Kā pretestība ir atkarīga no temperatūras

Katrs elektriķis savā praksē sastopas ar dažādiem lādiņnesēju caurlaides nosacījumiem metālos, pusvadītājos, gāzēs un šķidrumos. Strāvas lielumu ietekmē elektriskā pretestība, kas apkārtējās vides ietekmē mainās dažādos veidos.

Viens no šiem faktoriem ir temperatūras iedarbība. Tā kā tas būtiski maina strāvas plūsmas apstākļus, dizaineri to ņem vērā elektroiekārtu ražošanā. Elektriskajam personālam, kas iesaistīts elektroietaišu apkopē un ekspluatācijā, šīs funkcijas prasmīgi jāizmanto praktiskajā darbā.

Temperatūras ietekme uz metālu elektrisko pretestību

Skolas fizikas kursā tiek piedāvāts veikt šādu eksperimentu: paņemt ampērmetru, akumulatoru, stieples gabalu, savienojošos vadus un lodlampu. Ampermetra ar akumulatoru vietā varat pievienot ommetru vai izmantot tā režīmu multimetrā.

Tālāk jums ir jāsamontē attēlā redzamā elektriskā ķēde un jāizmēra strāvas stiprums ķēdē.Tās vērtību miliammetru skalā norāda ar melnu bultiņu.

Tagad mēs pievedam degļa liesmu pie stieples un sākam to sildīt. Ja paskatās uz ampērmetru, jūs redzēsit, ka adata virzīsies pa kreisi un sasniegs sarkanā krāsā atzīmēto pozīciju.

Eksperimenta rezultāts parāda, ka metālus karsējot, to vadītspēja samazinās un pretestība palielinās.

Šīs parādības matemātisko pamatojumu sniedz formulas tieši attēlā. Apakšējā izteiksmē skaidri redzams, ka metāla vadītāja elektriskā pretestība «R» ir tieši proporcionāla tā temperatūrai «T» un ir atkarīga no vairākiem citiem parametriem.

Kā metālu karsēšana praksē ierobežo elektrisko strāvu

Kvēlspuldzes

Katru dienu, kad tiek ieslēgtas gaismas, mēs sastopamies ar šīs īpašības izpausmi kvēlspuldzēs. Veiksim vienkāršus mērījumus 60 vatu spuldzei.

Ar vienkāršāko ommetru, ko darbina 4,5 V zemsprieguma akumulators, mēs izmērām pretestību starp pamatnes kontaktiem un redzam 59 omi vērtību. Šī vērtība pieder aukstam pavedienam.

Mēs ieskrūvēsim spuldzi kontaktligzdā un caur ampērmetru pievienosim tai mājas tīkla spriegumu 220 volti. Ampermetra adata rādīs 0,273 ampērus. No Oma likums ķēdes posmam noteikt vītnes pretestību sakarsētā stāvoklī. Tas būs 896 omi un 15,2 reizes pārsniegs iepriekšējo ommetra rādījumu.

Šis pārpalikums aizsargā gaismas korpusa metālu no sadegšanas un iznīcināšanas, nodrošinot tā ilgstošu darbību zem sprieguma.

Ieslēgšanās pārejas

Vītnei darbojoties, uz tā tiek izveidots termiskais līdzsvars starp sildīšanu ar plūstošo elektrisko strāvu un daļas siltuma izvadīšanu vidē. Bet sākotnējā ieslēgšanas posmā, kad tiek pielikts spriegums, rodas pārejas, radot ieslēgšanas strāvu, kas var izraisīt kvēldiega izdegšanu.

Pārejoši procesi notiek īsu laiku, un tos izraisa fakts, ka elektriskās pretestības pieauguma temps, karsējot metālu, neatpaliek no strāvas pieauguma. Pēc to pabeigšanas tiek noteikts darbības režīms.

Ilgstoši spīdot lampai, tās kvēldiega biezums pamazām sasniedz kritisko stāvokli, kas noved pie degšanas.Visbiežāk šis brīdis notiek pie nākamās jaunās ieslēgšanas.

