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
Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры.
Температурный коэффициент сопротивления | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, краткоТема: Электрический ток в металлах
Раздел: Электричество
Сопротивление проводников зависит от вещества, из которого они изготовлены, и их геометрических размеров
R = ρ • l / S,
где ρ — удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник; l —длина проводника; S — площадь поперечного сечения проводника.
Сопротивление проводников входит в закон Ома для однородного участка цепи I = U / R, из которого и может быть определено R = U / I.
Из последней формулы выходит, что сопротивление проводника постоянно, поскольку, в соответствии с законом Ома, во сколько раз увеличиваем напряжение на концах проводника, во столько же раз возрастает и сила тока в нем.
Но на практике можно наблюдать и другие явления. Составим электрическую цепь, схема которой показана на рис. 7.2. В этой цепи есть источник тока с регулированным напряжением, электрическая лампа, например автомобильная, вольтметр и амперметр, показывающие напряжение на лампе и силу тока в ней. Устанавливаем на лампе напряжение
| Рис. 7.2. Электрическая цепь с лампой накала |
Возникло несоответствие между вашими предшествующими знаниями и новым для вас фактом — закон Ома не всегда справедлив.
Проблема (гр. — задача, затруднение) — сложный теоретический или практический вопрос, требующий решения.
Можно высказывать разные предположения, что является попыткой объяснить наблюдаемое явление. Однако в ходе опыта бросается в глаза, что при увеличенном напряжении лампа светится ярче, чем в первом случае. Это является свидетельством того, что температура спирали лампы во втором случае выше, чем в первом. Возможно, именно изменение температуры является причиной изменения сопротивления металлической спирали лампы.
| Рис. 7.3. Исследование зависимости сопротивления металлического проводника от температуры |
Как же можно проверить такое предположение (гипотезу)? Составляем электрическую цепь (рис. 7.3), в которой есть металлический проводник в виде спирали, например пружинка от шариковой ручки, и устанавливаем в цепи ток определенной силы.
Нагревая спираль в пламени свечи или спички, заметим:
Загрузка…
при нагревании спирали и при постоянном напряжении сила тока в цепи уменьшается, что свидетельствует об увеличении сопротивления спирали при повышении ее температуры.
Тщательные исследования показывают, что сопротивление металлических проводников зависит от их температуры практически линейно
R = R0(1 + αt°),
где R0 — сопротивление проводника при 0 °C или +20 °C (это удобнее для техники). График такой зависимости представлен на рис. 7.4.
| Рис. 7.4. График зависимости сопротивления металлического проводника от температуры |
Если иметь в виду, что размеры металлов при нагревании изменяются мало, то соответствующую формулу можно записать и для удельного сопротивления металлических проводников
ρ = ρ0(1 + αt°).
Рассмотрим, что означает коэффициент в полученных формулах. Если при 0°C сопротивление проводника R0, а при t° C сопротивление его R, то относительное изменение сопротивления, как показывает эксперимент, (R —
Коэффициент пропорциональности называется температурным коэффициентом сопротивления, который характеризует зависимость сопротивления вещества от его температуры.
Температурный коэффициент сопротивления равен относительному изменению сопротивления проводника при изменении его температуры на 1 К.
Для всех металлических проводников α > 0 и мало зависит от температуры.
Почему же возрастает сопротивление металлических проводников с повышением температуры? Дело в том, что при нагревании металла возрастает интенсивность колебаний ионов кристаллической решетки и скорость хаотического движения электронов.
Электроны чаще сталкиваются с ионами, что и уменьшает скорость их направленного движения, которое и является электрическим током.
В технике зависимость сопротивления металлических проводников от температуры используется в термометрах сопротивления.
Датчик температуры (например, платиновая проволочка) устанавливается в тех точках, где необходимо измерять температуру, а его сопротивление измеряют омметром, шкала которого градуируется в единицах температуры. Таких датчиков, при необходимости, может быть любое количество, а измерительный прибор — один.
