Resistiviteten stiger med temperaturen. Hvordan ændres modstanden med temperaturen?

Et af kendetegnene ved ethvert ledende materiale er modstandens afhængighed af temperaturen. Hvis det er afbildet som en graf, hvor tidsintervaller (t) er markeret langs den vandrette akse, og værdien af ​​ohmsk modstand (R) langs den lodrette akse, så vil en stiplet linje blive opnået. Modstandens afhængighed af temperaturen består skematisk af tre sektioner. Den første svarer til en let opvarmning - på dette tidspunkt ændres modstanden meget lidt. Dette sker indtil et bestemt øjeblik, hvorefter linjen på diagrammet går kraftigt op - dette er den anden sektion. Den tredje og sidste komponent er en ret linje, der går op fra det punkt, hvor væksten af ​​R stoppede, i en relativt lille vinkel i forhold til den vandrette akse.

Den fysiske betydning af denne graf er som følger: modstandens afhængighed af lederens temperatur beskrives som simpel, indtil mængden af ​​opvarmning overstiger en værdi, der er karakteristisk for dette særlige materiale. Lad os give et abstrakt eksempel: Hvis et stofs modstand ved en temperatur på +10°C er 10 Ohm, vil værdien af ​​R praktisk talt ikke ændre sig op til 40°C og forblive inden for målefejlen. Men allerede ved 41 ° C vil der være et spring i modstand op til 70 ohm. Hvis den yderligere temperaturstigning ikke stopper, vil der for hver efterfølgende grad være yderligere 5 ohm.

Denne egenskab er meget brugt i forskellige elektriske enheder, så det er naturligt at give data om kobber som et af de mest almindelige materialer i. Så for en kobberleder fører opvarmning med hver yderligere grad til en stigning i modstanden med en halv procent af den specifikke værdi (kan findes i referencetabellerne, angivet for 20°C, 1 m længde med et snit på 1 mm2).

Når det forekommer i en metalleder, opstår der en elektrisk strøm - en rettet bevægelse af elementære partikler, der har en ladning. Ionerne i metallets noder er ikke i stand til at holde elektronerne i deres ydre baner i lang tid, derfor bevæger de sig frit gennem hele materialets volumen fra en knude til en anden. Denne kaotiske bevægelse skyldes ekstern energi - varme.

Selvom bevægelsen er indlysende, er den ikke rettet, derfor betragtes den ikke som en strøm. Når et elektrisk felt opstår, orienterer elektronerne sig i overensstemmelse med dets konfiguration og danner en rettet bevægelse. Men da den termiske effekt ikke er forsvundet nogen steder, kolliderer de tilfældigt bevægende partikler med det rettede felt. Afhængigheden af ​​modstanden af ​​metaller på temperatur viser mængden af ​​interferens med passage af strøm. Jo højere temperatur, jo højere R på lederen.

Den åbenlyse konklusion: ved at reducere graden af ​​opvarmning kan du reducere modstanden. (ca. 20°K) er netop karakteriseret ved et signifikant fald i den termiske kaotiske bevægelse af partikler i stofstrukturen.

Den betragtede egenskab ved ledende materialer har fundet bred anvendelse i elektroteknik. For eksempel bruges ledermodstandens afhængighed af temperatur i elektroniske sensorer. Ved at kende dens værdi for ethvert materiale, kan du lave en termistor, forbinde den til en digital eller analog læseenhed, udføre den passende skalagraduering og bruge som et alternativ. De fleste moderne temperatursensorer er baseret på dette princip, fordi pålideligheden er højere, og designet er enklere.

Derudover gør modstandens afhængighed af temperaturen det muligt at beregne opvarmningen af ​​elektriske motorviklinger.

Lederpartiklerne (molekyler, atomer, ioner), der ikke deltager i dannelsen af ​​strøm, er i termisk bevægelse, og de partikler, der danner strømmen, er samtidigt i termiske og retningsbestemte bevægelser under påvirkning af et elektrisk felt. På grund af dette sker der talrige kollisioner mellem de partikler, der danner strømmen, og de partikler, der ikke deltager i dens dannelse, hvor førstnævnte giver en del af energien fra den nuværende kilde, der overføres af dem til sidstnævnte. Jo flere kollisioner, jo lavere er hastigheden af ​​den ordnede bevægelse af de partikler, der danner strømmen. Som det kan ses af formlen I = enνS, reduktion af hastigheden fører til et fald i strømstyrken. Den skalære størrelse, der kendetegner en leders egenskab til at reducere strømstyrken, kaldes leder modstand. Fra formlen for Ohms lov modstand Ohm - lederens modstand, hvor strømmen opnås med en kraft på 1 a ved en spænding i enderne af lederen i 1 v.

