Как зависит электрическое сопротивление металлов от температуры? Почему?

Ну начнём с того, что практически все металлы при очень низких температурах (не более десятка Кельвин (0 град. Сельсия = 273,15 град. Кельвина) ) становятся сверхпроводниками (теряют полностью электрическое сопротивление и начинают вытеснять магнитное поле) .
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:
ρt=ρ0*(1+α* t),
Rt=R0*(1+α* 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.
hαi=1*∆ρ/ρ*∆T,
где hαi — 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.
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.

touch.otvet.mail.ru

Сопротивление проводников | ВолАмпер

Зависимость сопротивления от физических условий.

Сопротивление проводников (или обратная величина — их проводимость) не есть величина постоянная, а может меняться в зависимости от физических условий, в которых находятся эти проводники, и прежде всего (для большинства проводников) — от температуры. Сопротивление некоторых тел изменяется от воздействия магнитного поля, от механических воздействий, от действия световых лучей и т. п.
Сопротивление металлов увеличивается с увеличением температуры; сопротивление угля, металлических земель и электролитов с повышением температуры уменьшается.
С достаточным приближением в каком-нибудь интервале температур сопротивление металлического проводника может быть выражено через

,

а в первом приближении в пределах небольших изменений температур от 0 до 100 градусов Цельсия через

Таблица проводимости материалов

 Температурный коэфициент удельного сопротивления, а для всех чистых металлов имеет величину, приблизительно равную тепловому коэфициенту расширения идеальных газов:

 Это обстоятельство можно было бы формулировать и таким образом, что сопротивление проводника пропорционально его абсолютной температуре (измеряемой в градусах Кельвина). Действительно,

 Особый интерес представляют сплавы. Если металлы, входящие в сплав, не растворяются друг в друге, т. е. если сплавы состоят из обособленных кристаллов этих металлов, то проводимость и кеэфициент проводимости могут быть подсчитаны по правилу смешения (например, кадмий — цинк). Если же составные металлы растворяются друг в друге в любом соотношении, то сплавы имеют более высокие удельные сопротивления, чем их компоненты и очень низкий температурный коэфициент. Этим свойством пользуются при изготовлении материалов с высоким удельным сопротивлением, например, никелина, нихрома, манганина, константана и т. д. (см. таблицу проводимости материалов) для реостатов, эталонов сопротивления и т. п.
Пониженная проводимость получается также от прибавления к меди фосфора или силиция, что делается для достижения большей механической прочности меди, например, при изготовлении телеграфных и телефонных проводов для воздушных линий.
При переходе из одного агрегатного состояния в другое, например, при плавлении, удельное сопротивление почти всех металлов и их температурный коэфициент увеличиваются (для сурьмы и висмута имеет место обратное явление).
В металлах, подверженных внешнему давлению, сопротивление с повышением давления за весьма малыми исключениями уменьшается. То же, но в значительно большей степени, наблюдается для порошкообразных тел, например, для металлических или угольных порошков. Последним свойством пользуются в так называемых угольных микрофонах, где мембрана, колеблясь под действием звуков, давит на порошок и изменяет его сопротивление.
В отношении влияния магнитного поля на электрическое сопротивление металлов следует указать, что для так называемых ферромагнитных тел (железа, никеля, кобальта) наблюдается увеличение сопротивления, когда направление поля совпадает с направлением тока, и уменьшение сопротивления, когда магнитное поле перпендикулярно к направлению тока. Для диамагнитных тел, наиболее характерным из которых является висмут, при помещении их в магнитное поле имеет место весьма значительное повышение сопротивления (при увеличении напряженности поля) от 0 до 12500 А/см сопротивление висмута увеличивается на 75%. Этим свойством пользуются для измерения сильных магнитных полей

Проводимость в некоторых случаях зависит также от световых лучей, падающих на проводник. В этом отношении особенно выделяется так называемый серый селен, который может быть получен или в кристаллической модификации при медленном остывании (от 200 градусов Цельсия) или в металлической модификации при быстром охлаждении. Первая модификация наиболее светочувствительна. Чем сильнее освещать селен, тем больше падает его сопротивление. На этом влиянии световых лучей на селен, которое более всего проявляет в красной и жёлтой частях спектра, построены так называемые световые реле, которые, однако, обладают тем недостатком, что изменение проводимости наступает с некоторым запозданием и затем при длительном действии света, селен перестает реагировать на изменение силы света.

