Paano nag-iiba ang electrical resistance sa temperatura? Paano nakadepende ang paglaban ng isang konduktor sa temperatura?

2. Paano nakadepende ang resistivity ng isang konduktor sa temperatura nito? Sa anong mga yunit sinusukat ang koepisyent ng temperatura ng paglaban?

3. Paano maipaliwanag ng isang tao ang linear dependence ng resistivity ng conductor sa temperatura?

4. Bakit bumababa ang resistivity ng semiconductors sa pagtaas ng temperatura?

5. Ilarawan ang proseso ng intrinsic conduction sa semiconductors.

Mayroong iba't ibang mga kondisyon kung saan dumadaan ang mga carrier ng singil sa ilang partikular na materyales. At ang singil ng electric current ay direktang apektado ng paglaban, na may pag-asa sa kapaligiran. Ang mga salik na nagbabago sa daloy ng electric current ay kinabibilangan ng temperatura. Sa artikulong ito, isasaalang-alang natin ang pag-asa ng paglaban ng konduktor sa temperatura.

Mga metal

Paano nakakaapekto ang temperatura sa mga metal? Upang malaman ang pag-asa na ito, ang naturang eksperimento ay isinagawa: ang isang baterya, isang ammeter, isang wire at isang burner ay konektado sa bawat isa gamit ang mga wire. Pagkatapos ay kailangan mong sukatin ang kasalukuyang sa circuit. Matapos makuha ang mga pagbabasa, kailangan mong dalhin ang burner sa wire at init ito. Kapag pinainit ang wire, makikita na tumataas ang resistensya, at bumababa ang conductivity ng metal.

1. kawad na metal
2. Baterya
3. Ammeter

Ang pag-asa ay ipinahiwatig at nabigyang-katwiran ng mga formula:

Mula sa mga formula na ito ay sumusunod na ang R conductor ay tinutukoy ng formula:

Ang isang halimbawa ng pag-asa ng paglaban ng mga metal sa temperatura ay ibinigay sa video:

Kailangan mo ring bigyang-pansin ang naturang ari-arian bilang superconductivity. Kung ang mga kondisyon sa kapaligiran ay normal, pagkatapos ay paglamig, binabawasan ng mga konduktor ang kanilang paglaban. Ang graph sa ibaba ay nagpapakita kung paano nakasalalay ang temperatura at resistivity sa mercury.

Ang superconductivity ay isang phenomenon na nangyayari kapag ang isang materyal ay umabot sa isang kritikal na temperatura (mas malapit sa zero Kelvin), kung saan ang paglaban ay bumaba nang husto sa zero.

mga gas

Ang mga gas ay kumikilos bilang isang dielectric at hindi maaaring magsagawa ng kuryente. At para mabuo ito, kailangan ng mga charge carrier. Ang mga ion ay gumaganap ng kanilang papel, at sila ay bumangon dahil sa impluwensya ng mga panlabas na kadahilanan.

Ang dependency ay makikita sa isang halimbawa. Para sa eksperimento, ang parehong disenyo ay ginagamit tulad ng sa nakaraang eksperimento, tanging ang mga conductor ay pinapalitan ng mga metal plate. Dapat mayroong isang maliit na puwang sa pagitan nila. Ang ammeter ay dapat magpahiwatig ng walang kasalukuyang. Kapag inilagay ang burner sa pagitan ng mga plato, ipapahiwatig ng aparato ang kasalukuyang dumadaan sa gaseous medium.

Nasa ibaba ang isang graph ng kasalukuyang-boltahe na katangian ng isang paglabas ng gas, na nagpapakita na ang paglago ng ionization sa paunang yugto ay tumataas, kung gayon ang pag-asa ng kasalukuyang sa boltahe ay nananatiling hindi nagbabago (iyon ay, sa pagtaas ng boltahe, ang kasalukuyang ay nananatiling pareho ) at isang matalim na pagtaas sa kasalukuyang lakas, na humahantong sa pagkasira ng dielectric layer .

