Специфичниот отпор се зголемува со температурата. Како отпор зависи од температурата

Една од карактеристиките на секој електрично спроводлив материјал е зависноста на отпорот од температурата. Ако го прикажете во форма на график каде временските интервали (t) се означени на хоризонталната оска, а вредноста на омскиот отпор (R) е означена на вертикалната оска, ќе добиете скршена линија. Зависноста на отпорот од температурата шематски се состои од три дела. Првиот одговара на мало загревање - во ова време отпорот се менува многу малку. Ова се случува до одредена точка, по што линијата на графиконот нагло се зголемува - ова е вториот дел. Третата и последна компонента е права линија која се протега нагоре од точката на која запре растот на R, под релативно мал агол во однос на хоризонталната оска.

Физичкото значење на овој график е следново: зависноста на отпорот од температурата на проводникот е опишана на едноставен начин додека вредноста на загревањето не надмине одредена вредност карактеристична за даден материјал. Да дадеме апстрактен пример: ако на температура од +10 ° C отпорот на супстанцијата е 10 Ом, тогаш до 40 ° C вредноста на R практично нема да се промени, останувајќи во мерната грешка. Но, веќе на 41 ° C ќе има скок на отпорот до 70 Ом. Ако понатамошното зголемување на температурата не запре, тогаш за секој следен степен ќе има дополнителни 5 оми.

Ова својство е широко користено во различни електрични уреди, па затоа е природно да се дадат податоци за бакарот како еден од најчестите материјали во Па така, за бакарен проводник, греењето за секој дополнителен степен доведува до зголемување на отпорот за половина процент од специфичната вредност (може да се најде во референтните табели, дадени за 20°C, должина од 1 m со пресек од 1 квадратни mm).

Кога ќе се појави во метален проводник, се појавува електрична струја - насочено движење на елементарните честички со полнење. Јоните лоцирани во металните јазли не се способни да држат електрони во нивните надворешни орбити долго време, така што тие слободно се движат низ целиот волумен на материјалот од еден до друг јазол. Ова хаотично движење е предизвикано од надворешна енергија - топлина.

Иако фактот на движење е очигледен, тој не е насочен и затоа не се смета за струја. Кога се појавува електрично поле, електроните се ориентираат во согласност со неговата конфигурација, формирајќи насочено движење. Но, бидејќи термичкиот ефект не исчезна никаде, хаотично подвижните честички се судираат со насочени полиња. Зависноста на отпорот на метал од температурата ја покажува количината на пречки во текот на струјата. Колку е поголема температурата, толку е поголем R на проводникот.

Очигледен заклучок: со намалување на степенот на загревање, можете да го намалите отпорот. (околу 20°К) прецизно се карактеризира со значително намалување на термичкото хаотично движење на честичките во структурата на супстанцијата.

Ова својство на спроводливите материјали најде широка примена во електротехниката. На пример, зависноста на отпорноста на проводникот од температурата се користи во електронските сензори. Знаејќи ја неговата вредност за кој било материјал, можете да направите термистор, да го поврзете со дигитален или аналоген уред за читање, да извршите соодветна калибрација на скалата и да го користите како алтернатива.Повеќето модерни сензори за температура се базираат токму на овој принцип, бидејќи доверливоста е повисоко и дизајнот е поедноставен.

Покрај тоа, зависноста на отпорот од температурата овозможува да се пресмета загревањето на намотките на електричниот мотор.

Проводничките честички (молекули, атоми, јони) кои не учествуваат во формирањето на струјата се во термичко движење, а честичките кои ја формираат струјата се истовремено во термичко и насочено движење под влијание на електрично поле. Поради ова се случуваат бројни судири помеѓу честичките кои ја формираат струјата и честичките кои не учествуваат во нејзиното формирање, при што првите се откажуваат од дел од енергијата што ја носат од сегашниот извор на втората. Колку повеќе судири, толку е помала брзината на нарачаното движење на честичките што ја формираат струјата. Како што може да се види од формулата I = enνS, намалувањето на брзината доведува до намалување на струјата. Се нарекува скаларна големина што ја карактеризира својството на проводникот да ја намали струјата отпорност на проводникот.Од формулата на Омовиот закон, отпор Ом - отпорност на проводникот во кој се добива струја на јачина 1 асо напон на краевите на спроводникот од 1 V.

