Eritakistus suureneb temperatuuri tõustes. Kuidas takistus sõltub temperatuurist

Iga elektrit juhtiva materjali üks omadusi on takistuse sõltuvus temperatuurist. Kui kujutada seda graafikuna, kus horisontaalteljele on märgitud ajaintervallid (t) ja vertikaalteljele oomilise takistuse väärtus (R), siis tekib katkendlik joon. Takistuse sõltuvus temperatuurist koosneb skemaatiliselt kolmest osast. Esimene vastab kergele kuumutamisele - sel ajal muutub takistus väga vähe. See juhtub teatud punktini, pärast mida graafikul olev joon tõuseb järsult üles - see on teine ​​jaotis. Kolmas ja viimane komponent on sirgjoon, mis ulatub ülespoole punktist, kus R kasv peatus, horisontaaltelje suhtes suhteliselt väikese nurga all.

Selle graafiku füüsikaline tähendus on järgmine: takistuse sõltuvust juhi temperatuurist kirjeldatakse lihtsal viisil, kuni kütteväärtus ületab teatud materjalile iseloomuliku väärtuse. Toome abstraktse näite: kui temperatuuril +10°C on aine takistus 10 oomi, siis kuni 40°C R väärtus praktiliselt ei muutu, jäädes mõõtevea piiresse. Kuid juba 41 ° C juures hüppab takistus 70 oomini. Kui temperatuuri edasine tõus ei peatu, lisandub iga järgmise kraadi kohta veel 5 oomi.

Seda omadust kasutatakse laialdaselt erinevates elektriseadmetes, mistõttu on loomulik esitada andmeid vase kui ühe levinuima materjali kohta. Nii et vaskjuhi puhul põhjustab kuumutamine iga täiendava kraadi võrra takistuse suurenemist poole protsendi võrra. konkreetne väärtus (leiate võrdlustabelitest, mis on antud temperatuuril 20 °C, pikkusega 1 m ja ristlõikega 1 ruutmm).

Kui see toimub metalljuhis, ilmub elektrivool - laenguga elementaarosakeste suunatud liikumine. Metallisõlmedes asuvad ioonid ei suuda elektrone pikka aega oma välistel orbiitidel hoida, mistõttu nad liiguvad vabalt kogu materjali mahu ulatuses ühest sõlmest teise. Selle kaootilise liikumise põhjustab väline energia – soojus.

Kuigi liikumise fakt on ilmne, ei ole see suunatud ja seetõttu ei peeta seda vooluks. Elektrivälja ilmumisel orienteeruvad elektronid vastavalt selle konfiguratsioonile, moodustades suunatud liikumise. Aga kuna soojusefekt pole kuhugi kadunud, põrkuvad kaootiliselt liikuvad osakesed suunatud väljadega. Metalli takistuse sõltuvus temperatuurist näitab voolu läbimise häiringu suurust. Mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on juhi R.

Ilmselge järeldus: vähendades kuumutusastet, saate vähendada takistust. (umbes 20°K) iseloomustab täpselt osakeste termilise kaootilise liikumise märkimisväärne vähenemine aine struktuuris.

See juhtivate materjalide omadus on leidnud laialdast rakendust elektrotehnikas. Näiteks kasutatakse elektroonilistes andurites juhi takistuse sõltuvust temperatuurist. Teades selle väärtust mis tahes materjali jaoks, saate teha termistori, ühendada selle digitaalse või analooglugemisseadmega, teha sobiva skaala kalibreerimise ja kasutada seda alternatiivina kõrgem ja disain on lihtsam.

Lisaks võimaldab takistuse sõltuvus temperatuurist arvutada elektrimootori mähiste soojenemise.

Juhtosakesed (molekulid, aatomid, ioonid), mis voolu tekkes ei osale, on soojusliikumises ning voolu moodustavad osakesed on elektrivälja mõjul samaaegselt nii soojuslikus kui ka suunalises liikumises. Tänu sellele toimub voolu moodustavate osakeste ja selle tekkes mitteosalevate osakeste vahel arvukalt kokkupõrkeid, kus esimesed loovutavad osa energiast, mida nad kannavad vooluallikast teisele. Mida rohkem kokkupõrkeid, seda väiksem on voolu moodustavate osakeste järjestatud liikumise kiirus. Nagu valemist näha I = enνS, põhjustab kiiruse vähenemine voolu vähenemist. Nimetatakse skalaarsuurust, mis iseloomustab juhi omadust voolu vähendada juhi takistus. Ohmi seaduse valemist vastupanu Ohm - juhi takistus, milles saadakse tugevusvool 1 a pingega juhtme otstes 1 V.