Isaalang-alang ang conductivity ng mga gas sa pagsasanay. Ang pagpasa ng electric current sa mga gas ay ginagamit sa mga fluorescent lamp at lamp. Sa kasong ito, ang katod at anode, dalawang electrodes ay inilalagay sa isang prasko, sa loob kung saan mayroong isang inert gas. Paano nakadepende ang hindi pangkaraniwang bagay na ito sa gas? Kapag nakabukas ang lampara, umiinit ang dalawang filament at nalilikha ang thermionic emission. Ang loob ng bombilya ay pinahiran ng isang pospor na naglalabas ng liwanag na nakikita natin. Paano nakadepende ang mercury sa pospor? Ang singaw ng mercury, kapag binomba ng mga electron, ay gumagawa ng infrared radiation, na naglalabas naman ng liwanag.

Kung ang isang boltahe ay inilapat sa pagitan ng katod at anode, pagkatapos ay nangyayari ang pagpapadaloy ng gas.

Mga likido

Ang mga kasalukuyang konduktor sa isang likido ay mga anion at cation na gumagalaw dahil sa isang panlabas na larangan ng kuryente. Ang mga electron ay nagbibigay ng kaunting pagpapadaloy. Isaalang-alang ang pag-asa ng paglaban sa temperatura sa mga likido.

1. Electrolyte
2. Baterya
3. Ammeter

Ang pag-asa ng epekto ng mga electrolyte sa pag-init ay inireseta ng formula:

Kung saan ang a ay ang negatibong koepisyent ng temperatura.

Paano nakadepende ang R sa pag-init (t) ay ipinapakita sa graph sa ibaba:

Ang pag-asa na ito ay dapat isaalang-alang kapag nagcha-charge ng mga accumulator at baterya.

Mga semiconductor

At paano nakasalalay ang paglaban sa pag-init sa mga semiconductor? Una, pag-usapan natin ang tungkol sa mga thermistor. Ito ang mga device na nagbabago ng kanilang electrical resistance kapag nalantad sa init. Ang semiconductor na ito ay may temperature coefficient of resistance (TCR) isang order ng magnitude na mas mataas kaysa sa mga metal. Parehong positibo at negatibong mga conductor, mayroon silang ilang mga katangian.

Kung saan: 1 ay mas mababa sa zero ang TKS; 2 - Ang TKS ay mas malaki sa zero.

Upang magsimulang gumana ang mga konduktor tulad ng mga thermistor, ang anumang punto sa katangian ng I–V ay kinuha bilang batayan:

• kung ang temperatura ng elemento ay mas mababa sa zero, kung gayon ang mga naturang conductor ay ginagamit bilang isang relay;
• para makontrol ang pagbabago ng kasalukuyang pati na rin kung anong temperatura at boltahe, gumamit ng linear plot.

Ang mga thermistor ay ginagamit kapag sinusuri at sinusukat ang electromagnetic radiation, na isinasagawa sa mga frequency ng microwave. Dahil dito, ginagamit ang mga konduktor na ito sa mga sistema tulad ng mga alarma sa sunog, pagsubok sa init at kontrol sa paggamit ng bulk media at likido. Ang mga thermistor na may TCR na mas mababa sa zero ay ginagamit sa mga sistema ng paglamig.

Ngayon tungkol sa mga thermoelement. Paano nakakaapekto ang Seebeck phenomenon sa mga thermoelement? Ang pag-asa ay nakasalalay sa katotohanan na ang mga naturang konduktor ay gumagana sa batayan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito. Kapag tumaas ang temperatura ng junction kapag pinainit, lumilitaw ang isang emf sa junction ng closed circuit. Kaya, ang kanilang pag-asa ay ipinahayag at ang thermal energy ay na-convert sa kuryente. Upang lubos na maunawaan ang proseso, inirerekomenda kong pag-aralan mo ang aming mga tagubilin kung paano

Ang paglaban ng mga metal ay dahil sa ang katunayan na ang mga electron na gumagalaw sa konduktor ay nakikipag-ugnayan sa mga ions ng kristal na sala-sala at nawawala ang bahagi ng enerhiya na nakuha nila sa electric field.

