Postoji raznim uslovima, pri čemu nosioci naboja prolaze kroz određene materijale. I na naplatu električna struja direktnog uticaja ima otpor, koji zavisi od okruženje. Faktori koji mijenjaju protok električne struje uključuju temperaturu. U ovom članku ćemo razmotriti ovisnost otpora vodiča o temperaturi.

Metali

Kako temperatura utiče na metale? Da bi se utvrdila ova ovisnost, proveden je sljedeći eksperiment: baterija, ampermetar, žica i plamenik su međusobno povezani žicama. Zatim morate izmjeriti struju u krugu. Nakon što su očitanja obavljena, potrebno je da gorionik dovedete do žice i zagrijete ga. Kada se žica zagrije, može se vidjeti da se otpor povećava, a vodljivost metala smanjuje.

1. metalna žica
2. Baterija
3. Ampermetar

Ovisnost je naznačena i opravdana formulama:

Iz ovih formula slijedi da je R provodnik određen formulom:

Primjer ovisnosti otpora metala na temperaturu dat je u videu:

Također morate obratiti pažnju na takvo svojstvo kao što je supravodljivost. Ako su uslovi okoline normalni, hlađenjem provodnici smanjuju otpor. Grafikon ispod pokazuje kako zavise temperatura i otpornost žive.

Superprovodljivost je fenomen koji se javlja kada materijal dostigne kritičnu temperaturu (bližu nuli Kelvina), pri kojoj otpor naglo pada na nulu.

gasovi

Plinovi djeluju kao dielektrik i ne mogu provoditi elektricitet. A da bi se formirao, potrebni su nosioci naboja. Joni igraju svoju ulogu, a nastaju pod uticajem spoljašnjih faktora.

Ovisnost se može vidjeti na primjeru. Za eksperiment je korišten isti dizajn kao u prethodnom eksperimentu, samo su provodnici zamijenjeni metalnim pločama. Između njih mora postojati mali prostor. Ampermetar bi trebao pokazati da nema struje. Kada se plamenik postavi između ploča, uređaj će pokazati struju koja prolazi kroz plinoviti medij.

Ispod je grafikon strujno-naponske karakteristike plinskog pražnjenja, koji pokazuje da se rast ionizacije u početnoj fazi povećava, zatim ovisnost struje o naponu ostaje nepromijenjena (odnosno s povećanjem napona struja ostaje ista ) i naglo povećanje jačine struje, što dovodi do sloma dielektričnog sloja.

Razmotrite provodljivost gasova u praksi. Prolaz električne struje u gasovima se koristi u fluorescentnim lampama i lampama. U ovom slučaju, katoda i anoda, dvije elektrode smještene su u tikvicu, unutar koje se nalazi inertni plin. Kako ovaj fenomen zavisi od gasa? Kada se lampa uključi, dvije niti se zagrijavaju i stvara se termoionska emisija. Unutrašnjost sijalice je presvučena fosforom koji emituje svetlost koju vidimo. Kako živa zavisi od fosfora? Pare žive, kada su bombardovane elektronima, nastaju infracrveno zračenje koja zauzvrat emituje svetlost.

Ako se između katode i anode dovede napon, dolazi do provođenja plina.

Tečnosti

Provodnici struje u tekućini su anioni i kationi koji se kreću zbog vanjskog električnog polja. Elektroni pružaju malu provodljivost. Razmotrimo ovisnost otpora o temperaturi u tekućinama.

1. Elektrolit
2. Baterija
3. Ampermetar

Ovisnost učinka elektrolita na zagrijavanje propisana je formulom:

Gdje je a negativni temperaturni koeficijent.

Kako R ovisi o grijanju (t) prikazano je na donjem grafikonu:

Ova zavisnost se mora uzeti u obzir pri punjenju akumulatora i baterija.

Poluprovodnici

I kako otpor ovisi o zagrijavanju u poluvodičima? Prvo, hajde da pričamo o termistorima. To su uređaji koji mijenjaju svoje električni otpor pod uticajem toplote. Ovaj poluvodič ima temperaturni koeficijent otpornosti (TCR) za red veličine veći od metala. I pozitivni i negativni provodnici, imaju određene karakteristike.

Gdje je: 1 TKS manji od nule; 2 - TKS je veći od nule.

Da bi provodnici poput termistora počeli raditi, kao osnova se uzima bilo koja točka na I-V karakteristici:

• ako je temperatura elementa manja od nule, tada se takvi provodnici koriste kao relej;
• za kontrolu promjenjive struje, kao i temperature i napona, koristite linearni dijagram.

Termistori se koriste za provjeru i mjerenje elektromagnetnog zračenja, koje se provode na mikrovalnim frekvencijama. Zbog toga se ovi provodnici koriste u sistemima kao npr požarni alarm, ispitivanje toplinom i kontrola upotrebe rastresitih medija i tekućina. Oni termistori sa TCR manjim od nule koriste se u rashladnim sistemima.

Sada o termoelementima. Kako Seebeckov fenomen utječe na termoelemente? Ovisnost leži u činjenici da takvi provodnici funkcionišu na osnovu ovog fenomena. Kada temperatura spoja poraste kada se zagrije, na spoju zatvorenog kruga pojavljuje se emf. Dakle, njihova zavisnost i toplotnu energiju pretvara u električnu energiju. Da biste u potpunosti razumjeli proces, preporučujem da proučite naše upute o tome kako.

Takav uređaj se naziva termoelement. Termoelementi se koriste kao izvori struje male snage, kao i za mjerenje temperature digitalnog računarskog uređaja, u kojem dimenzije moraju biti male, a očitavanja tačna.

Više o poluvodičima, te utjecaj zagrijavanja na njihov otpor opisan je u videu:

Pa, zadnje o čemu bih želio da pričam su frižideri i poluprovodnički grijači. Poluprovodnički spojevi pružaju temperaturnu razliku do šezdeset stepeni u dizajnu. Zbog toga je i dizajniran frižider. Temperatura hlađenja u takvoj komori dostiže -16 stepeni. Rad elemenata zasniva se na upotrebi termoelemenata kroz koje prolazi električna struja.

Svaka supstanca ima svoju otpornost. Štoviše, otpor će ovisiti o temperaturi vodiča. To ćemo potvrditi provođenjem sljedećeg eksperimenta.

Propustimo struju kroz čeličnu spiralu. U krugu sa spiralom povezujemo serijski ampermetar. To će pokazati neku vrijednost. Sada ćemo zagrijati spiralu u plamenu plinski gorionik. Vrijednost struje koju će ampermetar pokazati smanjit će se. Odnosno, jačina struje ovisit će o temperaturi vodiča.

Promjena otpora s temperaturom

Neka je na temperaturi od 0 stepeni otpor provodnika jednak R0, a na temperaturi t otpor jednak R, tada će relativna promjena otpora biti direktno proporcionalna promjeni temperature t:

• (R-R0)/R=a*t.

U ovoj formuli, a je koeficijent proporcionalnosti, koji se još naziva i temperaturni koeficijent. Karakterizira ovisnost otpora tvari o temperaturi.

Temperaturni koeficijent otpora numerički jednak relativnoj promjeni otpora provodnika kada se zagrije za 1 Kelvin.

Za sve metale temperaturni koeficijent Iznad nule. Sa promjenama temperature, malo će se promijeniti. Stoga, ako je promjena temperature mala, tada se temperaturni koeficijent može smatrati konstantnim i jednakim prosječnoj vrijednosti iz ovog temperaturnog raspona.

Otopine elektrolita s povećanjem temperature, otpor se smanjuje. Odnosno, za njih će temperaturni koeficijent biti manje od nule.

Otpor provodnika zavisi od otpornost provodnika i na dimenzije provodnika. Budući da se dimenzije vodiča lagano mijenjaju pri zagrijavanju, glavna komponenta promjene otpora vodiča je otpor.

Ovisnost otpornosti provodnika o temperaturi

Pokušajmo pronaći ovisnost otpornosti vodiča o temperaturi.

Zamijenite u formuli dobivenoj iznad vrijednosti otpora R=p*l/S R0=p0*l/S.

Dobijamo sljedeću formulu:

• p=p0(1+a*t).

Ova zavisnost je prikazana na sljedećoj slici.

Pokušajmo otkriti zašto se otpor povećava

Kada povećamo temperaturu, povećava se amplituda ionskih oscilacija u čvorovima kristalne rešetke. Posljedično, slobodni elektroni će se češće sudarati s njima. U sudaru će izgubiti pravac kretanja. Stoga će se struja smanjiti.

Zapamti koje fizička količina zove otpor.

O čemu i kako ovisi otpor metalnog vodiča?

Različite supstance imaju različite otpornosti (videti § 101). Da li otpor zavisi od stanja provodnika? od njegove temperature? Odgovor mora doći iz iskustva.

Ako propuštate struju iz baterije kroz čeličnu spiralu, a zatim je počnete zagrijavati u plamenu plamenika, ampermetar će pokazati smanjenje jačine struje. To znači da kako se temperatura mijenja, otpor provodnika se mijenja.

Ako je pri temperaturi jednakoj 0 ° C otpor vodiča R 0, a na temperaturi t jednak R, tada je relativna promjena otpora, kao što pokazuje iskustvo, direktno proporcionalna promjeni temperature t :

Koeficijent proporcionalnosti α naziva se temperaturni koeficijent otpora.

Karakterizira ovisnost otpornosti tvari o temperaturi.

Za sve metalni provodnici koeficijent α > 0 i blago se mijenja s temperaturom. Ako je interval promjene temperature mali, tada se temperaturni koeficijent može smatrati konstantnim i jednakim njegovoj prosječnoj vrijednosti u ovom temperaturnom rasponu. Za čiste metale

Kada se provodnik zagrije, njegove geometrijske dimenzije se neznatno mijenjaju. Otpor provodnika se mijenja uglavnom zbog promjena njegove otpornosti. Možete pronaći ovisnost ove otpornosti od temperature ako zamijenite vrijednosti u formuli (16.1) Proračuni dovode do sljedećeg rezultata:

ρ = ρ 0 (1 + αt), ili ρ = ​​ρ 0 (1 + αΔT), (16.2)

gdje je ΔT promjena apsolutne temperature.

Povećanje otpora može se objasniti činjenicom da se s povećanjem temperature povećava amplituda ionskih oscilacija u čvorovima kristalne rešetke, pa se slobodni elektroni češće sudaraju s njima, gubeći smjer kretanja. Iako je koeficijent a prilično mali, uzimajući u obzir ovisnost otpora o temperaturi pri izračunavanju parametara uređaji za grijanje apsolutno neophodno. Dakle, otpor volframove niti žarulje sa žarnom niti povećava se za više od 10 puta kada struja prolazi kroz nju zbog zagrijavanja.

Za neke legure, na primjer, za leguru bakra i nikla (Konstantin), temperaturni koeficijent otpornosti je vrlo mali: α ≈ 10 -5 K -1; otpornost Konstantina je velika: ρ ≈ 10 -6 Ohm m. Takve legure se koriste za proizvodnju referentnih otpornika i dodatnih otpornika za merni instrumenti, tj. u slučajevima kada je potrebno da se otpor ne mijenja primjetno s temperaturnim fluktuacijama.

Postoje i takvi metali, na primjer, nikl, kalaj, platina itd., čiji je temperaturni koeficijent mnogo veći: α ≈ 10 -3 K -1 . Ovisnost njihovog otpora o temperaturi može se koristiti za mjerenje same temperature, koja se provodi u otporni termometri.

Uređaji napravljeni od poluprovodničkih materijala takođe se zasnivaju na zavisnosti otpora od temperature - termistori. Odlikuje ih veliki temperaturni koeficijent otpornosti (desetine puta veći od ovog koeficijenta za metale), stabilnost karakteristika tokom vremena. Nominalni otpor termistora je mnogo veći od otpora metalnih termometara, obično je 1, 2, 5, 10, 15 i 30 kΩ.

>>Fizika: Ovisnost otpora provodnika o temperaturi

Različite supstance imaju različite otpornosti (vidi § 104). Da li otpor zavisi od stanja provodnika? od njegove temperature? Odgovor mora doći iz iskustva.
Ako propuštate struju iz baterije kroz čeličnu zavojnicu, a zatim je počnete zagrijavati u plamenu plamenika, ampermetar će pokazati smanjenje jačine struje. To znači da kako se temperatura mijenja, otpor provodnika se mijenja.
Ako je na temperaturi od 0°C otpor provodnika R0, i na temperaturi t to je jednako R, tada je relativna promjena otpora, kako iskustvo pokazuje, direktno proporcionalna promjeni temperature t:

Faktor proporcionalnosti α pozvao temperaturni koeficijent otpora. Karakterizira ovisnost otpornosti tvari o temperaturi. Temperaturni koeficijent otpora numerički je jednak relativnoj promjeni otpora provodnika kada se zagrije za 1 K. Za sve metalne provodnike koeficijent α > 0 i blago se mijenja s temperaturom. Ako je interval promjene temperature mali, tada se temperaturni koeficijent može smatrati konstantnim i jednakim njegovoj prosječnoj vrijednosti u ovom temperaturnom rasponu. Za čiste metale α ≈ 1/273 K -1 . At otopine elektrolita, otpor se ne povećava s povećanjem temperature, već opada. Za njih α < 0. Например, для 10%-ного раствора поваренной соли α ≈ -0,02 K -1 .
Kada se provodnik zagrije, njegove geometrijske dimenzije se neznatno mijenjaju. Otpor provodnika se mijenja uglavnom zbog promjena njegove otpornosti. Možete pronaći ovisnost ove otpornosti od temperature ako zamijenite vrijednosti u formuli (16.1)

. Proračuni dovode do sljedećeg rezultata:

Jer α malo se mijenja s promjenom temperature provodnika, tada možemo pretpostaviti da otpornost vodiča linearno ovisi o temperaturi ( sl.16.2).

Povećanje otpora može se objasniti činjenicom da se s povećanjem temperature povećava amplituda ionskih oscilacija u čvorovima kristalne rešetke, pa se slobodni elektroni češće sudaraju s njima, gubeći smjer kretanja. Iako je koeficijent α je prilično mala, uzimajući u obzir ovisnost otpora o temperaturi pri proračunu grijaćih uređaja apsolutno neophodna. Dakle, otpor volframove niti žarulje sa žarnom niti povećava se za više od 10 puta kada struja prolazi kroz nju.
Za neke legure, kao što je legura bakra i nikla (konstantan), temperaturni koeficijent otpornosti je vrlo mali: α ≈ 10 -5 K -1 ; otpornost konstantana je velika: ρ ≈ 10 -6 Ohm m. Takve legure se koriste za izradu referentnih otpora i dodatnih otpora mjernim instrumentima, odnosno u slučajevima kada je potrebno da se otpor ne mijenja primjetno s temperaturnim kolebanjima.
Ovisnost otpora metala o temperaturi se koristi u otporni termometri. Obično se platinasta žica uzima kao glavni radni element takvog termometra, čija je ovisnost otpora o temperaturi dobro poznata. Promjene temperature se ocjenjuju po promjeni otpora žice, koja se može izmjeriti.
Ovi termometri mogu mjeriti vrlo nisko i vrlo visoke temperature kada konvencionalni tečni termometri nisu prikladni.
Otpornost metala raste linearno sa porastom temperature. U otopinama elektrolita opada s povećanjem temperature.

