Содержание

Зависимость сопротивления проводника от температуры

  

Практически в электротехнике выло выявлено, что с увеличением температуры сопротивление проводников из металла возрастает, а с понижением уменьшается. Для всех проводников из металла это изменение сопротивления почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1°С.

Если быть точным, то на самом деле при изменении температуры проводника изменяется его удельное сопротивление, которое имеет следующую зависимость:

 

где ρ и ρ0, R и R0 - соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при температурах t и 0°С (шкала Цельсия), α - температурный коэффициент сопротивления, [α] = град-1.

Изменение удельного сопротивления проводника приводит к изменения самого сопротивления, что видно из следующего выражения:

 

Зная электронную теорию строения вещества можно дать следующее объяснение увеличению сопротивления металлических проводников с повышением температуры. При увеличении температуры проводник получает тепловую энергию, которая несомненно передается всем атомам вещества, в результате чего .возрастает их тепловое движение. Увеличившееся тепловое движение атомов создает большее сопротивление направленному движению свободных электронов (увеличивается вероятность столкновения свободных электронов с атомами), от этого и возрастает сопротивление проводника.

 С понижением температуры направленное движение электронов облегчается (уменьшается возможность столкновения свободных электронов с атомами), и сопротивление проводника уменьшается. Этим объясняется интересное явление — сверхпроводимость металлов. Сверхпроводимость, т. е. уменьшение сопротивления металлов до нуля, наступает при огромной отрицательной температуре —273° С, называемой абсолютным нулем. При температуре абсолютного нуля атомы металла как бы застывают на месте, совершенно не препятствуя движению электронов.

График звисимости сопротивления металлического проводника от температуры представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления металлического проводника от температуры

 

Необходимо сказать, что сопротивление электролитов и полупроводников (уголь, селен и другие) с увеличением температуры уменьшается.

Температурная зависимость сопротивления электролита объясняется также в основном изменением удельного сопротивления,однако всегда температурный коэффициент сопротивления - α <0.

 

Поэтому кривая зависимости сопротивленя электролита от температуры имеет вид, представленый на рисунке 2.

 

Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления электролита от температуры

 Ддя полупроводников характер изменения удельного сопротивления от температуры будет схож с таковым для элетролитов.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Как изменяется сопротивление проводника при повышении температуры

Зависимость сопротивления проводника от температуры

Удельное сопротивление, а следовательно, и сопротивление металлов, зависит от температуры, увеличиваясь с ее ростом.

Температурная зависимость сопротивления проводника объясняется тем, что

  1. возрастает интенсивность рассеивания (число столкновений) носителей зарядов при повышении температуры;
  2. изменяется их концентрация при нагревании проводника.

Опыт показывает, что при не слишком высоких и не слишком низких температурах зависимости удельного сопротивления и сопротивления проводника от температуры выражаются формулами:

ho_t =
ho_0 (1 + alpha t) ,) (

R_t = R_0 (1 + alpha t) ,)

где ρ0, ρt — удельные сопротивления вещества проводника соответственно при 0 °С и t °C; R0, Rt — сопротивления проводника при 0 °С и t °С, α — температурный коэффициент сопротивления: измеряемый в СИ в Кельвинах в минус первой степени (К -1 ). Для металлических проводников эти формулы применимы начиная с температуры 140 К и выше.

Температурный коэффициент сопротивления вещества характеризует зависимость изменения сопротивления при нагревании от рода вещества.

Он численно равен относительному изменению сопротивления (удельного сопротивления) проводника при нагревании на 1 К.

mathcal h alpha mathcal i) — среднее значение температурного коэффициента сопротивления в интервале ΔΤ.

Для всех металлических проводников α > 0 и слабо изменяется с изменением температуры. У чистых металлов α = 1/273 К -1 . У металлов концентрация свободных носителей зарядов (электронов) n = const и увеличение ρ происходит благодаря росту интенсивности рассеивания свободных электронов на ионах кристаллической решетки.

Для растворов электролитов α -1 . Сопротивление электролитов с ростом температуры уменьшается, так как увеличение числа свободных ионов из-за диссоциации молекул превышает рост рассеивания ионов при столкновениях с молекулами растворителя.

Формулы зависимости ρ и R от температуры для электролитов аналогичны приведенным выше формулам для металлических проводников. Необходимо отметить, что эта линейная зависимость сохраняется лишь в небольшом диапазоне изменения температур, в котором α = const.

При больших же интервалах изменения температур зависимость сопротивления электролитов от температуры становится нелинейной.

Графически зависимости сопротивления металлических проводников и электролитов от температуры изображены на рисунках 1, а, б.

При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю (-273 °С), сопротивление многих металлов скачком падает до нуля. Это явление получило название сверхпроводимости. Металл переходит в сверхпроводящее состояние.

Зависимость сопротивления металлов от температуры используют в термометрах сопротивления. Обычно в качестве термометрического тела такого термометра берут платиновую проволоку, зависимость сопротивления которой от температуры достаточно изучена.

Об изменениях температуры судят по изменению сопротивления проволоки, которое можно измерить. Такие термометры позволяют измерять очень низкие и очень высокие температуры, когда обычные жидкостные термометры непригодны.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 256-257.

Зависимость сопротивления проводника от температуры

Удельное сопротивление, а следовательно, и сопротивление металлов, зависит от температуры, увеличиваясь с ее ростом. Температурная зависимость сопротивления проводника объясняется тем, что

  1. возрастает интенсивность рассеивания (число столкновений) носителей зарядов при повышении температуры;
  2. изменяется их концентрация при нагревании проводника.

Опыт показывает, что при не слишком высоких и не слишком низких температурах зависимости удельного сопротивления и сопротивления проводника от температуры выражаются формулами:

ho_t =
ho_0 (1 + alpha t) ,) (

R_t = R_0 (1 + alpha t) ,)

где ρ0, ρt — удельные сопротивления вещества проводника соответственно при 0 °С и t °C; R0, Rt — сопротивления проводника при 0 °С и t °С, α — температурный коэффициент сопротивления: измеряемый в СИ в Кельвинах в минус первой степени (К -1 ).

Для металлических проводников эти формулы применимы начиная с температуры 140 К и выше.

Температурный коэффициент сопротивления вещества характеризует зависимость изменения сопротивления при нагревании от рода вещества. Он численно равен относительному изменению сопротивления (удельного сопротивления) проводника при нагревании на 1 К.

mathcal h alpha mathcal i) — среднее значение температурного коэффициента сопротивления в интервале ΔΤ.

Для всех металлических проводников α > 0 и слабо изменяется с изменением температуры. У чистых металлов α = 1/273 К -1 . У металлов концентрация свободных носителей зарядов (электронов) n = const и увеличение ρ происходит благодаря росту интенсивности рассеивания свободных электронов на ионах кристаллической решетки.

Для растворов электролитов α -1 . Сопротивление электролитов с ростом температуры уменьшается, так как увеличение числа свободных ионов из-за диссоциации молекул превышает рост рассеивания ионов при столкновениях с молекулами растворителя.

Формулы зависимости ρ и R от температуры для электролитов аналогичны приведенным выше формулам для металлических проводников. Необходимо отметить, что эта линейная зависимость сохраняется лишь в небольшом диапазоне изменения температур, в котором α = const. При больших же интервалах изменения температур зависимость сопротивления электролитов от температуры становится нелинейной.

Графически зависимости сопротивления металлических проводников и электролитов от температуры изображены на рисунках 1, а, б.

При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю (-273 °С), сопротивление многих металлов скачком падает до нуля. Это явление получило название сверхпроводимости. Металл переходит в сверхпроводящее состояние.

Зависимость сопротивления металлов от температуры используют в термометрах сопротивления. Обычно в качестве термометрического тела такого термометра берут платиновую проволоку, зависимость сопротивления которой от температуры достаточно изучена.

Об изменениях температуры судят по изменению сопротивления проволоки, которое можно измерить. Такие термометры позволяют измерять очень низкие и очень высокие температуры, когда обычные жидкостные термометры непригодны.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 256-257.

В своей практической деятельности каждый электрик встречается с разными условиями прохождения носителей зарядов в металлах, полупроводниках, газах и жидкостях. На величину тока влияет электрическое сопротивление, которое различным образом изменяется под влиянием окружающей среды.

Одним из таких факторов является температурное воздействие. Поскольку оно значительно изменяет условия протекания тока, то учитывается конструкторами в производстве электрооборудования. Электротехнический персонал, участвующий в обслуживании и эксплуатации электроустановок, обязан грамотно использовать эти особенности в практической работе.

Влияние температуры на электрическое сопротивление металлов

В школьном курсе физики предлагается провести такой опыт: взять амперметр, батарейку, отрезок проволоки, соединительные провода и горелку. Вместо амперметра с батарейкой можно подключить омметр или использовать его режим в мультиметре.

Далее необходимо собрать электрическую схему, показанную на картинке и замерить величину тока в цепи. Его значение показано на шкале миллиамперметра стрелкой черного цвета.

Теперь поднесем пламя горелки к проволоке и станем ее нагревать. Если смотреть на амперметр, то будет видно, что стрелка станет перемещаться влево и достигнет положения, отмеченного красным цветом.

Результат опыта демонстрирует, что при нагревании металлов их проводимость уменьшается, а сопротивление возрастает.

Математическое обоснование этого явления приведено формулами прямо на картинке. В нижнем выражении хорошо видно, что электрическое сопротивление «R» металлического проводника прямо пропорционально его температуре «Т» и зависит еще от нескольких параметров.

Как нагрев металлов ограничивает электрический ток на практике

Ежедневно при включении освещения мы встречаемся с проявлением этого свойства у ламп накаливания. Проведем несложные измерения на лампочке с мощностью 60 ватт.

Самым простым омметром, питающемся от низковольтной батарейки 4,5 V, замерим сопротивление между контактами цоколя и увидим значение 59 Ом. Этой величиной обладает нить накала в холодном состоянии.

Вкрутим лампочку в патрон и через амперметр подключим к ней напряжение домашней сети 220 вольт. Стрелка амперметра покажет 0,273 ампера. По закону Ома для участка цепи определим сопротивление нити в нагретом состоянии. Оно составит 896 Ом и превысит предыдущее показание омметра в 15,2 раза.

Такое превышение предохраняет металл тела накала от перегорания и разрушения, обеспечивая его длительную работоспособность под напряжением.

Переходные процессы при включении

При работе нити накала на ней создается тепловой баланс между нагревом от проходящего электрического тока и отводом части тепла в окружающую среду. Но, на первоначальном этапе включения при подаче напряжения возникают переходные процессы, создающие бросок тока, который может привести к перегоранию нити.

Переходные процессы протекают за короткое время и вызваны тем, что скорость возрастания электрического сопротивления от нагрева металла не успевает за увеличением тока. После их окончания устанавливается рабочий режим.

Во время длительного свечения лампы постепенно толщина ее нити доходит до критического состояния, которое приводит к перегоранию. Чаще всего этот момент возникает при очередном новом включении.

Для продления ресурса лампы различными способами уменьшают этот бросок тока, используя:

1. устройства, обеспечивающие плавную подачу и снятие напряжения;

2. схемы последовательного подключения к нити накала резисторов, полупроводников или терморезисторов (термисторов).

Пример одного из способов ограничения пускового тока для автомобильных светильников показан на картинке ниже.

Здесь ток на лампочку подается после включения тумблера SA через предохранитель FU и ограничивается резистором R, у которого номинал подбирается так, чтобы бросок тока во время переходных процессов не превышал номинальное значение.

При нагреве нити накала ее сопротивление возрастает, что ведет к увеличению разности потенциалов на ее контактах и параллельно подключенной обмотке реле KL1. Когда напряжение достигнет величины уставки реле, то нормально открытый контакт KL1 замкнется и зашунтирует резистор. Через лампочку начнет протекать рабочий ток уже установившегося режима.

Влияние температуры металла на его электрическое сопротивление используется в работе измерительных приборов. Их называют термометрами сопротивления.