Отпорот на проводникот зависи од неговата должина l, пресекот S и материјалот кој се карактеризира со отпорност Колку е подолг проводникот, толку повеќе судири по единица време на честичките кои ја формираат струјата со честички кои не учествуваат во неговото формирање, и затоа е поголем отпорот на проводникот. Колку е помал пресекот на спроводникот, толку е погуст протокот на честичките кои ја формираат струјата и почесто нивните судири со честички кои не учествуваат во неговото формирање и затоа е поголема отпорноста на спроводникот.

Под влијание на електричното поле, честичките кои ја формираат струјата се движат забрзано помеѓу судирите, зголемувајќи ја нивната кинетичка енергија поради енергијата на полето. Кога се судираат со честички кои не формираат струја, тие префрлаат дел од нивната кинетичка енергија на нив. Како резултат на тоа, внатрешната енергија на проводникот се зголемува, што надворешно се манифестира во неговото загревање. Ајде да размислиме дали отпорот на проводникот се менува кога се загрева.

Електричното коло содржи калем од челична жица (низа, Сл. 81, а). Откако го затворивме колото, почнуваме да ја загреваме жицата. Колку повеќе го загреваме, толку помалку струја покажува амперметарот. Неговото намалување настанува затоа што при загревање на металите се зголемува нивната отпорност. Така, отпорот на влакно на електрична сијалица кога не е запален е приближно 20 оми, и кога гори (2900 ° C) - 260 оми. Кога металот се загрева, термичкото движење на електроните и стапката на вибрации на јоните во кристалната решетка се зголемуваат, како резултат на што се зголемува бројот на судири на електрони кои формираат струја со јони. Ова предизвикува зголемување на отпорноста на проводникот *. Кај металите, неслободните електрони се многу цврсто врзани за јоните, така што кога металите се загреваат, бројот на слободни електрони практично не се менува.

* (Врз основа на електронската теорија, невозможно е да се изведе точен закон за зависноста на отпорот од температурата. Таков закон е воспоставен со квантната теорија, во која електронот се смета за честичка со бранови својства, а движењето на спроводен електрон низ метал се смета како процес на ширење на електронските бранови, чија должина се одредува со односот де Броље.)

Експериментите покажуваат дека кога температурата на проводниците направени од различни супстанции се менува за ист број степени, нивната отпорност се менува нееднакво. На пример, ако бакарен проводник има отпор 1 ом, потоа по загревањето до 1°Сќе има отпор 1,004 омии волфрам - 1,005 оми.За да се карактеризира зависноста на отпорноста на проводникот од неговата температура, воведена е количина наречена температурен коефициент на отпор. Скаларна количина измерена со промената на отпорноста на проводникот во 1 ом, земена на 0 ° C, од промената на неговата температура за 1 ° C, се нарекува температурен коефициент на отпор α. Значи, за волфрам овој коефициент е еднаков на 0,005 степени -1, за бакар - 0,004 степени -1.Температурниот коефициент на отпор зависи од температурата. За металите, малку се менува со температурата. За мал температурен опсег, тој се смета за константен за даден материјал.

Дозволете ни да изведеме формула која го пресметува отпорот на проводникот земајќи ја предвид неговата температура. Да претпоставиме дека R0- отпор на проводник кај 0°С, кога се загрева до 1°Сќе се зголеми за αR 0, и кога се загрева до т°- на αRt°и станува R = R 0 + αR 0 t°, или

Зависноста на отпорноста на металите од температурата се зема предвид, на пример, при производство на спирали за електрични уреди за греење и светилки: должината на спиралната жица и дозволената струја се пресметуваат од нивниот отпор во загреана состојба. Зависноста на отпорот на металите од температурата се користи во отпорните термометри, кои се користат за мерење на температурата на топлинските мотори, гасните турбини, металот во високите печки итн. Овој термометар се состои од тенка платина (никел, железо) спирална рана на порцеланска рамка и ставена во заштитна футрола. Неговите краеви се поврзани со електрично коло со амперметар, чија скала е дипломирана во степени на температура. Кога серпентина се загрева, струјата во колото се намалува, ова предизвикува иглата на амперметарот да се движи, што ја покажува температурата.

