\u003e Temperaturna odvisnost upora

Ugotovite, kako odpornost je odvisna od temperature: primerjava odvisnosti odpornosti materialov in upornosti od temperature, polprevodnik.

Odpornost in upornost temeljita na temperaturi in to linearno.

Učni cilj

• Primerjajte temperaturno odvisnost specifične in navadne upornosti pri velikih in majhnih nihanjih.

Ključne točke

• Ko se temperatura spremeni za 100 ° C, se upornost (ρ) spremeni iz ΔT kot: p \u003d p 0 (1 + αΔT), kjer je ρ 0 začetna upornost in α temperaturni koeficient upornosti.
• Pri resnih spremembah temperature je opazna nelinearna sprememba upora.
• Odpornost predmeta je sorazmerna specifični, zato kaže isto temperaturno odvisnost.

Pogoji

• Polprevodnik je snov z električnimi lastnostmi, ki jo označujejo za dobrega prevodnika ali izolatorja.
• Temperaturni koeficient upornosti je empirična količina (α), ki opisuje spremembo upora ali upornosti s temperaturnim indeksom.
• Upornost je stopnja, v kateri se material upira električnemu toku.

Odpornost materialov temelji na temperaturi, zato se izkaže, da sledimo odvisnosti upornosti od temperature. Nekateri lahko postanejo superprevodniki (ničelni upor) pri zelo nizkih temperaturah, drugi pa pri visokih. Vibracijska hitrost atomov se poveča na velikih razdaljah, zato elektroni, ki se gibljejo skozi kovino, pogosteje trčijo in povečujejo odpornost. Upornost se spreminja glede na temperaturo ΔT:

Odpornost določenega vzorca živega srebra doseže ničlo pri izjemno nizkem temperaturnem indeksu (4,2 K). Če je kazalnik nad to oznako, opazimo nenaden skok upora in nato skoraj linearno povečanje s temperaturo

p \u003d p 0 (1 + αΔT), kjer je ρ 0 začetna upornost in α temperaturni koeficient upornosti. Pri resnih temperaturnih spremembah se lahko α spremeni in iskanje p lahko zahteva nelinearno enačbo. Zato včasih ostane puščanje temperature, pri kateri se je snov spremenila (na primer α15).

Omeniti velja, da je α pozitiven za kovine, upornost pa narašča s temperaturo. Običajno je za kovine s približno sobno temperaturo temperaturni koeficient +3 × 10 -3 K -1 do +6 × 10 -3 K -1. Obstajajo zlitine, ki so razvite posebej za zmanjšanje temperaturne odvisnosti. Na primer, pri manganinu je α blizu nič.

Ne pozabite tudi, da je α negativen za polprevodnike, torej da se njihova upornost z naraščajočo temperaturo zmanjšuje. To so odlični prevodniki pri visokih temperaturah, ker povečano temperaturno mešanje poveča količino prostih nabojev za prenos toka.

Odpornost objekta temelji tudi na temperaturi, saj je R 0 lociran v sorazmerju s p. Vemo, da je za valj R \u003d ρL / A. Če se L in A s temperaturo ne spreminjata veliko, potem ima R enako temperaturno odvisnost kot ρ. Izkazalo se je:

R \u003d R 0 (1 + αΔT), kjer je R 0 začetni upor in R je upor po spremembi temperature T.

Poglejmo odpornost temperaturnega senzorja. Številni termometri delujejo po tej shemi. Najpogostejši primer je termistor. To je polprevodniški kristal z močno temperaturno odvisnostjo. Naprava je majhna, zato hitro preide v toplotno ravnovesje s človeškim delom, ki se ga dotakne.

Termometri temeljijo na avtomatskem merjenju temperaturne odpornosti termistorja

Upornost in s tem odpornost kovin je odvisna od temperature, ki se povečuje z njeno rastjo. Temperaturna odvisnost upora prevodnika se razloži z dejstvom, da

1. intenzivnost sipanja (število trkov) nosilcev naboja narašča s povečanjem temperature;
2. njihova koncentracija se spremeni, ko se dirigent segreje.

Izkušnje kažejo, da so pri previsokih in ne prenizkih temperaturah odvisnosti upornosti in upora prevodnika od temperature izražene s formulami:

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

kje ρ 0 , ρ   t so upori prevodne snovi pri 0 ° C in t  ° C; R 0 , R  t je upor vodnika pri 0 ° C in t  ° C α   - temperaturni koeficient odpornosti: izmerjen v SI v Kelvinu do minus prve stopnje (K -1). Za kovinske vodnike so te formule uporabne od temperature 140 K in več.