Их чувствительный элемент выполняют тонкой проволочкой из металла, сопротивление которой тщательно замерено при определенных температурах. Эту нить монтируют в корпусе со стабильными термическими свойствами и закрывают защитным чехлом. Созданная конструкция помещается в среду, температуру которой необходимо постоянно контролировать.

На выводы чувствительного элемента монтируются провода электрической схемы, которыми подключается цепь замера сопротивления. Его величина пересчитывается в значения температуры на основе ранее произведенной калибровки прибора.

Бареттер — стабилизатор тока

Так называют прибор, состоящий из стеклянного герметичного баллона с газообразным водородом и металлической проволочной спиралью из железа, вольфрама или платины. Эта конструкция по внешнему виду напоминает лампочку накаливания, но она обладает специфической вольт-амперной нелинейной характеристикой.

На ВАХ в определенном ее диапазоне образуется рабочая зона, которая не зависит от колебаний приложенного на тело накала напряжения. На этом участке бареттер хорошо компенсирует пульсации питания и работает в качестве стабилизатора тока на подключенной последовательно к нему нагрузке.

Работа бареттера основана на свойстве тепловой инерции тела накала, которая обеспечивается маленьким сечением нити и высокой теплопроводностью окружающего ее водорода. За счет этого при снижении напряжения на приборе ускоряется отвод тепла с его нити.

Это основное отличие бареттера от осветительных ламп накаливания, в которых для поддержания яркости свечения стремятся уменьшить конвективные потери тепла с нити.

В обычных условиях среды при охлаждении металлического проводника происходит уменьшение его электрического сопротивления.

При достижении критической температуры, близкой к нулю градусов по системе измерения Кельвина, происходит резкое падение сопротивления до нулевого значения. На правой картинке показана такая зависимость для ртути.

Это явление, названное сверхпроводимостью, считается перспективной областью для исследований с целью создания материалов, способных значительно снизить потери электроэнергии при ее передаче на огромные расстояния.

Однако, продолжающиеся изучения сверхпроводимости выявили ряд закономерностей, когда на электрическое сопротивление металла, находящегося в области критических температур, влияют другие факторы. В частности, при прохождении переменного тока с повышением частоты его колебаний возникает сопротивление, величина которого доходит до диапазона обычных значений у гармоник с периодом световых волн.

Влияние температуры на электрическое сопротивление/проводимость газов

Газы и обычный воздух являются диэлектриками и не проводят электрический ток. Для его образования нужны носители зарядов, которыми выступают ионы, образующиеся в результате воздействия внешних факторов.

Нагрев способен вызвать ионизацию и движение ионов от одного полюса среды к другому. Убедиться в этом можно на примере простого опыта. Возьмем то же оборудование, которым пользовались для определения влияния нагрева на сопротивление металлического проводника, только вместо проволоки к проводам подключим две металлические пластины, разделенные воздушным пространством.

Подсоединенный к схеме амперметр покажет отсутствие тока. Если между пластинами поместить пламя горелки, то стрелка прибора отклонится от нулевого значения и покажет величину проходящего через газовую среду тока.

Таким образом установили, что в газах при нагревании происходит ионизация, приводящая к движению электрически заряженных частиц и снижению сопротивления среды.

На значении тока сказывается мощность внешнего приложенного источника напряжения и разность потенциалов между его контактами. Она способна при больших значениях пробить изоляционный слой газов. Характерным проявлением подобного случая в природе является естественный разряд молнии во время грозы.

Примерный вид вольт-амперной характеристики протекания тока в газах показан на графике.

На начальном этапе под действие температуры и разности потенциалов наблюдается рост ионизации и прохождение тока примерно по линейному закону. Затем кривая приобретает горизонтальное направление, когда увеличение напряжения не вызывает рост тока.

Третий этап пробоя наступает тогда, когда высокая энергия приложенного поля так разгоняет ионы, что они начинают соударяться с нейтральными молекулами, массово образуя из них новые носители зарядов. В результате ток резко возрастает, образуя пробой диэлектрического слоя.

Практическое использование проводимости газов

Явление протекания тока через газы используется в радиоэлектронных лампах и люминесцентных светильниках.

Для этого внутри герметичного стеклянного баллона с инертным газом располагают два электрода:

У люминесцентной лампы они выполнены в виде нитей накала, которые разогреваются при включении для создания термоэлектронной эмиссии. Внутренняя поверхность колбы покрыта слоем люминофора. Он излучает видимый нами спектр света, образующийся при инфракрасном облучении, исходящем от паров ртути, бомбардируемых потоком электронов.

Ток газового разряда возникает при приложении напряжения определенной величины между электродами, расположенными по разным концам колбы.

Когда одна из нитей накала перегорит, то на этом электроде нарушится электронная эмиссия и лампа гореть не будет. Однако, если увеличить разность потенциалов между катодом и анодом, то снова возникнет газовый разряд внутри колбы и свечение люминофора возобновится.

Это позволяет использовать светодиодные колбы с нарушенными нитями накала и продлять их ресурс работы. Только следует учитывать, что при этом в несколько раз надо поднять на ней напряжение, А это значительно повышает потребляемую мощность и риски безопасного использования.

Влияние температуры на электрическое сопротивление жидкостей

Прохождение тока в жидкостях создается в основном за счет движения катионов и анионов под действием приложенного извне электрического поля. Лишь незначительную часть проводимости обеспечивают электроны.

Влияние температуры на величину электрического сопротивления жидкого электролита описывается формулой, приведенной на картинке. Поскольку в ней значение температурного коэффициента α всегда отрицательно, то с увеличением нагрева проводимость возрастает, а сопротивление падает так, как показано на графике.

Это явление необходимо учитывать при зарядке жидкостных автомобильных (и не только) аккумуляторных батарей.

Влияние температуры на электрическое сопротивление полупроводников

Изменение свойств полупроводниковых материалов под воздействием температуры позволило использовать их в качестве:

Таким названием обозначают полупроводниковые приборы, изменяющие свое электрическое сопротивление под влиянием тепла. Их температурный коэффициент сопротивления (ТКС) значительно выше, чем у металлов.

Величина ТКС у полупроводников может иметь положительное или отрицательное значение. По этому параметру их разделяют на позитивные «РТС» и негативные «NTC» термисторы. Они обладают различными характеристиками.

Для работы терморезистора выбирают одну из точек на его вольт-амперной характеристике:

линейный участок применяют для контроля температуры либо компенсации изменяющихся токов или напряжений;

нисходящая ветвь ВАХ у элементов с ТКС

Применение релейного терморезистора удобно при контроле или измерениях процессов электромагнитных излучений, происходящих на сверхвысоких частотах. Это обеспечило их использование в системах:

1. контроля тепла;

2. пожарной сигнализации;

3. регулирования расхода сыпучих сред и жидкостей.

Кремниевые терморезисторы с маленьким ТКС>0 используют в системах охлаждения и стабилизации температуры транзисторов.

Эти полупроводники работают на основе явления Зеебека: при нагреве спаянного места двух разрозненных металлов на стыке замкнутой цепи возникает ЭДС. Таким способом они превращают тепловую энергию в электричество.

Конструкцию из двух таких элементов называют термопарой. Ее КПД лежит в пределах 7÷10%.

Термоэлементы используют в измерителях температур цифровых вычислительных устройств, требующих миниатюрные габариты и высокую точность показаний, а также в качестве маломощных источников тока.

Полупроводниковые нагреватели и холодильники

Они работают за счет обратного использования термоэлементов, через которые пропускают электрический ток. При этом на одном месте спая происходит его нагрев, а на противоположном — охлаждение.

Полупроводниковые спаи на основе селена, висмута, сурьмы, теллура позволяют обеспечить разность температур в термоэлементе до 60 градусов. Это позволило создать конструкцию холодильного шкафа из полупроводников с температурой в камере охлаждения до -16 градусов.

Как сопротивление зависит от температуры

Многие металлы, например, такие как медь, алюминий, серебро обладают свойством проводимости электрического тока за счет наличия в их структуре свободных электронов. Также, металлы имеют некоторое сопротивление току, и у каждого оно свое. Сопротивление металла сильно зависит от его температуры.

Понять, как зависит сопротивление металла от температуры можно, если увеличивать температуру проводника, к примеру,  на участке от 0 до t2 °С. С увеличением температуры проводника, его сопротивление также увеличивается. Причем эта зависимость имеет практически линейный характер.

С физической точки зрения увеличение сопротивления с ростом температуры можно объяснить увеличением амплитуды колебаний узлов кристаллической решетки, что в свою очередь затрудняет прохождение электронов, то есть увеличивается сопротивление электрическому току. 

Глядя на график можно увидеть, что при t1 металл имеет сопротивление намного меньше, чем, например при t2. При дальнейшем снижении температуры можно прийти в точку t0, где сопротивление проводника будет практически равно нулю. Конечно, его сопротивление равно нулю быть не может, а лишь стремится к нему. В этой точке проводник становится сверхпроводником. Сверхпроводники используются в сильных  магнитах в качестве обмотки. На практике данная точка лежит намного дальше, в районе абсолютного нуля, и определить её по данному графику невозможно.

Для данного графика можно записать уравнение 

Воспользовавшись данным уравнением можно найти сопротивление проводника при любой температуре. Здесь нам понадобиться точка t0 полученная ранее на графике. Зная значение температуры в этой точке для конкретного материала, и температуры t1 и t2 можем найти сопротивления.

Изменение сопротивления с температурой используется в любой электрической машине, где прямой доступ к обмотке невозможен. К примеру, в асинхронном двигателе достаточно знать сопротивление статора в начальный момент времени и в момент, когда двигатель работает. Путём несложных расчётов, можно определить температуру двигателя, что на производстве делается в автоматическом режиме.

  • Просмотров: 4588
  • Сопротивление - металлический проводник - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

    Сопротивление - металлический проводник

    Cтраница 1

    Сопротивление металлических проводников и их контактов с ростом температуры возрастает. При этом необходимо учитывать, что металлические проводники и их контакты могут иметь более высокую температуру, чем электролит в электролизере, вследствие дополнительного нагрева металла за счет джоулева тепла. Перегрев металлических проводников и их контактов может быть особенно значительным, если конструкция электролизера не обеспечивает хороших условий охлаждения электролитом внутренних проводников и контактов и ( путем свободного омывания воздухом) наружных проводников и контактов.  [1]

    Сопротивление металлического проводника с повышением температуры растет, так как число носителей тока в металле практически не изменяется, а число соударений электронов с ионами кристаллической решетки металла возрастает. Сопротивление полупроводника с повышением температуры, наоборот, уменьшается, так как при этом резко возрастает число носителей тока. Другие факторы играют здесь меньшую роль.  [2]

    Сопротивление металлического проводника зависит также от температуры: с повышением температуры сопротивление г увеличивается.  [3]

    Сопротивление металлических проводников увеличивается с повышением температуры и уменьшается с ее понижением. Каждому значению температуры соответствует определенное значение сопротивления проводника.  [4]

    Сопротивление металлических проводников при повышении температуры возрастает.  [5]

    Сопротивление металлических проводников обусловлено столкновением свободных электронов с ионами кристаллической решетки. Свободные электроны в проводнике совершают хаотическое движение подобно молекулам идеального газа. При включении электрического поля на хаотическое движение электронов накладывается направленное движение - так называемый дрейф электронов в направлении, противоположном вектору напряженности поля. В процессе дрейфа электроны сталкиваются с встречающимися на их пути ионами кристаллической решетки.  [6]

    Сопротивление металлических проводников увеличивается с повышением температуры. У полупроводников сопротивление сильно уменьшается при повышении температуры.  [7]

    Сопротивление металлических проводников и их контактов и потеря напряжения в них с повышением температуры возрастает. Причем из-за дополнительного нагрева их за счет джоулева тепла они могут иметь более высокую температуру чем электролит.  [9]

    Сопротивление металлических проводников при повышении температуры возрастает.  [10]

    Сопротивление металлического проводника зависит также от температуры: с повышением температуры сопротивление г увеличивается.  [11]

    На сопротивление металлических проводников I класса, кроме температуры оказывают влияние также и другие факторы, в частности, ыаг-антное поле.  [12]

    Температурная зависимость сопротивления металлических проводников широко используется в технике для создания термометров сопротивления. Помещая в печь спираль известного сопротивления R0 и измеряя ее сопротивление Rt, можно согласно (15.10) определить температуру t печи. С другой стороны, эта температурная зависимость оказывает вредное влияние на работу точных электроизмерительных приборов, меняя сопротивление последних при изменении внешних условий.  [13]

    Температурная зависимость сопротивления металлических проводников широко используется в технике для создания термометров сопротивления. Rb можно согласно (15.10) определить температуру i печи. С другой стороны, эта температурная зависимость оказывает вредное влияние на работу точных электроизмерительных приборов, меняя сопротивление последних при изменении внешних условий.  [14]

    Явление зависимости сопротивления металлических проводников от температуры широко используется на практике. На нем основан принцип действия приборов для измерения температуры, называемых термометрами сопротивления. Одним из наиболее употребительных является платиновый термометр сопротивления, термочувствительным элементом которого является тонкая платиновая проволока, бифилярно намотанная на слюдяную пластинку.  [15]

    Страницы:      1    2    3    4

    Как зависит сопротивление металлического проводника от температуры

    Практически в электротехнике выло выявлено, что с увеличением температуры сопротивление проводников из металла возрастает, а с понижением уменьшается. Для всех проводников из металла это изменение сопротивления почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1°С.