Реципроцитетот на отпорот на даден дел или коло се нарекува електричната спроводливост на проводникот(електрична спроводливост). Електрична спроводливост на проводник Колку е поголема спроводливоста на проводникот, толку е помал неговиот отпор и подобро спроведува струја. Име на единицата за електрична спроводливост Отпорност на спроводливост на проводникот 1 омповикани Сименс.

Како што се намалува температурата, отпорот на металите се намалува. Но, постојат метали и легури, чиј отпор, при ниска температура специфична за секој метал и легура, нагло се намалува и станува уникатно мал - речиси еднаков на нула (Сл. 81, б). Доаѓање суперспроводливост- спроводникот практично нема отпор, а штом струјата возбудена во него постои долго време, додека спроводникот е на температура на суперспроводливост (во еден од експериментите, струјата беше забележана повеќе од една година). При минување на густина на струја низ суперпроводник 1200 a/mm 2не е забележано ослободување на топлина. Моновалентните метали, кои се најдобри спроводници на струјата, не се трансформираат во суперспроводлива состојба до екстремно ниските температури на кои се вршени експериментите. На пример, во овие експерименти, бакарот се ладел 0,0156°К,злато - до 0,0204° К.Кога би било можно да се добијат легури со суперспроводливост на обични температури, тоа би било од големо значење за електротехниката.

Според современите концепти, главната причина за суперспроводливост е формирањето на врзани електронски парови. На температура на суперспроводливост, силите на размена почнуваат да дејствуваат помеѓу слободните електрони, предизвикувајќи електроните да формираат врзани електронски парови. Таквиот електронски гас од врзани електронски парови има различни својства од обичниот електронски гас - тој се движи во суперпроводник без триење против јазлите на кристалната решетка.

Електричниот отпор на скоро сите материјали зависи од температурата. Природата на оваа зависност е различна за различни материјали.

Кај металите кои имаат кристална структура, слободната патека на електроните како носители на полнеж е ограничена со нивните судири со јони лоцирани на јазлите на кристалната решетка. За време на судирите, кинетичката енергија на електроните се пренесува на решетката. По секој судир, електроните, под влијание на силите на електричното поле, повторно ја зголемуваат брзината и при последователни судири, ја отстапуваат добиената енергија на јоните на кристалната решетка, зголемувајќи ги нивните вибрации, што доведува до зголемување на температура на супстанцијата. Така, електроните може да се сметаат за посредници во конверзијата на електричната енергија во топлинска енергија. Зголемувањето на температурата е придружено со зголемување на хаотичното термичко движење на честичките на материјата, што доведува до зголемување на бројот на судири на електроните со нив и го отежнува нарачаното движење на електроните.

За повеќето метали, во рамките на работните температури, отпорноста се зголемува линеарно

Каде И - отпорност на почетна и крајна температура;

- константен коефициент за даден метал, наречен температурен коефициент на отпор (TCR);

Т1 и Т2 - почетни и крајни температури.

За проводниците од вториот тип, зголемувањето на температурата доведува до зголемување на нивната јонизација, затоа TCS на овој тип на проводници е негативен.

Вредностите на отпорноста на супстанциите и нивните TCS се дадени во референтни книги. Вообичаено, вредностите на отпорност обично се даваат на температура од +20 °C.

Отпорот на проводникот е даден со

R2 = R1
(2.1.2)

Задача 3 Пример

Одредете го отпорот на бакарна жица на двожичен далновод на + 20 ° C и + 40 ° C, ако пресекот на жица S =

120 мм , и должина на линија = 10 km.

Решение

Користејќи референтни табели, ја наоѓаме отпорноста бакар на + 20 °C и температурен коефициент на отпор :

= 0,0175 Ом мм / m; = 0,004 степени .

Ајде да го одредиме отпорот на жицата на T1 = +20 °C користејќи ја формулата R = , земајќи ја предвид должината на напредните и повратните жици на линијата:

R1 = 0,0175
2 = 2,917 Ом.