Modstanden af ​​en leder afhænger af dens længde l, tværsnit S og materialet, som er karakteriseret ved resistivitet Jo længere lederen er, jo flere pr. tidsenhed kollisioner af de partikler, der danner strømmen med de partikler, der ikke deltager i dens dannelse, og derfor større modstand har lederen. Jo mindre lederens tværsnit er, jo tættere er strømmen af ​​partikler, der danner strømmen, og jo oftere kolliderer de med partikler, der ikke deltager i dens dannelse, og derfor større modstand er lederen.

Under påvirkning af et elektrisk felt bevæger partiklerne, der danner strømmen, sig med en accelereret hastighed mellem kollisioner, hvilket øger deres kinetiske energi på grund af feltets energi. Når de kolliderer med partikler, der ikke danner en strøm, overfører de en del af deres kinetiske energi til dem. Som et resultat øges lederens indre energi, hvilket eksternt manifesterer sig i dens opvarmning. Overvej, om lederens modstand ændres, når den opvarmes.

I det elektriske kredsløb er der en spole af ståltråd (streng, fig. 81, a). Efter at have lukket kredsløbet, begynder vi at opvarme ledningen. Jo mere vi opvarmer det, jo mindre strøm viser amperemeteret. Dets fald kommer fra det faktum, at når metaller opvarmes, øges deres modstand. Så modstanden af ​​et hår af en pære, når den ikke er tændt, er ca 20 ohm, og når det brænder (2900°C) - 260 ohm. Når et metal opvarmes, øges den termiske bevægelse af elektroner og svingningshastigheden af ​​ioner i krystalgitteret, hvilket resulterer i, at antallet af kollisioner af elektroner, der danner en strøm med ioner, stiger. Dette forårsager en stigning i lederens modstand *. I metaller er ikke-frie elektroner meget stærkt bundet til ioner; derfor, når metaller opvarmes, ændres antallet af frie elektroner praktisk talt ikke.

* (Baseret på den elektroniske teori er det umuligt at udlede den nøjagtige lov om modstandens afhængighed af temperaturen. En sådan lov er etableret af kvanteteori, hvor en elektron betragtes som en partikel med bølgeegenskaber, og bevægelsen af ​​en ledningselektron gennem et metal betragtes som en udbredelsesproces af elektronbølger, hvis længde bestemmes af de Broglie-forholdet.)

Eksperimenter viser, at når temperaturen på ledere fra forskellige stoffer ændres med det samme antal grader, ændres deres modstand uens. For eksempel hvis en kobberleder havde en modstand 1 ohm, derefter efter opvarmning 1°C han vil gøre modstand 1.004 ohm og wolfram - 1.005 ohm. For at karakterisere ledermodstandens afhængighed af dens temperatur er der indført en størrelse kaldet modstandens temperaturkoefficient. Den skalære værdi målt ved ændringen i modstanden af ​​en leder på 1 ohm, taget ved 0 ° C, fra en ændring i dens temperatur med 1 ° C, kaldes temperaturkoefficienten for modstand α. Så for wolfram er denne koefficient lig med 0,005 grader -1, for kobber - 0,004 grader -1. Temperaturkoefficienten for modstand afhænger af temperaturen. For metaller ændres det lidt med temperaturen. Med et lille temperaturområde anses det for at være konstant for et givet materiale.

Vi udleder formlen, hvormed lederens modstand beregnes under hensyntagen til dens temperatur. Lad os antage det R0- ledermodstand ved 0°С, når den opvarmes til 1°C det vil stige med αR 0, og når det opvarmes til t°- på den αRt° og bliver R = R0 + aR0 t°, eller

Afhængigheden af ​​modstanden af ​​metaller på temperatur tages i betragtning, for eksempel ved fremstilling af spiraler til elektriske varmeapparater, lamper: længden af ​​spiraltråden og den tilladte strømstyrke beregnes ud fra deres modstand i en opvarmet tilstand. Metalmodstandens afhængighed af temperatur bruges i modstandstermometre, som bruges til at måle temperaturen på varmemotorer, gasturbiner, metal i højovne osv. Dette termometer består af et tyndt platin (nikkel, jern) spiralvikling på en porcelænsramme og anbragt i et beskyttende etui. Dens ender er forbundet til et elektrisk kredsløb med et amperemeter, hvis skala er graderet i temperaturgrader. Når spolen opvarmes, falder strømmen i kredsløbet, dette får amperemeternålen til at bevæge sig, hvilket angiver temperaturen.