    Если быть точным, то на самом деле при изменении температуры проводника изменяется его удельное сопротивление, которое имеет следующую зависимость:

    где ρ и ρ, R и R — соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при температурах t и 0°С (шкала Цельсия), α — температурный коэффициент сопротивления, [α] = град -1 .

    Изменение удельного сопротивления проводника приводит к изменения самого сопротивления, что видно из следующего выражения:

    Зная электронную теорию строения вещества можно дать следующее объяснение увеличению сопротивления металлических проводников с повышением температуры. При увеличении температуры проводник получает тепловую энергию, которая несомненно передается всем атомам вещества, в результате чего .возрастает их тепловое движение. Увеличившееся тепловое движение атомов создает большее сопротивление направленному движению свободных электронов (увеличивается вероятность столкновения свободных электронов с атомами), от этого и возрастает сопротивление проводника.

    С понижением температуры направленное движение электронов облегчается (уменьшается возможность столкновения свободных электронов с атомами), и сопротивление проводника уменьшается. Этим объясняется интересное явление — сверхпроводимость металлов. Сверхпроводимость, т. е. уменьшение сопротивления металлов до нуля, наступает при огромной отрицательной температуре —273° С, называемой абсолютным нулем. При температуре абсолютного нуля атомы металла как бы застывают на месте, совершенно не препятствуя движению электронов.

    График звисимости сопротивления металлического проводника от температуры представлен на рисунке 1.

    Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления металлического проводника от температуры

    Необходимо сказать, что сопротивление электролитов и полупроводников (уголь, селен и другие) с увеличением температуры уменьшается.

    Температурная зависимость сопротивления электролита объясняется также в основном изменением удельного сопротивления,однако всегда температурный коэффициент сопротивления — α

    Поэтому кривая зависимости сопротивленя электролита от температуры имеет вид, представленый на рисунке 2.

    Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления электролита от температуры

    Ддя полупроводников характер изменения удельного сопротивления от температуры будет схож с таковым для элетролитов.

    ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

    «Физика — 10 класс»

    Какую физическую величину называют сопротивлением
    От чего и как зависит сопротивление металлического проводника?

    Различные вещества имеют разные удельные сопротивления. Зависит ли сопротивление от состояния проводника? от его температуры? Ответ должен дать опыт.

    Если пропустить ток от аккумулятора через стальную спираль, а затем начать нагревать её в пламени горелки, то амперметр покажет уменьшение силы тока. Это означает, что с изменением температуры сопротивление проводника меняется.

    Если при температуре, равной 0 °С, сопротивление проводника равно R, а при температуре t оно равно R, то относительное изменение сопротивления, как показывает опыт, прямо пропорционально изменению температуры t:

    Коэффициент пропорциональности α называют температурным коэффициентом сопротивления.

    Температурный коэффициент сопротивления — величина, равная отношению относительного изменения сопротивления проводника к изменению его температуры.

    Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры.

    Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1 К (на 1 °С).

    Для всех металлических проводников коэффициент α > 0 и незначительно меняется с изменением температуры. Если интервал изменения температуры невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным и равным его среднему значению на этом интервале температур. У чистых металлов

    У растворов электролитов сопротивление с ростом температуры не увеличивается, а уменьшается. Для них α -1 .

    При нагревании проводника его геометрические размеры меняются незначительно. Сопротивление проводника меняется в основном за счёт изменения его удельного сопротивления. Можно найти зависимость этого удельного сопротивления от температуры, если в формулу (16.1) подставить значения Вычисления приводят к следующему результату:

    где ΔТ — изменение абсолютной температуры.

    Так как а мало меняется при изменении температуры проводника, то можно считать, что удельное сопротивление проводника линейно зависит от температуры (рис. 16.2).

    Увеличение сопротивления можно объяснить тем, что при повышении температуры увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решётки, поэтому свободные электроны сталкиваются с ними чаще, теряя при этом направленность движения. Хотя коэффициент а довольно мал, учёт зависимости сопротивления от температуры при расчёте параметров нагревательных приборов совершенно необходим. Так, сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания увеличивается при прохождении по ней тока за счёт нагревания более чем в 10 раз.

    У некоторых сплавов, например у сплава меди с никелем (Константин), температурный коэффициент сопротивления очень мал: α ≈ 10 -5 К -1 ; удельное сопротивление Константина велико: ρ ≈ 10 -6 Ом • м. Такие сплавы используют для изготовления эталонных резисторов и добавочных резисторов к измерительным приборам, т. е. в тех случаях, когда требуется, чтобы сопротивление заметно не менялось при колебаниях температуры.

    Существуют и такие металлы, например никель, олово, платина и др., температурный коэффициент которых существенно больше: α ≈ 10 -3 К -1 . Зависимость их сопротивления от температуры можно использовать для измерения самой температуры, что и осуществляется в термометрах сопротивления.

    На зависимости сопротивления от температуры основаны и приборы, изготовленные из полупроводниковых материалов, — термисторы. Для них характерны большой температурный коэффициент сопротивления (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), стабильность характеристик во времени. Номинальное сопротивление термисторов значительно выше, чем у металлических термометров сопротивления, оно обычно составляет 1, 2, 5, 10, 15 и 30 кОм.

    Обычно в качестве основного рабочего элемента термометра сопротивления берут платиновую проволоку, зависимость сопротивления которой от температуры хорошо известна. Об изменениях температуры судят по изменению сопротивления проволоки, которое можно измерить.Такие термометры позволяют измерять очень низкие и очень высокие температуры, когда обычные жидкостные термометры непригодны.

    Сверхпроводимость.

    Сопротивление металлов уменьшается с уменьшением температуры. Что произойдёт при стремлении температуры к абсолютному нулю?

    В 1911 г. голландский физик X. Камерлинг-Оннес открыл замечательное явление — сверхпроводимость. Он обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии её сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,1 К очень резко падает до нуля (рис. 16.3).

    Явление падения до нуля сопротивления проводника при критической температуре называется сверхпроводимостью.

    Открытие Камерлинг-Оннеса, за которое в 1913 г. ему была присуждена Нобелевская премия, повлекло за собой исследования свойств веществ при низких температурах. Позже было открыто много других сверхпроводников.

    Сверхпроводимость многих металлов и сплавов наблюдается при очень низких температурах — начиная примерно с 25 К. В справочных таблицах приводятся температуры перехода в сверхпроводящее состояние некоторых веществ.

    Температура, при которой вещество переходит в сверхпроводящее состояние, называется критической температурой.

    Критическая температура зависит не только от химического состава вещества, но и от структуры самого кристалла. Например, серое олово имеет структуру алмаза с кубической кристаллической решёткой и является полупроводником, а белое олово обладает тетрагональной элементарной ячейкой и является серебристо-белым, мягким, пластичным металлом, способным при температуре, равной 3,72 К, переходить в сверхпроводящее состояние.

    У веществ в сверхпроводящем состоянии были отмечены резкие аномалии магнитных, тепловых и ряда других свойств, так что правильнее говорить не о сверхпроводящем состоянии, а об особом, наблюдаемом при низких температурах состоянии вещества.

    Если в кольцевом проводнике, находящемся в сверхпроводящем состоянии, создать ток, а затем удалить источник тока, то сила этого тока не меняется сколь угодно долго. В обычном же (несверхпроводящем) проводнике электрический ток в этом случае прекращается.

    Сверхпроводники находят широкое применение. Так, сооружают мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой, которые создают магнитное поле на протяжении длительных интервалов времени без затрат энергии. Ведь выделения тепла в сверхпроводящей обмотке не происходит.

    Однако получить сколь угодно сильное магнитное поле с помощью сверхпроводящего магнита нельзя. Очень сильное магнитное поле разрушает сверхпроводящее состояние. Такое поле может быть создано и током в самом сверхпроводнике. Поэтому для каждого проводника в сверхпроводящем состоянии существует критическое значение силы тока, превысить которое, не нарушая сверхпроводящего состояния, нельзя.

    Сверхпроводящие магниты используются в ускорителях элементарных частиц, магнитогидродинамических генераторах, преобразующих механическую энергию струи раскалённого ионизованного газа, движущегося в магнитном поле, в электрическую энергию.

    Объяснение сверхпроводимости возможно только на основе квантовой теории. Оно было дано лишь в 1957 г. американскими учёными Дж. Бардиным, Л. Купером, Дж. Шриффером и советским учёным, академиком Н. Н. Боголюбовым.

    В 1986 г. была открыта высокотемпературная сверхпроводимость. Получены сложные оксидные соединения лантана, бария и других элементов (керамики) с температурой перехода в сверхпроводящее состояние около 100 К. Это выше температуры кипения жидкого азота при атмосферном давлении (77 К).

    Высокотемпературная сверхпроводимость в недалёком будущем приведёт наверняка к новой технической революции во всей электротехнике, радиотехнике, конструировании ЭВМ. Сейчас прогресс в этой области тормозится необходимостью охлаждения проводников до температур кипения дорогого газа — гелия.

    Физический механизм сверхпроводимости довольно сложен. Очень упрощённо его можно объяснить так: электроны объединяются в правильную шеренгу и движутся, не сталкиваясь с кристаллической решёткой, состоящей из ионов. Это движение существенно отличается от обычного теплового движения, при котором свободный электрон движется хаотично.

    Надо надеяться, что удастся создать сверхпроводники и при комнатной температуре. Генераторы и электродвигатели станут исключительно компактными (уменьшатся в несколько раз) и экономичными. Электроэнергию можно будет передавать на любые расстояния без потерь и аккумулировать в простых устройствах.

    Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

    Электрический ток в различных средах — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

    § 60. Зависимость сопротивления от температуры

    Частицы проводника (молекулы, атомы, ионы), не участвующие в образовании тока, находятся в тепловом движении, а частицы, образующие ток, одновременно находятся в тепловом и в направленном движениях под действием электрического поля. Благодаря этому между частицами, образующими ток, и частицами, не участвующими в его образовании, происходят многочисленные столкновения, при которых первые отдают часть переносимой ими энергии источника тока вторым. Чем больше столкновений, тем меньше скорость упорядоченного движения частиц, образующих ток. Как видно из формулы I = enνS, снижение скорости приводит к уменьшению силы тока. Скалярная величина, характеризующая свойство проводника уменьшать силу тока, называется сопротивлением проводника. Из формулы закона Ома сопротивление Ом — сопротивление проводника, в котором получается ток силой в 1 а при напряжении на концах проводника в 1 в.