Lai pagarinātu lampas kalpošanas laiku, šī ieslēgšanas strāva tiek samazināta dažādos veidos, izmantojot:

1. ierīces, kas nodrošina vienmērīgu padevi un spriedzes atbrīvošanu;

2. shēmas sērijveida savienojumam ar rezistoru, pusvadītāju vai termistoru (termistoru) kvēldi.

Piemērs vienam no veidiem, kā ierobežot ieslēgšanas strāvu automobiļu apgaismes ķermeņiem, ir parādīts zemāk esošajā fotoattēlā.

Šeit strāva tiek piegādāta spuldzei pēc tam, kad slēdzis SA ir ieslēgts caur FU drošinātāju, un to ierobežo rezistors R, kura nominālvērtība ir izvēlēta tā, lai pārejas strāva nepārsniegtu nominālo vērtību.

Kad kvēldiegs tiek uzkarsēts, tā pretestība palielinās, kā rezultātā palielinās potenciālo starpība starp tā kontaktiem un paralēli savienoto KL1 releja spoli.Kad spriegums sasniedz releja iestatījuma vērtību, parasti atvērtais KL1 kontakts aizvērsies un apies rezistoru. Caur spuldzi sāks plūst jau izveidotā režīma darba strāva.

Pretestības termometrs

Mērinstrumentu darbībā tiek izmantota metāla temperatūras ietekme uz tā elektrisko pretestību. Tos sauc pretestības termometri.

To jutīgais elements ir izgatavots ar plānu metāla stiepli, kuras pretestība tiek rūpīgi mērīta noteiktās temperatūrās. Šī vītne ir uzstādīta korpusā ar stabilām termiskām īpašībām un pārklāta ar aizsargpārsegu. Izveidotā struktūra tiek novietota vidē, kuras temperatūra pastāvīgi jāuzrauga.

Elektriskās ķēdes vadītāji ir uzstādīti uz jutīgā elementa spailēm, kas savieno pretestības mērīšanas ķēdi. Tās vērtība tiek pārveidota par temperatūras vērtībām, pamatojoties uz iepriekš veikto ierīces kalibrēšanu.

Barretter — strāvas stabilizators

Šis ir ierīces nosaukums, kas sastāv no stikla noslēgta cilindra ar ūdeņraža gāzi un metāla stieples spirāles, kas izgatavota no dzelzs, volframa vai platīna. Šis dizains pēc izskata atgādina kvēlspuldzi, taču tam ir specifiska nelineāra strāvas-sprieguma raksturlielums.

Uz I — V raksturlieluma noteiktā tā diapazonā veidojas darba zona, kas nav atkarīga no sildelementam pievadītā sprieguma svārstībām. Šajā zonā barets labi kompensē barošanas avota pulsāciju un darbojas kā strāvas stabilizators slodzei, kas ar to savienota virknē.

Stieņa darbība balstās uz kvēldiega korpusa termiskās inerces īpašībām, ko nodrošina kvēldiega mazais šķērsgriezums un to ieskaujošā ūdeņraža augstā siltumvadītspēja. Tāpēc, kad ierīces spriegums samazinās, siltuma noņemšana no tās kvēldiega paātrinās.

Šī ir galvenā atšķirība starp kvēlspuldzēm un kvēlspuldzēm, kur, lai saglabātu mirdzuma spilgtumu, tās cenšas samazināt konvektīvās siltuma zudumus no kvēldiega.

Supravadītspēja

Normālos apkārtējās vides apstākļos, kad metāla vadītājs atdziest, tā elektriskā pretestība samazinās.

Sasniedzot kritisko temperatūru, tuvu nullei grādiem pēc Kelvina mērīšanas sistēmas, ir vērojams straujš pretestības kritums līdz nullei. Labajā attēlā redzama šāda dzīvsudraba atkarība.