Отпорот на жиците го наоѓаме на температура од + 40°C користејќи ја формулата (2.1.2)

R2 = 2,917 = 3,15 Ом.

Вежбајте

Надземна линија со три жици со должина L е направена од жица, чија марка е дадена во Табела 2.1. Неопходно е да се најде вредноста означена со знакот „?“, користејќи го дадениот пример и избирање на опцијата со податоците наведени во неа од Табела 2.1.

Треба да се напомене дека проблемот, за разлика од примерот, вклучува пресметки поврзани со една линија жица. Во брендовите на голи жици, буквата го означува материјалот на жицата (А - алуминиум; М - бакар), а бројот го означува пресекот на жицата вомм .

Табела 2.1

Изучувањето на материјалот за темата завршува со работа со тестови бр. 2 (TOE-

ETM/PM“ и бр. 3 (TOE – ETM/IM)

Кај металите кои немаат суперспроводливост, при ниски температури, поради присуството на нечистотии, се забележува предел 1 – регион на резидуален отпор, речиси независен од температурата (сл. 10.5). Резидуален отпор- r ost колку помалку, толку е почист металот.

Ориз. 10.5. Зависност на отпорноста на металот од температурата

Брзо зголемување на отпорноста при ниски температури до температурата на DebyeП гможе да се објасни со побудување на нови фреквенции на топлински вибрации на решетката, при што се јавува расејување на носителите на полнеж - регионот 2 .

На Т> П г, кога спектарот на осцилации е целосно возбуден, зголемувањето на амплитудата на осцилацијата со зголемување на температурата доведува до линеарно зголемување на отпорноста до приближно Т pl - регион 3 . Кога периодичноста на структурата е нарушена, електронот доживува расејување, што доведува до промена во насоката на движење, конечни средни слободни патеки и спроводливост на металот. Енергијата на спроводливите електрони во металите е 3-15 eV, што одговара на бранови должини од 3-7 Å. Затоа, секое нарушување на периодичноста предизвикано од нечистотии, дефекти, кристалната површина или топлинските вибрации на атомите (фононите) предизвикуваат зголемување на отпорноста на металот.

Ајде да спроведеме квалитативна анализа на температурната зависност на отпорноста на металите.Електронскиот гас во металите е дегенериран и главниот механизам на расејување на електроните во регионот на висока температура е расејување со фонони.

НаКако што температурата паѓа на апсолутна нула, отпорноста на нормалните метали се стреми кон константна вредност- резидуален отпор. Исклучок од ова правило се суперспроводливи метали и легури, кај кои отпорот исчезнува под одредена критична температура Т sv (температура на премин во суперспроводлива состојба).

Со зголемување на температурата, отстапувањето на отпорноста од линеарната зависност за повеќето метали се јавува во близина на точката на топење Т pl. Одредено отстапување од линеарната зависност може да се забележи кај феромагнетните метали, во кои се јавува дополнително расејување на електроните при прекршување на редот на центрифугирање.

Кога ќе се достигне температурата на топење и ќе дојде до премин во течна состојба, повеќето метали доживуваат нагло зголемување на отпорноста, а некои ја намалуваат. Ако топењето на метал или легура е придружено со зголемување на волуменот, тогаш отпорноста се зголемува за два до четири пати (на пример, за жива за 4 пати).

Кај металите чиј волумен се намалува при топење, напротив, има намалување на отпорноста (за галиум за 53%, за антимон -29% и за бизмут -54%). Таквата аномалија може да се објасни со зголемување на густината и модулот на компресибилност при преминот на овие метали од цврста во течна состојба. За некои стопени (течни) метали, отпорноста престанува да се зголемува со зголемување на температурата при константен волумен, кај други расте побавно отколку во цврста состојба. Ваквите аномалии, очигледно, може да се поврзат со феномените на нарушување на решетката, кои се јавуваат различно кај различни метали за време на нивниот премин од една состојба на агрегација во друга.

