Kestävyyden riippuvuus lämpötilasta. Kuinka johtimen vastus riippuu lämpötilasta? Kuinka johtimen ominaisvastus riippuu sen lämpötilasta? Missä yksiköissä lämpötilan vastuskerroin mitataan

Vastuksen lämpötilariippuvuus

Wikipediasta, ilmaisesta tietosanakirjasta

Loikkaa: valikkoon, hakuun

Vakaan poikkileikkauksen omaavan homogeenisen johtimen resistanssi R riippuu johtimen aineen ominaisuuksista, sen pituudesta ja poikkileikkauksesta seuraavasti:

Missä ρ on johtimen aineen ominaisvastus, L on johtimen pituus ja S on poikkileikkauspinta-ala. Vastuksen vastavuoroisuutta kutsutaan johtavuudeksi. Tämä arvo liittyy lämpötilaan Nernst-Einstein-kaavalla:

T on johtimen lämpötila;

D on varauskantajien diffuusiokerroin;

Z on kantoaallon sähkövarausten lukumäärä;

e on alkuaineen sähkövaraus;

C - varausaineiden konsentraatio;

Boltzmann-vakio.

Näin ollen johtimen resistanssi on suhteutettu lämpötilaan seuraavassa suhteessa:

Resistanssi voi myös riippua parametreistä S ja I, koska johtimen poikkileikkaus ja pituus riippuvat myös lämpötilasta.

2) Ideaalikaasu on matemaattinen kaasumalli, jossa oletetaan, että: 1) molekyylien vuorovaikutuksen potentiaalienergia voidaan jättää huomiotta niiden kineettiseen energiaan verrattuna; 2) kaasumolekyylien kokonaistilavuus on vähäinen; 3) vetovoimat tai heijastusvoimat, hiukkasten törmäys keskenään ja verisuonen seinämien kanssa ovat ehdottoman elastisia molekyylien välillä; 4) molekyylien välinen vuorovaikutusaika on vähäinen verrattuna keskimääräiseen törmäysten aikaan. Ihanteellisen kaasun laajennetussa mallissa, jonka hiukkasilla se on, ovat joustavia palloja tai ellipsoideja, mikä antaa mahdollisuuden ottaa huomioon paitsi translaatio-, myös kierto-värähtelyliikkeen, kuin myös hiukkasten keskus-, ja myös keskipisteiden törmäykset.

Kaasupaine:

Kaasu täyttää aina siihen läpäisemättömien seinien rajoittaman tilavuuden. Joten esimerkiksi kaasusylinteri tai rengasputki on melkein tasaisesti täytetty kaasulla.

Yrittäessään laajentua kaasu kohdistaa painetta pallo-, rengaskammio- tai muuhun kappaleeseen, kiinteään tai nesteeseen, jonka kanssa se on kosketuksessa. Jos emme ota huomioon maapallon painovoimakentän vaikutuksia, joka säiliön normaalikoko muuttaa vain paineen merkityksettömästi, niin kun kaasun paine astiassa on tasapainossa, se näyttää meille täysin yhtenäiseltä. Tämä huomautus koskee makrokosmia. Jos kuvittelemme, mitä tapahtuu säiliössä kaasua muodostavien molekyylien mikromaailmassa, paineen tasaisesta jakautumisesta ei voida puhua. Joissakin paikoissa seinän pinnalla kaasumolekyylit osuvat seiniin, kun taas muissa paikoissa ei ole vaikutuksia. Tämä kuva muuttuu jatkuvasti virheellisellä tavalla. Kaasumolekyylit osuvat verisuonten seinämiin ja lentävät sitten nopeudella, joka on lähes yhtä suuri kuin molekyylin nopeus ennen iskua.

Täydellinen kaasu. Ihanteellista kaasumallia käytetään selittämään kaasumaisessa tilassa olevan aineen ominaisuudet. Ihanteellinen kaasumalli edellyttää seuraavaa: molekyylien tilavuus on merkityksetön verrattuna verisuonen tilavuuteen, molekyylien väliset vetovoimat eivät toimi, ja kun molekyylit törmäävät toistensa kanssa ja verisuonen seinämien kanssa, toimivat repeävät voimat.

Ongelma lipun numeroon 16

1) Työ vastaa tehoa * aika \u003d (neliöjännite) / vastus * aikaa

Resistanssi \u003d 220 volttia * 220 volttia * 600 sekuntia / 66000 joulea \u003d 440 ohmia

1. Vaihtovirta. Virran ja jännitteen efektiivinen arvo.

2. Valosähköinen vaikutus. Valosähkövaikutuksen lait. Einsteinin yhtälö.

3. Määritä punaisen valon nopeus \u003d 671 nm lasissa, jonka taitekerroin on 1,64.

Vastaukset lipun numeroon 17

Vaihtovirta on sähkövirta, joka muuttuu suuruudessa ja suunnassa ajan myötä tai, tietyssä tapauksessa, muuttuu suuruudessa pitäen suunnan sähköpiirissä muuttumattomana.

Vaihtovirran voimakkuuden nykyistä (efektiivistä) arvoa kutsutaan tasavirran suuruudeksi, jonka toiminta tuottaa saman työn (lämpö- tai sähköodynaaminen vaikutus) kuin kyseinen vaihtovirta yhden jakson aikana. Nykyaikaisessa kirjallisuudessa käytetään usein tämän määrän matemaattista määritelmää - vaihtovirran lujuuden rms-arvo.

Toisin sanoen nykyinen arvo voidaan määrittää kaavalla:

Harmonisille virranvaihteluille EMF: n ja jännitteen teholliset arvot määritetään samalla tavalla.

Valosähköinen vaikutus, valosähköinen vaikutus - elektronin säteily aineesta valon (tai muun sähkömagneettisen säteilyn) vaikutuksesta. Tiivistyneissä (kiinteissä ja nestemäisissä) aineissa erotetaan ulkoiset ja sisäiset valosähköiset vaikutukset.

Stoletovin valosähkölakeja koskevat lait:

Valosähköisen tehon ensimmäisen lain sanamuoto: Valovirran lujuus on suoraan verrannollinen valonvuon tiheyteen.

Valosähköisen vaikutuksen toisen lain mukaan valon lähettämien elektronien suurin kineettinen energia kasvaa lineaarisesti valon taajuuden kanssa eikä ole riippuvainen sen voimakkuudesta.