На этой странице материал по темам:
График зависимости сопротивления от температуры в вакууме
Электрический ток в вакууме зависимость сопротивления от температуры
Зависимость удельного сопротивления от температуры в вакууме
Формула температурный коэффициент сопротивления
Зависимость сопротивления в вакууме от температуры
Вопросы по этому материалу:
От чего и как зависит сопротивление металлических проводников при постоянной температуре?
Как зависит сопротивление металлических проводников от температуры?
Где используется зависимость сопротивления металлических проводников от температуры?
Сопротивление в зависимости от температуры — сопротивление различных материалов
Сопротивление — это препятствие для потока электронов в материале.
Когда к проводнику прикладывается разность потенциалов, она способствует движению электронов, в то время как сопротивление препятствует движению электронов. Комбинация этих двух факторов представляет собой скорость, с которой заряд течет между двумя клеммами.
Когда к веществу прикладывается напряжение, возникает электрический ток. Напряжение, приложенное к веществу через него, прямо пропорционально току.
V∝I
Константа пропорциональности называется удельным сопротивлением металлов.
V=RI
Следовательно, сопротивление определяется как отношение напряжения, приложенного к веществу, к силе тока. Сопротивление измеряется в омах (Ом).
Единица сопротивления
Исходя из концепции сопротивления, можно сказать, что единицей электрического сопротивления является вольт на ампер. Одна единица сопротивления — это сопротивление, которое позволяет одной единице тока протекать через себя, когда к ней приложена одна единица разности потенциалов.
Единица сопротивления на вольт на ампер называется ом (Ом).
Сопротивление различных материалов
Проводники: Материалы с очень низким сопротивлением потоку электронов. Серебро является хорошим проводником электричества, но из-за высокой стоимости редко используется в электрических системах. Алюминий является хорошим проводником и широко используется в качестве проводника из-за его низкой стоимости и доступности.
Полупроводники. Материалы с умеренным значением сопротивления (не очень высоким и не очень низким) при комнатной температуре называются полупроводниками. Есть несколько применений полупроводников, например, для изготовления электронных устройств. Кремний и германий — два материала, которые в основном используются в полупроводниках.
Изоляторы: Материалы с очень высоким сопротивлением потоку электронов.
Эти материалы являются очень плохими проводниками электричества и в основном используются в электрических системах для предотвращения утечки тока. Слюда, фарфор, бумага, сухая древесина, минеральное масло, газообразный азот, воздух и т. д. являются хорошими примерами изоляторов.
Эти материалы являются очень плохими проводниками электричества и в основном используются в электрических системах для предотвращения утечки тока. Слюда, фарфор, бумага, сухая древесина, минеральное масло, газообразный азот, воздух и т. д. являются хорошими примерами изоляторов.
Сопротивление в зависимости от температуры
Общее правило гласит, что сопротивление увеличивается в проводниках с повышением температуры и уменьшается с повышением температуры в изоляторах. В случае полупроводников, как правило, сопротивление полупроводника уменьшается с повышением температуры. Но нет простого математического соотношения для описания этой зависимости между сопротивлением и температурой для различных материалов с помощью графиков.
Для проводника: Валентная зона и зона проводимости перекрывают друг друга в случае проводника. Итак, зона проводимости проводника содержит избыточные электроны.
Поглощая энергию, больше электронов перейдет из валентной зоны в зону проводимости, когда вы повысите температуру.Для полупроводников: проводимость полупроводникового материала увеличивается с повышением температуры. По мере повышения температуры самые внешние электроны приобретают энергию, и, таким образом, получая энергию, самые внешние электроны покидают оболочку атома.
Поглощая энергию, больше электронов перейдет из валентной зоны в зону проводимости, когда вы повысите температуру.
Что такое удельное сопротивление?
Удельное сопротивление — это в основном количественное значение сопротивления, обеспечиваемого любым материалом. Хотя материалы сопротивляются протеканию электрического тока, некоторые лучше проводят его, чем другие. Удельное сопротивление — это показатель, который позволяет сравнивать, как различные материалы пропускают или сопротивляются протеканию тока.