Ipinapakita ng karanasan na ang paglaban ng mga metal ay nakasalalay sa temperatura. Ang bawat sangkap ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng isang palaging halaga para dito, na tinatawag temperatura koepisyent ng paglaban α. Ang coefficient na ito ay katumbas ng relatibong pagbabago sa resistivity ng conductor kapag pinainit ito ng 1 K: α =

kung saan ang ρ 0 ay ang resistivity sa isang temperatura T 0 = 273 K (0 ° C), ang ρ ay ang resistivity sa isang naibigay na temperatura T. Samakatuwid, ang pag-asa ng resistivity ng isang metal conductor sa temperatura ay ipinahayag bilang isang linear function: ρ = ρ 0 (1+ αT).

Ang pag-asa ng paglaban sa temperatura ay ipinahayag ng parehong function:

R = R0 (1+αT).

Ang mga koepisyent ng temperatura ng paglaban ng mga purong metal ay medyo naiiba sa bawat isa at tinatayang katumbas ng 0.004 K -1 . Ang isang pagbabago sa paglaban ng mga konduktor na may pagbabago sa temperatura ay humahantong sa ang katunayan na ang kanilang kasalukuyang boltahe na katangian ay hindi linear. Ito ay lalong kapansin-pansin sa mga kaso kung saan ang temperatura ng mga konduktor ay nagbabago nang malaki, halimbawa, kapag ang isang maliwanag na lampara ay tumatakbo. Ang figure ay nagpapakita ng volt - ampere na katangian nito. Tulad ng makikita mula sa figure, ang kasalukuyang lakas sa kasong ito ay hindi direktang proporsyonal sa boltahe. Gayunpaman, hindi dapat isipin ng isa na ang konklusyong ito ay sumasalungat sa batas ng Ohm. Ang pag-asa na nabuo sa batas ng Ohm ay may bisa lamang na may patuloy na pagtutol. Ang pag-asa ng paglaban ng mga metal conductor sa temperatura ay ginagamit sa iba't ibang pagsukat at awtomatikong mga aparato. Ang pinakamahalaga sa mga ito ay thermometer ng paglaban. Ang pangunahing bahagi ng thermometer ng paglaban ay isang platinum wire na sugat sa isang ceramic frame. Ang wire ay inilalagay sa isang kapaligiran na ang temperatura ay dapat matukoy. Sa pamamagitan ng pagsukat ng paglaban ng wire na ito at pag-alam sa paglaban nito sa t 0 \u003d 0 ° С (i.e. R0), kalkulahin ang temperatura ng medium gamit ang huling formula.

Superconductivity. Gayunpaman, hanggang sa katapusan ng siglo XIX. imposibleng suriin kung paano nakasalalay ang paglaban ng mga konduktor sa temperatura sa rehiyon ng napakababang temperatura. Lamang sa simula ng XX siglo. Nagawa ng Dutch scientist na si G. Kamerling-Onnes na gawing likidong estado ang pinakamahirap na condensed gas, helium. Ang kumukulo na punto ng likidong helium ay 4.2 K. Dahil dito, naging posible ang pagsukat ng resistensya ng ilang purong metal kapag sila ay pinalamig sa napakababang temperatura.

Noong 1911, natapos ang gawain ng Kamerling-Onnes sa isang malaking pagtuklas. Sa pagsisiyasat sa paglaban ng mercury sa panahon ng patuloy na paglamig nito, nalaman niya na sa temperatura na 4.12 K, ang paglaban ng mercury ay biglang bumaba sa zero. Kasunod nito, nagawa niyang obserbahan ang parehong kababalaghan sa maraming iba pang mga metal kapag pinalamig ang mga ito sa mga temperatura na malapit sa absolute zero. Ang kababalaghan ng kumpletong pagkawala ng electrical resistance ng isang metal sa isang tiyak na temperatura ay tinatawag na superconductivity.