Valosähköisen tehon kolmas laki: jokaisella aineella on valosähkötehosteen punainen reuna, toisin sanoen minimivalon taajuus (tai suurin aallonpituus λ0), jolla valosähköinen vaikutus on edelleen mahdollinen, ja jos valosähköistä vaikutusta ei vielä esiinny. Einstein antoi teoreettisen selityksen näistä laeista vuonna 1905. Hänen mukaansa sähkömagneettinen säteily on yksittäisten kvanttien (fotonien) virta, jonka energia on hν, missä h on Planckin vakio. Valosäteilyssä osa metallin pinnalta tulevasta sähkömagneettisesta säteilystä heijastuu ja osa tunkeutuu metallin pintakerrokseen ja imeytyy sinne. Kun absorboitunut fotoni on, elektroni vastaanottaa siitä energiaa ja suorittaessaan poistumisen φ työn jättää metallin: suurin kineettinen energia, joka elektronilla on, kun se poistuu metallista.

Ulkoisen valokennon vaikutukset

Stoletovin laki: fotokatodilla tapahtuvan sähkömagneettisen säteilyn spektrin koostumuksen ollessa muuttumattomana, kylläisyyden valovirta on verrannollinen katodin valaistuskykyyn (muuten: katodista yhden sekunnin aikana koputettujen fotoelektronien lukumäärä on suoraan verrannollinen säteilyintensiteettiin):

Ja fotoelektronien enimmäisnopeus ei riipu tulevan valon voimakkuudesta, vaan sen määrää vain sen taajuus.

Jokaisella aineella on valosähkön punainen reuna, toisin sanoen valon vähimmäistaajuus (aineen kemiallisesta luonteesta ja pinnan tilasta riippuen), jonka alapuolella valosähköinen vaikutus on mahdoton.

Einsteinin yhtälöt (joskus löytyy joskus nimi “Einstein-Hilbert-yhtälöt”) on gravitaatiokenttäyhtälö yleisessä suhteellisuusteoriassa, joka yhdistää kaarevan avaruus-ajan metrin sitä täyttävän aineen ominaisuuksiin. Termiä käytetään yksikössä: “Einsteinin yhtälö”, koska tensorimerkinnässä se on yksi yhtälö, vaikka komponenteissa se on osittaisten differentiaaliyhtälöiden järjestelmä.

Yhtälöt näyttävät seuraavalta:

Missä on Ricci-tensori, joka saadaan avaruus-aika-kaarevuus tenorista kääntämällä se yli indeksiparin, R on skalaarinen kaarevuus, ts. Kääntyvä Ricci-tensori, metrinen tenori

kosmologinen vakio, ja on aineen energiamomentin tenor, (π on luku pi, c on valon nopeus tyhjiössä, G on Newtonin gravitaatiovakio).

Ongelma lipun numeroon 17

k \u003d 10 * 10 in 4 \u003d 10 in 5 n / m \u003d 100000n / m

F \u003d k * Delta L

delta L \u003d mg / k

vastaus 2 cm

1. Mendelejev-Clapeyron-yhtälö. Termodynaaminen lämpötila-asteikko. Absoluuttinen nolla.

2. Metallien sähkövirta. Metallien elektronisen teorian perusteet.

3. Mikä on raketin nopeus minuutissa, siirtyen lepotilasta kiihtyvyydellä 60m / s2?

Vastaukset lipun numeroon 18

1) Ideaalikaasun tilayhtälö (joskus Clapeyron-yhtälö tai Mendeleev-Clapeyron-yhtälö) on kaava, joka vahvistaa paineen, moolitilavuuden ja ideaalikaasun absoluuttisen lämpötilan välisen suhteen. Yhtälö on muoto:

P-paine

Vm - moolitilavuus

R - yleinen kaasuvakio

T- absoluuttinen lämpötila, K.

Tämä tallennusmuoto on nimetty Mendelejevin - Clapeyronin yhtälöstä (laki).

Clapeyronin päättämä yhtälö sisälsi tietyn ei-universaalin kaasvakion r, jonka arvo oli mitattava jokaiselle kaasulle:

Mendeleev havaitsi, että r on suoraan verrannollinen u: hon, ja kutsui suhteellisuuskerrointa R yleiseksi kaasuvakioksi.

LÄMPÖMYDYNAMINEN LÄMPÖTILA-asteikko (Kelvin-asteikko) - absoluuttinen lämpötila-asteikko, joka ei riipu termometrisen aineen ominaisuuksista (vertailupiste - absoluuttinen nollalämpötila). Termodynaamisen lämpötila-asteikon rakenne perustuu termodynamiikan toiseen lakiin ja erityisesti Carnot-syklin hyötysuhteen riippumattomuuteen käyttönesteen luonteesta. Termodynaamisen lämpötilan yksikkö - kelvin (K) - määritellään 1 / 273,16: een veden kolminkertaisen pisteen termodynaamisesta lämpötilasta.

Absoluuttinen nollalämpötila (harvemmin absoluuttinen nollalämpötila) - minimilämpötilaraja, joka fyysisellä keholla voi olla maailmankaikkeudessa. Absoluuttinen nolla toimii vertailuna absoluuttiselle lämpötila-asteikolle, esimerkiksi Kelvin-asteikolle. Vuonna 1954 X: n painojen ja mittojen yleinen konferenssi asetti termodynaamisen lämpötila-asteikon yhdellä vertailupisteellä - veden kolminkertaisella pisteellä, jonka lämpötila hyväksytään 273,16 K (tarkalleen), mikä vastaa 0,01 ° C, niin että lämpötila vastaa absoluuttista nollaa Celsius-asteikolla -273,15 ° C.

Sähkövirta - ladattujen hiukkasten suunnattu (tilattu) liike. Tällaisia \u200b\u200bhiukkasia voivat olla: metallit elektronit, elektrolyyttien ionit (kationit ja anijonit), kaasut, ionit ja elektronit, elektronit tyhjössä tietyissä olosuhteissa, elektronit ja reiät puolijohteissa (elektronireikien johtavuus). Joskus sähkövirtaa kutsutaan myös biasvirtaksi, joka johtuu sähkökentän muutoksesta ajan myötä.

