintangannya meningkat. Oleh itu, rintangan sehelai rambut mentol lampu elektrik apabila ia tidak dinyalakan adalah lebih kurang 20 ohm, dan apabila ia terbakar (2900° C) - 260 ohm. Apabila logam dipanaskan, pergerakan haba elektron dan kadar getaran ion dalam kekisi kristal meningkat, akibatnya bilangan perlanggaran elektron yang membentuk arus dengan ion meningkat. Ini menyebabkan peningkatan rintangan konduktor *. Dalam logam, elektron tidak bebas terikat dengan sangat erat kepada ion, jadi apabila logam dipanaskan, bilangan elektron bebas secara praktikal tidak berubah.

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

Eksperimen menunjukkan bahawa apabila suhu konduktor dari pelbagai bahan Untuk bilangan darjah yang sama, rintangannya berubah secara berbeza. Contohnya, jika pengalir tembaga mempunyai tentangan 1 ohm, kemudian selepas dipanaskan ke 1°C dia akan mempunyai rintangan 1.004 ohm, dan tungsten - 1.005 ohm. Untuk mencirikan pergantungan rintangan konduktor pada suhunya, kuantiti yang dipanggil pekali suhu rintangan telah diperkenalkan. Kuantiti skalar yang diukur dengan perubahan rintangan konduktor dalam 1 ohm, diambil pada 0° C, daripada perubahan suhunya sebanyak 1° C, dipanggil pekali suhu rintangan α. Jadi, untuk tungsten pekali ini adalah sama dengan 0.005 darjah -1, untuk tembaga - 0.004 darjah -1. Pekali suhu rintangan bergantung pada suhu. Bagi logam, ia berubah sedikit dengan suhu. Untuk julat suhu yang kecil, ia dianggap malar untuk bahan tertentu.

Mari kita dapatkan formula yang mengira rintangan konduktor dengan mengambil kira suhunya. Mari kita anggap itu R0- rintangan konduktor pada 0°C, apabila dipanaskan ke 1°C ia akan meningkat sebanyak αR 0, dan apabila dipanaskan hingga t°- pada αRt° dan ia menjadi R = R 0 + αR 0 t°, atau

Kebergantungan rintangan logam pada suhu diambil kira, sebagai contoh, dalam pembuatan lingkaran untuk peranti pemanasan elektrik dan lampu: panjang wayar lingkaran dan arus yang dibenarkan dikira dari rintangannya dalam keadaan panas. Kebergantungan rintangan logam pada suhu digunakan dalam termometer rintangan, yang digunakan untuk mengukur suhu enjin haba, turbin gas, logam dalam relau letupan, dsb. Termometer ini terdiri daripada lingkaran platinum (nikel, besi) nipis yang dililit di sekeliling bingkai porselin dan diletakkan di dalam bekas pelindung. Hujungnya disambungkan ke litar elektrik dengan ammeter, skala yang bergraduat dalam darjah suhu. Apabila gegelung dipanaskan, arus dalam litar berkurangan, ini menyebabkan jarum ammeter bergerak, yang menunjukkan suhu.

Timbal balik rintangan bahagian atau litar tertentu dipanggil kekonduksian elektrik konduktor(konduksi elektrik). Kekonduksian elektrik konduktor Semakin besar kekonduksian konduktor, semakin rendah rintangannya dan semakin baik ia mengalirkan arus. Nama unit kekonduksian elektrik Rintangan kekonduksian konduktor 1 ohm dipanggil Siemens.

Apabila suhu menurun, rintangan logam berkurangan. Tetapi terdapat logam dan aloi, yang rintangannya, pada suhu rendah khusus untuk setiap logam dan aloi, berkurangan secara mendadak dan menjadi semakin kecil - hampir sama dengan sifar (Rajah 81, b). akan datang superkonduktiviti- konduktor hampir tidak mempunyai rintangan, dan kerana arus teruja di dalamnya wujud untuk masa yang lama, manakala konduktor berada pada suhu superkonduktor (dalam salah satu eksperimen, arus diperhatikan selama lebih daripada setahun). Apabila melepasi ketumpatan arus melalui superkonduktor 1200 a/mm 2 tiada pelepasan haba diperhatikan. Logam monovalen, yang merupakan pengalir arus terbaik, tidak berubah menjadi keadaan superkonduktor hingga ke suhu yang sangat rendah di mana eksperimen dijalankan. Sebagai contoh, dalam eksperimen ini, tembaga telah disejukkan 0.0156°K, emas - sehingga 0.0204° K. Sekiranya mungkin untuk mendapatkan aloi dengan superkonduktiviti pada suhu biasa, ini akan menjadi sangat penting untuk kejuruteraan elektrik.