Den reciproke af modstanden i en given sektion, kredsløb, kaldes lederens elektriske ledningsevne(elektrisk ledningsevne). Lederens elektriske ledningsevne Jo større ledningsevne lederen har, jo lavere modstand og jo bedre leder den strøm. Navnet på den elektriske ledningsenhed Ledningsevne af ledermodstand 1 ohm hedder Siemens.

Når temperaturen falder, falder modstanden af ​​metaller. Men der er metaller og legeringer, hvis modstand ved en lav temperatur bestemt for hvert metal og legering falder kraftigt og bliver forsvindende lille - praktisk talt lig nul (fig. 81, b). Kommer superledningsevne- lederen har praktisk talt ingen modstand, og når strømmen exciteret i den eksisterer i lang tid, mens lederen er på superledningstemperaturen (i et af eksperimenterne blev strømmen observeret i mere end et år). Når en strøm føres gennem en superleder med en tæthed 1200 a/mm 2 ingen varmeafgivelse blev observeret. Monovalente metaller, som er de bedste strømledere, går ikke over i superledende tilstand op til de ekstremt lave temperaturer, som forsøgene blev udført ved. For eksempel blev kobber i disse forsøg afkølet til 0,0156°K, guld - før 0,0204°K. Hvis det var muligt at opnå legeringer med superledning ved almindelige temperaturer, så ville dette være af stor betydning for elektroteknik.

Ifølge moderne koncepter er hovedårsagen til superledning dannelsen af ​​bundne elektronpar. Ved superledningstemperaturen begynder udvekslingskræfter at virke mellem frie elektroner, hvilket får elektronerne til at danne bundne elektronpar. En sådan elektrongas af bundne elektronpar har andre egenskaber end almindelig elektrongas – den bevæger sig i en superleder uden friktion på krystalgitterets noder.

Den elektriske modstand af næsten alle materialer afhænger af temperaturen. Arten af ​​denne afhængighed er forskellig for forskellige materialer.

I metaller med en krystallinsk struktur er den frie vej for elektroner som ladningsbærere begrænset af deres kollisioner med ioner placeret ved krystalgitterets noder. Ved kollisioner overføres elektronernes kinetiske energi til gitteret. Efter hver kollision tager elektronerne under påvirkning af de elektriske feltkræfter fart igen og giver under de næste kollisioner den erhvervede energi til krystalgitterets ioner, hvilket øger deres svingninger, hvilket fører til en stigning i stoffets temperatur. Elektroner kan således betragtes som mellemled i omdannelsen af ​​elektrisk energi til termisk energi. En stigning i temperaturen er ledsaget af en stigning i den kaotiske termiske bevægelse af stofpartikler, hvilket fører til en stigning i antallet af kollisioner af elektroner med dem og gør det vanskeligt for den ordnede bevægelse af elektroner.

For de fleste metaller stiger resistiviteten lineært inden for driftstemperaturer

hvor og - resistivitet ved start- og sluttemperaturer;

- en koefficientkonstant for et givet metal, kaldet modstandskoefficienten temperatur (TCS);

T1 og T2 - start- og sluttemperaturer.

For ledere af den anden slags fører en temperaturstigning til en stigning i deres ionisering, så TCR af denne type leder er negativ.

Værdierne for stoffers resistivitet og deres TCS er angivet i opslagsbøger. Det er sædvanligt at give resistivitetsværdier ved en temperatur på +20 °C.

Lederens modstand bestemmes af udtrykket

R2 = R1
(2.1.2)

Opgave 3 Eksempel

Bestem modstanden af ​​kobbertråden i en to-leder transmissionsledning ved + 20 ° C og + 40 ° C, hvis ledningstværsnittet S =

120 mm , og linjens længde er l = 10 km.

Løsning

Ifølge referencetabellerne finder vi resistiviteten kobber ved + 20 °C og temperaturkoefficient for modstand :

= 0,0175 ohm mm /m; = 0,004 grader .

Lad os bestemme ledningens modstand ved T1 = +20 ° С ifølge formlen R = , i betragtning af længden af ​​ledningens frem- og bagudgående ledninger:

R1=0,0175
2 = 2,917 ohm.

Modstanden af ​​ledningerne ved en temperatur på + 40 ° C findes ved formlen (2.1.2)

R2 \u003d 2,917 \u003d 3,15 ohm.

Dyrke motion

En overliggende tretrådsledning med længden L er lavet med en ledning, hvis mærke er angivet i tabel 2.1. Det er nødvendigt at finde den værdi, der er angivet med tegnet "?", ved at bruge det givne eksempel og vælge muligheden med de data, der er angivet i den i tabel 2.1.

Det skal bemærkes, at opgaven, i modsætning til eksemplet, giver mulighed for beregninger relateret til en ledning af linjen. I mærkerne af nøgne ledninger angiver bogstavet materialet af ledningen (A - aluminium; M - kobber), og tallet - ledningens tværsnit i mm .

Tabel 2.1

Studiet af emnets materiale afsluttes med arbejde med test nr. 2 (TOE-

ETM/PM” og nr. 3 (TOE – ETM/IM)

I metaller, der ikke har superledningsevne, ved lave temperaturer, på grund af tilstedeværelsen af ​​urenheder, observeres et område 1 - området med resterende modstand, næsten uafhængig af temperatur (fig. 10.5). Resistens- r hvile jo mindre, jo renere metal.

Ris. 10.5. Afhængighed af metalresistivitet af temperatur

Hurtig stigning i resistivitet ved lave temperaturer ned til Debye-temperaturen Q dkan forklares ved excitation af nye frekvenser af termiske vibrationer af gitteret, hvor spredningen af ​​ladningsbærere forekommer - regionen 2 .

På T> Q d, når spektret af svingninger er fuldt exciteret, fører en stigning i amplituden af ​​svingninger med stigende temperatur til en lineær stigning i modstand til ca. T pl - areal 3 . Hvis strukturens periodicitet krænkes, oplever elektronen spredning, hvilket fører til en ændring i bevægelsesretningen, endelige middelfrie baner og metallets ledningsevne. Energien af ​​ledningselektroner i metaller er 3–15 eV, hvilket svarer til bølgelængder på 3–7 Å. Derfor forårsager enhver overtrædelse af periodiciteten på grund af urenheder, defekter, overfladen af ​​krystallen eller termiske vibrationer af atomer (fononer) en stigning i metallets resistivitet.

Lad os bruge kvalitativ analyse af temperaturafhængigheden af ​​metallers resistivitet. Elektrongassen i metaller er degenereret, og hovedmekanismen for elektronspredning ved høje temperaturer er spredning af fononer.

Påtemperaturen falder til det absolutte nulpunkt, har modstanden af ​​normale metaller tendens til en konstant værdi- resterende modstand. En undtagelse fra denne regel er superledende metaller og legeringer, hvor modstanden forsvinder under en vis kritisk temperatur. T sv (temperatur for overgang til superledende tilstand).

Med stigende temperatur forekommer afvigelsen af ​​resistivitet fra en lineær afhængighed for de fleste metaller nær smeltepunktet T pl. En vis afvigelse fra den lineære afhængighed kan observeres i ferromagnetiske metaller, hvor der er en yderligere spredning af elektroner ved overtrædelser af spinrækkefølgen.

Når smeltetemperaturen er nået og overgangen til en flydende tilstand, oplever de fleste metaller en kraftig stigning i resistiviteten og nogle mindsker den. Hvis smeltningen af ​​et metal eller en legering ledsages af en stigning i volumen, øges resistiviteten med en faktor på to til fire (for eksempel for kviksølv med en faktor på 4).

I metaller, hvis volumen falder under smeltning, er der tværtimod et fald i resistivitet (for gallium med 53%, antimon -29 % og vismut -54 %). En sådan anomali kan forklares ved en stigning i densitet og kompressibilitetsmodul under overgangen af ​​disse metaller fra den faste til den flydende tilstand. For nogle smeltede (flydende) metaller holder resistiviteten op med at stige med stigende temperatur ved et konstant volumen, hos andre vokser den langsommere end i fast tilstand. Sådanne anomalier kan tilsyneladende være forbundet med fænomenerne gitterforstyrrelser, som forekommer forskelligt i forskellige metaller under deres overgang fra en aggregeringstilstand til en anden.