Sähkövirralla on seuraavat ilmenemismuodot:

johtimien lämmitys (lämpöä ei vapauteta suprajohteissa);

muutos johtimien kemiallisessa koostumuksessa (havaittu pääasiassa elektrolyytteissä);

magneettikentän luominen (ilmenee kaikissa johtimissa ilman poikkeusta)

Happojen ja emästen teoriat - joukko fysikaalis-kemiallisia käsitteitä, jotka kuvaavat happojen ja emästen luonnetta ja ominaisuuksia. Ne kaikki esittävät happojen ja emästen määritelmät - kaksi aineluokkaa, jotka reagoivat keskenään. Teorian tavoitteena on ennakoida hapon ja emäksen väliset reaktiotuotteet ja mahdollisuus niiden esiintymiseen, joille käytetään hapon ja emäksen lujuuden kvantitatiivisia ominaisuuksia. Teorioiden väliset erot ovat happojen ja emästen määritelmissä, niiden lujuuden ominaisuuksissa ja sen seurauksena niiden välisten reaktiotuotteiden ennustamista koskevissa säännöissä. Kaikilla heillä on oma sovellettavuusalue, joka osittain päällekkäin.

Vuorovaikutusmetallien sähköisen teorian pääsäännökset ovat luonteeltaan erittäin yleisiä ja niitä käytetään laajasti tieteellisessä ja teollisessa käytännössä. Happojen ja emästen teoreettiset käsitteet ovat tärkeitä kaikkien kemian käsitteellisten järjestelmien muodostuksessa, ja niillä on monipuolinen vaikutus monien teoreettisten käsitteiden kehitykseen kaikilla tärkeillä kemiallisilla aloilla. Happojen ja emästen nykyaikaisen teorian perusteella on kehitetty seuraavat kemian tieteiden haarat, kuten elektrolyyttien vesipitoisten ja ei-vesipitoisten liuosten kemia, pH-mittaus vedettömissä väliaineissa, homo- ja heterogeeninen happo-emäskatalyysi, happamuusfunktioiden teoria ja monet muut.

Ongelma lipunumerossa 18

v \u003d nopeudella \u003d 60m / s2 * 60s \u003d 3600m / s

Vastaus: 3600m / s

1. Virta tyhjiössä. Katodisädeputki.

2. Quantum Planck -hypoteesi. Valon kvanttinen luonne.

3. Teräslangan jäykkyys on 10 000 N / m. kuinka kauan kaapelia jatketaan, jos siitä ripustetaan 20 kg: n kuorma.

Vastaukset lippuun # 19

1) Sähkövirran saamiseksi tyhjössä vapaiden kantajien läsnäolo on välttämätöntä. Voit saada ne metallien elektroniemissioon - elektroniemissioon (latinalaisesta emissiosta - vapautus).

Kuten tiedät, tavallisissa lämpötiloissa elektroneja pidetään metallin sisällä huolimatta siitä, että ne suorittavat lämpöliikettä. Siksi lähellä pintaa on elektroneihin vaikuttavia voimia, jotka suuntautuvat metallin sisään. Nämä ovat voimia, jotka johtuvat kidehilan elektronien ja positiivisten ionien välisestä vetovoimasta. Seurauksena on, että metallikenttä ilmestyy sähkökenttään, ja potentiaali kasvaa tietyllä Dj-arvolla siirtyessäään ulkoavaruudesta metalliin. Sen mukaisesti elektronin potentiaalienergia vähenee eDj: llä.

Kineskooppi on elektronisädelaite, joka muuntaa sähköiset signaalit valoiksi. Sitä käytetään laajasti televisioiden suunnittelussa; 1990-luvulle saakka televisiot perustuivat yksinomaan kineskooppiin. Nimi ”kinetiikka” heijastui laitteen nimessä, joka liittyy näytön liikkuviin kuvioihin.

Pääosat:

elektronipistooli, joka on suunniteltu muodostamaan elektronisäde, väripaloputkissa ja monitieoskilloskooppiputkissa yhdistetään elektroni-optiseksi valonheittimeksi;

fosforilla päällystetty näyttö - aine, joka hehkuu, kun elektronisuihku osuu siihen;

taipuva järjestelmä ohjaa sädettä siten, että se muodostaa halutun kuvan.

2) Planck-hypoteesi on Max Planckin 14. joulukuuta 1900 esittämä hypoteesi, joka koostuu siitä, että lämpöä säteilee ja absorboi energiaa ei jatkuvasti, vaan erillisinä kvanteina (osina). Jokaisella sellaisella annoskvantilla on energia E, joka on verrannollinen säteilytaajuuteen ν:

missä h tai suhteellisuuskerroin, jota kutsutaan myöhemmin Planckin vakiona. Tämän hypoteesin perusteella hän ehdotti teoreettista johtopäätöstä kehon lämpötilan ja tämän kehon lähettämän säteilyn välisestä suhteesta - Planckin kaavaa.

Planckin hypoteesi vahvistettiin myöhemmin kokeellisesti.

Tämän hypoteesin etenemistä pidetään kvanttimekaniikan syntymähetkellä.

Valon kvanttiluonne on alkuainehiukkas, sähkömagneettisen säteilyn kvantti (suppeassa merkityksessä - valo). Tämä on massaton hiukkas, joka voi esiintyä tyhjössä vain liikkuessa valon nopeudella. Fotonin sähkövaraus on myös nolla. Fotoni voi olla vain kahdessa spin-tilassa, kun spin projektio on liikesuuntaan (helicity) ± 1. Fysiikassa fotoneja merkitään kirjaimella γ.

Klassinen sähköodynamiikka kuvaa fotonia sähkömagneettisena aallona, \u200b\u200bjolla on pyöreä oikea tai vasen polarisaatio. Klassisen kvanttimekaniikan kannalta fotonille kuin kvanttihiukkaselle on tunnusomaista aalto-hiukkasten kaksinaisuus, sillä on samanaikaisesti hiukkasen ja aallon ominaisuudet.

Ongelma lipulle nro 19

F \u003d k * Delta L

delta L \u003d mg / k

delta L \u003d 20 kg * 10000n / kg / 100000n / m \u003d 2 cm

vastaus 2 cm

1. Sähkövirta puolijohteissa. Puolijohteiden sisäinen johtavuus pii esimerkissä.

2. Heijastuksen ja valon taittumisen lait.

3. Millaista työtä sähkökenttä tekee liikuttaessa 5x10 18 elektronia piirin osassa, jonka potentiaaliero on 20 V.

Vastaukset lipun numeroon 20

Puolijohteiden sähkövirta on materiaali, joka ominaisjohtavuudellaan vie välipisteen johtimien ja eristeiden välillä ja eroaa johtimista voimakkaan riippuvuuden ominaisjohtavuudesta epäpuhtauksien pitoisuuksista, lämpötilasta ja altistumisesta erityyppiselle säteilylle. Puolijohteen pääominaisuus on sähkönjohtavuuden lisääntyminen lämpötilan noustessa.