    Сопротивление проводника зависит от его длины l, поперечного сечения S и материала, который характеризуется удельным сопротивлением Чем длиннее проводник, тем больше за единицу времени столкновений частиц, образующих ток, с частицами, не участвующими в его образовании, а поэтому тем больше и сопротивление проводника. Чем меньше поперечное сечение проводника, тем более плотным потоком идут частицы, образующие ток, и тем чаще их столкновения с частицами, не участвующими в его образовании, а поэтому тем больше и сопротивление проводника.

    Под действием электрического поля частицы, образующие ток, между столкновениями движутся ускоренно, увеличивая свою кинетическую энергию за счет энергии поля. При столкновении с частицами, не образующими ток, они передают им часть своей кинетической энергии. Вследствие этого внутренняя энергия проводника увеличивается, что внешне проявляется в его нагревании. Рассмотрим, изменяется ли сопротивление проводника при его нагревании.


    Рис. 81. Зависимость сопротивления металлов от температуры

    В электрической цепи имеется моток стальной проволоки (струна, рис. 81, а). Замкнув цепь, начнем нагревать проволоку. Чем больше мы ее нагреваем, тем меньшую силу тока показывает амперметр. Ее уменьшение происходит от того, что при нагревании металлов их сопротивление увеличивается. Так, сопротивление волоска электрической лампочки, когда она не горит, приблизительно 20 ом, а при ее горении (2900° С) — 260 ом. При нагревании металла увеличивается тепловое движение электронов и скорость колебания ионов в кристаллической решетке, в результате этого возрастает число столкновений электронов, образующих ток, с ионами. Это и вызывает увеличение сопротивления проводника * . В металлах несвободные электроны очень прочно связаны с ионами, поэтому при нагревании металлов число свободных электронов практически не изменяется.

    * ( Исходя из электронной теории, нельзя вывести точный закон зависимости сопротивления от температуры. Такой закон устанавливается квантовой теорией, в которой электрон рассматривается как частица, обладающая волновыми свойствами, а движение электрона проводимости через металл — как процесс распространения электронных волн, длина которых определяется соотношением де Бройля.)

    Опыты показывают, что при изменении температуры проводников из различных веществ на одно и то же число градусов сопротивление их изменяется неодинаково. Например, если медный проводник имел сопротивление 1 ом, то после нагревания на 1°С он будет иметь сопротивление 1,004 ом, а вольфрамовый — 1,005 ом. Для характеристики зависимости сопротивления проводника от его температуры введена величина, называемая температурным коэффициентом сопротивления. Скалярная величина, измеряемая изменением сопротивления проводника в 1 ом, взятого при 0° С, от изменения его температуры на 1° С, называется температурным коэффициентом сопротивления α. Так, для вольфрама этот коэффициент равен 0,005 град -1 , для меди — 0,004 град -1 . Температурный коэффициент сопротивления зависит от температуры. Для металлов он с изменением температуры меняется мало. При небольшом интервале температур его считают постоянным для данного материала.

    Выведем формулу, по которой рассчитывают сопротивление проводника с учетом его температуры. Допустим, что R — сопротивление проводника при 0°С, при нагревании на 1°С оно увеличится на αR, а при нагревании на — на αRt° и становится R = R + αR, или

    Зависимость сопротивления металлов от температуры учитывается, например при изготовлении спиралей для электронагревательных приборов, ламп: длину проволоки спирали и допускаемую силу тока рассчитывают по их сопротивлению в нагретом состоянии. Зависимость сопротивления металлов от температуры используется в термометрах сопротивления, которые применяются для измерения температуры тепловых двигателей, газовых турбин, металла в доменных печах и т. д. Этот термометр состоит из тонкой платиновой (никелевой, железной) спирали, намотанной на каркас из фарфора и помещенной в защитный футляр. Ее концы включаются в электрическую цепь с амперметром, шкала которого проградуирована в градусах температуры. При нагревании спирали сила тока в цепи уменьшается, это вызывает перемещение стрелки амперметра, которая и показывает температуру.

    Величина, обратная сопротивлению данного участка, цепи, называется электрической проводимостью проводника (электропроводностью). Электропроводность проводника Чем больше проводимость проводника, тем меньше его сопротивление и тем лучше он проводит ток. Наименование единицы электропроводности Проводимость проводника сопротивлением 1 ом называется сименс.

    При понижении температуры сопротивление металлов уменьшается. Но есть металлы и сплавы, сопротивление которых при определенной для каждого металла и сплава низкой температуре резким скачком уменьшается и становится исчезающе малым — практически равным нулю (рис. 81, б). Наступает сверхпроводимость — проводник практически не обладает сопротивлением, и раз возбужденный в нем ток существует долгое время, пока проводник находится при температуре сверхпроводимости (в одном из опытов ток наблюдался более года). При пропускании через сверхпроводник тока плотностью 1200 а /мм 2 не наблюдалось выделения количества теплоты. Одновалентные металлы, являющиеся наилучшими проводниками тока, не переходят в сверхпроводящее состояние вплоть до предельно низких температур, при которых проводились опыты. Например, в этих опытах медь охлаждали до 0,0156°К, золото — до 0,0204° К. Если бы удалось получить сплавы со сверхпроводимостью при обычных температурах, то это имело бы огромное значение для электротехники.

    Согласно современным представлениям, основной причиной сверхпроводимости является образование связанных электронных пар. При температуре сверхпроводимости между свободными электронами начинают действовать обменные силы, отчего электроны образуют связанные электронные пары. Такой электронный газ из связанных электронных пар обладает иными свойствами, чем обычный электронный газ — он движется в сверхпроводнике без трения об узлы кристаллической решетки.

    Задача 24. Для изготовления спиралей электрической плитки мастерская получила моток нихромозой проволоки, на бирке которой было написано: "Масса 8,2 кг,Λ диаметр 0,5 мм". Определить, сколько спиралей можно изготовить из этой проволоки, если сопротивление спирали, не включенной в сеть, должно быть 22 ома. Плотность нихрома 8200 кг /м 3 .

    Отсюда где S = πr 2 ; S = 3,14*0,0625 мм 2 ≈ 2*10 -7 м 2 .

    Масса проволоки m = ρ1V, или m = ρ1lS, отсюда

    Отв.: n = 1250 спиралей.

    Задача 25. При температуре 20° С вольфрамовая спираль электрической лампочки имеет сопротивление 30 ом; при включении ее в сеть постоянного тока с напряжением 220 в по спирали идет ток 0,6 а. Определить температуру накала нити лампочки и напряженность стационарного электрического поля в нити лампы, если ее длина 550 мм.

    Сопротивление спирали при горении лампы определим из формулы закона Ома для участка цепи:

    тогда

    Напряженность стационарного поля в нити лампы

    лабораторная работа 32

    Рассмотрим классическую теорию.

    Под действием внешнего электрического поля  электроны  будут совершать упорядоченное движение (см. рис. 3), т.к. на них  действует  электрическая сила Fе = еЕ , кроме того, на электрон со стороны поля кристаллической решетки  действует сила сопротивления Fс = -. Поэтому общая сила, действующая на электрон, равна

    F = еЕ –.                                       (2)

     

    По второму закону Ньютона

    mа = еЕ –.                                    (3)

     

    Дрейфовая скорость  будет увеличиваться до тех пор, пока Fе = Fс, а = 0, т.е. еЕ = , отсюда

    u =.                                            (4).

     

    Величина, равная b = , называется подвижностью электрона.

     

    Смысл коэффициента следующий. Пусть Е = 0, тогда (3) запишется в

    виде mа = –.Так как ускорение электрона определяется по формуле: 

     

    , то

     

      ,      или      .             (5)

     

    Из (5) следует, что u=. Если , то t = τ и  это время, за ко-

    торое электрон  уменьшает дрейфовую скорость в  раз. За это время он пробегает расстояние, которое называется транспортным:

    L = ,                                           (6)

    где γ – число столкновений (рассеяния) электронов с дефектами; – средняя длина свободного пробега электрона между двумя последовательными столкновениями. За  время τ электрон испытывает γ число столкновений с дефектами кристаллической решетки и пробегает транспортное расстояние L.

    С другой стороны, транспортное расстояние равно L=, так как электрон движется со средней скоростью.

    С  учетом (6) получим

     или .                          (7)

     

    Подставляя (7) в (4), найдем

    u = .                                       (8)

     

    Плотность тока равна

    j = u,                                                          (9)

     

    где n – концентрация электронов.

    Подставляя (8) в (9), получим

    j =.                                    (10)

     

    Закон Ома в дифференциальной форме

    j =.                                                (11)

     

    Тогда с учетом (10) и (11) имеем

     и .                    (12)

     

    Полученная, с точки зрения квантовой теории, формула удельного сопротивления  ρ имеет такой же вид, что и формулы (12). Но вместо  m, , , рассмотренные в классической теории, в квантовой теории вводятся: эффективная масса , фермиевская скорость   и длина свободного пробега . Учитывая эти изменения, формула (12) приобретет следующий вид (13):

    .                                     (13)

     

    Квантово-механические расчеты показывают, что при низких температурах число столкновений , а . Тогда удельное сопротивление ρ пропорционально и сопротивление металлов обусловлено рассеянием электронов проводимости на дефектах и ионах кристаллической решетки.

    При высоких температурах сопротивление в основном обусловлено рассеянием электронов на тепловых ионах кристаллической решетки (фононах), а сопротивление, обусловленное рассеянием электронов на дефектах, пренебрежимо мало. Поэтому при высоких температурах  не зависит от Т, а . Тогда .

    Расчет показывает, что при высоких температурах удельное сопротивление зависит от температуры:

     ,                                              (14)

    где α – температурный коэффициент сопротивления;  – удельное сопротивление при температуре 0 °С; t – температура по шкале Цельсия.

    Температурный коэффициент α равен относительному изменению удельного сопротивления при изменении температуры проводника на 1 градус:

    , .

     

    Для металлических изотропных проводников коэффициент  почти не зависит от температуры и примерно равен . Так как сопротивление металлических проводников зависит от  [см. формулу (1)], т.е. R~, то с учетом (14) сопротивление можно представить в виде

    R = R0(1+).                                     (15)

     

    Откуда можно найти :

      ,                                      (16)

     

    где R­0 – сопротивление проводника при t = 0°С.

     

    Для металлических проводников , т.е. с увеличением температуры сопротивление увеличивается. Поэтому эти проводники называются проводниками I рода. Для электролитов, графита и других , т.е. с увеличением температуры сопротивление проводника уменьшается. Они называются проводниками II рода.

     

    Ход работы

     

    Схема установки приведена на рис. 4. Исследуемый проводник помещается в колбу, заполненную непроводящей жидкостью (масло, глицерин, дистиллированная вода). Температура измеряется термометром.

    Для равномерного нагревания жидкость перемешивается мешалкой. Исследуемый проводник R подключается в качестве неизвестного сопротивления к клеммам измерительного моста. Измеряют сопротивление исследуемого проводника при комнатной температуре.

    Включают нагреватель и непрерывно перемешивают жидкость мешалкой.