Juhi takistus sõltub selle pikkusest l, ristlõikest S ja materjalist, mida iseloomustab eritakistus Mida pikem on juht, seda rohkem põrkub ajaühikus osakesi, mis moodustavad voolu osakestega, mis selle tekkes ei osale ja seetõttu on juhi takistus suurem. Mida väiksem on juhi ristlõige, seda tihedam on voolu moodustavate osakeste vool ja seda sagedamini põrkuvad nende kokkupõrked osakestega, mis selle moodustamises ei osale, ja seetõttu on juhi takistus suurem.

Elektrivälja mõjul voolu moodustavad osakesed liiguvad kokkupõrgete vahel kiiremini, suurendades välja energia tõttu nende kineetilist energiat. Põrkudes osakestega, mis voolu ei moodusta, kannavad nad osa oma kineetilisest energiast neile üle. Selle tulemusena suureneb juhi siseenergia, mis väliselt väljendub selle kuumutamises. Mõelgem, kas juhi takistus muutub kuumutamisel.

Elektriahel sisaldab terastraadi mähist (nöör, joon. 81, a). Pärast vooluringi sulgemist hakkame traati kuumutama. Mida rohkem me seda soojendame, seda vähem voolu ampermeeter näitab. Selle vähenemine toimub seetõttu, et metallide kuumutamisel suureneb nende takistus. Seega on elektripirni karva takistus, kui see ei põle, ligikaudu 20 oomi, ja kui see põleb (2900 ° C) - 260 oomi. Metalli kuumutamisel suureneb elektronide soojusliikumine ja ioonide vibratsioonikiirus kristallvõres, mille tulemusena suureneb ioonidega voolu moodustavate elektronide kokkupõrgete arv. See põhjustab juhi takistuse suurenemist *. Metallides on vabad elektronid ioonidega väga tihedalt seotud, mistõttu metallide kuumutamisel vabade elektronide arv praktiliselt ei muutu.

* (Elektroonilise teooria põhjal on võimatu tuletada täpset seadust takistuse sõltuvuse temperatuurist. Sellise seaduse kehtestab kvantteooria, milles elektroni käsitletakse kui laineomadustega osakest ning juhtivuselektroni liikumist läbi metalli käsitletakse kui elektronlainete levimise protsessi, mille pikkuse määrab de Broglie suhe.)

Katsed näitavad, et kui erinevatest ainetest valmistatud juhtmete temperatuur muutub sama kraadi võrra, muutub nende takistus ebavõrdselt. Näiteks kui vaskjuhil oleks takistus 1 oomi, siis pärast kuumutamist kuni 1°C tal tuleb vastupanu 1,004 oomi ja volfram - 1,005 oomi. Juhi takistuse sõltuvuse iseloomustamiseks selle temperatuurist võeti kasutusele suurus, mida nimetatakse takistuse temperatuuriteguriks. Skalaarset suurust, mida mõõdetakse juhi takistuse muutusena 1 oomi võrra, mis on võetud 0 ° C juures selle temperatuuri muutusest 1 ° C võrra, nimetatakse takistuse temperatuuriteguriks α. Niisiis, volframi puhul on see koefitsient võrdne 0,005 kraadi -1, vase jaoks - 0,004 kraadi -1. Temperatuuritakistustegur sõltub temperatuurist. Metallide puhul muutub see temperatuuriga vähe. Väikese temperatuurivahemiku korral peetakse seda antud materjali puhul konstantseks.

Tuletame valem, mis arvutab juhi takistuse, võttes arvesse selle temperatuuri. Oletame, et R0- juhi takistus at 0°C, kuumutamisel kuni 1°C see suureneb αR 0 ja kuumutamisel kuni t°- peal αRt° ja muutub R = R 0 + αR 0 t°, või

Metallide takistuse sõltuvust temperatuurist võetakse arvesse näiteks elektrikütteseadmete ja -lampide spiraalide valmistamisel: spiraaljuhtme pikkus ja lubatud vool arvutatakse nende takistuse järgi kuumutatud olekus. Metallide takistuse sõltuvust temperatuurist kasutatakse takistustermomeetrites, millega mõõdetakse soojusmasinate, gaasiturbiinide, kõrgahjude metalli jne temperatuuri. See termomeeter koosneb õhukesest plaatina (nikkel, raud) spiraalist. portselanraamile ja asetatud kaitseümbrisesse. Selle otsad on ühendatud ampermeetriga elektriahelaga, mille skaala on gradueeritud temperatuuri kraadides. Kui mähis kuumeneb, väheneb voolutugevus ahelas, mis põhjustab ampermeetri nõela liikumist, mis näitab temperatuuri.