Единицей удельного сопротивления в СИ является ом⋅метр (Ом⋅м), обычно обозначаемый греческой буквой ρ, ро.
Удельное сопротивление материала может быть определено через сопротивление (R), длину (L) и площадь материала (A).
ρ=RA/L
Из уравнения видно, что сопротивление можно изменять, регулируя ряд параметров.
Удельное сопротивление в зависимости от температуры
Удельное сопротивление материалов зависит от температуры как ρt = ρ0 [1 + α (T – T0). Это уравнение, которое показывает зависимость между удельным сопротивлением и температурой.
ρt = ρ0 [1 + α (T – T0)
ρ0 – удельное сопротивление при стандартной температуре
ρt – удельное сопротивление при t0 C
T0 – эталонная температура
α – температурный коэффициент удельного сопротивления
Здесь и зависимость температуры от удельного сопротивления.
Для проводников: Говорят, что проводники имеют положительную ко-температуру, эффективную для металлов или проводников. Положительное значение равно α. Для большинства металлов удельное сопротивление увеличивается линейно с повышением температуры примерно на 500 К9.0003
Для полупроводников: Удельное сопротивление полупроводника уменьшается с повышением температуры. Говорят, что у них отрицательный температурный коэффициент. Таким образом, температурный коэффициент удельного сопротивления α отрицательный.
Изоляторы: Для изоляторов с повышением температуры увеличивается проводимость материала. Когда проводимость материала увеличивается, мы знаем, что удельное сопротивление уменьшается, и тем самым увеличивается ток. А некоторые изоляторы превращаются в проводники при высоких температурах при комнатной температуре.
Имеют отрицательный температурный коэффициент.
Имеют отрицательный температурный коэффициент.
Забавные факты
Основная причина использования резистора в качестве электрического компонента — сопротивление электричеству.
Значение резистора легко измерить омметром или мультиметром.
Изучение электричества и мощности в физике является наиболее интересной главой, если хорошо поняты соответствующие понятия и формулы. Веб-сайт Vedantu очень красиво и естественно объясняет течение тока и его силу сопротивления, чтобы ученики могли легко их понять. Эксперты подготовили специальные видеоролики о том, как все это работает, и очень хорошо объяснили концепции. Студенты могут просто обратиться к этим материалам, доступным в Интернете, и хорошо подготовиться к экзаменам.
Сопротивление определяется как мера противодействия протеканию тока, вызванного напряжением в электрической цепи. Сопротивление измеряется в омах, что обозначается греческой буквой омега (Ом).
Сила, например трение, действует против направления движения тела и имеет тенденцию предотвращать или замедлять движение тела. Простым примером сопротивления может быть ребенок, сражающийся с похитителем, или ветер с крыльями самолета.
Если вы знаете общий ток и напряжение во всей цепи, присутствующее в какой-либо конкретной области, вы можете найти общее сопротивление, используя
Закон Ома: R = V / I.
Например, параллельная цепь имеет напряжение 9 вольт и общий ток 3 ампера. Общее сопротивление RT = 9 вольт / 3 ампера = 3 Ом.
Сопротивление в зависимости от температуры
По мере повышения температуры количество фононов увеличивается, а вместе с ним и вероятность столкновения электронов и фононов. Таким образом, когда температура повышается, сопротивление увеличивается. Для некоторых материалов удельное сопротивление является линейной функцией температуры. Удельное сопротивление проводника увеличивается с температурой.
Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводников | Блог системного анализа
Ключевые выводы
При повышении температуры удельное сопротивление металла увеличивается, придавая ему положительный температурный коэффициент сопротивления.
Полупроводники имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.
Удельное сопротивление внешних полупроводников больше, чем собственных полупроводников.
Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводников играет важную роль в их применении в электронике
Электропроводность описывает легкость прохождения электрического тока через материал и является важным параметром материала .