Важна карактеристика на металите е температурен коефициент електричен отпорпокажувајќи ја релативната промена на отпорноста со промена на температурата од еден Келвин (степен)

р - позитивен кога отпорноста се зголемува со зголемување на температурата. Очигледно е дека вредноста a r е исто така функција на температурата. Во регионот 3 на линеарна зависностр ( Т) (види Слика 10.3) важи следнава врска:

каде r 0 и a r - отпорност и температурен коефициент на отпорност на температураТ 0 , и r - отпорност на температураТ. Експерименталните податоци покажуваат дека за повеќето метали a r на собна температура приближно 0,004 ДО-1 .За феромагнетни метали вредноста a r е малку повисок.

Резидуална отпорност на метали . Како што споменавме погоре, отпорот на нормалните метали се стреми кон константна вредност - резидуален отпор, бидејќи температурата се намалува на апсолутна нула. Кај нормалните метали (не суперпроводниците), резидуалниот отпор се јавува поради расејување на спроводливите електрони со статички дефекти

Општата чистота и совршенство на металниот проводник може да се одреди со односот на отпорите r = Р 273 /Р 4,2 К. За бакар со стандардна чистота од 99,999, овој сооднос е 1000. Повеќевредностир може да се постигне со дополнително зонско претопување и подготовка на примероци во форма на единечни кристали.

Обемниот експериментален материјал содржи бројни податоци за мерење на отпорноста кај металите предизвикана од присуството на нечистотии во нив. Може да се забележат следните најкарактеристични промени кај металите предизвикани од легирање. Прво, освен фононските пертурбации, нечистотијата е локално нарушување на идеалноста на решетката, совршена во сите други аспекти. Второ, допингот влијае на структурата на лентата со поместување на енергијата на Ферми и менување на густината на состојбата и ефективната маса, т.е. параметри кои делумно ја одредуваат идеалната отпорност на металот. Трето, допингот може да ги промени еластичните константи и, соодветно, вибрациониот спектар на решетката, што влијае на идеалниот отпор.

Вкупна отпорност на проводникот на температури над 0K се состои од резидуален отпор r ost и отпорност поради расејување со топлински вибрации на решетката - Р Т

Овој однос е познат како правило на Матисен за адитивност на отпорност. Меѓутоа, често се забележуваат значителни отстапувања од правилото на Матисен, а некои од овие отстапувања можеби не се во корист на применливоста на главните фактори кои влијаат на отпорноста на металите кога во нив се внесуваат нечистотии. Меѓутоа, вториот и третиот фактор забележани на почетокот на овој дел исто така даваат значаен придонес. Но, сепак, првиот фактор има посилно влијание врз отпорноста на разредените цврсти раствори.

Промена на резидуалниот отпор за 1 во. % нечистотија за едновалентни метали може да се најде со користење на правилото на Линде, според кое

Каде аИ б- константи во зависност од природата на металот и периодот зафатен од атомот на нечистотија во Периодниот систем на елементи;Δ Ζ - разликата помеѓу валенциите на металот растворувач и атомот на нечистотија. Пресметките на отпорот поради празни места и интерстицијални атоми се од значителен практичен интерес. Ваквите дефекти лесно се појавуваат кога примерокот е озрачен со честички со висока енергија, како што се неутрони од реактор или јони од акцелератор.

Во своите практични активности, секој електричар наидува на различни услови за минување на носителите на полнеж во метали, полупроводници, гасови и течности. На големината на струјата влијае електричниот отпор, кој се менува на различни начини под влијание на околината.

Еден од овие фактори е изложеноста на температурата. Бидејќи значително ги менува условите за проток на струја, дизајнерите го земаат предвид при производството на електрична опрема. Електричниот персонал вклучен во одржувањето и работењето на електричните инсталации е должен компетентно да ги користи овие карактеристики во практичната работа.

Влијанието на температурата врз електричниот отпор на металите

На училишниот курс по физика, се предлага да се изврши следниов експеримент: земете амперметар, батерија, парче жица, поврзувачки жици и горилник. Наместо амперметар со батерија, можете да поврзете омметар или да го користите неговиот режим во мултиметар.