Temperaturni koeficient  odpornost snovi označuje odvisnost spremembe upora pri segrevanju od vrste snovi. Številčno je enaka relativni spremembi upora (upornosti) prevodnika, ko se segreje za 1 K.

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

kjer je \\ (~ \\ mathcal h \\ alfa \\ mathcal i \\) povprečna vrednost temperaturnega koeficienta upora v intervalu Δ Τ .

Za vse kovinske prevodnike α   \u003e 0 in se rahlo spreminja s temperaturo. Čiste kovine α   \u003d 1/273 K -1. V kovinah je koncentracija nosilcev prostega naboja (elektronov) n  \u003d const in povečanje ρ   nastane zaradi povečanja intenzivnosti sipanja prostih elektronov na ione kristalne rešetke.

Za raztopine elektrolitov α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α   \u003d -0,02 K -1. Odpornost elektrolitov se zmanjšuje z naraščanjem temperature, saj povečanje števila prostih ionov zaradi disocijacije molekul presega rast ionskega razprševanja pri trčenju z molekulami topila.

Formule odvisnosti ρ   in R  temperatura za elektrolite je podobna zgornjim formulam za kovinske vodnike. Treba je opozoriti, da je ta linearna odvisnost ohranjena le v majhnem temperaturnem območju, v katerem α   \u003d konst. V velikih intervalih temperaturnih sprememb postane temperaturna odvisnost odpornosti elektrolitov nelinearna.

Grafično je temperaturna odvisnost odpornosti kovinskih prevodnikov in elektrolitov prikazana na slikah 1, a, b.

Pri zelo nizkih temperaturah, blizu absolutne ničle (-273 ° С), odpornost mnogih kovin nenadoma pade na nič. Ta pojav se imenuje superprevodnost. Kovina preide v superprevodno stanje.

Odpornost kovine od temperature se uporablja v odpornih termometrih. Običajno se kot termometrično telo takega termometra šteje platina, katere odvisnost od temperature je bila dovolj raziskana.

Temperaturne spremembe ocenjujemo po spremembi upora žice, ki jo je mogoče izmeriti. Takšni termometri omogočajo merjenje zelo nizkih in zelo visokih temperatur, kadar običajni tekoči termometri niso primerni.

Literatura

Aksenovič L. A. Fizika v srednji šoli: Teorija. Naloge. Testi: Učbenik. dodatek za institucije, ki zagotavljajo splošno. okolja, šolstvo / L. A. Aksenovič, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn: Adukatsy I vыkhavanne, 2004. - C. 256-257.

Delci prevodnika (molekule, atomi, ioni), ki niso vključeni v tvorbo toka, so v toplotnem gibanju, delci, ki tvorijo tok, pa so hkrati v toplotnem in smernem gibanju pod vplivom električnega polja. Zaradi tega nastanejo številni trki med delci, ki tvorijo tok, in delci, ki niso vključeni v njegovo tvorbo, pri čemer prvi oddajo del energije trenutnega vira, ki ga prenašajo na drugega. Več kolikor je trkov, manjša je hitrost urejenega gibanja delcev, ki tvorijo tok. Kot je razvidno iz formule I \u003d enνS, zmanjšanje hitrosti vodi do zmanjšanja jakosti toka. Pokliče se skalarna količina, ki označuje lastnost prevodnika, da zmanjša trenutno moč odpornost prevodnika.  Iz Ohmove zakonske formule, odpor Ohm je upor prevodnika, v katerem se tok pridobi s silo 1 a  pri napetosti na koncih vodnika 1 in.

Odpornost prevodnika je odvisna od njegove dolžine l, preseka S in materiala, za katerega je značilna upornost Daljši je prevodnik, več je na enoto časa trkov delcev, ki tvorijo tok z delci, ki ne sodelujejo pri njegovem nastanku, in s tem večji upor prevodnika. Manjši ko je presek prevodnika, bolj gost je tok delcev, ki tvorijo tok, in pogosteje se trčijo z delci, ki ne sodelujejo pri njegovem tvorjenju, in s tem večji odpor vodnika.