    Удельное сопротивление металло - Энциклопедия по машиностроению XXL

    Нагрев стержней при контактной сварке встык осуществляется проходящим током плотностью /, который совершает работу при удельном сопротивлении металла р, и контактном сопротивлении R на границе между стержнями (рис. 7.24).  [c.237]

    Зависимость удельного электрического сопротивления металлов от температуры. Удельное сопротивление металлов при нагревании увеличивается приблизительно по линейному закону (рис. 152)  [c.151]


    Рис. 4.4. Зависимость удельного сопротивления металл. от температуры
    Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов. Число носителей заряда (концентрация свободных электронов) в металлическом проводнике при повышении температуры практически остается неизменным. Однако вследствие усилений колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического поля, т. е. уменьшается средняя длина свободного пробега электрона X, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов и возрастает удельное сопротивление (рис. 7-2). Иными словами, температурный коэффициент (см. стр. 39) удельного сопротивления металлов (кельвин в минус первой степени)  [c.192]

    Изменение удельного сопротивления металлов при плавлении. При переходе из твердого состояния в жидкое у большинства металлов наблюдается увеличение удельного сопротивления р, как это видно, например для медн, из рис. 7-2 однако у некоторых металлов р при плавлении уменьшается.  [c.192]

    Формула (2-32) получена в предположении, что тепловое излучение металлов пропорционально четвертой степени их абсолютной температуры. Учитывая температурную зависимость удельного сопротивления металлов  [c.63]

    Здесь Qo —удельное сопротивление металла при 0° С.  [c.63]

    Изменение удельного сопротивления металлов и сплавов под воздействием температуры также является нелинейной функцией температуры  [c.44]

    Размерность р — Ом-м, размерность о — См/м (сименс на метр). В табл. 17.8 приведены величины удельного сопротивления металлов.  [c.292]

    Зависимость удельного сопротивления металлов от температуры в широком интервале описывается формулой Блоха—Грюнайзена  [c.294]

    Магнетосопротивление изменение удельного сопротивления металла р в продольном или поперечном магнитном поле. Согласно правилу Колера Др/р=/(Я/р), где / — функция, зависящая от физических характеристик и формы образца. Для неферромагнитных металлов магнетосопротивление положительно в продольном и поперечном полях, причем в слабых полях Др/р Я2, в сильных Др/р Я. Для ферромагнитных металлов поведение Др/р более сложное [23].  [c.300]


    Q — удельное сопротивление металла трубы в ом см — относительная магнитная проницаемость.  [c.52]

    Магнетосопротивление — изменение удельного сопротивления металла в продольном или поперечном магнитном поле. У неферромагнитных металлов магнетосопротивление ги до  [c.83]

    Зависимость удельного сопротивления металлов от температуры. Введем понятие температурного коэффициента, которым будем пользоваться и в дальнейшем. Температурный коэффициент (ТК) какого-либо параметра г материала или радиоэлектронного компонента — это логарифмическая производная этого параметра по температуре  [c.15]

    Как отмечалось, р металлов при повышении Г возрастает (см. рис. 1.1, 1.2 и 3.6). Следовательно, температурный коэффициент удельного сопротивления металлов  [c.15]

    При фазовом переходе из одного агрегатного состояния в другое удельное сопротивление металлов изменяется скачкообразно. При плавлении металлов р обычно возрастает (рис. 1.2). Однако у металлов, плотность которых при плавлении уменьшается (висмут, сурьма и галлий), р при плавлении снижается.  [c.16]

    Изменение удельного сопротивления металлов при деформациях. Изменение р при упругом растяжении или сжатии можно приближенно оценивать формулой  [c.16]

    Рис, 1. 1. Зависимости удельного сопротивления металлов и сплавов от температуры  [c.16]

    Большое удельное сопротивление. Чем больше удельное сопротивление металла, тем, при выбранном сечении, меньшей длины проволока должна быть намотана на каркас для получения желаемой величины сопротивления термометра.  [c.75]

    Полученная зависимость удельного сопротивления металлов от содержания газовых примесей позволяет объяснить расхождение опытных данных разных исследователей, которые могли проводить измерения на образцах, различающихся составом и содержанием примесей.  [c.31]

    ИЗМЕНЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА  [c.343]

    ПРИЛОЖЕНИЕ IV ИЗМЕНЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРОИЗВЕДЕНИЯ а ГЛУБИНЫ ШЛИФОВАНИЯ НА ПРОДОЛЬНУЮ ПОДАЧУ КРУГА  [c.343]

    Температура Дебая бв для всех чистых металлов и сплавов много выще 7° К поэтому можно написать для удельного сопротивления металла р приближенную формулу  [c.189]

    Прежде чем перейти к подробному обсуждению зависимости удельного сопротивления металлов и полупроводников от температуры, коснемся особенностей поведения концентрированных сплавов. Введение значительного количества примесных атомов в твердый раствор приводит к искажению кристаллической решетки. Вследствие этого появляется дополнительный вклад в рассеяние. Его величина почти не зависит от температуры и может во много раз превышать долю электрон-фонон-ного рассеяния в чистом металле. Изменение остаточного удельного сопротивления неупорядоченного сплава Си—Аи в зави-  [c.191]

    Удельное сопротивление металлов при повышении Т возрастает (рис. 2 1). Следовательно, температурный. теэффициент удельного сопротивле шя металлов  [c.12]

    Факторы, влияющие на значение удельного сопротивления. Как уже отмечалось выше, удельное сопротивление металлов связано в основном с рассеянием энергии свободных электронов на дефектах кристаллической решетки, к которым относятся примесные атомы, вакансии, дислокации, и тепловых к олебаниях собственных атомов. Поэтому удельное сопротивление р можно представить как  [c.115]

    Во всех случаях для получения высококачественных криопроводников требуются [ .сключи-тельпо высокая чистота металла (отсутствие примесей) и отсутствие наклепа (отожженное состояние). Вредное влияние примесей (это ясно из сравнения графиков 1 с У и 2 с 2 т рис. 7-23) и наклепа на удельное сопротивление металлов при криогенных температурах выражено значительно более сильно, чем  [c.213]

    По мере понижения температуры удельное сопротивление металлов и сплавов стремится к некоторому постоянному значению — остаточному удельному сопротивлению ро. Оно сильно зависит от концентрации дефектов решетки (повышается с увеличением концентрации). Остаточное удельное сопротивление практически не зависит от температуры, так что р = р(Т)-Еро, где р(Т)—зависящая от температуры составляющая удельного сопротивления бездефектного (чистого) металла (правило Маттиссена).  [c.295]

    Величина с а рочного тока I (в а) подсчитывается как произведение плотности тока (в а/мм ) на площадь сечения заготовок (в мм ). Необхо-димая плотность тока возрастает с уменьшением сечения заготовок, с уменьшением времени сварш, с повышением геплопр оводяости и снижением удельного сопротивления металла.  [c.49]


    Продольное сопротивление, Ом/м, трубопровода (оболочки кабеля) Ra = р,,/[л (D — S ) > где рнаружный диаметр, мм бд —толщина стенки, мм.  [c.120]

    4.3: Сопротивление и температура - Physics LibreTexts

    Было обнаружено, что удельное сопротивление металлов обычно увеличивается с повышением температуры, тогда как удельное сопротивление полупроводников обычно уменьшается с повышением температуры.

    Возможно, стоит немного подумать о том, как электроны в металле или полупроводнике проводят электричество. В твердом металле большая часть электронов в атоме используется для образования ковалентных связей между соседними атомами и, следовательно, для удержания твердого тела вместе.Но примерно один электрон на атом не связан таким образом, и эти «электроны проводимости» более или менее свободно перемещаются внутри металла, подобно молекулам в газе. Мы можем приблизительно оценить скорость, с которой движутся электроны. Таким образом, мы напоминаем формулу \ (\ sqrt {3kT / m} \) для среднеквадратичной скорости молекул в газе, и, возможно, мы сможем применить ее к электронам в металле только на примерный порядок их величины. скорость. Постоянная Больцмана \ (k \) составляет примерно 1,38 \ (\ times \) 10 -23 Дж K -1 , а масса электрона m составляет примерно 9.11 \ (\ times \) 10 -31 кг. Если мы предположим, что температура составляет около 27 o C или 300 K, среднеквадратичная скорость электронов будет около 1,2 \ (\ times \) 10 5 м с -1 .

    Теперь рассмотрим ток величиной 1 А, протекающий по медному проводу диаметром 1 мм, т. Е. Площадь поперечного сечения 7,85 \ (\ times \) 10 -7 м 2 . Плотность меди составляет 8,9 г / см -3 , а ее «атомный вес» (молярная масса) составляет 63,5 г на моль, что означает, что их 6.02 \ (\ times \) 10 23 (число Авогадро) атомов в 63,5 граммах, или 8,44 \ (\ times \) 10 22 атомов на см 3 или 8,44 \ (\ times \) 10 28 атомов на м 3 . Если предположить, что на один атом приходится один электрон проводимости, то на 1 м приходится 8,44 \ (\ times \) 10 28 электронов проводимости, или, в нашем проводе диаметром 1 мм, 6,63 \ (\ times \) ) 10 22 электронов проводимости на метр.

    Скорость, с которой электроны переносят ток в один ампер, равна току, деленному на заряд на единицу длины, при этом заряд одного электрона равен 1.60 \ (\ times \) 10 -19 C, мы находим, что скорость, с которой электроны переносят ток, составляет примерно 9,4 \ (\ times \) 10 -5 мс -1 .

    Таким образом, у нас есть эта картина электронов, движущихся в случайных направлениях со скоростью примерно 1,2 \ (\ times \) 10 5 мс -1 (тепловое движение) и, наложенная на нее, очень медленная скорость дрейфа только 9,4 \ (\ times \) 10 -5 мс -1 для электронного тока. Если бы вы могли видеть электроны, вы бы видели, как они бегают туда-сюда с очень высокой скоростью, но вы бы даже не заметили очень медленного дрейфа в направлении тока.

    Однако, когда вы подключаете длинный провод к батарее, ток (медленный дрейф электронов) начинается почти мгновенно по всей длине провода. Если бы электроны находились в полном вакууме, а не внутри металла, они бы ускорялись, пока находились в электрическом поле. Электроны внутри металла также ускоряются, но они постоянно останавливаются на своем пути из-за столкновений с атомами металла, а затем снова запускаются. Если температура повышается, колебания атомов внутри металлической решетки увеличиваются, и это, по-видимому, каким-то образом увеличивает сопротивление потоку электронов или уменьшает среднее время или среднюю длину пути между столкновениями.

    В полупроводнике большая часть электронов требуется для валентной связи между атомами, но есть несколько (гораздо меньше одного на атом) свободных электронов проводимости. По мере повышения температуры большее количество электронов освобождается от своих валентных функций, и затем они берут на себя задачу проводить электричество. Таким образом, проводимость полупроводника увеличивается с повышением температуры.

    Температурный коэффициент сопротивления металла (или другого вещества) a - это относительное увеличение его удельного сопротивления на единицу повышения температуры:

    \ [\ alpha = \ frac {1} {\ rho} \ frac {d \ rho} {dT} \ label {4.3.1} \]

    В единицах СИ это было бы выражено в K -1 . Однако во многих практических приложениях температурный коэффициент определяется в зависимости от изменения сопротивления по сравнению с удельным сопротивлением при температуре 20 o ° C и определяется уравнением

    \ [\ rho = \ rho_ {20} [1+ \ alpha (t-20)], \ label {4.3.2} \]

    , где t - температура в градусах Цельсия.

    Примеры:

    Серебро: 3.8 \ (\ times \) 10 -3 C o -1

    Медь: 3.9 \ (\ раз \) 10 -3

    Алюминий: 3,9 \ (\ раз \) 10 -3

    Вольфрам: 4,5 \ (\ times \) 10 -3

    Железо: 5,0 \ (\ раз \) 10 -3

    Углерод: -0,5 \ (\ times \) 10 -3

    Германий: -48 \ (\ times \) 10 -3

    Кремний: -75 \ (\ times \) 10 -3

    Некоторые металлические сплавы с коммерческими названиями, такие как нихром, манганин, константан, эврика и т. Д., Имеют довольно большое удельное сопротивление и очень низкие температурные коэффициенты.

    Как вопрос стиля, обратите внимание, что кельвинов, - это единица измерения температуры, а метров - - это единица длины. Таким образом, при обсуждении температуры нет необходимости использовать символ «градус» с кельвином. Когда вы говорите о какой-то другой температурной шкале, такой как Цельсия, нужно сказать «20 градусов по шкале Цельсия» - таким образом, 20 o C. Но когда говорят о температурном интервале , из такого количества градусов Цельсия. , это пишется C o .Я придерживался указанной выше конвенции.