Сега да го доведеме пламенот на горилникот до жицата и да почнеме да го загреваме. Ако го погледнете амперметарот, ќе видите дека стрелката ќе се помести налево и ќе ја достигне позицијата означена со црвено.

Резултатот од експериментот покажува дека кога металите се загреваат, нивната спроводливост се намалува и нивната отпорност се зголемува.

Математичкото оправдување за оваа појава е дадено преку формулите директно на сликата. Во долниот израз јасно се гледа дека електричниот отпор „R“ на металниот проводник е директно пропорционален на неговата температура „Т“ и зависи од неколку други параметри.

Како загревањето на металите ја ограничува електричната струја во пракса

Ламби со вжарено

Секојдневно, кога ќе го вклучиме осветлувањето, се среќаваме со манифестацијата на ова својство во лампи со вжарено. Ајде да извршиме едноставни мерења на сијалица со моќност од 60 вати.

Користејќи го наједноставниот омметар, напојуван од нисконапонска батерија од 4,5 V, го мериме отпорот помеѓу контактите на основата и ја гледаме вредноста од 59 Ом. Филаментот ја има оваа вредност кога е ладно.

Зашрафете ја сијалицата во штекерот и поврзете го напонот на домашната мрежа од 220 волти со неа преку амперметар. Иглата на амперметарот ќе покаже 0,273 ампери. Дозволете ни да го одредиме отпорот на конецот во загреана состојба. Ќе биде 896 Ом и ќе го надмине претходното отчитување на омметарот за 15,2 пати.

Овој вишок го штити металот на телото на влакното од изгорување и уништување, обезбедувајќи негови долгорочни перформанси под напон.

Транзиенти за вклучување

Кога влакното работи, се создава термичка рамнотежа помеѓу загревањето од електричната струја што минува и отстранувањето на дел од топлината во околината. Но, во почетната фаза на вклучување, кога се применува напон, се случуваат минливи процеси кои создаваат налет на струја, што може да доведе до изгорување на влакното.

Преодните процеси се случуваат за кратко време и се предизвикани од фактот што стапката на зголемување на електричниот отпор од загревањето на металот не држи чекор со зголемувањето на струјата. По нивното завршување се воспоставува режимот на работа.

За време на продолжената луминисценција на светилката, дебелината на нејзиното влакно постепено достигнува критична состојба, што доведува до изгорување. Најчесто, овој момент се јавува при следното ново вклучување.

За да се продолжи животниот век на светилката, оваа налетна струја се намалува на различни начини, користејќи:

1. уреди кои обезбедуваат непречено снабдување и ослободување на напнатоста;

2. кола за поврзување на отпорници, полупроводници или термистори (термистори) во серија со филаментот.

Пример за еден начин да се ограничи приливната струја за автомобилски светилки е прикажан на сликата подолу.

Овде, струјата до сијалицата се испорачува по вклучувањето на прекинувачот SA преку осигурувачот FU и е ограничена со отпорник R, чија вредност е избрана така што тековниот бран за време на минливи процеси не ја надминува номиналната вредност.

Кога влакното се загрева, неговиот отпор се зголемува, што доведува до зголемување на потенцијалната разлика низ неговите контакти и паралелно поврзаното намотување на релето KL1. Кога напонот ќе ја достигне вредноста за поставување на релето, нормално отворениот контакт KL1 ќе го затвори и ќе го отфрли отпорникот. Работната струја на веќе воспоставениот режим ќе почне да тече низ сијалицата.

Ефектот на температурата на металот врз неговиот електричен отпор се користи во работата на мерните инструменти. Тие се нарекуваат .

Нивниот чувствителен елемент е направен од тенка метална жица, чија отпорност внимателно се мери на одредени температури. Оваа нишка е монтирана во куќиште со стабилни топлински својства и покриено со заштитна обвивка. Создадената структура се поставува во средина чија температура мора постојано да се следи.

Жиците на електричното коло се монтирани на приклучоците на осетливиот елемент, кои го поврзуваат колото за мерење отпор. Неговата вредност се претвора во температурни вредности врз основа на претходно извршената калибрација на уредот.