 

volamper.ru

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




www.ngpedia.ru

При увеличении температуры, сопротивление материалов увеличивается или уменшается?

Если Вы об электрическом сопротивлении, то оно у металлов увеличивается, а у полупроводников — уменьшается.
В этом главное отличие между металлической и полупроводниковой проводимостью.

О каком собственно сопотивлении идёт речь ? Электрическом,механическом ?

Уменьшается)))

Увеличивается у всех кроме константана.

увеличивается
расчитывается по формуле R=R0([email protected])

увеличивается

металлов увеличивается, у полупроводников электрическое сопротивление уменьшается.
в металлах R=R(0)(1+at) где а — термич коэф
в полупроводниках R=b(exp((E2-E1)/2kt
происходит это вроде из-за разности в строении материалов

В проводниках (металлы и их сплавы) электическое сопротивление линейно возрастает с температурой. При малой температуре амплитуда тепловых колебаний атомов и ионов около положения равновесия невелика, и электроны почти беспрепятственно движутся в кристаллической решетке металлического проводника под действием электрического поля. С увел. температуры амплитуда колебаний возрастает, у электронов остается меньше места для беспрепятственного движения в кристаллической решетке, они чаще сталкиваются с атомами и ионами => сопротивление упорядоченному движению возрастает.
R=p(нулевое)(1+a(T-Tнулевое)), где a — температурный коэф. сопротивления,р(нулевое) — удельное сопротивление при t=20 градусов (табл. данные)
Сопротивление полупроводников (углерод, р-р соли, кремний,жир, кровь) уменьшается при увеличении температуры. При низких температурах электроны прочно связаны в атомах (нет дополнительной энергии для преодоления притяж. к ядру), свободных электронов -носителей заряда, нет, т.е. при низких температурах полупроводники ведут себя как изолятор. При нагревании происходит разрыв связей электронов с атомами. Атом потерявший электрон становится заряжен положительно, в этой точке образуется избыточный полож. заряд — дырка, которую может заполнить электрон соседнего атома. При увел. температуры становится больше свободных электронов, которые могут перемещаются по полупроводнику =>увел число носителей заряда => уменьшается удельное сопротивление полупроводника. R=m(e) / ne2 t, где m(e) масса электрона, n -концентрация, кол-во зарядов, e2 — заряд электрона в квадрате.
Некоторые вещества при температуре ниже кртитической (для разных веществ разная) могут переходить в сверхпроводящее состояние, ток в таком проводнике может протекать неограниченно долгое время, без потерь, из-за отсутсвия сопротивления (Ртуть -при 4,2 К) . Из-за низких температур в сверхпроводнике практически отсутсвует хаотическое тепловое движение атомов и ионов, образуются куперовские пары — два электрона, притягив. друг к другу и двигающихся согласованно.

touch.otvet.mail.ru

Электрическое сопротивление проводника

Электрическое сопротивление — физическая величина, которая показывает, какое препятствие создается току при его прохождении по проводнику. Единицами измерения служат Омы, в честь Георга Ома. В своем законе он вывел формулу для нахождения сопротивления, которая приведена ниже. 

Рассмотрим сопротивление проводников на примере металлов. Металлы имеют внутреннее строение в виде кристаллической решетки. Эта решетка имеет строгую упорядоченность, а её узлами являются положительно заряженные ионы. Носителями заряда в металле выступают “свободные” электроны, которые не принадлежат определенному атому, а хаотично перемещаются между узлами решетки. Из квантовой физики известно, что движение электронов в металле это распространение электромагнитной волны в твердом теле. То есть электрон в проводнике движется со скоростью света (практически), и доказано, что он проявляет свойства не только как частица, но еще и как волна. А сопротивление металла возникает в результате рассеяния электромагнитных волн (то есть электронов) на тепловых колебаниях решетки и её дефектах.  При столкновении электронов с узлами кристаллической решетки часть энергии передается узлам, вследствие чего выделяется энергия. Эту энергию можно вычислить при постоянном токе, благодаря закону Джоуля-Ленца – Q=I2Rt. Как видите чем больше сопротивление, тем больше энергии выделяется. 