    Удельное сопротивление платины как функция температуры используется в качестве основы для платинового термометра сопротивления , полезного в условиях и температурах, где другие типы термометров не могут быть полезны, и он также используется для определения практической шкалы температур при высокие температуры. Болометр - это прибор, используемый для обнаружения и измерения инфракрасного излучения. Излучение фокусируется на почерневшем платиновом диске, температура которого в результате повышается.Повышение температуры измеряется путем измерения увеличения сопротивления. Термистор представляет собой полупроводниковое устройство, сопротивление которого очень чувствительно к температуре, и его можно использовать для измерения или контроля температуры.

    Влияние температуры на сопротивление

    Влияние температуры на сопротивление

    Электрическое сопротивление изменяется с изменением температуры. Сопротивление не только увеличивается с повышением температуры, но и уменьшается в некоторых случаях.Фактически, для разных типов материалов величина изменения сопротивления из-за изменения температуры различается, что обсуждается ниже.

    Металл : Сопротивление всех чистых металлов линейно увеличивается с повышением температуры в ограниченном диапазоне температур. При низкой температуре ионы почти неподвижны. С повышением температуры ионы внутри металла приобретают энергию и начинают колебаться вокруг своего среднего положения. Эти колеблющиеся ионы сталкиваются с электронами. Следовательно, сопротивление увеличивается с повышением температуры.

    Сопротивление всех металлов, таких как вольфрам, медь, алюминий и т. Д., Линейно увеличивается с повышением температуры в ограниченном диапазоне температур. Например, сопротивление меди составляет 100 Ом при 0 ° C, затем оно линейно увеличивается до 100 ° C. При температуре -234,5 ° C сопротивление меди практически равно нулю, как показано на рисунке.

    Следовательно, чистый металл имеет положительный температурный коэффициент сопротивления.

    Сплав: Сопротивление почти всех сплавов увеличивается с повышением температуры, но скорость изменения сопротивления меньше, чем у металлов.Фактически, сопротивление некоторых сплавов, таких как манганин, эврика и константан, практически не изменяет сопротивления в значительном диапазоне температур. Благодаря этому свойству сплав используется для изготовления бокса сопротивления.

    Полупроводник, изолятор и электролит: Сопротивление полупроводника, изолятора и электролита (кремний, стекло, лак и т. Д.) Уменьшается с увеличением температуры. При нулевой температуре полупроводник ведет себя как идеальный изолятор.При повышении температуры некоторые электроны приобретают энергию и становятся свободными для проводимости. Следовательно, с увеличением температуры увеличивается проводимость и уменьшается сопротивление.

    Полупроводник имеет отрицательную временную составляющую удельного сопротивления, поэтому, поскольку с увеличением температуры сопротивление уменьшается.

    Температурный коэффициент сопротивления:

    Изменение сопротивления материала при повышении температуры может быть выражено через температурный коэффициент сопротивления.Рассмотрим проводник с сопротивлением R o при 0 ° c и R t при t ° c . Из приведенного выше обсуждения мы можем сделать вывод, что изменение сопротивления, т.е. (R t - R o ) равно

    1. Прямо пропорционально начальному сопротивлению R o
    2. Прямо пропорционально повышению температуры t ° c .
    3. Зависит от материала проводникового металла и сплава

    Отсюда

    (R т - R или ) ∝ R или т

    (R t - R o ) = αR o t

    R t = R o (1 + α o t)

    Где α o является постоянным и называется температурным коэффициентом сопротивления при 0 ° C, и его значение зависит от природы материала и температуры.

    Влияние температуры на температурный коэффициент сопротивления

    Пусть R t1 и R t2 будет сопротивлением проводника при t 1 ° c и t 2 ° c соответственно и α 1 и α 2 - соответствующий температурный коэффициент. Пусть проводник нагревается от начальной температуры t 1 ° c до конечной температуры t 2 ° c .

    R t2 = R t1 [1 + α t1 (t 2 - t 1 )] ——————– 1

    Теперь этот же провод охлаждается с t 2 ° c до t 1 ° c.

    R t1 = R t2 [1 + α t2 (t 1 - t 2 )] ——————— 2

    Подставляя уравнение 2 в уравнение 1

    R t2 = R t2 [1 + α t2 (t 1 - t 2 )] [1 + α t1 (t 2 - t 1 )]

    или

    1 = [1 + α t2 (t 1 - t 2 )] [1 + α t1 (t 2 - t 1 )]

    = [1 - α t2 (t 2 - t 1 )] [1 + α t1 (t 2 - t 1 )]

    Примечание: Если температура изменяется от 0 ° C до t ° C, то

    Влияние температуры на удельное сопротивление

    Удельное сопротивление материала зависит от температуры.Изменение температуры влияет на удельное сопротивление материала так же, как и на сопротивление. Удельное сопротивление металлов линейно увеличивается с повышением температуры. Пусть ρt 1 и ρt 2 - удельное сопротивление при температуре t 1 ° c и t 1 ° c соответственно. Пусть м - наклон линейной части кривой.

    Отношение м / ρt 1 называется температурным коэффициентом удельного сопротивления при t 1 ° c и почти равно α 1.

    ρ t2 = ρ t1 [1 + α t1 (t 2 - t 1 )]

    Примечание: Если температура изменяется от 0 ° C до t ° C, то

    ρ t = ρ o [1 + α o t]


    Вопрос1. Кусок медного провода имеет сопротивление 50 Ом при 10 ° C. Какова максимальная рабочая температура, если сопротивление провода нужно увеличить на 20%? Предположим, что α при 10 ° C = 0.0041 ° С -1 .

    Sol: - R 1 = 50 Ом

    R 2 = 50 + 0,2 x 50 = 60 Ом

    t 2 = Неизвестная температура, при которой R 2 будет 60 Ом

    С

    R t2 = R t1 [1 + α t1 (t 2 - t 1 )]

    ∴ R 2 = R 1 [1 + α 1 (t 2 - t 1 )]

    60 = 50 [1 + 0,0041 (t 2 - 10)]

    Вопрос 2. Определенная медная обмотка имеет сопротивление 100 Ом при комнатной температуре. если температурный коэффициент сопротивления меди при 0 ° C составляет 0,00428 / ° C, рассчитайте температуру сопротивления обмотки E, увеличенную до 50 ° C. Предположим, что комнатная температура составляет 25 ° C.

    R 1 = 100 Ом

    т 1 = 25 ° C

    т 2 = 50 ° C

    α o = 0,00428 / ° C

    Сейчас

    = 0,003866 / ° C

    R 2 = R 1 [1 + α 1 (t 2 - t 1 )]

    R 2 = 100 [1 + 0.003866 (50-25)]

    = 109,6657 Ом

    Влияние температуры на удельное сопротивление металлов или проводов, полупроводников и изоляторов

    Поскольку удельное сопротивление материала равно

    ρ = м / нэ 2 т

    Это показывает, что сопротивление связано с концентрацией n свободных электронов в материале и временем релаксации t. Изменение удельного сопротивления материала в зависимости от температуры различается для разных материалов и обсуждается ниже:

    (a) Металлы : В большинстве металлов плотность свободных электронов n не изменяется с температурой, но повышение температуры увеличивает амплитуду колебаний решеточных ионов металла.Следовательно, столкновения свободных электронов с ионами или атомами при их дрейфе к положительному концу проводника становятся более частыми, что приводит к уменьшению времени релаксации. Таким образом, удельное сопротивление проводника увеличивается с увеличением температуры. При низкой температуре удельное сопротивление увеличивается при более высокой мощности T.

    Установлено, что температурная зависимость удельного сопротивления металла описывается соотношением

    ρ = ρ 0 [1 + α t (T-T 0 )]

    Где ρ и ρ 0 - удельное сопротивление при температуре T и T 0 соответственно, а α t называется температурным коэффициентом удельного сопротивления.

    Или α r = (ρ - ρ 0 ) / ρ 0 (T-T 0 ) = d ρ / ρ 0 (1 / dT)

    Таким образом, α r определяется как относительное изменение удельного сопротивления (dρ / ρ 0 ) на единицу изменения температуры (dT)

    Для проводников. Значение α r положительное, показывая, что их удельное сопротивление увеличивается с увеличением температуры. Для большинства металлов удельное сопротивление линейно увеличивается с повышением температуры в диапазоне температур примерно на 500 К выше комнатной.

    (b) Полупроводники: В случае полупроводников значение α r отрицательное. Это означает, что удельное сопротивление полупроводников уменьшается с увеличением температуры.

    (c) Изоляторы: В случае полупроводников удельное сопротивление экспоненциально увеличивается с понижением температуры. Он становится бесконечно большим при температуре, близкой к абсолютному нулю, то есть проводимость почти равна нулю при o k.

    Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводников и изоляторов определяется по формуле:

    ρ = ρ 0 e E г / 2kT

    Где K = постоянная Больцмана

    (1.381 * 10 -23 Дж моль -1 к -1 )

    T = абсолютная температура

    E g = энергетическая щель между зоной проводимости и валентной зоной или энергия активации для проводимости

    Классификация непроводящих материалов на изоляторы и полупроводники зависит от E g .

    (i) Если E g = 1 эВ, значение удельного сопротивления не очень высокое, поэтому материалы называются полупроводниками.

    (ii) Если E g ≥1 эВ, значение удельного сопротивления очень велико, и материалы называются изоляторами.

    Просмотры сообщений: 468

    Температурная зависимость удельного сопротивления - Материалы исследования для IIT JEE


    Удельное сопротивление

    Удельное сопротивление известно как удельное электрическое сопротивление или объемное сопротивление. Его можно определить как внутреннее свойство данного материала, которое показывает, как он противодействует потоку тока.Его также можно определить как сопротивление проводника с единичной длиной и единичной площадью поперечного сечения. Таким образом, это не зависит от длины и площади поперечного сечения материала. Но сопротивление материала зависит от длины и площади поперечного сечения материала. Удельное сопротивление выражается как ρ = R A / L, где R - сопротивление в омах, A - площадь поперечного сечения в квадратных метрах, а L - длина в метрах. Единица измерения удельного сопротивления - омметр.


    Температурная зависимость удельного сопротивления

    Удельное сопротивление материалов зависит от температуры.ρ t = ρ 0 [1 + α (T - T 0 ) - это уравнение, которое показывает связь между температурой и удельным сопротивлением материала. В уравнении ρ 0 - удельное сопротивление при стандартной температуре, ρ t - удельное сопротивление при t 0 C, T 0 - эталонная температура, а α - температурный коэффициент удельного сопротивления.

    Изменение удельного сопротивления проводников

    Мы знаем, что ток - это движение свободных электронов от одного атома к другому при наличии разности потенциалов.В проводниках нет запрещенной зоны между зоной проводимости и валентной зоной. Во многих случаях обе полосы перекрывают друг друга. Валентные электроны слабо связаны с ядром в проводниках. Обычно металлы или проводники имеют низкую энергию ионизации и поэтому очень легко теряют электроны. При подаче электрического тока делокализованные электроны могут свободно перемещаться внутри структуры. Так бывает при нормальной температуре.

    При повышении температуры колебания ионов металлов в решетчатой ​​структуре возрастают.Атомы начинают вибрировать с большей амплитудой. Эти колебания, в свою очередь, вызывают частые столкновения между свободными электронами и другими электронами. Каждое столкновение истощает часть энергии свободных электронов и делает их неспособными двигаться. Таким образом, он ограничивает движение делокализованных электронов. Когда происходит столкновение, скорость дрейфа электронов уменьшается. Это означает, что удельное сопротивление металла увеличивается и, следовательно, ток в металле уменьшается. Увеличение удельного сопротивления означает, что проводимость материала снижается.

    Говорят, что для металлов или проводников они имеют положительный температурный коэффициент. Значение α положительное. Для большинства металлов удельное сопротивление линейно увеличивается с повышением температуры в диапазоне 500 К. Примеры для положительного температурного коэффициента включают серебро, медь, золото и т. Д.