Puolijohteet ovat aineita, joiden kaistaväli on useita elektronivolteja (eV). Esimerkiksi timantti voidaan luokitella laajakulmaisiin puolijohteisiin ja indium-arsenidi kapearakoisiin. Puolijohteisiin sisältyy monia kemiallisia alkuaineita (germanium, pii, seleeni, telluuri, arseeni ja muut), valtava määrä seoksia ja kemiallisia yhdisteitä (gallium-arsenidi jne.). Lähes kaikki ympäröivän maailman epäorgaaniset aineet ovat puolijohteita. Luonnon yleisin puolijohde on pii, joka muodostaa lähes 30% maankuoresta.

Jokaisella aineella on oma ominaisvastus. Lisäksi vastus riippuu johtimen lämpötilasta. Varmistamme tämän suorittamalla seuraavan kokeen.

Anna virran kulkea teräspiraalin läpi. Kierrepiirissä kytkemme sarjaan ampeerimittarin. Se näyttää jonkin verran arvoa. Nyt lämmitämme spiraalia kaasupolttimen liekissä. Nykyinen arvo, jonka ampeerimittari näyttää, pienenee. Toisin sanoen virran lujuus riippuu johtimen lämpötilasta.

Vastuksen muutos lämpötilan funktiona

Oletetaan, että 0 asteen lämpötilassa johtimen resistanssi on R0 ja lämpötilassa t vastus on R, silloin resistanssin suhteellinen muutos on suoraan verrannollinen lämpötilan muutokseen t:

• (R-R0) / R \u003d a * t.

Tässä kaavassa a on suhteellisuuskerroin, jota kutsutaan myös lämpötilakerroimeksi. Se kuvaa aineen kestävyyden riippuvuutta lämpötilasta.

Lämpötilakestävyyskerroin  numeerisesti yhtä suuri kuin johtimen vastuksen suhteellinen muutos, kun sitä kuumennetaan 1 kelvinillä.

Kaikille metalleille lämpötilakerroin enemmän kuin nolla.  Lämpötilan muuttuessa se muuttuu hieman. Siksi, jos lämpötilan muutos on pieni, lämpötilakerrointa voidaan pitää vakiona ja yhtä suuri kuin tämän lämpötila-alueen keskiarvo.

Elektrolyyttiliuokset lämpötilan noustessa, vastus laskee. Eli heille lämpötilakerroin on alle nolla.

Johtimen vastus riippuu johtimen ominaisvastuksesta ja johtimen koosta. Koska johtimen mitat eivät muutu merkittävästi kuumennuksen aikana, johtimen vastuksen muutoksen pääkomponentti on ominaisvastus.

Johtimen resistiivisyyden riippuvuus lämpötilasta

Yritämme löytää johtimen ominaisvastuksen lämpötilariippuvuus.

Korvaamme vastusten arvot R \u003d p * l / S R0 \u003d p0 * l / S yllä saatuun kaavaan.

Saamme seuraavan kaavan:

• p \u003d p0 (1 + a * t).

Tämä riippuvuus esitetään seuraavassa kuvassa.

Yritetään ymmärtää miksi vastus kasvaa

Kun nostamme lämpötilaa, ionin värähtelyjen amplitudi kidehilan solmuissa kasvaa. Tämän seurauksena vapaat elektronit törmäävät todennäköisemmin niihin. Törmäyksessä he menettävät liikesuuntansa. Tämän seurauksena virran voimakkuus vähenee.

Vastus ja siten metallien vastus riippuu lämpötilasta, kasvaa sen kasvaessa. Kaapelin resistanssin lämpötilariippuvuus selitetään sillä, että

1. varausvälineiden sirontaintensiteetti (törmäysten lukumäärä) kasvaa lämpötilan noustessa;
2. niiden pitoisuus muuttuu, kun johdin lämmitetään.

Kokemus osoittaa, että ei liian korkeissa eikä liian alhaisissa lämpötiloissa resistiivisyyden ja johtimen resistanssin riippuvuus lämpötilasta ilmaistaan \u200b\u200bseuraavilla kaavoilla:

\\ (~ \\ rho_t \u003d \\ rho_0 (1 + \\ alpha t), \\) \\ (~ R_t \u003d R_0 (1 + \\ alpha t), \\)

jossa ρ 0 , ρ   t ovat johtavan aineen ominaisvastukset, vastaavasti, 0 ° C: ssa ja t  ° C; R 0 , R  t on johtimen vastus 0 ° C: n lämpötilassa ja t  ° C α   - lämpötilaresistenssikerroin: mitattu SI-kelvinissä miinus ensimmäiseen asteeseen (K -1). Metallijohtimiin näitä kaavoja voidaan soveltaa lämpötilaan 140 K tai enemmän.

Lämpötilakerroin  Aineen vastuskyky luonnehtii lämmönkestävyyden muutoksen riippuvuutta aineen tyypistä. Se on numeerisesti yhtä suuri kuin johtimen resistanssin (resistiivisyyden) suhteellinen muutos, kun sitä kuumennetaan 1 K: lla.

   \\ (~ \\ mathcal h \\ alfa \\ mathcal i \u003d \\ frac (1 \\ cdot \\ Delta \\ rho) (\\ rho \\ Delta T), \\)

missä \\ (~ \\ mathcal h \\ alpha \\ mathcal i \\) on lämpötilaresistenssikertoimen keskiarvo välillä Δ Τ .

Kaikille metallijohtimille α   \u003e 0 ja muuttuu hieman lämpötilan mukaan. Puhtaat metallit α   \u003d 1/273 K -1. Metallien vapaiden varausaineiden (elektronien) pitoisuus n  \u003d const ja lisää ρ   tapahtuu johtuen vapaiden elektronien sirontaintensiteetin lisääntymisestä kidehilan ioneissa.

Elektrolyyttiliuoksille α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α   \u003d -0,02 K -1. Elektrolyyttien vastus vähenee lämpötilan noustessa, koska molekyylien dissosioitumisesta johtuva vapaiden ionien lukumäärän kasvu ylittää ionien sironnan kasvun törmäyksissä liuotinmolekyylien kanssa.