Šī parādība, ko sauc par supravadītspēju, tiek uzskatīta par daudzsološu pētniecības jomu, lai radītu materiālus, kas var ievērojami samazināt elektroenerģijas zudumus tās pārraides laikā lielos attālumos.

Tomēr, turpinot supravadītspējas pētījumus, tiek atklāti vairāki modeļi, kuros citi faktori ietekmē metāla elektrisko pretestību kritiskās temperatūras reģionā. Jo īpaši, kad maiņstrāva pāriet, palielinoties tās svārstību biežumam, rodas pretestība, kuras vērtība sasniedz normālo vērtību diapazonu harmonikām ar gaismas viļņu periodu.

Temperatūras ietekme uz gāzu elektrisko pretestību/vadītspēju

Gāzes un parastais gaiss ir dielektriķi un nevada elektrību.Tās veidošanai nepieciešami lādiņnesēji, kas ir ārējo faktoru ietekmē izveidoti joni.

Sildīšana var izraisīt jonizāciju un jonu pārvietošanos no viena barotnes pola uz otru. To var pārbaudīt, izmantojot vienkārša eksperimenta piemēru. Ņemsim to pašu iekārtu, ar kuru noteica sildīšanas ietekmi uz metāla vadītāja pretestību, bet vadītāja vietā pie vadītājiem pievienojam divas metāla plāksnes, kuras atdala gaisa telpa.

Ampermetrs, kas pievienots ķēdei, nerādīs strāvu. Ja degļa liesmu novieto starp plāksnēm, ierīces bultiņa novirzīsies no nulles un parādīs strāvas vērtību, kas iet caur gāzes vidi.

Tādējādi tika konstatēts, ka gāzēs karsējot notiek jonizācija, kas izraisa elektriski lādētu daļiņu kustību un barotnes pretestības samazināšanos.

Strāvas vērtību ietekmē ārējā pielietotā sprieguma avota jauda un potenciālā starpība starp tā kontaktiem. Tas spēj izlauzties cauri izolācijas gāzu slānim ar lielām vērtībām. Tipiska šāda gadījuma izpausme dabā ir dabiska zibens izlāde pērkona negaisa laikā.

Diagrammā parādīts aptuvens strāvas plūsmas gāzēs strāvas sprieguma raksturlieluma skats.

Sākotnējā posmā temperatūras un potenciālu starpības ietekmē aptuveni lineāri tiek novērota jonizācijas palielināšanās un strāvas pāreja. Tad līkne iegūst horizontālu virzienu, kad sprieguma pieaugums neizraisa strāvas palielināšanos.

Trešā iznīcināšanas stadija notiek, kad pielietotā lauka lielā enerģija paātrina jonus tā, ka tie sāk sadurties ar neitrālām molekulām, masveidā veidojot no tām jaunus lādiņu nesējus. Tā rezultātā strāva strauji palielinās, veidojot dielektriskā slāņa sadalījumu.

Gāzes vadītspējas praktiska izmantošana

Strāvas plūsmas fenomens caur gāzēm tiek izmantots radioelektronu lampās un dienasgaismas spuldzēs.

Šim nolūkam divus elektrodus ievieto noslēgtā stikla cilindrā ar inertu gāzi:

1. anods;

2. katods.

Luminiscences spuldzē tie ir izgatavoti kvēldiegu veidā, kas, ieslēdzot, uzkarst, radot termisko starojumu. Kolbas iekšējā virsma ir pārklāta ar fosfora slāni. Tas izstaro redzamo gaismas spektru, ko veido infrasarkanais starojums, ko izstaro dzīvsudraba tvaiki, ko bombardē elektronu plūsma.

Izlādes strāva rodas, ja starp elektrodiem, kas atrodas dažādos spuldzes galos, tiek pielikts noteiktas vērtības spriegums.

Kad kāds no pavedieniem izdeg, tiks traucēta šī elektroda elektronu emisija un lampa neizdegs. Tomēr, ja palielināsiet potenciālo starpību starp katodu un anodu, spuldzes iekšpusē atkal parādīsies gāzes izlāde un atsāksies fosfora luminiscence.