Nimetatakse antud sektsiooni või ahela takistuse pöördarvu juhi elektrijuhtivus(elektrijuhtivus). Juhi elektrijuhtivus Mida suurem on juhi juhtivus, seda väiksem on tema takistus ja seda paremini juhib ta voolu. Elektrijuhtivuse ühiku nimetus Juhi juhtivustakistus 1 oomi helistas Siemens.

Temperatuuri langedes väheneb metallide vastupidavus. Kuid on metalle ja sulameid, mille vastupidavus igale metallile ja sulamile omasel madalal temperatuuril väheneb järsult ja muutub kaduvalt väikeseks - peaaegu võrdseks nulliga (joonis 81, b). Tulemas ülijuhtivus- juhil praktiliselt puudub takistus ja kui selles ergastatud vool eksisteerib pikka aega, samal ajal kui juht on ülijuhtival temperatuuril (ühes katses täheldati voolu üle aasta). Voolutiheduse läbimisel ülijuhist 1200 a/mm2 soojuse eraldumist ei täheldatud. Ühevalentsed metallid, mis on parimad voolujuhid, ei muutu ülijuhtivaks olekuks kuni äärmiselt madalate temperatuurideni, mille juures katsed läbi viidi. Näiteks nendes katsetes jahutati vask temperatuurini 0,0156°K, kuld - kuni 0,0204° K. Kui tavatemperatuuril oleks võimalik saada ülijuhtivusega sulameid, oleks sellel elektrotehnika jaoks suur tähtsus.

Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt on ülijuhtivuse peamiseks põhjuseks seotud elektronpaaride teke. Ülijuhtivuse temperatuuril hakkavad vabade elektronide vahel toimima vahetusjõud, mille tõttu elektronid moodustavad seotud elektronpaare. Sellisel seotud elektronpaaridest elektrongaasil on tavalisest elektrongaasist erinevad omadused – see liigub ülijuhis ilma hõõrdumiseta vastu kristallvõre sõlmpunkte.

Peaaegu kõigi materjalide elektritakistus sõltub temperatuurist. Selle sõltuvuse olemus on erinevate materjalide puhul erinev.

Kristallilise struktuuriga metallides piirab elektronide vaba tee laengukandjatena nende kokkupõrge kristallvõre sõlmedes paiknevate ioonidega. Kokkupõrgete käigus kandub elektronide kineetiline energia võrele. Pärast iga kokkupõrget koguvad elektronid elektrivälja jõudude mõjul taas kiirust ja järgnevate kokkupõrgete käigus annavad omandatud energia kristallvõre ioonidele, suurendades nende vibratsiooni, mis toob kaasa elektrivälja tugevuse suurenemise. aine temperatuur. Seega võib elektrone pidada vahendajateks elektrienergia muundamisel soojusenergiaks. Temperatuuri tõusuga kaasneb aineosakeste kaootilise soojusliikumise suurenemine, mis viib elektronide kokkupõrgete arvu suurenemiseni nendega ja raskendab elektronide järjestatud liikumist.

Enamiku metallide puhul suureneb eritakistus töötemperatuuridel lineaarselt

Kus Ja - eritakistus alg- ja lõpptemperatuuril;

- antud metalli konstantne koefitsient, mida nimetatakse takistuse temperatuuriteguriks (TCR);

T1 ja T2 - alg- ja lõpptemperatuurid.

Teist tüüpi juhtide puhul põhjustab temperatuuri tõus nende ionisatsiooni suurenemist, seetõttu on seda tüüpi juhtmete TCS negatiivne.

Ainete ja nende TCS-i eritakistuse väärtused on toodud teatmeteostes. Tavaliselt antakse eritakistuse väärtused temperatuuril +20 °C.

Juhi takistuse annab

R2 = R1
(2.1.2)

Ülesanne 3 Näide

Määrake kahejuhtmelise ülekandeliini vasktraadi takistus temperatuuril + 20 ° C ja + 40 ° C, kui traadi ristlõige S =

120 mm , ja liini pikkus = 10 km.

Lahendus

Viitetabelite abil leiame takistuse vask + 20 °C juures ja temperatuuritakistustegur :

= 0,0175 oomi mm /m; = 0,004 kraadi .