Riippuvuuskaavat ρ   ja R  elektrolyyttien lämpötila on samanlainen kuin edellä esitetyt kaavat metallijohtimille. On huomattava, että tämä lineaarinen riippuvuus säilyy vain pienellä lämpötila-alueella, jossa α   \u003d const. Suurten lämpötilamuutosten välein elektrolyyttien resistanssin lämpötilariippuvuus muuttuu epälineaariseksi.

Graafisesti metallijohtimien ja elektrolyyttien resistanssin lämpötilariippuvuus esitetään kuvioissa 1, a, b.

Hyvin alhaisissa lämpötiloissa, lähellä absoluuttista nollaa (-273 ° С), monien metallien vastus putoaa äkillisesti nollaan. Tätä ilmiötä kutsutaan suprajohtavuus. Metalli menee suprajohtavaan tilaan.

Metalliresistanssin riippuvuutta lämpötilasta käytetään vastuslämpömittarissa. Yleensä platinalankaa pidetään sellaisen lämpömittarin termometrisena kappaleena, jonka vastuksen riippuvuutta lämpötilasta on tutkittu riittävästi.

Lämpötilan muutokset arvioidaan vaijerin resistanssin muutoksen perusteella, joka voidaan mitata. Tällaiset lämpömittarit mahdollistavat erittäin alhaisten ja erittäin korkeiden lämpötilojen mittaamisen, kun perinteiset nestemäiset lämpömittarit eivät sovellu.

kirjallisuus

Aksenovich L. A. Fysiikka lukiossa: Teoria. Tehtäviä. Testit: Oppikirja. korvaus yleistä tukea tarjoaville laitoksille. ympäristö, koulutus / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Painos K. S. Farino. - Mn: Adukatsy I vykhavanne, 2004 - C. 256-257.

Vastus ja siten metallien vastus riippuu lämpötilasta, kasvaa sen kasvaessa. Kaapelin resistanssin lämpötilariippuvuus selitetään sillä, että

1. varausvälineiden sirontaintensiteetti (törmäysten lukumäärä) kasvaa lämpötilan noustessa;
2. niiden pitoisuus muuttuu, kun johdin lämmitetään.

Kokemus osoittaa, että ei liian korkeissa eikä liian alhaisissa lämpötiloissa resistiivisyyden ja johtimen resistanssin riippuvuus lämpötilasta ilmaistaan \u200b\u200bseuraavilla kaavoilla:

missä johtavan aineen ominaisvastukset ovat vastaavasti, 0 ° C ja t ° C; R 0, R t - johtimen resistanssi 0 ° C ja t ° С lämpötilassa, - lämpötilaresistenssikerroin: mitattu SI-kelvininä miinus ensimmäinen aste (K -1). Metallijohtimiin näitä kaavoja voidaan soveltaa lämpötilaan 140 K tai enemmän.

Aineelle on ominaista lämmönkestävyyden muutoksen riippuvuus aineen tyypistä. Se on numeerisesti yhtä suuri kuin johtimen resistanssin (resistiivisyyden) suhteellinen muutos, kun sitä kuumennetaan 1 K: lla.

missä on lämpötilakertoimen keskiarvo välillä.

Kaikille metallijohtimille\u003e 0 ja vaihtelee hieman lämpötilan mukaan. Puhtaille metalleille \u003d 1/273 K -1. Metallien kohdalla vapaiden varauskantajien (elektronien) konsentraatio on n \u003d const, ja kasvu tapahtuu johtuen vapaiden elektronien sironnan voimakkuuden lisääntymisestä kidehilan ioneille.

Esimerkiksi elektrolyyttiliuoksille 0, 10% natriumkloridiliuokselle \u003d -0,02 K -1. Elektrolyyttien vastus vähenee lämpötilan noustessa, koska molekyylien dissosioitumisesta johtuva vapaiden ionien lukumäärän kasvu ylittää ionien sironnan kasvun törmäyksissä liuotinmolekyylien kanssa.

Kaavat elektrolyyttien lämpötilan ja lämpötilan riippuvuudelle ovat samanlaiset kuin edellä esitetyt kaavat metallijohtimille. On huomattava, että tämä lineaarinen riippuvuus säilyy vain pienillä lämpötilan muutosten alueilla, joissa \u003d const. Suurten lämpötilamuutosten välein elektrolyyttien resistanssin lämpötilariippuvuus muuttuu epälineaariseksi.

Graafisesti metallijohtimien ja elektrolyyttien resistanssin lämpötilariippuvuus esitetään kuvioissa 1, a, b.

Hyvin alhaisissa lämpötiloissa, lähellä absoluuttista nollaa (-273 ° С), monien metallien vastus putoaa äkillisesti nollaan. Tätä ilmiötä kutsutaan suprajohtavuudeksi. Metalli menee suprajohtavaan tilaan.

Metalliresistanssin riippuvuutta lämpötilasta käytetään vastuslämpömittarissa. Yleensä platinalankaa pidetään sellaisen lämpömittarin termometrisena kappaleena, jonka vastuksen riippuvuutta lämpötilasta on tutkittu riittävästi.

Lämpötilan muutokset arvioidaan vaijerin resistanssin muutoksen perusteella, joka voidaan mitata. Tällaiset lämpömittarit mahdollistavat erittäin alhaisten ja erittäin korkeiden lämpötilojen mittaamisen, kun perinteiset nestemäiset lämpömittarit eivät sovellu.

Muista, mitä fyysistä määrää kutsutaan vastarintaa.

Mistä ja kuinka metallijohtimen vastus riippuu?

Eri aineilla on erilainen resistiivisyys (ks. § 101). Riippuuko vastus johtimen tilasta? sen lämpötilasta? Vastauksen pitäisi antaa kokemus.

Jos siirrät akusta virran teräspiraalin läpi ja aloitat sen lämmittämisen polttimen liekissä, ampeerimittari näyttää virran voimakkuuden laskun. Tämä tarkoittaa, että lämpötilan muuttuessa johtimen vastus muuttuu.

Jos lämpötilassa, joka on yhtä suuri kuin 0 ° С, johtimen vastus on yhtä suuri kuin R 0 ja lämpötilassa t se on yhtä suuri kuin R, niin suhteellinen vastusmuutos, kuten kokemus osoittaa, on suoraan verrannollinen lämpötilan muutokseen t:

Suhteellisuuskerrointa α kutsutaan lämpötilakertoimeksi.

Se kuvaa aineen kestävyyden riippuvuutta lämpötilasta.