Удельное сопротивление

Существует такое важное понятие как удельное сопротивление, это тоже самое сопротивление, только в единице длины. У каждого металла оно свое, например у меди оно равно 0,0175 Ом*мм2/м, у алюминия 0,0271 Ом*мм2/м .  Это значит, брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2 будет иметь сопротивление 0,0175 Ом, а такой же брусок, но из алюминия будет иметь сопротивление 0,0271 Ом. Выходит что электропроводность меди выше чем у алюминия. У каждого металла удельное сопротивление свое, а рассчитать сопротивление всего проводника можно по формуле   

где p – удельное сопротивление металла, l – длина проводника, s – площадь поперечного сечения.

Значения удельных сопротивлений приведены в таблице удельных сопротивлений металлов (20°C)   














Вещество

p, Ом*мм2/2

α,10-3 1/K

Алюминий

0.0271

3.8

Вольфрам

0.055

4.2

Железо

0.098

6

Золото

0.023

4

Латунь

0.025-0.06

1

Манганин

0.42-0.48

0,002-0,05

Медь

0.0175

4.1

Никель

0.1

2.7

Константан

0.44-0.52

0.02

Нихром

1.1

0.15

Серебро

0.016

4

Цинк

0.059

2.7

Кроме удельного сопротивления в таблице есть значения ТКС, об этом коэффициенте чуть позже.

Зависимость удельного сопротивления от деформаций

При холодной обработке металлов давлением, металл испытывает пластическую деформацию. При пластической деформации кристаллическая решетка искажается, количество дефектов становится больше. С увеличением дефектов кристаллической решетки, сопротивление течению электронов по проводнику растет, следовательно, удельное сопротивление металла увеличивается. К примеру, проволоку изготавливают методом протяжки, это значит, что металл испытывает пластическую деформацию, в результате чего, удельное сопротивление растет. На практике для уменьшения сопротивления применяют рекристаллизационный отжиг, это сложный технологический процесс, после которого кристаллическая решетка как бы, “расправляется” и количество дефектов уменьшается, следовательно, и сопротивление металла тоже.

При растяжении или сжатии, металл испытывает упругую деформацию. При упругой деформации вызванной растяжением, амплитуды тепловых колебаний узлов кристаллической решетки увеличиваются, следовательно, электроны испытывают большие затруднения, и в связи с этим, увеличивается удельное сопротивление. При упругой деформации вызванной сжатием, амплитуды тепловых колебаний узлов уменьшаются, следовательно, электронам проще двигаться, и удельное сопротивление уменьшается.

Влияние температуры на удельное сопротивление

Как мы уже выяснили выше, причиной сопротивления в металле являются узлы кристаллической решетки и их колебания. Так вот, при увеличении температуры, тепловые колебания узлов увеличиваются, а значит, удельное сопротивление также увеличивается. Существует такая величина как температурный коэффициент сопротивления (ТКС), который показывает насколько увеличивается, или уменьшается удельное сопротивление металла при нагреве или охлаждении. Например, температурный коэффициент меди при 20 градусах по цельсию равен 4.1 · 10 − 3 1/градус. Это означает что при нагреве, к примеру, медной проволоки на 1 градус цельсия, её удельное сопротивление увеличится на 4.1 · 10 − 3  Ом. Удельное сопротивление при изменении температуры можно вычислить по формуле 

где r это удельное сопротивление после нагрева, r0 – удельное сопротивление до нагрева, a – температурный коэффициент сопротивления, t2 – температура до нагрева, t1  — температура после нагрева. 

Подставив наши значения, мы получим: r=0,0175*(1+0.0041*(154-20))=0,0271 Ом*мм2/м. Как видите наш брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2, после нагрева до 154 градусов, имел бы сопротивление, как у такого же бруска, только из алюминия и при температуре равной 20 градусов цельсия. 