???
1. Kada električna lampa troši više snage: odmah nakon uključivanja ili nakon nekoliko minuta?
2. Ako se otpor spirale električne peći nije mijenjao s temperaturom, tada je njena dužina na nazivne snage treba li biti veći ili manji?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, fizika 10. razred

Sadržaj lekcije sažetak lekcije podrška okvir prezentacije lekcije akcelerativne metode interaktivne tehnologije Vježbajte zadaci i vježbe samoispitivanje radionice, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća diskusija pitanja retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video i multimedija fotografije, slike grafike, tabele, šeme humor, anegdote, vicevi, strip parabole, izreke, ukrštene reči, citati Dodaci sažetakačlanci čipovi za radoznale cheat sheets udžbenici osnovni i dodatni glosar pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i lekcijaispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku elementi inovacije u lekciji zamjena zastarjelih znanja novim Samo za nastavnike savršene lekcije kalendarski plan za godinu smjernice diskusioni programi Integrisane lekcije

Ako imate ispravke ili prijedloge za ovu lekciju,

Otpornost, a samim tim i otpornost metala, zavisi od temperature, koja raste sa njenim rastom. Temperaturna zavisnost otpora provodnika objašnjava se činjenicom da

1. intenzitet rasejanja (broj sudara) nosilaca naboja raste sa porastom temperature;
2. njihova koncentracija se mijenja kada se provodnik zagrije.

Iskustvo pokazuje da se pri ne previsokim i ne preniskim temperaturama ovisnosti otpora i otpora provodnika od temperature izražavaju formulama:

gdje su specifični otpori tvari provodnika na 0°C i t°C; R 0 , R t - otpor provodnika pri 0°C i t°C, - temperaturni koeficijent otpora: mjereno u SI u Kelvinima na minus prvu snagu (K-1). Za metalne provodnike, ove formule su primjenjive od temperature od 140 K i više.

Tvari karakteriziraju ovisnost promjene otpora pri zagrijavanju o vrsti tvari. Numerički je jednak relativnoj promjeni otpora (otpornosti) vodiča kada se zagrije za 1 K.

gdje je prosječna vrijednost temperaturni koeficijent otpor u intervalu.

Za sve metalne provodnike > 0 i neznatno se mijenja s temperaturom. Za čiste metale = 1/273 K -1. U metalima je koncentracija slobodnih nosilaca naboja (elektrona) n = const i do povećanja dolazi zbog povećanja intenziteta raspršenja slobodnih elektrona na jonima kristalne rešetke.

Za rastvore elektrolita 0, na primer, za 10% rastvor natrijum hlorida = -0,02 K -1. Otpor elektrolita opada s povećanjem temperature, budući da povećanje broja slobodnih jona zbog disocijacije molekula premašuje povećanje raspršenja jona prilikom sudara s molekulima rastvarača.

Formule za ovisnost i R o temperaturi za elektrolite su slične gornjim formulama za metalne provodnike. Treba napomenuti da je ova linearna zavisnost očuvana samo u malom rasponu temperaturnih promjena, u kojem je = konst. U velikim intervalima promjene temperature, ovisnost otpora elektrolita o temperaturi postaje nelinearna.

Grafički su zavisnosti otpora metalnih provodnika i elektrolita od temperature prikazane na slikama 1, a, b.

Na vrlo niskim temperaturama, blizu apsolutne nule (-273 °C), otpor mnogih metala naglo pada na nulu. Ovaj fenomen se naziva supravodljivost. Metal prelazi u supravodljivo stanje.

Ovisnost otpora metala o temperaturi koristi se u otpornim termometrima. Obično se platinasta žica uzima kao termometrijsko tijelo takvog termometra, čija je ovisnost otpora o temperaturi dovoljno proučena.

Promjene temperature se ocjenjuju po promjeni otpora žice, koja se može izmjeriti. Takvi termometri mogu mjeriti vrlo niske i vrlo visoke temperature tamo gdje konvencionalni termometri za tekućinu nisu prikladni.