Kaikille metallijohtimille kerroin α\u003e

Kun johdin lämmitetään, sen geometriset mitat muuttuvat hieman. Johtimen resistanssi vaihtelee pääasiassa sen vastuksen muutoksen vuoksi. Voit löytää tämän resistiivisyyden riippuvuuden lämpötilasta, jos korvaat kaavan (16.1) arvot. Laskelmat johtavat seuraavaan tulokseen:

ρ \u003d ρ 0 (1 + αt) tai ρ \u003d \u200b\u200bρ 0 (1 + αΔТ), (16,2)

missä ΔТ on absoluuttisen lämpötilan muutos.

Resistanssin lisääntyminen selitetään sillä, että lämpötilan noustessa ioni värähtelyjen amplitudi kidehilan solmulla kasvaa, siksi vapaat elektronit törmäävät useammin niihin, menettäen liikesuuntansa. Vaikka kerroin a on melko pieni, lämmityslaitteiden parametrien laskennassa on ehdottoman välttämätöntä ottaa huomioon resistanssin riippuvuus lämpötilasta. Joten hehkulampun volframilangan vastus kasvaa virran kulkiessa sen läpi kuumennuksen vuoksi yli 10 kertaa.

Joissakin seoksissa, esimerkiksi kupariseoksessa nikkelin kanssa (Constantine), lämpötilakestävyyskerroin on hyvin pieni: α ≈ 10-5 K -1; Konstantinin resistiivisyys on suuri: ρ \u200b\u200b≈ 10 - 6 ohm m. Sellaisia \u200b\u200bseoksia käytetään referenssivasteiden ja lisävastusten valmistukseen mittauslaitteille, ts. Niissä tapauksissa, joissa vaaditaan, että vastus ei muutu huomattavasti lämpötilan vaihtelun myötä.

On myös sellaisia \u200b\u200bmetalleja, kuten nikkeli, tina, platina jne., Joiden lämpötilakerroin on paljon korkeampi: α ≈ 10 -3 K -1. Niiden lämpötilankestävyyden riippuvuutta voidaan käyttää mittaamaan itse lämpötila, joka suoritetaan vastuslämpömittarit.

Puolijohdemateriaaleista valmistetut laitteet perustuvat myös lämpötilankestävyyden riippuvuuteen, termistorit. Niille on ominaista suuri lämpötilakestokerroin (kymmenen kertaa korkeampi kuin metallien) ja ominaisuuksien vakaus ajan myötä. Termistorien nimellisvastus on paljon korkeampi kuin metallisten vastuslämpömittarien, se on yleensä 1, 2, 5, 10, 15 ja 30 kOhm.

\u003e\u003e Fysiikka: Johdinvastuksen lämpötilariippuvuus

Eri aineilla on erilainen resistiivisyys (katso § 104). Riippuuko vastus johtimen tilasta? sen lämpötilasta? Vastauksen pitäisi antaa kokemus.
  Jos siirrät akusta virran teräspiraalin läpi ja aloitat sen lämmittämisen polttimen liekissä, ampeerimittari näyttää virran voimakkuuden laskun. Tämä tarkoittaa, että lämpötilan muuttuessa johtimen vastus muuttuu.
  Jos lämpötilassa, joka on yhtä suuri kuin 0 ° C, johtimen vastus on R 0lämpötilassa t  se on yhtä suuri R, sitten suhteellinen vastusmuutos, kuten kokemus osoittaa, on suoraan verrannollinen lämpötilan muutokseen t:

Suhteellisuuskerroin α   kutsutaan lämpötilan vastuskerroin. Se kuvaa aineen kestävyyden riippuvuutta lämpötilasta. Lämpötilakestävyyskerroin on numeerisesti yhtä suuri kuin johtimen resistanssin suhteellinen muutos, kun sitä lämmitetään 1 K: lla. Kaikille metallijohtimille kerroin α   \u003e 0 ja vaihtelee hieman lämpötilan mukaan. Jos lämpötilan muutosalue on pieni, lämpötilakerrointa voidaan pitää vakiona ja yhtä suuri kuin sen keskimääräinen arvo tällä lämpötila-alueella. Puhtaat metallit α ≈ 1/273 K -1. sisään elektrolyyttiliuoksilla vastus ei kasva lämpötilan kanssa, mutta vähenee. Heille α   a ≈ -0,02 K-1.
  Kun johdin lämmitetään, sen geometriset mitat muuttuvat hieman. Johtimen resistanssi vaihtelee pääasiassa sen resistiivisyyden muutosten vuoksi. Löydät tämän resistiivisyyden riippuvuuden lämpötilasta, jos korvaavat kaavassa (16.1) arvot

. Laskelmat johtavat seuraavaan tulokseen:

koska α   muuttuu vähän, kun johtimen lämpötila muuttuu, voidaan olettaa, että johtimen ominaisvastus riippuu lineaarisesti lämpötilasta ( kuva 16.2).

Resistanssin lisääntyminen selitetään sillä, että lämpötilan noustessa ioni värähtelyjen amplitudi kidehilan solmulla kasvaa, siksi vapaat elektronit törmäävät useammin niihin, menettäen liikesuuntansa. Vaikka suhde α   melko pieni, ottaen huomioon lämmönkestävyyden riippuvuus lämmityslaitteita laskettaessa, on ehdottoman välttämätöntä. Joten hehkulampun volframilangan vastus kasvaa, kun virta kulkee sen läpi yli 10 kertaa.
  Joidenkin seosten, esimerkiksi kupariseoksen, nikkelin (vakio) kanssa, lämpötilakestokerroin on hyvin pieni: α   ≈ 10-5 K-1; konstantaanin resistiivisyys on suuri: ρ   ≈ 10-6 ohm. Tällaisia \u200b\u200bseoksia käytetään referenssivastuksien ja lisäresistanssien valmistukseen mittauslaitteille, ts. Niissä tapauksissa, joissa vaaditaan, että vastus ei muutu huomattavasti lämpötilanvaihtelujen mukana.
  Metalliresistanssin riippuvuutta lämpötilasta käytetään vastuslämpömittarit. Yleensä platinalankaa pidetään tällaisen lämpömittarin päätyöelementtinä, jonka vastuksen riippuvuus lämpötilasta on hyvin tiedossa. Lämpötilan muutokset arvioidaan johdinvastuksen muutoksen perusteella, joka voidaan mitata.
  Tällaiset lämpömittarit mahdollistavat erittäin alhaisten ja erittäin korkeiden lämpötilojen mittaamisen, kun perinteiset nestemäiset lämpömittarit eivät sovellu.
  Metallien resistiivisyys kasvaa lineaarisesti lämpötilan noustessa. Elektrolyyttiliuoksissa se vähenee lämpötilan noustessa.