Menurut konsep moden, sebab utama superkonduktiviti adalah pembentukan pasangan elektron terikat. Pada suhu superkonduktiviti, daya pertukaran mula bertindak antara elektron bebas, menyebabkan elektron membentuk pasangan elektron terikat. Gas elektron pasangan elektron terikat sedemikian mempunyai sifat yang berbeza daripada gas elektron biasa - ia bergerak dalam superkonduktor tanpa geseran terhadap nod kekisi kristal.

Kebergantungan rintangan pada suhu

Rintangan R bagi konduktor homogen keratan rentas malar bergantung pada sifat bahan konduktor, panjang dan keratan rentasnya seperti berikut:

di mana ρ - kerintangan bahan konduktor, L ialah panjang konduktor, dan S- Luas keratan rentas. Timbal balik kerintangan dipanggil kekonduksian. Kuantiti ini berkaitan dengan suhu oleh formula Nernst-Einstein:

Oleh itu, rintangan konduktor adalah berkaitan dengan suhu seperti berikut:

Rintangan juga boleh bergantung pada parameter dan, kerana keratan rentas dan panjang konduktor juga bergantung pada suhu.

Yayasan Wikimedia. 2010.

Lihat apakah "Pergantungan rintangan pada suhu" dalam kamus lain:

Bersyarat penamaan grafik termometer rintangan Termometer rintangan ialah peranti elektronik yang direka untuk mengukur suhu dan berdasarkan pergantungan rintangan elektrik... Wikipedia

termometer rintangan- Termometer, prinsip operasinya adalah berdasarkan pergantungan rintangan elektrik bahan unsur sensitif termometer pada suhu. [RD 01.120.00 KTN 228 06] Termometer rintangan kenderaan ialah termometer, sebagai peraturan... ... Panduan Penterjemah Teknikal

GOST 6651-2009: Sistem keadaan untuk memastikan keseragaman ukuran. Penukar haba rintangan diperbuat daripada platinum, kuprum dan nikel. Keperluan teknikal am dan kaedah ujian- Terminologi GOST 6651 2009: Sistem negeri memastikan keseragaman ukuran. Penukar haba rintangan diperbuat daripada platinum, kuprum dan nikel. Adalah biasa keperluan teknikal dan kaedah ujian dokumen asal: 3.18 masa tindak balas terma ...

GOST R 8.625-2006: Sistem keadaan untuk memastikan keseragaman ukuran. Termometer rintangan diperbuat daripada platinum, kuprum dan nikel. Keperluan teknikal am dan kaedah ujian- Terminologi GOST R 8.625 2006: Sistem keadaan untuk memastikan keseragaman ukuran. Termometer rintangan diperbuat daripada platinum, kuprum dan nikel. Keperluan teknikal am dan kaedah ujian dokumen asal: 3.18 masa tindak balas terma: Masa ... Buku rujukan kamus istilah dokumentasi normatif dan teknikal

Nilai yang sama dengan perubahan relatif dalam rintangan elektrik bahagian litar elektrik atau kerintangan bahan apabila suhu berubah sebanyak satu. Pekali suhu rintangan mencirikan pergantungan... ... Wikipedia

Fenomena yang ditemui oleh P.L Kapitsa (1941) dalam helium cecair superbendalir ialah apabila haba dipindahkan daripada pepejal. badan kepada helium cecair, perbezaan suhu p DT timbul pada antara muka. Ia kemudiannya ditubuhkan bahawa K. s. t. fizikal am... ... Ensiklopedia fizikal

julat ukuran penukar haba rintangan- 3.7 julat pengukuran penukar haba rintangan: Julat suhu di mana pergantungan rintangan penukar haba rintangan pada suhu, dinormalkan mengikut piawaian ini, dijalankan dalam had ... ... Buku rujukan kamus istilah dokumentasi normatif dan teknikal

sensor termometer rintangan- 3.2 unsur sensitif termometer rintangan; SE: Perintang yang diperbuat daripada dawai logam atau filem dengan plumbum untuk memasang wayar penyambung, mempunyai pergantungan diketahui rintangan elektrik pada suhu dan... ... Buku rujukan kamus istilah dokumentasi normatif dan teknikal

unsur sensitif penukar haba rintangan- 3.2 unsur sensitif penukar haba rintangan; SE: Perintang yang diperbuat daripada wayar logam atau filem dengan plumbum untuk memasang wayar penyambung, mempunyai pergantungan yang diketahui bagi rintangan elektrik pada... ... Buku rujukan kamus istilah dokumentasi normatif dan teknikal

julat sukatan termometer rintangan- 3.7 julat pengukuran termometer rintangan: Julat suhu di mana pergantungan rintangan kenderaan pada suhu, dinormalkan mengikut piawaian ini, dijalankan dalam kelas toleransi yang sepadan. Sumber… Buku rujukan kamus istilah dokumentasi normatif dan teknikal