Tas ļauj izmantot LED spuldzes ar bojātiem pavedieniem un pagarināt to kalpošanas laiku. Jāpatur tikai prātā, ka tajā pašā laikā ir vairākas reizes jāpalielina spriegums, un tas ievērojami palielina enerģijas patēriņu un drošas lietošanas riskus.

Temperatūras ietekme uz šķidrumu elektrisko pretestību

Strāvas pāreja šķidrumos galvenokārt rodas katjonu un anjonu kustības dēļ ārējā elektriskā lauka iedarbībā. Tikai nelielu daļu no vadītspējas nodrošina elektroni.

Temperatūras ietekmi uz šķidrā elektrolīta elektrisko pretestību raksturo attēlā redzamā formula. Tā kā temperatūras koeficienta α vērtība tajā vienmēr ir negatīva, tad, palielinoties karsēšanai, palielinās vadītspēja un samazinās pretestība, kā parādīts grafikā.

Šī parādība jāņem vērā, uzlādējot šķidros automobiļu (un ne tikai) akumulatorus.

Temperatūras ietekme uz pusvadītāju elektrisko pretestību

Pusvadītāju materiālu īpašību maiņa temperatūras ietekmē ļāva tos izmantot kā:

• termiskā pretestība;

• termopāri;

• ledusskapji;

• sildītāji.

Termistori

Šis nosaukums nozīmē pusvadītāju ierīces, kas maina savu elektrisko pretestību siltuma ietekmē. Viņu pretestības temperatūras koeficients (TCR) ievērojami augstāks nekā metāliem.

Pusvadītāju TCR vērtība var būt pozitīva vai negatīva. Pēc šī parametra tos iedala pozitīvajos «RTS» un negatīvajos «NTC» termistoros. Viņiem ir dažādas īpašības.

Termistora darbībai tiek izvēlēts viens no tā strāvas-sprieguma raksturlieluma punktiem:

• lineāro sekciju izmanto, lai kontrolētu temperatūru vai kompensētu strāvas vai sprieguma izmaiņas;

• I — V raksturlieluma lejupejošais atzars elementiem ar TCS <0 ļauj izmantot pusvadītāju kā releju.

Releja termistora izmantošana ir ērta, lai uzraudzītu vai mērītu elektromagnētiskā starojuma procesus, kas notiek īpaši augstās frekvencēs. Tas nodrošina to izmantošanu sistēmās:

1. siltuma kontrole;

2. ugunsgrēka signalizācija;

3. beramo vielu un šķidrumu plūsmas ātruma regulēšana.

Silīcija termistori ar mazu TCR > 0 tiek izmantoti dzesēšanas sistēmās un tranzistoru temperatūras stabilizācijā.

Termopāri

Šie pusvadītāji darbojas, pamatojoties uz Zēbeka fenomenu: kad tiek uzkarsēts divu izkliedētu metālu lodēšanas savienojums, slēgtas ķēdes savienojuma vietā rodas EML. Tādā veidā tie pārvērš siltumenerģiju elektroenerģijā.

Divu šādu elementu konstrukciju sauc par termopāri. Tās efektivitāte ir 7–10% robežās.

Termopāri tiek izmantoti termometros digitālajām skaitļošanas ierīcēm, kurām nepieciešams miniatūrs izmērs un augsta nolasīšanas precizitāte, kā arī mazjaudas strāvas avoti.

Pusvadītāju sildītāji un ledusskapji

Tie darbojas, atkārtoti izmantojot termopārus, caur kuriem iet elektriskā strāva. Šajā gadījumā vienā krustojuma vietā tas tiek apsildīts, bet pretējā - atdzesē.

Pusvadītāju savienojumi uz selēna, bismuta, antimona, telūra bāzes ļauj nodrošināt termopāra temperatūras starpību līdz 60 grādiem. Tas ļāva izveidot ledusskapja dizainu no pusvadītājiem ar temperatūru dzesēšanas kamerā līdz -16 grādiem.