???
  1. Kun lamppu kuluttaa enemmän virtaa: heti virran kytkemisen jälkeen tai muutaman minuutin kuluttua?
  2. Jos sähkökiuan spiraalin resistanssi ei muuttunut lämpötilan kanssa, sen pituuden nimellisteholla tulisi olla suurempi tai vähemmän?

G.Y. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky, fysiikka, luokka 10

Oppitunnin sisältö   oppituntiyhteenveto   tukikehyksen oppitunnin esityksen kiihdytysmenetelmät interaktiiviset tekniikat käytäntö    tehtävät ja harjoitukset itsetutkimuksen työpajat, koulutukset, tapaukset, tehtävät kotitehtävistä käydyissä keskusteluissa opiskelijoiden retoorisiin kysymyksiin kuvitukset   ääni, videoleikkeet ja multimedia   valokuvat, kuvat, kaaviot, taulukot, kaaviot huumori, vitsit, vitsit, sarjakuvien vertaukset, sanonnat, ristisanat, lainaukset lisäravinteet   tiivistelmät   artikkelisirut uteliaille huijauskoodille oppikirjojen perus- ja ylimääräinen sanasto muu Oppikirjojen ja oppituntien parantaminen  virheiden korjaaminen oppikirjassa päivitetään oppikirjassa oleva osa innovaatioelementtejä oppitunnissa korvaamalla vanhentunut tieto uudella Vain opettajille   täydelliset oppitunnit   keskusteluohjelman vuosittaisen aikataulun metodologiset suositukset Integroidut oppitunnit

Jos sinulla on korjauksia tai ehdotuksia tähän oppituntiin,

Jokainen sähköasentaja kohtaa käytännössä erilaiset olosuhteet metallien, puolijohteiden, kaasujen ja nesteiden varausaineiden kulkemiseksi. Nykyarvoon vaikuttaa sähkövastus, joka vaihtelee monin tavoin ympäristön vaikutuksesta.

Yksi näistä tekijöistä on lämpötilan vaikutus. Koska se muuttaa merkittävästi nykyisiä virtausolosuhteita, suunnittelijat ottavat sen huomioon sähkölaitteiden valmistuksessa. Sähköasennusten ylläpitoon ja käyttöön osallistuvan sähköhenkilöstön on käytettävä näitä ominaisuuksia oikein käytännössä.

Lämpötilan vaikutus metallien sähkövastukseen

Koulun fysiikan kurssilla ehdotetaan tällaisen kokeen suorittamista: ota ampeerimittari, akku, pala lankaa, yhdysjohdot ja taskulamppu. Akulla olevan ampeerimittarin sijasta voit kytkeä ohmimittarin tai käyttää sen tilaa multimetrissä.

Nyt tuomme taskulampun liekin lankaan ja alamme kuumentaa sitä. Jos katsot ampeerimittaria, nähdään, että nuoli siirtyy vasemmalle ja saavuttaa punaisella merkityn aseman.

Kokeen tulokset osoittavat, että metalleja kuumennettaessa niiden johtavuus vähenee ja vastus kasvaa.

Tämän ilmiön matemaattinen perustelu annetaan suoraan kuvassa olevilla kaavoilla. Alemmassa lausekkeessa on selvästi nähtävissä, että metallijohtimen sähköinen vastus "R" on suoraan verrannollinen sen lämpötilaan "T" ja riippuu useista muista parametreista.

Kuinka metallilämmitys rajoittaa sähkövirtaa käytännössä

Hehkulamput

Joka päivä, kun valaistus kytketään päälle, kohtaamme tämän ominaisuuden ilmestyvän hehkulamppuihin. Otetaan yksinkertaiset mittaukset lampulla, jonka teho on 60 wattia.

Yksinkertaisimmalla ohmimittarilla, jonka virransyöttö on matalajännitteistä 4,5 V: n akkua, mitataan vastus pohjan koskettimien välillä ja nähdään arvo 59 ohmia. Tällä arvolla on hehkulanka kylmässä tilassa.

Kierrämme lampun patruunaan ja liitämme 220 voltin kotiverkon jännitteen siihen ampeerimittarin kautta. Ampeerimittarin nuoli näyttää 0,273 ampeeria. Määritä langan vastus kuumennetussa tilassa. Se on 896 ohmia ja ylittää edellisen ohmimittarin lukeman 15,2 kertaa.

Tällainen ylimäärä suojaa hehkun rungon metallia palamiselta ja tuhoutumiselta ja varmistaa sen pitkäaikaisen toiminnan jännitteen alaisena.

Virta transienteille

Hehkulangan käytön aikana siihen luodaan lämpötasapaino kulkevasta sähkövirrasta lämmittämisen ja osan lämmön poistamisen välillä ympäristöön. Käynnistyksen alkuvaiheessa, kun jännitettä käytetään, tapahtuu kuitenkin transientteja, jotka aiheuttavat sisäänsyöttövirran, joka voi johtaa kierteen palamiseen.

Siirtymävaiheita tapahtuu lyhyessä ajassa, ja niiden syynä on se, että metallin kuumentamisen aiheuttaman sähkövastuksen lisääntymisnopeus ei pysy virran kasvun kanssa. Niiden suorittamisen jälkeen toimintatila asetetaan.

Lampun pitkän hehkuvaiheen aikana hehkulangan paksuus saavuttaa vähitellen kriittisen tilan, mikä johtaa palovammaan. Useimmiten tämä hetki tapahtuu seuraavan uuden sisällyttämisen yhteydessä.

Pidentääksesi lampun käyttöikää eri tavoin vähentämällä tätä sisäänsyöttövirtaa käyttämällä:

1. laitteet, jotka tarjoavat jännitteen tasaisen syötön ja poistamisen;

2. Vastojen, puolijohteiden tai termistorien (termistorien) sarjakytkentäkaaviot hehkulankaan.

Alla olevassa kuvassa on esimerkki yhdestä tavasta rajoittaa autovalojen häiriövirtaa.