Baretter - струен стабилизатор

Ова е името на уредот кој се состои од запечатен стаклен цилиндар со водороден гас и метална жичана спирала направена од железо, волфрам или платина. Овој дизајн по изглед наликува на сијалица со блескаво светло, но има специфична нелинеарна карактеристика на струја-напон.

На струјно-напонската карактеристика, во одреден опсег, се формира работна зона, која не зависи од флуктуациите на напонот што се применува на телото. Во овој дел, размената добро ги компензира брановите на моќноста и работи како струен стабилизатор на оптоварување поврзано во серија со него.

Работата на баретерот се заснова на својството на топлинска инерција на телото на влакното, што е обезбедено со малиот пресек на филаментот и високата топлинска спроводливост на водородот што го опкружува. Поради ова, кога напонот на уредот се намалува, отстранувањето на топлината од неговото влакно се забрзува.

Ова е главната разлика помеѓу баретер и блескаво светилки, во кои, за да се одржи осветленоста на сјајот, тие се стремат да ја намалат конвективната загуба на топлина од влакното.

Суперспроводливост

Во нормални услови на животната средина, кога металниот проводник се лади, неговиот електричен отпор се намалува.

Кога ќе се достигне критична температура, блиску до нула степени според Келвин мерниот систем, доаѓа до нагло опаѓање на отпорот до нула. Вистинската слика покажува таков однос за живата.

Овој феномен, наречен суперспроводливост, се смета за ветувачка област за истражување со цел да се создадат материјали кои можат значително да ја намалат загубата на електрична енергија при нејзиното пренесување на огромни растојанија.

Сепак, тековните студии за суперспроводливост открија голем број на модели кога електричниот отпор на метал кој се наоѓа во критичната температурна област е под влијание на други фактори. Особено, кога наизменичната струја поминува со зголемување на фреквенцијата на нејзините осцилации, се појавува отпор, чија вредност достигнува опсег на вообичаени вредности за хармоници со период на светлосни бранови.

Ефект на температурата врз електричниот отпор/спроводливост на гасовите

Гасовите и обичниот воздух се диелектрици и не спроведуваат струја. За неговото формирање, потребни се носители на полнеж, кои се јони формирани како резултат на изложеност на надворешни фактори.

Греењето може да предизвика јонизација и движење на јоните од еден до друг пол на медиумот. Можете да го потврдите ова користејќи едноставен експеримент. Да ја земеме истата опрема што ја користевме за да го одредиме ефектот на загревањето врз отпорноста на металниот проводник, но наместо жица, со жиците ќе поврземе две метални плочи одделени со воздушен простор.

Амперметар поврзан на колото ќе укаже на отсуство на струја. Ако пламенот на пламеникот е поставен помеѓу плочите, иглата на уредот ќе отстапи од нултата вредност и ќе ја покаже количината на струја што минува низ гасовитиот медиум.

Така, беше утврдено дека јонизацијата се јавува кај гасовите кога се загреваат, што доведува до движење на електрично наелектризираните честички и намалување на отпорноста на медиумот.

На сегашната вредност влијае моќноста на надворешниот применет извор на напон и потенцијалната разлика помеѓу неговите контакти. Тој е способен да го пробие изолациониот слој на гасови при високи вредности. Типична манифестација на таков случај во природата е природно празнење на молња за време на грмотевици.

Приближен приказ на струјно-напонската карактеристика на протокот на струја во гасовите е прикажан на графиконот.

Во почетната фаза, под влијание на температурата и потенцијалната разлика, приближно според линеарен закон се забележува зголемување на јонизацијата и поминување на струјата. Тогаш кривата станува хоризонтална кога зголемувањето на напонот не предизвикува зголемување на струјата.

Третата фаза на распаѓање се случува кога високата енергија на применетото поле ги забрзува јоните толку многу што тие почнуваат да се судираат со неутрални молекули, масовно формирајќи нови носители на полнеж од нив. Како резултат на тоа, струјата нагло се зголемува, формирајќи распаѓање на диелектричниот слој.

Практична употреба на спроводливост на гас

Феноменот на струја што тече низ гасовите се користи во електронските цевки и флуоресцентните светилки.