Hindi lahat ng mga materyales ay maaaring maging superconductor, ngunit ang kanilang bilang ay medyo malaki. Gayunpaman, marami sa kanila ang natagpuang may ari-arian na lubhang nakahadlang sa kanilang paggamit. Ito ay lumabas na para sa karamihan ng mga purong metal, ang superconductivity ay nawawala kapag sila ay nasa isang malakas na magnetic field. Samakatuwid, kapag ang isang makabuluhang kasalukuyang dumadaloy sa isang superconductor, lumilikha ito ng magnetic field sa paligid nito at ang superconductivity sa loob nito ay nawawala. Gayunpaman, ang balakid na ito ay naging malalampasan: natagpuan na ang ilang mga haluang metal, tulad ng niobium at zirconium, niobium at titanium, atbp., ay may pag-aari na mapanatili ang kanilang superconductivity sa mataas na kasalukuyang lakas. Pinahintulutan nito ang mas malawak na paggamit ng superconductivity.

Ang electrical resistance ng halos lahat ng mga materyales ay depende sa temperatura. Ang likas na katangian ng pag-asa na ito ay naiiba para sa iba't ibang mga materyales.

Sa mga metal na may mala-kristal na istraktura, ang libreng landas ng mga electron bilang mga carrier ng singil ay limitado sa pamamagitan ng kanilang mga banggaan sa mga ion na matatagpuan sa mga node ng kristal na sala-sala. Sa mga banggaan, ang kinetic energy ng mga electron ay inililipat sa sala-sala. Pagkatapos ng bawat banggaan, ang mga electron, sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng electric field, ay muling bumibilis at, sa mga susunod na banggaan, ibinibigay ang nakuhang enerhiya sa mga ion ng kristal na sala-sala, pinatataas ang kanilang mga oscillations, na humahantong sa pagtaas ng temperatura ng sangkap. Kaya, ang mga electron ay maaaring ituring na mga tagapamagitan sa conversion ng elektrikal na enerhiya sa thermal energy. Ang isang pagtaas sa temperatura ay sinamahan ng isang pagtaas sa magulong thermal motion ng mga particle ng bagay, na humahantong sa isang pagtaas sa bilang ng mga banggaan ng mga electron sa kanila at ginagawang mahirap para sa maayos na paggalaw ng mga electron.

Para sa karamihan ng mga metal, sa loob ng operating temperatura, ang resistivity ay tumataas nang linearly

saan at - resistivity sa paunang at panghuling temperatura;

- isang coefficient constant para sa isang ibinigay na metal, na tinatawag na temperature coefficient of resistance (TCS);

T1 at T2 - paunang at panghuling temperatura.

Para sa mga konduktor ng pangalawang uri, ang pagtaas ng temperatura ay humahantong sa pagtaas ng kanilang ionization, kaya ang TCR ng ganitong uri ng konduktor ay negatibo.

Ang mga halaga ng resistivity ng mga sangkap at ang kanilang TCS ay ibinibigay sa mga sangguniang libro. Nakaugalian na magbigay ng mga halaga ng resistivity sa temperatura na +20 °C.

Ang paglaban ng konduktor ay tinutukoy ng expression

R2 = R1
(2.1.2)

Gawain 3 Halimbawa

Tukuyin ang paglaban ng tansong kawad ng isang dalawang-wire na transmission line sa + 20 ° C at + 40 ° C, kung ang wire cross section S =

120 mm , at ang haba ng linya ay l = 10 km.

Solusyon

Ayon sa mga talahanayan ng sanggunian, nakita namin ang resistivity tanso sa + 20 °C at temperatura koepisyent ng paglaban :

= 0.0175 ohm mm /m; = 0.004 deg .

Tukuyin natin ang paglaban ng wire sa T1 = +20 ° С ayon sa formula R = , isinasaalang-alang ang haba ng forward at reverse wire ng linya:

R1=0.0175
2 = 2.917 ohms.

Ang paglaban ng mga wire sa temperatura na + 40 ° C ay matatagpuan sa pamamagitan ng formula (2.1.2)

R2 \u003d 2.917 \u003d 3.15 ohms.