    Температурная зависимость удельного сопротивления металлов


    Изменение удельного сопротивления в полупроводниках

    Кремний - полупроводник.В полупроводниках ширина запрещенной зоны между зоной проводимости и валентной зоной мала. При 0K валентная зона полностью заполнена, а зона проводимости может быть пустой. Но при приложении небольшого количества энергии электроны легко перемещаются в зону проводимости. Кремний - это пример полупроводника. В нормальных условиях кремний действует как плохой проводник. Каждый атом кремния связан с 4 другими атомами кремния. Связи между этими атомами представляют собой ковалентные связи, в которых электроны находятся в фиксированных позитонах.Таким образом, при 0K электроны не перемещаются внутри структуры решетки.

    При повышении температуры запрещенная зона между двумя зонами становится очень меньше, и электроны перемещаются из валентной зоны в зону проводимости. Таким образом, некоторые электроны ковалентных связей между атомами Si могут свободно перемещаться внутри структуры. Это увеличивает проводимость материала. Повышение проводимости означает уменьшение удельного сопротивления. Таким образом, когда температура в полупроводнике повышается, плотность носителей заряда также увеличивается, а удельное сопротивление уменьшается.Говорят, что полупроводники имеют отрицательный температурный коэффициент. Таким образом, значение температурного коэффициента удельного сопротивления α отрицательно.

    Кривая нелинейная в широком диапазоне температур.

    Температурная зависимость от удельного сопротивления для полупроводников


    Изменение удельного сопротивления в изоляторах

    В изоляторах велика запрещенная зона между зоной проводимости и валентной зоной.Валентная зона полностью заполнена электронами. Запрещенная щель между двумя зонами будет больше 3 eV. Таким образом, для перехода валентного электрона в зону проводимости требуется большое количество энергии. Алмаз - это пример изолятора. Здесь все валентные электроны участвуют в образовании ковалентной связи и проводимости не происходит. Электроны прочно связаны с ядром.

    Когда температура повышается, атомы материала колеблются, и это заставляет валентные электроны, присутствующие в валентной зоне, переходить в зону проводимости.Это, в свою очередь, увеличивает проводимость материала. Когда проводимость материала увеличивается, это означает, что удельное сопротивление уменьшается, и поэтому ток увеличивается. Таким образом, некоторые изоляторы при комнатной температуре превращаются в проводники при высокой температуре. Для изоляторов они имеют отрицательный температурный коэффициент. Таким образом, значение температурного коэффициента удельного сопротивления α отрицательно.

    Проводники и изоляторы

    Сверхпроводники

    Мы знаем, что когда электрический ток проходит по проводникам, некоторая энергия теряется в виде тепла.Количество потерь энергии зависит от сопротивления материала. В 1911 году некоторые ученые охладили образец ртути до 4,2 ° выше абсолютного нуля. Таким образом сопротивление материала изменилось до нуля. Так был открыт первый сверхпроводник. Таким образом, ученые обнаружили, что в некоторых случаях некоторые материалы не проявляют никакого сопротивления. Материалы с нулевым сопротивлением называются сверхпроводниками. При нулевом сопротивлении материалы проводят ток без потери энергии.Когда температура таких материалов снижается, свободные электроны перестают сталкиваться с положительными ионами, и, таким образом, сопротивление оказывается нулевым. Температура, при которой сопротивление падает до нуля, называется критической температурой .

    Когда сверхпроводник помещается в магнитное поле, магнитное поле огибает материал, не позволяя магнитному полю проходить через них. Когда напряженность магнитного поля увеличивается, в определенный момент поле может проникать через сверхпроводник и, таким образом, его поведение нарушается.

    Считайте, что через сверхпроводник проходит электрический ток. Предположим, что плотность тока увеличивается, при определенном значении плотности тока он теряет свою сверхпроводимость и, наконец, ведет себя как нормальный материал. Плотность тока, выше которой материал теряет сверхпроводимость, называется критической плотностью тока. Высокая температура, сильное магнитное поле и высокая плотность тока разрушают сверхпроводимость материала. Сейчас эти материалы используются в аппаратах МРТ.

    Прочие материалы

    Удельное сопротивление таких материалов, как нихром, манганин и константан, не сильно зависит от температуры и показывает очень низкую зависимость. Следовательно, эти материалы используются в проволочных стандартных резисторах, поскольку изменение значения сопротивления незначительно при изменении температуры.

    Манганин Константан


    Факторы, влияющие на удельное сопротивление

    Мы знаем, что удельное сопротивление ρ = m / ne 2 , где e - заряд электрона, ԏ - среднее время между столкновениями или время релаксации электронов, а m - масса электрона, n - плотность заряда.Таким образом, это показывает, что сопротивление зависит от ряда факторов, таких как время релаксации между столкновениями и плотность заряда. Из приведенных выше сценариев ясно, что при повышении температуры средняя скорость электронов увеличивается, и, следовательно, происходит больше столкновений. Таким образом, время релаксации между каждым столкновением уменьшается.

    В случае металлов плотность заряда в определенной степени не зависит от температуры. Таким образом, это влияет на другие факторы, такие как ԏ, что означает, что при повышении температуры среднее время между столкновениями уменьшается, что приводит к увеличению удельного сопротивления.

    Для полупроводников и изоляторов плотность заряда n увеличивается при повышении температуры. Компенсирует уменьшение значения ԏ. Следовательно, удельное сопротивление уменьшается при понижении температуры.

    Резюме
    • Удельное сопротивление - это сопротивление проводника, имеющего единицу длины и площади поперечного сечения. Единица измерения удельного сопротивления - омметр. Формула: ρ = RA / L, где R - сопротивление в омах, A - площадь поперечного сечения в квадратных метрах, а L - длина в метрах.

    • ρ t = ρ 0 [1 + α (T - T 0 ) - это уравнение, которое показывает связь между температурой и удельным сопротивлением материала. ρ 0 - удельное сопротивление при стандартной температуре, ρ t - удельное сопротивление при t 0 C, T 0 - эталонная температура, а α - температурный коэффициент удельного сопротивления.

    • Для металлов или проводников, когда температура увеличивается и удельное сопротивление металла увеличивается, и, таким образом, ток в металле уменьшается.У них положительный температурный коэффициент. Значение α положительное.

    • Для полупроводников, когда температура увеличивается, увеличивается проводимость материала. Это означает, что удельное сопротивление материала уменьшается, и поэтому ток увеличивается. Для полупроводников они имеют отрицательный температурный коэффициент. Таким образом, значение температурного коэффициента удельного сопротивления α отрицательно.

    • Для изоляторов электропроводность материала увеличивается при повышении температуры.Когда проводимость материала увеличивается, мы знаем, что удельное сопротивление уменьшается и, таким образом, увеличивается ток. Таким образом, некоторые изоляторы при комнатной температуре превращаются в проводники при высокой температуре. Для изоляторов они имеют отрицательный температурный коэффициент. Значение температурного коэффициента удельного сопротивления α отрицательно.

    • Материалы с нулевым сопротивлением называются сверхпроводниками. Температура, при которой сопротивление падает до нуля, называется критической температурой.Высокая температура, сильное магнитное поле и высокая плотность тока ослабят свойство сверхпроводимости материала. Меркурий - пример сверхпроводника.

    • Такие материалы, как нихром, манганин и константан, не сильно зависят от температуры. Таким образом, изменение удельного сопротивления материала при изменении температуры незначительно.


    Посмотрите это видео, чтобы получить дополнительную информацию


    Другие материалы

    Температурная зависимость удельного сопротивления

    cbse сайт для 9 класса | Онлайн-классы CBSE | CBSE онлайн-класс 12

    Влияние температуры на сопротивление

    Сопротивление - это обычно сила, которая препятствует движению тела и замедляет его работоспособность.В области электрики и электроники сопротивление - это сопротивление материала протеканию через него тока. Единица сопротивления S.I. - Ом (Ом). Влияние температуры на сопротивление различно для проводника, полупроводника и изолятора.

    Влияние температуры на сопротивление проводника

    Сопротивление проводов различается в зависимости от многих факторов, таких как материал проводника, размер проводника, условия окружающей среды и т. Д.Температура также является важным фактором, изменяющим сопротивление проводника.

    Поток тока через проводник - это не что иное, как движение электронов проводника. На движение электронов влияет электрическое поле, индуцированное внутри проводника. Это индуцированное электрическое поле создает электрический потенциал в проводнике, который инициирует движение электронов к противоположному выводу.

    Повышение температуры создает столкновение между движущимися электронами проводника, поэтому чистое движение электронов становится равным нулю, что означает отсутствие тока в проводнике и, как говорят, высокое сопротивление.Изменение температуры по-разному влияет на разные типы проводников.

    Влияние температуры на сопротивление проводника прямо пропорционально друг другу. Повышение температуры проводника увеличивает его сопротивление и затрудняет протекание по нему тока. Как обсуждалось выше, движение свободных электронов создает ток в проводнике.

    Движущиеся свободные электроны металлических проводников сталкиваются с другими электронами металла и выделяют тепло.С выделением большего количества тепла происходит больше столкновений. Это создает препятствие для дальнейшего движения электронов проводника и вызывает большее сопротивление. Следовательно, повышение температуры проводника увеличивает сопротивление проводника.

    Влияние температуры на сопротивление полупроводника

    Но в случае полупроводника проводимость возникает, когда электроны из валентной зоны переходят в зону проводимости. Запрещенная энергетическая щель между валентной зоной и зоной проводимости в полупроводнике настолько мала.Приложив небольшую энергию, наиболее удаленные или слабо упакованные электроны валентной зоны могут легко достичь зоны проводимости.

    При воздействии температуры на полупроводниковый материал прочность связи между атомами может быть нарушена, и это заставляет электроны прыгать из валентной зоны в зону проводимости, а проводимость полупроводника увеличивается. Поскольку проводимость тела обратно пропорциональна его сопротивлению, следовательно, с повышением температуры сопротивление полупроводникового материала уменьшается.

    Влияние температуры на сопротивление изолятора

    Свойства изоляторов описывают, что электроны изоляторов тесно связаны с его ядром, и эту связь очень трудно разорвать. Кроме того, запрещенная энергетическая щель между валентной зоной и зоной проводимости огромна. Таким образом, в общем состоянии практически невозможно инициировать проводимость в изоляторе.

    При повышении температуры наиболее удаленные электроны валентной зоны колеблются, и это колебание ослабляет связь между электронами и ядром.Он обеспечивает возможность проводимости, когда электроны валентной зоны достигают зоны проводимости.

    Повышение температуры до некоторой степени уменьшает запрещенную энергетическую щель и запускает проводимость. Следовательно, при определенной температуре изоляторы с повышением температуры ведут себя как проводник, проводимость изоляторов увеличивается, а сопротивление уменьшается.

    Есть также материалы с нулевым сопротивлением, которые называются сверхпроводниками.Температура, при которой материалы приобретают нулевое сопротивление, называется критической температурой проводника.

    Удельное сопротивление материала - это мера сопротивления этого материала единичной площади поперечного сечения и единичной длины. Единица измерения удельного сопротивления S.I. - ом-метр. Удельное сопротивление материала также называют удельным сопротивлением материала. Термин удельное сопротивление происходит от следующего понятия:

    (1)

    (2)

    Из соотношений (1) и (2),

    Константа пропорциональности (ρ) окончательного выражения сопротивления называется удельным сопротивлением материала.Удельное сопротивление зависит от материала корпуса, формы и размера тела, температуры тела и т. Д.

    Как правило, удельное сопротивление проводника очень мало. Но по мере повышения температуры удельное сопротивление проводника увеличивается. Изолятор изначально имеет очень высокое удельное сопротивление. Но с повышением температуры сопротивление изолятора постепенно уменьшается. Удельное сопротивление полупроводникового материала также обратно пропорционально температуре тела.