Määrame traadi takistuse temperatuuril T1 = +20 °C valemiga R = , võttes arvesse liini edasi- ja tagasivoolujuhtme pikkust:

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

Leiame juhtmete takistuse temperatuuril + 40°C, kasutades valemit (2.1.2)

R2 = 2,917 = 3,15 oomi.

Harjutus

Kolmejuhtmeline õhuliin pikkusega L on valmistatud traadist, mille mark on toodud tabelis 2.1. Vajalik on leida märgiga “?” tähistatud väärtus, kasutades antud näidet ja valides tabelist 2.1 selles toodud andmetega valiku.

Tuleb märkida, et erinevalt näitest hõlmab probleem ühe liinijuhtmega seotud arvutusi. Paljasjuhtmete kaubamärkide puhul tähistab täht traadi materjali (A - alumiinium; M - vask) ja number tähistab traadi ristlõiget mm .

Tabel 2.1

Teemamaterjali õppimine lõpeb tööga testidega nr 2 (TOE-

ETM/PM" ja nr 3 (TOE – ETM/IM)

Metallides, millel puudub ülijuhtivus, täheldatakse madalatel temperatuuridel lisandite olemasolu tõttu piirkonda 1 – temperatuurist peaaegu sõltumatu jääktakistuse piirkond (joonis 10.5). Jääktakistus- r ost mida vähem, seda puhtam metall.

Riis. 10.5. Metalli takistuse sõltuvus temperatuurist

Takistuse kiire tõus madalatel temperatuuridel kuni Debye temperatuurini K don seletatav võre termiliste vibratsioonide uute sageduste ergastamisega, mille juures toimub laengukandjate hajumine - piirkond 2 .

Kell T> Q d, kui võnkespekter on täielikult ergastatud, põhjustab võnkeamplituudi suurenemine temperatuuri tõusuga lineaarse takistuse suurenemise ligikaudu T pl - piirkond 3 . Kui struktuuri perioodilisust rikutakse, kogeb elektron hajumist, mille tulemusel muutuvad metalli liikumissuund, lõplikud keskmised vabad teed ja juhtivus. Juhtivuselektronide energia metallides on 3–15 eV, mis vastab lainepikkustele 3–7 Å. Seetõttu põhjustavad lisanditest, defektidest, kristalli pinnast või aatomite (fonoonide) termilistest vibratsioonidest põhjustatud perioodilisuse rikkumised metalli eritakistuse suurenemist.

Viime läbi metallide eritakistuse temperatuurisõltuvuse kvalitatiivne analüüs. Metallides olev elektrongaas on degenereerunud ja elektronide hajumise peamiseks mehhanismiks kõrgtemperatuurilises piirkonnas on hajumine fonoonide poolt.

KellKui temperatuur langeb absoluutse nullini, kipub normaalsete metallide takistus muutuma konstantseks- jääktakistus. Erandiks sellest reeglist on ülijuhtivad metallid ja sulamid, mille puhul takistus kaob alla teatud kriitilise temperatuuri T sv (ülijuhtivasse olekusse ülemineku temperatuur).

Temperatuuri tõustes ilmneb enamiku metallide takistuse kõrvalekalle lineaarsest sõltuvusest sulamistemperatuuri lähedal T pl . Mõningast kõrvalekallet lineaarsest sõltuvusest võib täheldada ferromagnetiliste metallide puhul, kus pöörlemisjärjekorra rikkumiste korral tekib elektronide täiendav hajumine.

Kui sulamistemperatuur on saavutatud ja üleminek vedelasse olekusse, suureneb enamiku metallide eritakistus järsult ja mõnel väheneb see. Kui metalli või sulami sulamisega kaasneb mahu suurenemine, siis eritakistus suureneb kaks kuni neli korda (näiteks elavhõbeda puhul 4 korda).

Metallides, mille maht sulamise ajal väheneb, väheneb takistus (galliumi puhul 53% võrra). antimoni puhul -29% ja vismuti puhul -54%. Sellist anomaaliat saab seletada tiheduse ja kokkusurutavuse mooduli suurenemisega nende metallide üleminekul tahkest olekust vedelasse. Mõnede sulametallide (vedelate) metallide eritakistus lakkab suurenemast temperatuuri tõustes konstantse mahu juures, teistes kasvab see aeglasemalt kui tahkes olekus. Selliseid kõrvalekaldeid võib ilmselt seostada võrehäire nähtustega, mis esinevad erinevates metallides nende üleminekul ühest agregatsiooniseisundist teise.