En vigtig egenskab ved metaller er temperaturkoefficient elektrisk resistivitet, der viser den relative ændring i resistivitet for en temperaturændring på en Kelvin (grad)

a-r- positiv, når resistiviteten stiger med stigende temperatur. Det er indlysende, at værdien en r er også en funktion af temperaturen. I område 3 lineær afhængighed r( T) (se figur 10.3) er relationen opfyldt:

hvor r 0 og a r - resistivitet og temperaturkoefficient for resistivitet ved temperaturT 0 og r - resistivitet ved temperaturT. Eksperimentelle data viser det for de fleste metaller en r ved stuetemperatur ca. 0,004 Til-1. For ferromagnetiske metaller er værdien a r er noget højere.

Resistivitet af metaller . Som nævnt ovenfor har modstanden af ​​normale metaller tendens til en konstant værdi - den resterende modstand, da temperaturen falder til det absolutte nulpunkt. I normale metaller (ikke superledere) opstår den resterende modstand fra spredning af ledningselektroner ved statiske defekter

Den overordnede renhed og perfektion af en metallisk leder kan bestemmes af forholdet mellem modstande r= R 273 /R 4,2 K. For standard 99.999 renhed kobber er dette forhold 1000. Mere værdier r kan opnås ved yderligere zoneomsmeltning og forberedelse af prøver i form af enkeltkrystaller.

Omfattende eksperimentelt materiale indeholder talrige data om måling af modstand i metaller, forårsaget af tilstedeværelsen af ​​urenheder i dem. Følgende mest karakteristiske ændringer i metaller forårsaget af legering kan bemærkes. For det første, bortset fra fononforstyrrelser, er urenheden en lokal krænkelse af gitterets idealitet, perfekt i alle andre henseender. For det andet påvirker doping båndstrukturen ved at flytte Fermi-energien og ændre tætheden af ​​tilstand og effektiv masse, dvs. parametre, der delvist bestemmer den ideelle modstand af metallet. For det tredje kan doping ændre de elastiske konstanter og følgelig gitterets vibrationsspektrum, hvilket påvirker den ideelle modstand.

Total lederresistivitet ved temperaturer over 0K, summen af ​​restmodstanden r hvile og resistivitet på grund af spredning på termiske vibrationer af gitteret -r T

Dette forhold er kendt som Mathyssens regel for additivitet af resistivitet. Ofte observeres dog betydelige afvigelser fra Mathyssen-reglen, og nogle af disse afvigelser taler måske ikke til fordel for anvendeligheden af ​​de vigtigste faktorer, der påvirker metallernes modstandsdygtighed, når der indføres urenheder i dem. Den anden og tredje faktor, der er nævnt i begyndelsen af ​​dette afsnit, bidrager dog også væsentligt. Men ikke desto mindre har den første faktor en stærkere effekt på modstanden af ​​fortyndede faste opløsninger.

Ændring i restmodstand med 1 kl. % urenhed for monovalente metaller kan findes af Lindes regel, hvorefter

hvor -en og b- konstanter afhængigt af metallets natur og den periode, som et urenhedsatom optager i det periodiske system af grundstoffer;Δ Ζ - forskellen mellem valenserne af opløsningsmiddelmetallet og urenhedsatomet. Af betydelig praktisk interesse er beregninger af modstanden på grund af ledige stillinger og interstitielle atomer. Sådanne defekter opstår let, når en prøve bestråles med højenergipartikler, for eksempel neutroner fra en reaktor eller ioner fra en accelerator.

I sin praksis møder enhver elektriker forskellige betingelser for passage af ladningsbærere i metaller, halvledere, gasser og væsker. Strømmens størrelse påvirkes af elektrisk modstand, som varierer på forskellige måder under påvirkning af omgivelserne.

En af disse faktorer er effekten af ​​temperatur. Da det væsentligt ændrer betingelserne for strømstrømmen, tages det i betragtning af designere i produktionen af ​​elektrisk udstyr. Elektrisk personale, der er involveret i vedligeholdelse og drift af elektriske installationer, skal kompetent bruge disse funktioner i praktisk arbejde.