Mag-ehersisyo

Ang isang overhead na tatlong-wire na linya na may haba L ay ginawa gamit ang isang wire, ang tatak nito ay ibinibigay sa talahanayan 2.1. Ito ay kinakailangan upang mahanap ang halaga na ipinahiwatig ng sign "?", gamit ang halimbawang ibinigay at pagpili ng opsyon na may data na ipinahiwatig dito sa Talahanayan 2.1.

Dapat pansinin na ang gawain, hindi katulad ng halimbawa, ay nagbibigay para sa mga kalkulasyon na may kaugnayan sa isang wire ng linya. Sa mga tatak ng mga hubad na wire, ang liham ay nagpapahiwatig ng materyal ng wire (A - aluminyo; M - tanso), at ang numero - ang cross section ng wire sa mm .

Talahanayan 2.1

Ang pag-aaral ng materyal ng paksa ay nagtatapos sa trabaho sa mga pagsusulit No. 2 (TOE-

ETM/PM” at No. 3 (TOE – ETM/IM)

Ang bawat sangkap ay may sariling resistivity. Bukod dito, ang paglaban ay depende sa temperatura ng konduktor. Ive-verify namin ito sa pamamagitan ng pagsasagawa ng sumusunod na eksperimento.

Magdaan tayo ng isang kasalukuyang sa pamamagitan ng isang spiral na bakal. Sa isang circuit na may spiral, kumonekta kami sa serye ng isang ammeter. Magpapakita ito ng ilang halaga. Ngayon ay painitin natin ang spiral sa apoy ng isang gas burner. Ang halaga ng kasalukuyang ipapakita ng ammeter ay bababa. Iyon ay, ang kasalukuyang lakas ay depende sa temperatura ng konduktor.

Pagbabago sa paglaban sa temperatura

Hayaan sa temperatura na 0 degrees, ang paglaban ng konduktor ay katumbas ng R0, at sa temperatura t ang paglaban ay katumbas ng R, kung gayon ang kamag-anak na pagbabago sa paglaban ay direktang proporsyonal sa pagbabago sa temperatura t:

• (R-R0)/R=a*t.

Sa formula na ito, ang a ay ang proportionality coefficient, na tinatawag ding temperature coefficient. Ito ay nagpapakilala sa pag-asa ng paglaban na taglay ng isang sangkap sa temperatura.

Temperatura koepisyent ng paglaban numerical na katumbas ng relatibong pagbabago sa paglaban ng konduktor kapag pinainit ito ng 1 Kelvin.

Para sa lahat ng koepisyent ng temperatura ng metal Higit sa zero. Sa mga pagbabago sa temperatura, bahagyang magbabago ito. Samakatuwid, kung ang pagbabago ng temperatura ay maliit, kung gayon ang koepisyent ng temperatura ay maaaring ituring na pare-pareho, at katumbas ng average na halaga mula sa hanay ng temperatura na ito.

Ang mga solusyon ng electrolytes na may pagtaas ng temperatura, bumababa ang paglaban. Iyon ay, para sa kanila ang koepisyent ng temperatura ay magiging mas mababa sa zero.

Ang paglaban ng isang konduktor ay nakasalalay sa resistivity ng konduktor at sa mga sukat ng konduktor. Dahil ang mga sukat ng konduktor ay bahagyang nagbabago kapag pinainit, ang pangunahing bahagi ng pagbabago sa paglaban ng konduktor ay ang resistivity.

Pag-asa ng resistivity ng conductor sa temperatura

Subukan nating hanapin ang pagtitiwala ng resistivity ng konduktor sa temperatura.

Palitan sa formula na nakuha sa itaas ng mga halaga ng paglaban R=p*l/S R0=p0*l/S.

Nakukuha namin ang sumusunod na formula:

• p=p0(1+a*t).

Ang pag-asa na ito ay ipinapakita sa sumusunod na figure.

Subukan nating alamin kung bakit tumataas ang resistensya

Kapag pinataas natin ang temperatura, tumataas ang amplitude ng mga oscillations ng ion sa mga node ng crystal lattice. Dahil dito, ang mga libreng electron ay makakabangga sa kanila nang mas madalas. Sa isang banggaan, mawawala ang direksyon ng kanilang paggalaw. Samakatuwid, ang kasalukuyang ay bababa.