Проводники – это материалы, пропускающие через себя ток. Те, которые блокируют ток, называются изоляторами. Есть материалы, которые попадают между проводниками и изоляторами, когда ток, протекающий по ним, принимается за относительный параметр. Такие материалы известны как полупроводники.
Во всех этих материалах протекание тока может быть напрямую связано с проводимостью материала, которая является обратной величиной удельного сопротивления. Удельное сопротивление является свойством материала и зависит от температуры. Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводников играет существенную роль в их применении в электронике. В этой статье мы рассмотрим, почему это так.
Что такое удельное сопротивление?
Удельное сопротивление является неотъемлемым свойством материала. Это константа для материала при данной температуре. Удельное сопротивление материала можно определить как сопротивление материала единицы площади поперечного сечения и единицы длины.
Соотношение между сопротивлением материала и удельным сопротивлением: материал. Единицей удельного сопротивления является ом-метр.
Электропроводность обратна удельному сопротивлению. Когда удельное сопротивление материала высокое, его проводимость очень низкая, и наоборот. Учитывая это соотношение, можно сказать, что удельное сопротивление металлов или проводников очень низкое. Располагая материалы в порядке возрастания удельного сопротивления, порядок: проводники, полупроводники и изоляторы.
Далее мы рассмотрим, как температура влияет на удельное сопротивление.
Температурная зависимость удельного сопротивления
Удельное сопротивление материала зависит от температуры. Температурная зависимость удельного сопротивления различна для проводников, полупроводников и диэлектриков. Давайте обсудим, как изменяется удельное сопротивление в проводниках и изоляторах, прежде чем обсуждать полупроводники.
Проводники
В проводниках при повышении температуры атомы начинают сильно вибрировать, что приводит к столкновению свободных электронов и других электронов. Это столкновение вызывает потерю энергии свободными электронами, которые ответственны за ток. Уменьшение движения или скорости дрейфа электронов из-за утечки энергии увеличивает удельное сопротивление проводников, особенно металлов. С повышением температуры удельное сопротивление металла также увеличивается, что придает ему положительный температурный коэффициент сопротивления. При высоких температурах удельное сопротивление проводника увеличивается, а проводимость уменьшается.
Изоляторы
Изоляторы смещаются в зону проводимости при повышении температуры. Удельное сопротивление изолятора уменьшается с температурой, что приводит к увеличению проводимости. Изоляторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.
Далее мы исследуем температурную зависимость удельного сопротивления полупроводников.
Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводников
В полупроводниках энергетическая щель между зоной проводимости и валентной зоной уменьшается с повышением температуры. Валентные электроны в полупроводниковом материале получают энергию, чтобы разорвать ковалентную связь и перейти в зону проводимости при высоких температурах. Это создает больше носителей заряда в полупроводнике при высоких температурах. Более высокая концентрация носителей заряда снижает удельное сопротивление полупроводника. Поскольку удельное сопротивление полупроводника уменьшается с повышением температуры, он становится более проводящим. Полупроводник обладает отличной проводимостью при высоких температурах.
На приведенном ниже графике показана зависимость между удельным сопротивлением и температурой в полупроводнике. Полупроводники имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Это свойство используется для применения полупроводников в электронике.
При приложении внешнего напряжения температура полупроводникового кристалла увеличивается, что, в свою очередь, увеличивает плотность в нем термически генерируемых носителей. Генерируется больше электронно-дырочных пар, что позволяет легко протекать току через полупроводник.
Удельное сопротивление в зависимости от температуры в полупроводниках
Характеристики полупроводника улучшаются путем легирования его донорными или акцепторными примесями. Такие полупроводники называются внешними полупроводниками. Удельное сопротивление примесных полупроводников больше, чем у собственных (нелегированных или чистых) полупроводников.
Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводников очень полезна; используемая нами сегодня полупроводниковая электроника возможна только благодаря отрицательному температурному коэффициенту сопротивления. Cadence предлагает набор инструментов для проектирования и анализа, помогающих создавать твердотельные электронные схемы.