Metallide oluline omadus on temperatuuri koefitsient elektriline takistus näitab takistuse suhtelist muutust temperatuuri muutusega ühe kelvini (kraadi) võrra

a r - positiivne, kui takistus suureneb temperatuuri tõustes. On ilmne, et väärtus a r on ka temperatuuri funktsioon. Lineaarse sõltuvuse 3. piirkonnas r( T) (vt joonis 10.3) kehtib järgmine seos:

kus r 0 ja a r - eritakistus ja takistuse temperatuuritegur temperatuurilT 0 ja r - vastupidavus temperatuurilT. Eksperimentaalsed andmed näitavad, et enamiku metallide puhul a r toatemperatuuril ligikaudu 0,004 TO-1 .Ferromagnetiliste metallide puhul väärtus a r on veidi kõrgem.

Metallide jääktakistus . Nagu eespool mainitud, kaldub tavaliste metallide takistus konstantsele väärtusele - jääktakistus, kuna temperatuur langeb absoluutse nullini. Tavalistes metallides (mitte ülijuhtides) tekib jääktakistus juhtivate elektronide hajumise tõttu staatiliste defektide tõttu

Metalljuhi üldist puhtust ja täiuslikkust saab määrata takistuste suhtega r = R 273 /R 4,2 K. Standardse puhtusastmega 99,999 vase puhul on see suhe 1000. B suurem väärtused r saab saavutada täiendava tsooni ümbersulatamise ja üksikute kristallide kujul olevate proovide valmistamisega.

Ulatuslik katsematerjal sisaldab arvukalt andmeid metallide resistentsuse mõõtmise kohta, mis on põhjustatud neis sisalduvatest lisanditest. Märkida võib järgmisi kõige iseloomulikumaid metallide legeerimisest põhjustatud muutusi. Esiteks, peale fononi häirete, on lisand võre ideaalsuse lokaalne rikkumine, mis on kõigis muudes aspektides täiuslik. Teiseks mõjutab doping riba struktuuri, nihutades Fermi energiat ning muutes olekutihedust ja efektiivset massi, s.t. parameetrid, mis määravad osaliselt metalli ideaalse takistuse. Kolmandaks võib doping muuta elastsuskonstante ja vastavalt ka võre vibratsioonispektrit, mõjutades ideaalset takistust.

Juhi kogutakistus temperatuuril üle 0K koosneb see jääktakistusest r ost ja võre termiliste vibratsioonide hajumisest tingitud takistus - r T

Seda seost tuntakse Matthiesseni takistuse liitlikkuse reeglina. Sageli aga täheldatakse olulisi kõrvalekaldeid Matthiesseni reeglist ja osa neist kõrvalekalletest ei pruugi olla kasulikud peamiste metallide vastupidavust mõjutavate tegurite kohaldamisele lisandite sisseviimisel. Siiski annavad olulise panuse ka selle jaotise alguses märgitud teine ​​ja kolmas tegur. Kuid ikkagi on esimene tegur tugevam mõju lahjendatud tahkete lahuste vastupidavusele.

Jääktakistuse muutus 1 at. Ühevalentsetel metallidel lisandi % saab leida Linde reegli abil, mille kohaselt

Kus a Ja b- konstandid, mis sõltuvad metalli olemusest ja lisandiaatomi poolt hõivatud perioodist elementide perioodilises tabelis;Δ Ζ - lahusti metalli ja lisandi aatomi valentside erinevus. Vabadest töökohtadest ja interstitsiaalsetest aatomitest tingitud takistuse arvutused pakuvad olulist praktilist huvi. Sellised vead tekivad kergesti, kui proovi kiiritatakse suure energiaga osakestega, nagu reaktori neutronid või kiirendi ioonid.

Oma praktilises tegevuses puutub iga elektrik kokku erinevate tingimustega laengukandjate läbimiseks metallides, pooljuhtides, gaasides ja vedelikes. Voolutugevust mõjutab elektritakistus, mis keskkonna mõjul muutub mitmel viisil.

Üks neist teguritest on kokkupuude temperatuuriga. Kuna see muudab oluliselt voolu voolamise tingimusi, võtavad disainerid seda elektriseadmete tootmisel arvesse. Elektripaigaldiste hoolduse ja käitamisega tegelevad elektritöötajad peavad neid omadusi praktilises töös asjatundlikult kasutama.

Temperatuuri mõju metallide elektritakistusele

Koolifüüsika kursusel tehakse ettepanek läbi viia järgmine katse: võtta ampermeeter, aku, juhtmejupp, ühendusjuhtmed ja põleti. Akuga ampermeetri asemel saate ühendada oommeetri või kasutada selle režiimi multimeetris.