Свойство изменения сопротивления при изменении температуры, используется в термометрах сопротивления. Эти приборы могут измерять температуру основываясь на показаниях сопротивления. У термометров сопротивления высокая точность измерений, но малые диапазоны температур.

На практике, свойства проводников препятствовать прохождению тока используются очень широко.  Примером может служить лампа накаливания, где нить из вольфрама, нагревается за счет высокого сопротивления металла, большой длины и узкого сечения. Или любой нагревательный прибор, где спираль разогревается благодаря высокому сопротивлению. В электротехнике, элемент главным свойством которого является сопротивление, называется – резистор. Резистор применяется практически в любой электрической схеме. 

  • Просмотров: 2036
  • electroandi.ru

    Как меняется сопротивление металлов с изменением температуры и почему

    А почему, вот, такие пары не рассеиваются на фононах? Всё дело в нулевом спине?

    Сопротивление увеличивается с повышением температуры металла из-за теплового движения молекул.

    С ростом температуры сопротивление тоже растёт, потому что.. . потому что растёт. Физический механизм возникновения сопротивления — рассеяние электронов на тепловых колебаниях кристаллической решётки металла. Растёт температура — растёт интенсивность (амплитуда) этих колебаний — растёт и интенсивность рассеяния — растёт сопротивление. Всё просто.
    Интересное начинается «в другую сторону». Если температуру не повышать, а понижать. Для мгногих металлов (не для всех! ) существует температура, при охлаждении до которой сопротивление исчезает. Вааще. До нуля. Это называется «сверхпроводимостью». Природа сверхпроводимости — чисто квантовая. Электроны с разнонаправленными спинами связываются в пары (куперовские пары) , то есть вместо двух отдельных электронов появляется одна квазичастица с нулевым спином, состоящая из двух электронов. Такие пары могут перемещаться по кристалической решётки, не рассеиваясь на фононах (квантах тепловых колебаний решётки) , поэтому не встречая сопротивления.

    touch.otvet.mail.ru

    Удельное сопротивление — металл — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

    Удельное сопротивление — металл

    Cтраница 2

    На удельное сопротивление металлов сильно влияют даже незначительные примеси. На рис. 305 показано влияние примесей на электропроводность меди; на оси абсцисс отложен процент примесей, на оси ординат указано относительное ( в процентах) изменение электропроводности меди.
     [16]

    Почему удельное сопротивление металлов растет с ростом температуры.
     [17]

    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.
     [19]

    Здесь р — удельное сопротивление металла при комнатной температуре; Е — энергия, необходимая для перевода свободных электронов с основного уровня на уровень проводимости. Численно эта величина в модели потенциального ящика отображает ширину запрещенных зон.
     [20]

    Известно, что удельное сопротивление металлов падает с уменьшением температуры, однако у различных материалов вблизи абсолютного нуля это уменьшение происходит по-разному. У некоторых ( например, у меди) сопротивление все время изменяется монотонно ( кривая 1 рис. 9 — 18), не достигая нулевого значения. Указанное явление, открытое в 1911 г., носит название явления сверхпроводимости.
     [22]

    При повышении температуры удельное сопротивление металлов возрастает ( от 1 / 300 до 1 / 200 на градус; рис. 366 на стр.
     [23]

    Примеси сильно увеличивают удельное сопротивление металлов и снижают их температурный коэффициент.
     [24]

    Она обратно пропорциональна удельному сопротивлению металла и, следовательно, уменьшается с повышением температуры.
     [25]

    Сопротивление резистора определяется удельным сопротивлением металла, формой и толщиной пленки. Обычно пленки имеют толщину 200 — 800 А.
     [27]

    При достаточно низких температурах удельное сопротивление металлов стремится к некоторому пределу, называемому остаточным удельным сопротивлением.
     [28]

    Нужно отметить, что удельное сопротивление металлов уменьшается с ростом температуры, а удельное сопротивление графита и угля растет.
     [29]

    Как зависит от температуры удельное сопротивление металлов.
     [30]

    Страницы:  

       1

       2

       3

       4

       5




    www.ngpedia.ru

    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о