Temperaturens indvirkning på metallers elektriske modstand

I et skolefysikkursus foreslås det at udføre et sådant eksperiment: tag et amperemeter, et batteri, et stykke ledning, forbindelsesledninger og en brænder. I stedet for et amperemeter med et batteri kan du tilslutte et ohmmeter eller bruge dets tilstand i et multimeter.

Nu bringer vi brænderens flamme til ledningen og begynder at opvarme den. Hvis du ser på amperemeteret, vil du se, at pilen vil bevæge sig til venstre og nå den position, der er markeret med rødt.

Resultatet af eksperimentet viser, at når metaller opvarmes, falder deres ledningsevne, og modstanden stiger.

Den matematiske begrundelse for dette fænomen er givet af formlerne til højre i billedet. I det nederste udtryk ses det tydeligt, at den elektriske modstand "R" af en metalleder er direkte proportional med dens temperatur "T" og afhænger af flere flere parametre.

Hvordan opvarmning af metaller begrænser elektrisk strøm i praksis

Glødelamper

Hver dag, når belysningen er tændt, mødes vi med manifestationen af ​​denne egenskab i glødelamper. Vi vil udføre simple målinger på en pære med en effekt på 60 watt.

Med det enkleste ohmmeter, drevet af et lavspændingsbatteri på 4,5 V, måler vi modstanden mellem basiskontakterne og ser værdien på 59 ohm. Denne værdi besidder et filament i en kold tilstand.

Vi skruer pæren ind i patronen og gennem amperemeteret forbinder vi spændingen på hjemmenetværket på 220 volt til den. Amperemeternålen vil vise 0,273 ampere. Lad os bestemme modstanden af ​​filamentet i opvarmet tilstand. Den vil være på 896 ohm og vil overstige den tidligere ohmmeteraflæsning med 15,2 gange.

Et sådant overskud beskytter varmelegemets metal mod udbrænding og ødelæggelse, hvilket sikrer dets langsigtede ydeevne under spænding.

Tænd transienter

Når glødetråden er i drift, skabes der en termisk balance på den mellem opvarmning fra den passerende elektriske strøm og fjernelse af en del af varmen til miljøet. Men i det indledende trin af tænding, når der påføres spænding, forekommer transienter, der skaber en startstrøm, som kan føre til glødetrådens udbrænding.

Forbigående processer forekommer på kort tid og er forårsaget af det faktum, at stigningshastigheden i elektrisk modstand fra opvarmning af metallet ikke holder trit med stigningen i strøm. Efter deres afslutning indstilles driftstilstanden.

Under en lang glød af lampen når tykkelsen af ​​dens glødetråd gradvist en kritisk tilstand, hvilket fører til udbrænding. Oftest sker dette øjeblik ved den næste nye inklusion.

For at forlænge lampens levetid reduceres denne startstrøm på forskellige måder ved hjælp af:

1. enheder, der giver jævn forsyning og fjernelse af spænding;

2. Kredsløb til seriekobling af modstande, halvledere eller termistorer (termistorer) til glødetråden.

Et eksempel på en af ​​måderne at begrænse startstrømmen for billygter er vist på billedet nedenfor.

Her tilføres strømmen til pæren efter tænding af SA-vippekontakten gennem FU-sikringen og begrænses af modstanden R, hvis værdi vælges således, at strømstødet under transienter ikke overstiger den nominelle værdi.

Når glødetråden opvarmes, øges dens modstand, hvilket fører til en stigning i potentialforskellen mellem dets kontakter og den parallelforbundne vikling af relæet KL1. Når spændingen når relæindstillingen, lukker den normalt åbne kontakt KL1 og shunter modstanden. Driftsstrømmen af ​​den allerede etablerede tilstand begynder at strømme gennem pæren.

Virkningen af ​​metaltemperatur på dens elektriske modstand bruges i driften af ​​måleinstrumenter. De kaldes .

Deres følsomme element er lavet af en tynd metaltråd, hvis modstand måles omhyggeligt ved bestemte temperaturer. Dette gevind er monteret i et hus med stabile termiske egenskaber og dækket med et beskyttelsesdæksel. Den skabte struktur placeres i et miljø, hvis temperatur konstant skal overvåges.

Det elektriske kredsløbs ledninger er monteret på terminalerne på det følsomme element, som modstandsmålekredsløbet er forbundet med. Dens værdi konverteres til temperaturværdier baseret på den tidligere udførte instrumentkalibrering.

Baretter - strømstabilisator

Dette er navnet på en enhed bestående af en glasforseglet cylinder med brintgas og en metaltrådsspiral lavet af jern, wolfram eller platin. Dette design ligner en glødepære i udseende, men den har en specifik volt-ampere ikke-lineær karakteristik.

På CVC'en, i et bestemt område, dannes en arbejdszone, som ikke afhænger af udsvingene i spændingen, der påføres varmelegemet. I dette afsnit kompenserer byttehandelen godt for strømbølger og fungerer som en strømstabilisator på en belastning forbundet i serie med den.

Handlingen af ​​byttehandelen er baseret på egenskaben af ​​termisk inerti af filamentet, som er tilvejebragt af det lille tværsnit af filamentet og den høje varmeledningsevne af brintet, der omgiver det. På grund af dette, når spændingen på enheden falder, accelereres varmefjernelsen fra dens gevind.

Dette er hovedforskellen mellem en byttehandel og glødelamper, hvor de, for at bevare lysstyrken af ​​gløden, søger at reducere konvektiv varmetab fra glødetråden.

Superledningsevne

Under normale miljøforhold, når en metalleder afkøles, falder dens elektriske modstand.

Når en kritisk temperatur nås, tæt på nul grader ifølge Kelvin-målesystemet, er der et kraftigt fald i modstanden til nul. Det højre billede viser en sådan afhængighed af kviksølv.

Dette fænomen, kaldet superledning, betragtes som et lovende område for forskning med henblik på at skabe materialer, der betydeligt kan reducere tabet af elektricitet under dets transmission over lange afstande.

Imidlertid har igangværende undersøgelser af superledning afsløret en række regelmæssigheder, når andre faktorer påvirker den elektriske modstand af et metal, der befinder sig i området med kritiske temperaturer. Især under passagen af ​​en vekselstrøm med en stigning i frekvensen af ​​dens oscillationer opstår der modstand, hvis værdi når intervallet af almindelige værdier for harmoniske med en periode med lysbølger.

Temperaturens indvirkning på gassers elektriske modstand/ledningsevne

Gasser og almindelig luft er dielektriske stoffer og leder ikke elektricitet. Til dens dannelse er der brug for ladningsbærere, som er ioner dannet som følge af eksterne faktorer.

Opvarmning kan forårsage ionisering og bevægelse af ioner fra en pol af mediet til en anden. Dette kan verificeres ved et simpelt eksperiment. Lad os tage det samme udstyr, der blev brugt til at bestemme effekten af ​​opvarmning på modstanden af ​​en metalleder, kun i stedet for en ledning forbinder vi to metalplader adskilt af luftrum til ledningerne.

Et amperemeter forbundet til kredsløbet vil indikere fravær af strøm. Hvis en brænderflamme er placeret mellem pladerne, vil enhedens pil afvige fra nul og vise værdien af ​​strømmen, der passerer gennem det gasformige medium.

Det blev således fastslået, at ionisering forekommer i gasser under opvarmning, hvilket fører til bevægelse af elektrisk ladede partikler og et fald i mediets modstand.

Den aktuelle værdi påvirkes af effekten af ​​den eksterne påførte spændingskilde og potentialforskellen mellem dens kontakter. Det er i stand til at bryde gennem det isolerende lag af gasser ved høje værdier. En karakteristisk manifestation af et sådant tilfælde i naturen er den naturlige udledning af lyn under et tordenvejr.

Et omtrentligt billede af strøm-spændingskarakteristikken for strømstrømmen i gasser er vist i grafen.

I det indledende stadium, under påvirkning af temperatur- og potentialforskel, observeres en stigning i ionisering og passage af strøm omtrent i henhold til en lineær lov. Kurven bliver så vandret, når stigningen i spændingen ikke forårsager en stigning i strømmen.

Det tredje trin af nedbrydning opstår, når den høje energi i det påførte felt accelererer ionerne, så de begynder at kollidere med neutrale molekyler og danner massivt nye ladningsbærere fra dem. Som et resultat stiger strømmen kraftigt, hvilket danner en nedbrydning af det dielektriske lag.