Nüüd toome põleti leegi juhtme külge ja hakkame seda soojendama. Kui vaatate ampermeetrit, näete, et nool liigub vasakule ja jõuab punasega tähistatud asendisse.

Katse tulemus näitab, et metallide kuumutamisel nende juhtivus väheneb ja takistus suureneb.

Selle nähtuse matemaatilise põhjenduse annavad otse pildil olevad valemid. Alumises avaldises on selgelt näha, et metalljuhi elektritakistus "R" on otseselt võrdeline selle temperatuuriga "T" ja sõltub mitmest muust parameetrist.

Kuidas metallide kuumutamine praktikas elektrivoolu piirab

Hõõglambid

Iga päev, kui me valgustust sisse lülitame, kohtame selle omaduse avaldumist hõõglampides. Teeme lihtsad mõõtmised 60-vatise lambipirniga.

Kasutades kõige lihtsamat oommeetrit, mille toiteallikaks on madalpinge 4,5 V aku, mõõdame aluse kontaktide vahelist takistust ja näeme väärtust 59 oomi. Hõõgniidil on see väärtus, kui see on külm.

Kruvige lambipirn pessa ja ühendage sellega 220-voldine koduvõrgu pinge läbi ampermeetri. Ampermeetri nõel näitab 0,273 amprit. Määrame keerme takistuse kuumutatud olekus. See on 896 oomi ja ületab eelmise ohmmeetri näitu 15,2 korda.

See ülejääk kaitseb hõõgniidi korpuse metalli läbipõlemise ja hävimise eest, tagades selle pikaajalise toimimise pinge all.

Sisselülitamise siirded

Hõõgniidi töötamisel tekib soojustasakaal läbiva elektrivoolu kütmise ja osa soojusest keskkonda viimise vahel. Kuid sisselülitamise algstaadiumis, kui pinge rakendatakse, tekivad mööduvad protsessid, mis tekitavad sisselülitusvoolu, mis võib viia hõõgniidi läbipõlemiseni.

Mööduvad protsessid toimuvad lühikese aja jooksul ja on tingitud asjaolust, et metalli kuumutamisel tekkiva elektritakistuse suurenemise kiirus ei käi voolu suurenemisega sammu. Pärast nende valmimist luuakse töörežiim.

Lambi pikaajalise luminestsentsi ajal jõuab selle hõõgniidi paksus järk-järgult kriitilisse olekusse, mis põhjustab läbipõlemist. Kõige sagedamini toimub see hetk järgmise uue sisselülitamise ajal.

Lambi eluea pikendamiseks vähendatakse seda sisselülitusvoolu mitmel viisil, kasutades:

1. seadmed, mis tagavad sujuva toite ja pingete vabastamise;

2. vooluahelad takistite, pooljuhtide või termistorite (termistorite) jadamisi ühendamiseks hõõgniidiga.

Näide autolampide sisselülitusvoolu piiramise ühest viisist on näidatud alloleval pildil.

Siin antakse lambipirni vool pärast lülituslüliti SA sisselülitamist kaitsme FU kaudu ja see on piiratud takistiga R, mille väärtus valitakse nii, et voolu tõus siirdeprotsesside ajal ei ületaks nimiväärtust.

Kui hõõgniit kuumeneb, suureneb selle takistus, mis suurendab selle kontaktide ja paralleelselt ühendatud relee mähise KL1 potentsiaalide erinevust. Kui pinge jõuab relee seadistusväärtuseni, sulgub tavaliselt avatud kontakt KL1 ja šundab takisti. Juba kehtestatud režiimi töövool hakkab läbi lambipirni voolama.

Metalli temperatuuri mõju selle elektritakistusele kasutatakse mõõteriistade töös. Neid nimetatakse .

Nende tundlik element on valmistatud õhukesest metalltraadist, mille takistust mõõdetakse hoolikalt teatud temperatuuridel. See niit on paigaldatud stabiilsete termiliste omadustega korpusesse ja kaetud kaitsekattega. Loodud struktuur asetatakse keskkonda, mille temperatuuri tuleb pidevalt jälgida.

Tundliku elemendi klemmidele on paigaldatud elektriahela juhtmed, mis ühendavad takistuse mõõteahelat. Selle väärtus teisendatakse temperatuuri väärtusteks, mis põhinevad seadme varem teostatud kalibreerimisel.