Pod vplivom električnega polja se delci, ki tvorijo tok med trki, pospešeno premikajo, povečajo svojo kinetično energijo zaradi energije polja. V trčenju z delci, ki ne tvorijo toka, nanje prenašajo del svoje kinetične energije. Posledično se poveča notranja energija prevodnika, kar se zunaj kaže v njegovem segrevanju. Razmislite, ali se upor vodnika spremeni, ko se segreje.

V električnem vezju je tuljava jeklene žice (vrvica, slika 81, a). Ko zapremo verigo, začnemo segrevati žico. Bolj ko ga segrevamo, nižji od ampermetra kaže trenutno moč. Njeno zmanjšanje je posledica dejstva, da se kovine segrejejo, njihova odpornost se poveča. Torej, odpornost las žarnice, ko ni osvetljena, je približno 20 ohmmed kurjenjem (2900 ° S) - 260 ohm. Ko se kovina segreva, se poveča toplotno gibanje elektronov in hitrost nihanja ionov v kristalni rešetki, zaradi česar se poveča število trkov elektronov, ki tvorijo tok z ioni. To povzroči povečanje upora prevodnika *. V kovinah so prosti elektroni zelo močno povezani z ioni, zato se pri segrevanju kovin število prostih elektronov praktično ne spremeni.

* (Na podlagi elektronske teorije ni mogoče sklepati o natančnem zakonu odvisnosti odpornosti od temperature. Tak zakon je ustanovljen s kvantno teorijo, v kateri se šteje, da je elektron kot delček z valovnimi lastnostmi, gibanje prevodnega elektrona skozi kovino pa se šteje za proces širjenja elektronskih valov, katerega dolžina je določena z razmerjem de Broglie.)

Poskusi kažejo, da ko se temperatura prevodnikov iz različnih snovi spremeni za isto število stopinj, se njihova odpornost neenako spreminja. Na primer, če je imel bakreni prevodnik upor 1 ohmnato po segrevanju na 1 ° C  imel bo odpor 1.004 ohmvolfram in volfram - 1.005 ohm Za karakterizacijo odvisnosti upora prevodnika od njegove temperature se vnese vrednost, imenovana temperaturni koeficient upora. Skalarna vrednost, izmerjena s spremembo upora prevodnika 1 ohma pri 0 ° C, od spremembe temperature za 1 ° C, se imenuje temperaturni koeficient upora α. Torej, pri volframu je ta koeficient 0,005 deg -1, za baker - 0,004 deg -1.  Temperaturni koeficient upora je odvisen od temperature. Pri kovinah se malo spreminja s temperaturo. Z majhnim temperaturnim razponom velja za konstantno za določen material.

Izpeljemo formulo, po kateri se izračuna upor vodnika ob upoštevanju njegove temperature. Predpostavimo, da R 0  - upor prevodnika na 0 ° Cpri segrevanju na 1 ° C  povečala se bo za αR 0, in pri segrevanju na t °  - naprej αRt °  in postane R \u003d R 0 + αR 0 t °ali

Odvisnost kovinske odpornosti od temperature se upošteva, na primer pri izdelavi spirale za električne grelnike, svetilke: dolžina spiralne žice in dovoljena jakost toka se izračunata iz njihove upornosti v ogrevanem stanju. Odvisnost kovinske odpornosti od temperature se uporablja v odpornih termometrih, ki se uporabljajo za merjenje temperature toplotnih motorjev, plinskih turbin, kovin v plavžih itd. Ta termometer je sestavljen iz tanke platine (niklja, železa), spiralno navito na porcelanskem okvirju in postavljen v zaščitni kovček. Njeni konci so povezani z električnim krogom z ampermetrom, katerega lestvica je umerjena v stopinjah temperature. Ko se spirala segreje, se tok v tokokrogu zmanjša, zaradi česar se ampermeter premika, kar prikazuje temperaturo.

Povzroči se upornost upora določenega odseka, vezja električna prevodnost prevodnika  (električna prevodnost). Vodljivost Večja je prevodnost prevodnika, nižja je njegova upornost in boljši je tok. Ime enote prevodnosti   Odpornost prevodnika 1 ohm  klical siemens