Buku

• Fizik: fizik kuantum. Bengkel makmal. Buku teks untuk ijazah sarjana muda gunaan, Gorlach V.V. Kategori: Bahan didaktik, bengkel Siri: Sarjana Muda. Kursus gunaan Penerbit: Yurayt,
• Fizik: fizik kuantum. Bengkel makmal ed. ke-2, rev. dan tambahan Buku teks untuk ijazah sarjana muda yang digunakan, Viktor Vasilievich Gorlach, V buku teks dibentangkan kerja makmal mengenai topik: pengukuran suhu dengan kaedah nisbah spektrum, penentuan pemalar Stefan Boltzmann, kesan fotoelektrik luaran, spektrum... Kategori: Sastera pendidikan Siri: Sarjana Muda. Kursus gunaan Penerbit:

Rintangan elektrik hampir semua bahan bergantung pada suhu. Sifat pergantungan ini ialah bahan yang berbeza berbeza.

Dalam logam yang mempunyai struktur kristal, laluan bebas elektron sebagai pembawa cas dihadkan oleh perlanggaran mereka dengan ion yang terletak di nod kekisi kristal. Semasa perlanggaran, tenaga kinetik elektron dipindahkan ke kekisi. Selepas setiap perlanggaran, elektron, di bawah pengaruh kuasa medan elektrik, meningkatkan kelajuan semula dan, semasa perlanggaran berikutnya, menyerahkan tenaga yang diperoleh kepada ion kekisi kristal, meningkatkan getarannya, yang membawa kepada peningkatan dalam suhu bahan. Oleh itu, elektron boleh dianggap sebagai perantara dalam penukaran tenaga elektrik kepada tenaga haba. Peningkatan suhu disertai dengan peningkatan dalam gerakan terma huru-hara zarah bahan, yang membawa kepada peningkatan dalam bilangan perlanggaran elektron dengan mereka dan merumitkan pergerakan elektron tertib.

Bagi kebanyakan logam, dalam suhu operasi, kerintangan meningkat secara linear

di mana Dan - kerintangan pada suhu awal dan akhir;

- pekali malar untuk logam tertentu, dipanggil pekali rintangan suhu (TCR);

T1 dan T2 - suhu awal dan akhir.

Bagi konduktor jenis kedua, peningkatan suhu membawa kepada peningkatan pengionan mereka, oleh itu TCS jenis konduktor ini adalah negatif.

Nilai kerintangan bahan dan TCS mereka diberikan dalam buku rujukan. Biasanya, nilai kerintangan biasanya diberikan pada suhu +20 °C.

Rintangan konduktor diberikan oleh

R2 = R1
(2.1.2)

Contoh Tugasan 3

Tentukan rintangan dawai kuprum bagi talian penghantaran dua wayar pada + 20 ° C dan + 40 ° C, jika keratan rentas wayar S =

120 mm , dan panjang garisan = 10 km.

Penyelesaian

Menggunakan jadual rujukan kita dapati kerintangan kuprum pada + 20 °C dan pekali rintangan suhu :

= 0.0175 Ohm mm /m; = 0.004 darjah .

Mari tentukan rintangan wayar pada T1 = +20 °C menggunakan formula R = , dengan mengambil kira panjang wayar ke hadapan dan belakang talian:

R1 = 0.0175
2 = 2.917 Ohm.

Kami mencari rintangan wayar pada suhu + 40°C menggunakan formula (2.1.2)

R2 = 2.917 = 3.15 Ohm.

Senaman

Garis atas kepala tiga wayar panjang L diperbuat daripada wayar, jenama 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 daripada Jadual 2.1.

Perlu diingatkan bahawa masalahnya, tidak seperti contoh, melibatkan pengiraan yang berkaitan dengan wayar satu talian. Dalam jenama wayar kosong, huruf menunjukkan bahan wayar (A - aluminium; M - tembaga), dan nombor menunjukkan keratan rentas wayar dalam mm .

Jadual 2.1

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

ETM/PM” dan No. 3 (TOE – ETM/IM)