Baretter – voolu stabilisaator

See on seadme nimi, mis koosneb suletud klaassilindrist vesinikgaasiga ja rauast, volframist või plaatinast valmistatud metalltraadi spiraalist. See disain meenutab välimuselt hõõglambipirni, kuid sellel on spetsiifiline voolu-pinge mittelineaarne karakteristik.

Voolu-pinge karakteristikul moodustub teatud vahemikus töötsoon, mis ei sõltu kehale rakendatava pinge kõikumisest. Selles jaotises kompenseerib vahetustehing hästi võimsuse lainetust ja töötab sellega järjestikku ühendatud koormuse voolu stabilisaatorina.

Baretteri töö põhineb hõõgniidi keha termilise inertsi omadusel, mille tagab hõõgniidi väike ristlõige ja seda ümbritseva vesiniku kõrge soojusjuhtivus. Tänu sellele, kui seadme pinge väheneb, kiireneb soojuse eemaldamine selle hõõgniidist.

See on peamine erinevus vahetus- ja hõõglampide vahel, mille puhul heleduse heleduse säilitamiseks püütakse vähendada hõõgniidi konvektiivset soojuskadu.

Ülijuhtivus

Tavalistes keskkonnatingimustes metalljuhi jahutamisel selle elektritakistus väheneb.

Kriitilise temperatuuri saavutamisel, Kelvini mõõtmissüsteemi järgi null kraadi lähedal, toimub takistuse järsk langus nullini. Parempoolne pilt näitab elavhõbeda jaoks sellist suhet.

Seda nähtust, mida nimetatakse ülijuhtivuseks, peetakse paljulubavaks uurimisvaldkonnaks, mille eesmärk on luua materjale, mis võivad märkimisväärselt vähendada elektrikadu selle edastamisel suurte vahemaade taha.

Käimasolevad ülijuhtivuse uuringud on aga paljastanud mitmeid mustreid, kui kriitilises temperatuuripiirkonnas asuva metalli elektritakistust mõjutavad muud tegurid. Eelkõige siis, kui vahelduvvool läbib koos selle võnkesageduse suurenemisega, tekib takistus, mille väärtus jõuab valguslainete perioodiga harmooniliste tavaliste väärtuste vahemikku.

Temperatuuri mõju gaaside elektritakistusele/juhtivusele

Gaasid ja tavaline õhk on dielektrikud ega juhi elektrit. Selle moodustamiseks on vaja laengukandjaid, mis on välistegurite mõjul tekkivad ioonid.

Kuumutamine võib põhjustada ioniseerumist ja ioonide liikumist keskkonna ühelt pooluselt teisele. Saate seda lihtsa katsega kontrollida. Võtame samad seadmed, millega määrasime kuumutamise mõju metalljuhi takistusele, kuid traadi asemel ühendame juhtmetega kaks õhuruumiga eraldatud metallplaati.

Ahelaga ühendatud ampermeeter näitab voolu puudumist. Kui plaatide vahele asetatakse põleti leek, kaldub seadme nõel nullväärtusest kõrvale ja näitab gaasilist keskkonda läbiva voolu suurust.

Seega tehti kindlaks, et gaasides toimub kuumutamisel ionisatsioon, mis viib elektriliselt laetud osakeste liikumiseni ja keskkonna takistuse vähenemiseni.

Voolu väärtust mõjutavad välise rakendatud pingeallika võimsus ja selle kontaktide potentsiaalide erinevus. See on võimeline suurte väärtustega gaaside isolatsioonikihist läbi murdma. Sellise juhtumi tüüpiline ilming looduses on loomulik pikselahendus äikese ajal.

Graafikul on toodud gaaside vooluvoolu voolu-pinge karakteristiku ligikaudne vaade.

Algstaadiumis täheldatakse temperatuuri ja potentsiaalide erinevuse mõjul ionisatsiooni suurenemist ja voolu läbimist ligikaudu vastavalt lineaarsele seadusele. Siis muutub kõver horisontaalseks, kui pinge tõus ei põhjusta voolu suurenemist.

Kolmas lagunemise staadium toimub siis, kui rakendatud välja suur energia kiirendab ioone nii palju, et need hakkavad põrkuma neutraalsete molekulidega, moodustades neist massiliselt uusi laengukandjaid. Selle tulemusena suureneb vool järsult, moodustades dielektrilise kihi purunemise.

Gaasijuhtivuse praktiline kasutamine

Gaaside kaudu voolava voolu nähtust kasutatakse elektroonilistes torudes ja luminofoorlampides.