Z zniževanjem temperature se odpornost kovin zmanjšuje. Obstajajo pa kovine in zlitine, katerih odpornost se pri nizki temperaturi, določeni za vsako kovino in zlitino, naglo zmanjša in postane izginja majhna - praktično enaka nič (sl. 81, b). Prihaja superprevodnost - prevodnik praktično nima upora in ko tok, ki se v njem vzbuja, obstaja dlje časa, ko je prevodnik pri nadprovodni temperaturi (v enem od poskusov smo tok opazovali več kot leto). Pri prehodu skozi gostoto toka superprevodnika 1200 a / mm 2  ni bilo opaziti sproščanja toplote. Monovalentne kovine, ki so najboljši tokovni prevodniki, ne prehajajo v superprevodno stanje vse do izjemno nizkih temperatur, pri katerih so bili izvedeni poskusi. Na primer, v teh poskusih smo baker ohladili 0,0156 ° K,  zlato gor 0,0204 ° K.  Če bi bilo mogoče pri običajnih temperaturah dobiti zlitine s superprevodnostjo, bi bilo to zelo pomembno za elektrotehniko.

Po sodobnih konceptih je glavni razlog za superprevodnost nastanek spojenih elektronskih parov. Pri superprevodni temperaturi začnejo izmenjujoče sile delovati med prostimi elektroni, zato elektroni tvorijo vezane pare elektronov. Takšen elektronski plin iz sklopljenih elektronskih parov ima druge lastnosti kot navaden elektronski plin - v superprevodniku se brez trenja premika proti vozliščem kristalne rešetke.

Temperaturna odvisnost upora

Upor R homogenega prevodnika s konstantnim presekom je odvisen od lastnosti snovi prevodnika, njegove dolžine in preseka, kot sledi:

kjer je ρ - upornost  prevodne snovi L  je dolžina prevodnika in S  - površina preseka. Vzajemnost upora se imenuje prevodnost. Ta vrednost je povezana s temperaturo po formuli Nernst-Einstein:

Posledično je upor vodnika na temperaturo povezan z naslednjim razmerjem:

Odpornost je lahko odvisna tudi od parametrov in, ker sta presek in dolžina prevodnika odvisna tudi od temperature.

Wikimedia Foundation. 2010

Poglejte, kaj je "temperaturna odvisnost odpornosti" v drugih slovarjih:

Konvencionalna grafična oznaka upornega termometra Uporni termometer je elektronska naprava, ki je zasnovana za merjenje temperature in temelji na odvisnosti električnega upora ... Wikipedia

uporni termometer  - Termometer, katerega načelo temelji na uporabi temperaturne odvisnosti električne upornosti materiala občutljivega elementa termometra. [RD 01.120.00 KTN 228 06] Termometer z upornostjo TC je praviloma termometer, ... Tehnična referenca prevajalca

GOST 6651-2009: Državni sistem za zagotavljanje enotnosti meritev. Odporni termoparovi iz platine, bakra in niklja. Splošne tehnične zahteve in preskusne metode  - Terminologija GOST 6651 2009: Državni sistem za zagotavljanje enotnosti meritev. Odporni termoparovi iz platine, bakra in niklja. Splošne tehnične zahteve in preskusne metode Izvirni dokument: 3.18 toplotni reakcijski čas ...

GOST R 8.625-2006: Državni sistem za zagotavljanje enotnosti meritev. Uporni termometri iz platine, bakra in niklja. Splošne tehnične zahteve in preskusne metode  - Terminologija GOST R 8.625 2006: Državni sistem za zagotavljanje enotnosti meritev. Uporni termometri iz platine, bakra in niklja. Splošne tehnične zahteve in preskusne metode Izvirni dokument: 3.18 Čas toplotne reakcije: Čas ... Slovar izrazov normativne in tehnične dokumentacije

Vrednost, ki je enaka relativni spremembi električne upornosti dela električnega tokokroga ali upornosti snovi, kadar se temperatura spremeni za eno. Temperaturni koeficient odpornosti označuje odvisnost ... ... Wikipedia

Odkritje P. L. Kapitsa (1941) pojava v presežka tekočem heliju, ki je sestavljeno iz dejstva, da ko se toplota prenaša s televizorja. telesa do tekočega helija na vmesniku je razlika v temperaturi p DT. Nadalje je bilo ugotovljeno, da je K. s. t. splošno fizično ... ... ... Fizična enciklopedija

območje merjenja upora  - 3,7 območje merjenja upornega termokonverterja: temperaturno območje, v katerem je temperaturna odvisnost upora upornega termokonverterja, normalizirana v skladu s tem standardom, izvedena v temperaturnem območju ... ... Slovar izrazov normativne in tehnične dokumentacije