За да го направите ова, две електроди се ставаат во запечатен стаклен цилиндар со инертен гас:

1. анода;

2. катодна.

Во флуоресцентна светилка, тие се направени во форма на филаменти, кои се загреваат кога се вклучуваат за да создадат термионска емисија. Внатрешната површина на колбата е покриена со слој од фосфор. Тој емитира видлив спектар на светлина произведен од инфрацрвено зрачење кое произлегува од жива пареа бомбардирана од струја на електрони.

Струјата на празнење на гасот се јавува кога се применува напон од одредена големина помеѓу електродите лоцирани на различни краеви на колбата.

Кога еден од филаментите ќе изгори, емисијата на електрони на оваа електрода ќе биде нарушена и светилката нема да светне. Меѓутоа, ако ја зголемите потенцијалната разлика помеѓу катодата и анодата, повторно ќе се појави празнење на гас во внатрешноста на сијалицата и сјајот на фосфорот ќе продолжи.

Ова ви овозможува да користите LED светилки со оштетени филаменти и да го продолжите нивниот животен век. Само имајте на ум дека во овој случај напонот на него мора да се зголеми неколку пати, а тоа значително ја зголемува потрошувачката на енергија и ризиците од безбедно користење.

Влијанието на температурата врз електричниот отпор на течностите

Преминот на струја во течностите се создава главно поради движењето на катјоните и анјоните под влијание на надворешно применето електрично поле. Само мал дел од спроводливоста е обезбедена од електрони.

Ефектот на температурата врз електричниот отпор на течниот електролит е опишан со формулата прикажана на сликата. Бидејќи во него вредноста на температурниот коефициент α е секогаш негативна, тогаш со зголемување на загревањето спроводливоста се зголемува и отпорот паѓа како што е прикажано на графиконот.

Овој феномен мора да се земе предвид при полнење на течни автомобилски (и други) батерии.

Влијанието на температурата врз електричниот отпор на полупроводниците

Промените во својствата на полупроводничките материјали под влијание на температурата овозможија да се користат како:

термички отпори;

термоелементи;

фрижидери;

греалки.

Термистори

Ова име се однесува на полупроводнички уреди кои го менуваат својот електричен отпор под влијание на топлина. Тие се значително повисоки од оние на металите.

Вредноста на TCR за полупроводници може да има позитивна или негативна вредност. Според овој параметар, тие се поделени на позитивни „RTS“ и негативни „NTC“ термистори. Тие имаат различни карактеристики.

За да работите со термисторот, изберете една од точките на неговата карактеристика на струја-напон:

линеарниот пресек се користи за контрола на температурата или за компензација за променливи струи или напон;

опаѓачка гранка на струјно-напонската карактеристика за елементи со TCS

Употребата на релеен термистор е погодна при следење или мерење на процесите на електромагнетно зрачење што се случуваат на ултра високи фреквенции. Ова ја обезбеди нивната употреба во системите:

1. контрола на топлина;

2. аларм за пожар;

3. регулирање на протокот на рефус медиуми и течности.

Силиконските термистори со мал TCR>0 се користат во системите за ладење и температурната стабилизација на транзисторите.

Термоелементи

Овие полупроводници работат врз основа на феноменот Seebeck: кога се загрева залемената површина од два различни метали, се генерира EMF на раскрсницата на затворено коло. На овој начин тие ја претвораат топлинската енергија во електрична енергија.

Структура од два такви елементи се нарекува термоспој. Неговата ефикасност е во рамките на 7÷10%.

Термоелементите се користат во температурни мерила на дигитални компјутерски уреди кои бараат минијатурни димензии и висока точност на отчитувањата, а исто така и како извори на струја со мала моќност.

Полупроводнички грејачи и фрижидери

Тие работат така што ја менуваат употребата на термопарови низ кои поминува електрична струја. Во овој случај, на едно место од спојот се загрева, а на спротивното место се лади.

Полупроводничките споеви базирани на селен, бизмут, антимон и телуриум овозможуваат да се обезбеди температурна разлика во термоелементот до 60 степени. Ова овозможи да се создаде дизајн на ладилник направен од полупроводници со температури во комората за ладење до -16 степени.