Selleks asetatakse inertgaasiga suletud klaassilindrisse kaks elektroodi:

1. anood;

2. katood.

Luminofoorlambis on need valmistatud hõõgniitidena, mis sisselülitamisel kuumenevad, tekitades termilise emissiooni. Kolvi sisepind on kaetud fosforikihiga. See kiirgab nähtava valguse spektrit, mis tekib elektronide vooga pommitatud elavhõbedaaurudest lähtuva infrapunakiirguse poolt.

Gaaslahendusvool tekib siis, kui kolvi erinevates otstes paiknevate elektroodide vahel rakendatakse teatud suurusjärgu pinget.

Kui üks hõõgniitidest läbi põleb, katkeb selle elektroodi elektronide emissioon ja lamp ei sütti. Kui aga suurendada katoodi ja anoodi potentsiaalivahet, tekib pirni sees jälle gaaslahendus ja fosfori hõõgumine taastub.

See võimaldab kasutada kahjustatud hõõgniitidega LED-pirne ja pikendada nende kasutusiga. Pidage vaid meeles, et sel juhul tuleb sellel olevat pinget mitu korda tõsta ja see suurendab oluliselt voolutarbimist ja ohutu kasutamise riske.

Temperatuuri mõju vedelike elektritakistusele

Voolu läbimine vedelikes tekib peamiselt katioonide ja anioonide liikumise tõttu väliselt rakendatud elektrivälja mõjul. Ainult väikese osa juhtivusest annavad elektronid.

Temperatuuri mõju vedela elektrolüüdi elektritakistusele kirjeldatakse pildil näidatud valemiga. Kuna selles on temperatuurikoefitsiendi α väärtus alati negatiivne, siis kuumutamisel suureneb juhtivus ja takistus langeb nagu graafikul näidatud.

Selle nähtusega tuleb arvestada vedelate autoakude (ja muude) akude laadimisel.

Temperatuuri mõju pooljuhtide elektritakistusele

Pooljuhtmaterjalide omaduste muutused temperatuuri mõjul on võimaldanud neid kasutada järgmiselt:

soojustakistused;

termoelemendid;

külmikud;

küttekehad.

Termistorid

See nimetus viitab pooljuhtseadmetele, mis muudavad soojuse mõjul oma elektritakistust. Need on oluliselt kõrgemad kui metallidel.

Pooljuhtide TCR väärtusel võib olla positiivne või negatiivne väärtus. Selle parameetri järgi jagunevad need positiivseteks "RTS" ja negatiivseteks "NTC" termistoriteks. Neil on erinevad omadused.

Termistori kasutamiseks valige üks selle voolu-pinge karakteristiku punktidest:

lineaarset sektsiooni kasutatakse temperatuuri reguleerimiseks või muutuvate voolude või pingete kompenseerimiseks;

TCS-iga elementide voolu-pinge karakteristiku kahanev haru

Releetermistori kasutamine on mugav ülikõrgetel sagedustel toimuvate elektromagnetilise kiirguse protsesside jälgimisel või mõõtmisel. See tagas nende kasutamise süsteemides:

1. soojuse juhtimine;

2. tulekahjusignalisatsioon;

3. puistekandjate ja vedelike voolu reguleerimine.

Väikese TCR>0 ränitermistoreid kasutatakse jahutussüsteemides ja transistoride temperatuuri stabiliseerimises.

Termoelemendid

Need pooljuhid töötavad Seebecki fenomeni alusel: kui kahe erineva metalli jooteala kuumutatakse, tekib suletud vooluringi ristmikul emf. Sel viisil muudavad nad soojusenergia elektriks.

Kahest sellisest elemendist koosnevat struktuuri nimetatakse termopaariks. Selle efektiivsus jääb vahemikku 7÷10%.

Termoelemente kasutatakse miniatuurseid mõõtmeid ja suurt näitude täpsust nõudvates digitaalsete arvutusseadmete temperatuurimõõturites ning ka väikese võimsusega vooluallikatena.

Pooljuhtküttekehad ja külmikud

Need töötavad termopaaride kasutamise ümberpööramise teel, mille kaudu juhitakse elektrivoolu. Sel juhul ristmiku ühes kohas soojendatakse ja vastupidises kohas jahutatakse.

Seleenil, vismutil, antimonil ja telluuril põhinevad pooljuhtühendused võimaldavad tagada kuni 60-kraadise temperatuurierinevuse termoelemendis. See võimaldas luua pooljuhtidest valmistatud külmkapi disaini, mille temperatuur jahutuskambris on kuni -16 kraadi.