    Удельное сопротивление металла увеличивается линейно с увеличением температуры с наклоном

    , где ρ t2 - удельное сопротивление тела при температуре t 2 ℃, а ρ t1 - удельное сопротивление тела при температуре. t 1 ℃ и t 2 > t 1 . Есть также некоторые материалы, которые незначительно влияют на изменение температуры.

    Для изучения изменения сопротивления из-за температурного фактора изучается температурный коэффициент сопротивления.Температурный коэффициент определяется как изменение сопротивления тела при изменении температуры на один градус Цельсия. Что касается изменения сопротивления в зависимости от температуры, температурный коэффициент называется положительным температурным коэффициентом и отрицательным температурным коэффициентом.

    Когда отношение прямо пропорционально, т. Е. Сопротивление увеличивается с повышением температуры, это называется положительным температурным коэффициентом. Если сопротивление тела уменьшается с повышением температуры или наоборот, температурный коэффициент называется отрицательным температурным коэффициентом.

    Принимая во внимание сопротивление тела при 0 ℃ как R o Ом и R t Ом при t ℃.

    Следовательно, изменение сопротивления становится

    ∆R = R t - R o …………… .. (3)

    Изменение сопротивления зависит от типа используемого проводника и от соотношения, приведенного в уравнении (3),

    ∆R ∝ R или и ∆R ∝ t ℃

    Здесь α называется температурным коэффициентом сопротивления.

    Автор

    Sunmoni Gohain
    NIT Silchar

    Что происходит с током при увеличении сопротивления? - Mvorganizing.org

    Что происходит с током при увеличении сопротивления?

    Ответ: ток в данной цепи обратно пропорционален сопротивлению в цепи, это означает, что ток будет уменьшаться при увеличении сопротивления.

    Длина прямо пропорциональна сопротивлению?

    Сопротивление провода прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально его площади поперечного сечения.Сопротивление проводника или элемента схемы обычно увеличивается с повышением температуры.

    Почему сопротивление прямо пропорционально длине?

    По мере увеличения длины количество столкновений движущихся свободных электронов с фиксированными положительными ионами увеличивается по мере того, как большее количество фиксированных положительных ионов присутствует в проводнике с увеличенной длиной. В результате сопротивление увеличивается.

    Что произойдет с сопротивлением, если длину удвоить?

    Что происходит с сопротивлением при удвоении длины? Из уравнения мы понимаем, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника.Удвоение длины увеличивает сопротивление вдвое.

    Сопротивление прямо пропорционально температуре?

    Сопротивление увеличивается с увеличением температуры металлического проводника, поэтому сопротивление прямо пропорционально температуре.

    Сопротивление обратно пропорционально температуре?

    Температурная зависимость удельного сопротивления Удельное сопротивление косвенно пропорционально температуре. Другими словами, чем выше температура материалов, тем меньше их удельное сопротивление.Но это верно не для всех материалов, т.е. все материалы не имеют одинаковой зависимости от температуры.

    Сопротивление зависит от температуры?

    Поскольку сопротивление некоторого проводника, например отрезка провода, зависит от столкновений внутри самого провода, сопротивление зависит от температуры. С повышением температуры сопротивление провода увеличивается, поскольку столкновения внутри провода увеличиваются и «замедляют» протекание тока.

    Какая связь между температурой и сопротивлением?

    При повышении температуры количество фононов увеличивается, а вместе с ним и вероятность столкновения электронов и фононов.Таким образом, когда температура повышается, сопротивление повышается. Для некоторых материалов удельное сопротивление является линейной функцией температуры. Удельное сопротивление проводника увеличивается с температурой.

    Какая связь между сопротивлением и током?

    Связь между током, напряжением и сопротивлением выражается законом Ома. Это означает, что ток, протекающий в цепи, прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению цепи, при условии, что температура остается постоянной.

    При какой температуре сопротивление выше?

    Сопротивление металлических проводников прямо пропорционально температуре. Таким образом, сопротивление выше на Т2

    .

    Что происходит с сопротивлением при повышении температуры?

    Сопротивление проводника увеличивается с повышением температуры, поскольку тепловая скорость свободных электронов увеличивается с повышением температуры. Это приводит к увеличению количества столкновений между свободными электронами.

    Что происходит с током при повышении температуры?

    Температура влияет на то, как электричество проходит через электрическую цепь, изменяя скорость движения электронов. Это связано с увеличением сопротивления цепи в результате повышения температуры. Точно так же сопротивление уменьшается с понижением температуры.

    Сопротивление какого металла снижается с повышением температуры?

    Ответ. металлы, кремний, германий и полупроводники..и бла-бла .. сопротивление элементов уменьшается при увеличении температуры….

    Почему сопротивление уменьшается с увеличением площади?

    Добавление дополнительных проводов параллельно снижает сопротивление этой цепи. Таким образом, большая площадь поперечного сечения = больше параллельных проводов = меньшее сопротивление. Следовательно, обратное соотношение пропорциональности отвечает за увеличение площади, уменьшение свойства сопротивления.

    Почему сопротивление металла увеличивается с повышением температуры?

    Нагрев металлического проводника затрудняет прохождение электричества через него.Эти столкновения вызывают сопротивление и выделяют тепло. Нагрев металлического проводника заставляет атомы вибрировать сильнее, что, в свою очередь, затрудняет движение электронов, увеличивая сопротивление.

    Для какого из перечисленных ниже сопротивлений уменьшается при повышении температуры?

    В изоляторах и частичных проводниках, таких как углерод, повышение температуры приводит к снижению сопротивления. Таким образом, полупроводники или изоляторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

    Для чего сопротивление уменьшается?

    Почему сопротивление углерода уменьшается с температурой?

    Углерод является изолятором, и температурный коэффициент изоляторов отрицательный. так потому, что температурный коэффициент удельного сопротивления углерода отрицательный. Поэтому его сопротивление уменьшается с повышением температуры.

    В каком веществе не снижается сопротивление с повышением температуры?

    Полное пошаговое решение Следовательно, удельное сопротивление константана не уменьшается с повышением температуры.Медь и серебро - металлы и хорошие проводники.

    Что произойдет с сопротивлением слюды при повышении температуры?

    Слюда имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Значит, сопротивление будет уменьшаться с повышением температуры.

    Какой материал имеет малое значение температурного коэффициента сопротивления?

    Нихром

    Почему сопротивление в полупроводниках уменьшается с температурой?

    При повышении температуры запрещенная зона между двумя зонами становится очень меньше, и электроны перемещаются из валентной зоны в зону проводимости.Таким образом, когда температура в полупроводнике повышается, плотность носителей заряда также увеличивается, а удельное сопротивление уменьшается.

    Сопротивление полупроводника увеличивается или уменьшается с температурой?

    Когда температура повышается в случае полупроводника, свободный электрон получает больше энергии, чтобы пересечь запрещенную зону в зону проводимости из валентной зоны. Таким образом, теперь большее количество электронов может легко переходить в зону проводимости, поэтому сопротивление уменьшается с температурой.

    Насколько сопротивление изменяется в зависимости от температуры?

    Таким образом, сопротивление обычно увеличивается с повышением температуры. При небольших изменениях температуры удельное сопротивление изменяется линейно с температурой: r = ro (1 + a DT), где a - температурный коэффициент удельного сопротивления. Это означает, что мы предполагаем, что длина и площадь не меняются при изменении температуры.

    Зависит ли удельное сопротивление от длины?

    Удельное сопротивление материала - это сопротивление провода из этого материала единичной длины и единичной площади поперечного сечения.Удельное сопротивление материала зависит от его природы и температуры проводника, но не от его формы и размера.

    Удельное сопротивление металлов увеличивается при повышении температуры. Удельное сопротивление полупроводников уменьшается, когда температура увеличивается ....

  • Электропроводность металлов уменьшается с увеличением Температура. Однако проводимость полупроводников увеличивается. Объясни эти ...

    Электропроводность металлов уменьшается с увеличением Температура.Однако проводимость полупроводников увеличивается. Объясните эти две тенденции.

  • Удельное сопротивление наиболее распространенных металлов

    Удельное сопротивление большинства распространенных металлов: а) уменьшается при повышении температуры. Б) остается постоянным в широком диапазоне температур. В) увеличивается при повышении температуры. Г) изменяется случайным образом при повышении температуры.

  • Для некоторых металлов удельное сопротивление почти обратно пропорционально температуре. Верно Неверный вопрос 2...

    Для некоторых металлов удельное сопротивление почти обратно пропорционально температуре Верно Неверный вопрос 2 (1 балл) Полупроводники - это материалы, которые демонстрируют уменьшение удельного сопротивления с повышением температуры. Верно Неверно

  • Часть A Что происходит с сопротивлением наиболее распространенных металлов, так как температура ...

    Часть A Что происходит с сопротивлением большинства обычных металлов при повышении температуры металла? Повышается или уменьшается сопротивление при повышении температуры, зависит от типа металла. Сопротивление уменьшается при повышении температуры. Сопротивление остается постоянным при повышении температуры. Сопротивление увеличивается при повышении температуры.

  • При температуре, близкой к комнатной, электронная проводимость металла уменьшается с повышением температуры...

    При температуре, близкой к комнатной, электронная проводимость металла уменьшается с повышением температуры, а в типичном полупроводник, электронная проводимость увеличивается по мере увеличения температура повышена. Вы можете объяснить почему? Можете ли вы также предсказать что в изоляторе, какова тенденция электронов проводимость (Пожалуйста, будьте как можно короче, но четко написаны)

  • ВОПРОС 13 Растворимость газа в жидкости (воде) уменьшается, когда температура: Повышается....

    ВОПРОС 13 Растворимость газа в жидкости (воде) уменьшается, когда температура: Повышается. Уменьшается. ВОПРОС 14 Учитывая химическое уравнение для автоионизации воды, выберите правильный продукт, который должен быть на пустом месте. h3O + h30 11 + OH- Оно * OH © h30

  • 3. Если константа равновесия химической реакции уменьшается при повышении температуры от ...

    3. Если константа равновесия химической реакции уменьшается при повышении температуры от комнатной до 100 градусов C, будет ли реакция экзотермической или эндотермической? Почему?

  • Какое из утверждений верно? Выберите один: O a.Электропроводность полупроводника увеличивается с ...

    Какое из утверждений верно? Выберите один: O a. Электропроводность полупроводника увеличивается с ростом температуры b. Удельное сопротивление полупроводника увеличивается с ростом температуры o c. Металлы и полупроводники имеют схожие электропроводящие свойства O d. Электропроводность металла увеличивается с повышением температуры Сохранить ответ Какое утверждение верно относительно решетки XY2? Выберите один: O a. В элементарной ячейке содержится вдвое больше ионов X2n +, чем в Yn- b.Координационные среды x2n + и Yn-это ...

  • Почему с повышением температуры электропроводность металлов уменьшается, а электролитов увеличивается? ...

    Почему с повышением температуры электропроводность металлов уменьшается, а электролитов увеличивается? Почему две круговые токовые петли одинакового размера и с одинаковым направлением тока притягиваются друг к другу, когда одна помещается поверх другой, но отталкиваются друг от друга, когда они размещаются бок о бок в одной плоскости? Что произойдет в этих двух ситуациях, если направления тока в двух контурах противоположны? В чем сходство...

  • ВОПРОС 13 Растворимость газа в жидкости (воде) уменьшается, когда температура: Повышается ....

    ВОПРОС 13 Растворимость газа в жидкости (воде) уменьшается, когда температура: Повышается. Уменьшается. ВОПРОС 14 Учитывая химическое уравнение для автоионизации воды, выберите правильный продукт, который должен быть на пустом месте. h3O + h30 = + OH h40 + OH h30 ВОПРОС 15 Концентрация гидроксония в определенном растворе составляет 1,0 x 10 моль / л, рассчитайте pH и выберите свой ответ.pH = 9 pH-8 pH - 10 ВОПРОС 16 Решает это, когда ...

  • .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *