Temperatūras pretestības koeficients

Vadītāja elektriskā pretestība parasti ir atkarīga no vadītāja materiāla, no tā garuma un šķērsgriezuma vai, īsi sakot, no pretestības un no vadītāja ģeometriskajiem izmēriem. Šī atkarība ir labi zināma un tiek izteikta ar formulu:

Zināms visiem un Oma likums elektriskās ķēdes viendabīgai sadaļai, no kā redzams, ka jo lielāka pretestība, jo mazāka strāva. Tādējādi, ja stieples pretestība ir nemainīga, tad, palielinoties pielietotajam spriegumam, strāvai vajadzētu lineāri palielināties. Bet patiesībā tas tā nav. Vadu pretestība nav nemainīga.

Lai meklētu piemērus, nav tālu jāiet. Ja pievienojat spuldzi regulējamam barošanas avotam (ar voltmetru un ampērmetru) un pakāpeniski palielinat spriegumu uz tās, sasniedzot to līdz nominālvērtībai, jūs viegli redzēsit, ka strāva neaug lineāri: spriegums tuvojas lampas nominālvērtība, strāva caur tās spoli aug arvien lēnāk un gaisma kļūst arvien spilgtāka.

Nav tādas lietas, ka, dubultojot spolei pievadīto spriegumu, strāva tiks dubultota. Šķiet, ka Oma likums nav spēkā. Faktiski Oma likums ir izpildīts un tieši lampas kvēldiega pretestība nav nemainīga, tā ir atkarīga no temperatūras.

Atcerēsimies, kas ir iemesls metālu augstajai elektrovadītspējai. Tas ir saistīts ar daudzu lādiņu nesēju - strāvas komponentu - klātbūtni metālos. vadīšanas elektroni… Tie ir elektroni, ko veido metāla atomu valences elektroni, kas ir kopīgi visam vadītājam, tie nepieder katram atsevišķam atomam.

Vadītājam pieliktā elektriskā lauka iedarbībā brīvās vadīšanas elektroni no haotiskas pāriet uz vairāk vai mazāk sakārtotu kustību — veidojas elektriskā strāva. Taču elektroni savā ceļā sastopas ar šķēršļiem, jonu režģa neviendabīgumu, piemēram, režģa defektiem, nehomogēnu struktūru, ko izraisa tā termiskās vibrācijas.

Elektroni mijiedarbojas ar joniem, zaudē impulsu, to enerģija tiek pārnesta uz režģa joniem, pārvēršas režģa jonu vibrācijās, un palielinās pašu elektronu termiskās kustības haoss, no kura vadītājs uzsilst, strāvai ejot cauri tam.

Dielektriķos, pusvadītājos, elektrolītos, gāzēs, nepolāros šķidrumos pretestības iemesls var būt atšķirīgs, taču Ohma likums acīmredzami nepaliek pastāvīgi lineārs.

Tādējādi metāliem temperatūras paaugstināšanās izraisa vēl lielāku kristāla režģa termisko vibrāciju pieaugumu, un palielinās pretestība vadītspējas elektronu kustībai.To var redzēt no eksperimenta ar lampu: mirdzuma spilgtums palielinās, bet strāva palielinās mazāk. Tas nozīmē, ka temperatūras izmaiņas ietekmēja lampas kvēldiega pretestību.

Rezultātā kļūst skaidrs, ka pretestība metāla stieples ir gandrīz lineāri atkarīgs no temperatūras. Un, ja ņemam vērā, ka, sildot, stieples ģeometriskie izmēri nedaudz mainās, tad arī elektriskā pretestība gandrīz lineāri ir atkarīga no temperatūras. Šīs atkarības var izteikt ar formulām:

Pievērsīsim uzmanību izredzēm. Pieņemsim, ka 0 ° C temperatūrā vadītāja pretestība ir R0, tad temperatūrā t ° C tā pieņems vērtību R (t), un relatīvās pretestības izmaiņas būs vienādas ar α * t ° C. Šis proporcionalitātes koeficients α sauc par temperatūras pretestības koeficientu... Tas raksturo vielas elektriskās pretestības atkarību no tās pašreizējās temperatūras.

Šis koeficients skaitliski ir vienāds ar vadītāja elektriskās pretestības relatīvajām izmaiņām, kad tā temperatūra mainās par 1K (viens grāds pēc Kelvina, kas ir vienāds ar vienu grādu pēc Celsija temperatūras izmaiņām).

Metāliem TCR (temperatūras pretestības koeficients α), lai arī salīdzinoši mazs, vienmēr ir lielāks par nulli, jo, strāvai ejot, elektroni biežāk saduras ar kristāliskā režģa joniem, jo ​​augstāka temperatūra, t .is jo lielāka ir to termiskā haotiskā kustība un lielāks ātrums.Haotiskā kustībā saduroties ar režģa joniem, metāla elektroni zaudē enerģiju, ko mēs redzam rezultātā — pretestība palielinās, stieplei uzkarstot. Šī parādība tiek tehniski izmantota pretestības termometri.

Tādējādi temperatūras pretestības koeficients α raksturo vielas elektriskās pretestības atkarību no temperatūras un tiek mērīts 1 / K — kelvinos līdz pakāpei -1. Vērtību ar pretēju zīmi sauc par vadītspējas temperatūras koeficientu.

Kas attiecas uz tīriem pusvadītājiem, tiem TCS ir negatīvs, tas ir, pretestība samazinās, palielinoties temperatūrai, tas ir saistīts ar faktu, ka, temperatūrai paaugstinoties, vadīšanas zonā nonāk arvien vairāk elektronu, vienlaikus palielinās arī caurumu koncentrācija. . Tas pats mehānisms ir raksturīgs šķidriem nepolāriem un cietiem dielektriķiem.

Polārie šķidrumi strauji samazina savu pretestību, palielinoties temperatūrai, jo samazinās viskozitāte un palielinās disociācija. Šo īpašību izmanto, lai aizsargātu elektronu caurules no lielu ieslēgšanas strāvu postošās ietekmes.

Sakausējumiem, leģētiem pusvadītājiem, gāzēm un elektrolītiem pretestības termiskā atkarība ir sarežģītāka nekā tīriem metāliem. Tiek izmantoti sakausējumi ar ļoti zemu TCS, piemēram, manganīns un konstantāns elektriskie mērinstrumenti.