uporni senzor termometra  - 3,2 občutljiv element upornega termometra; CE: Upor iz kovinske žice ali folije z vodili za pritrditev povezovalnih žic, ki ima znano odvisnost električnega upora od temperature in ... Slovar izrazov normativne in tehnične dokumentacije

senzor termoelementa upornosti  - 3,2 občutljiv element upornega toplotnega pretvornika; CE: Upor iz kovinske žice ali folije z vodili za pritrditev povezovalnih žic, ki ima znano odvisnost električnega upora od ... ... Slovar izrazov normativne in tehnične dokumentacije

merilno območje upornega termometra - 3,7 merilno območje upornega termometra: temperaturno območje, v katerem je temperaturna odvisnost upora vozila, normalizirana v skladu s tem standardom, izvedena v ustreznem tolerančnem razredu. Vir ... Slovar izrazov normativne in tehnične dokumentacije

Knjige

• Fizika: kvantna fizika. Laboratorijska delavnica. Učbenik za uporabno diplomo, Gorlach VV Kategorija: didaktični materiali, delavnice Serija: Bachelor Uporabljeni tečaj Založnik: Yurait,
• Fizika: kvantna fizika. Laboratorijska delavnica 2. izd., Izv. in dodaj. Učbenik za uporabno diplomo, Victor Gorlach, Učbenik vsebuje laboratorijsko delo na naslednje teme: merjenje temperature z metodo spektralnih razmerij, določanje konstante Stefana Boltzmanna, zunanji fotoelektrični učinek, spekter ... Kategorija: Učbeniki Serija: Bachelor Uporabljeni tečaj  Založnik:

Električna upornost skoraj vseh materialov je odvisna od temperature. Narava te odvisnosti je pri različnih materialih različna.

V kovinah s kristalno strukturo je prosta pot elektronov kot nosilcev naboja omejena z njihovimi trki z ioni, ki se nahajajo v vozliščih kristalne rešetke. V trčenju se kinetična energija elektronov prenese na rešetko. Po vsakem trku elektroni pod vplivom sil električnega polja znova pridobijo hitrost in ob poznejših trčenjih prenesejo pridobljeno energijo na ione kristalne rešetke, povečajo njihove vibracije, kar vodi v zvišanje temperature snovi. Tako lahko elektrone štejemo za posrednike pri pretvorbi električne energije v toplotno energijo. Povišanje temperature spremlja povečanje kaotičnega toplotnega gibanja delcev snovi, kar vodi v povečanje števila trkov elektronov z njimi in otežuje urejeno gibanje elektronov.

Za večino kovin se upornost linearno poveča v območju delovne temperature.

kje in - upornosti pri začetnih in končnih temperaturah;

- konstanta za dani kovinski koeficient, imenovan temperaturni koeficient upora (TCS);

T1 in T2 sta začetni in končni temperaturi.

Pri drugih vrstah prevodnikov zvišanje temperature vodi do povečanja njihove ionizacije, zato je TCS te vrste prevodnikov negativen.

Vrednosti upornosti snovi in \u200b\u200bnjihovih TCS so podane v referenčnih knjigah. Običajno so vrednosti upornosti podane pri temperaturi +20 ° C.

Upor prevodnika se določi z izrazom

R2 \u003d R1
(2.1.2)

3. naloga

Določite upornost bakrene žice dvožičnega daljnovoda pri + 20 ° C in +40 ° C, če je presek žice S \u003d

120 mm , dolžina proge l \u003d 10 km.

Rešitev

Glede na referenčne tabele najdemo upornost baker pri + 20 ° C in temperaturni koeficient odpornosti :

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

Upor žice določimo pri T1 \u003d +20 ° C po formuli R \u003d , upoštevajoč dolžino sprednje in povratne žice proge:

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

Odpornost žic pri temperaturi + 40 ° C bomo našli po formuli (2.1.2)

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

Naloga

Z žico je narejen zračni trižični vod dolžine L, katerega oznaka je navedena v tabeli 2.1. Z zgornjim primerom je treba najti vrednost, označeno z znakom »?« In izbrati možnost s podatki, ki so v njej navedeni v tabeli 2.1.

Treba je opozoriti, da so v nalogi, za razliko od primera, podani izračuni, povezani z eno žico vrstice. Pri znamkah golih žic črka označuje material žice (A - aluminij; M - baker), številka pa kaže prerez žice vmm .

Tabela 2.1

Študija gradiva se konča s preskusi št. 2 (TOE-

ETM / PM ”in št. 3 (TOE - ETM / IM)