Praktisk brug af gassers ledningsevne

Fænomenet med strømgennemstrømning gennem gasser bruges i elektroniske lamper og lysstofrør.

For at gøre dette er to elektroder placeret inde i en forseglet glascylinder med en inert gas:

1. anode;

2. katode.

I en fluorescerende lampe er de lavet i form af filamenter, som opvarmes, når de tændes, for at skabe termionisk emission. Den indvendige overflade af kolben er dækket af et lag fosfor. Det udsender det lysspektrum, som vi ser, som er dannet af infrarød stråling, der kommer fra kviksølvdamp bombarderet af en strøm af elektroner.

Gasudladningsstrømmen opstår, når en spænding af en vis værdi påføres mellem elektroderne, der er placeret i forskellige ender af pæren.

Når et af filamenterne brænder ud, så vil elektronemissionen blive forstyrret på denne elektrode, og lampen vil ikke brænde. Men hvis potentialforskellen mellem katoden og anoden øges, vil der igen opstå en gasudladning inde i pæren, og lyset fra fosforet vil genoptages.

Dette giver dig mulighed for at bruge LED-pærer med knækkede filamenter og forlænge deres levetid. Det skal kun huskes på, at det i dette tilfælde er nødvendigt at øge spændingen på den flere gange, og dette øger strømforbruget og risikoen for sikker brug betydeligt.

Temperaturens indvirkning på væskers elektriske modstand

Passagen af ​​strøm i væsker skabes hovedsageligt på grund af bevægelsen af ​​kationer og anioner under påvirkning af et eksternt påført elektrisk felt. Kun en lille del af ledningsevnen er leveret af elektroner.

Effekten af ​​temperatur på værdien af ​​den flydende elektrolyts elektriske modstand er beskrevet af formlen vist på billedet. Da værdien af ​​temperaturkoefficienten α i den altid er negativ, stiger ledningsevnen med stigende opvarmning, og modstanden falder som vist i grafen.

Dette fænomen skal tages i betragtning ved opladning af flydende bilbatterier (og ikke kun).

Temperaturens indflydelse på den elektriske modstand af halvledere

Ændring af egenskaberne af halvledermaterialer under indflydelse af temperatur gjorde det muligt at bruge dem som:

termisk modstand;

termoelementer;

køleskabe;

varmelegemer.

Termistorer

Dette navn refererer til halvlederenheder, der ændrer deres elektriske modstand under påvirkning af varme. De er meget højere end metallers.

TCR-værdien for halvledere kan være positiv eller negativ. Ifølge denne parameter er de opdelt i positive "RTS" og negative "NTC" termistorer. De har forskellige egenskaber.

Til drift af termistoren vælges et af punkterne på dens strømspændingskarakteristik:

den lineære sektion bruges til at styre temperaturen eller kompensere for skiftende strømme eller spændinger;

faldende gren af ​​CVC'en for elementer med TCS

Brugen af ​​en relætermistor er praktisk til at overvåge eller måle processerne for elektromagnetisk stråling, der forekommer ved mikrobølgefrekvenser. Dette sikrede deres brug i systemer:

1. varmestyring;

2. brandalarm;

3. flowkontrol af bulkmedier og væsker.

Silicium termistorer med en lille TCR>0 anvendes i kølesystemer og temperaturstabilisering af transistorer.

termoelementer

Disse halvledere arbejder på grundlag af Seebeck-fænomenet: når det loddede sted af to forskellige metaller opvarmes, opstår der en emf ved krydset af et lukket kredsløb. På den måde omdanner de varmeenergi til elektricitet.

Designet af to sådanne elementer kaldes et termoelement. Dens effektivitet er i området 7÷10%.

Termoelementer bruges i temperaturmålere af digitale computerenheder, der kræver miniaturedimensioner og høj nøjagtighed af aflæsninger, såvel som strømkilder med lav effekt.

Halvledervarmere og køleskabe

De fungerer ved at genbruge termoelementer, hvorigennem elektrisk strøm ledes. I dette tilfælde opvarmes det på et sted i krydset, og på det modsatte sted afkøles det.

Halvlederforbindelser baseret på selen, vismut, antimon, tellur gør det muligt at give en temperaturforskel i termoelementet op til 60 grader. Dette gjorde det muligt at skabe et design af et køleskab lavet af halvledere med en temperatur i kølekammeret på op til -16 grader.