Täällä virta syötetään polttimoon sen jälkeen, kun SA-kytkin on kytketty päälle sulake FU: n kautta, ja sitä rajoittaa vastus R, jonka nimellisarvo on valittu siten, että virran nousu transienttien aikana ei ylitä nimellisarvoa.

Kun hehkulankaa kuumennetaan, sen vastus kasvaa, mikä johtaa potentiaalierojen lisääntymiseen sen koskettimissa ja rinnakkain kytketyssä relekelassa KL1. Kun jännite saavuttaa releen asetuspisteen arvon, normaalisti avoin kosketin KL1 sulkee ja siirtää vastuksen. Jo vakiintuneen moodin toimintavirta alkaa virtata polttimon läpi.

Metallin lämpötilan vaikutusta sen sähköiseen vastukseen käytetään mittauslaitteiden toiminnassa. Heitä kutsutaan.

Niiden herkkä elementti on valmistettu ohuesta metallilangasta, jonka vastus mitataan huolellisesti tietyissä lämpötiloissa. Tämä lanka on asennettu koteloon, jolla on vakaat lämpöominaisuudet, ja suljettu suojakotelolla. Luotu malli sijoitetaan ympäristöön, jonka lämpötilaa on seurattava jatkuvasti.

Sähköpiirin johdot on kytketty herkän elementin johtopäätöksiin, joka yhdistää vastusmittauspiirin. Sen arvo muunnetaan lämpötila-arvoiksi aiemmin kalibroidun instrumentin perusteella.

Baretteri - virranvakaaja

Tämä on laitteen nimi, joka koostuu lasisuljetusta säiliöstä, jossa on kaasumaista vetyä, ja metallilankaspiraalista, joka on valmistettu raudasta, volframista tai platinasta. Tämä ulkonäkö muistuttaa hehkulamppua, mutta sillä on erityinen jännite-ampeerin epälineaarinen ominaisuus.

I - V-ominaisuudelle muodostetaan toimintavyöhyke tietylle alueelle, joka ei riipu vartaloon syötetyn jännitteen värähtelyistä. Tällä alueella vaihtolaite kompensoi hyvin voiman aallot ja toimii virranvakaimena kuormassa, joka on kytketty sarjaan sen kanssa.

Vaihtajan toiminta perustuu hehkulangan rungon lämpöhitauteen, jonka takaa hehkulangan pieni poikkileikkaus ja ympäröivän vedyn korkea lämmönjohtavuus. Tästä johtuen, kun laitteen jännite laskee, lämmön poisto sen filamentista kiihtyy.

Tämä on tärkein ero baretterin ja hehkulamppujen välillä, joissa hehkuuden kirkkauden ylläpitämiseksi he pyrkivät vähentämään hehkulangan konvektiivista lämpöhäviötä.

suprajohtavuus

Normaalissa ympäristöolosuhteissa, kun metallijohdin jäähdytetään, sen sähköinen vastus vähenee.

Saatuaan kriittisen lämpötilan, joka on lähellä nollaa astetta Kelvin-mittausjärjestelmän mukaan, vastus laskee jyrkästi nollaan. Oikeassa kuvassa on tällainen suhde elohopeaan.

Tätä ilmiötä, jota kutsutaan suprajohtavuudeksi, pidetään lupaavana tutkimusalueena, jonka tavoitteena on luoda materiaaleja, jotka voivat vähentää merkittävästi sähkön menetyksiä siirron aikana suurilla etäisyyksillä.

Käynnissä olevat suprajohtavuustutkimukset ovat kuitenkin paljastaneet useita malleja, kun muut tekijät vaikuttavat metallin sähkövastukseen kriittisten lämpötilojen alueella. Erityisesti, kun vaihtovirta kulkee sen värähtelytaajuuden kasvaessa, syntyy vastus, jonka arvo saavuttaa harmonisten normaaliarvojen alueen valonjaksojakson ajan.

Lämpötilan vaikutus sähkönkestävyyteen / kaasun johtavuuteen

Kaasut ja tavallinen ilma ovat dielektrisiä, eivätkä johda sähkövirtaa. Sen muodostukseen tarvitaan varauskantajia, jotka ovat ioneja, jotka muodostuvat ulkoisten tekijöiden seurauksena.

Kuumennus voi aiheuttaa ionisaation ja ionien liikkumisen väliaineen yhdestä navasta toiseen. Voit varmistaa tämän yksinkertaisen kokemuksen esimerkillä. Otamme saman välineen, jota käytettiin määrittämään lämmityksen vaikutus metallijohtimen resistanssiin, mutta johdon sijaan yhdistämme johtoihin kaksi metallilevyä, jotka on erotettu toisistaan \u200b\u200bilmatilalla.

Piiriin kytketty ampeerimittari osoittaa virran puutteen. Jos levyjen väliin sijoitetaan polttimen liekki, laitteen nuoli poikkeaa nolla-arvosta ja näyttää kaasuväliaineen läpi kulkevan virran suuruuden.

Siten todettiin, että ionisaatio tapahtuu kaasuissa kuumennuksen aikana, mikä johtaa sähköisesti varautuneiden hiukkasten liikkumiseen ja väliaineen vastuksen pienenemiseen.

Nykyiseen arvoon vaikuttaa ulkoisen käytetyn jännitelähteen teho ja sen koskettimien potentiaaliero. Se pystyy murtamaan läpi eristävän kaasukerroksen suurilla arvoilla. Tällaisen tapauksen tyypillinen osoitus luonnossa on salaman luonnollinen purkaminen ukonilman aikana.

Kaaviossa on esitetty likimääräinen muoto kaasuvirran virta-jänniteominaisuudesta.

Alkuvaiheessa lämpötila- ja potentiaalierojen vaikutuksesta havaitaan ionisaation lisääntymistä ja virran kulkua suunnilleen lineaarisen lain mukaan. Sitten käyrä saa vaakasuunnan, kun jännitteen kasvu ei aiheuta virran nousua.

Kolmas vaihe hajoamisessa tapahtuu, kun levitetyn kentän korkea energia kiihdyttää ioneja siten, että ne alkavat törmätä neutraalien molekyylien kanssa, muodostaen niistä massiivisesti uusia varauskantoaineita. Seurauksena on, että virta kasvaa voimakkaasti muodostaen dielektrisen kerroksen hajoamisen.

Kaasunjohtavuuden käytännön käyttö

Kaasujen läpi virtaavan virran ilmiötä käytetään elektronisissa putkissa ja loistelampuissa.

Tätä varten asetetaan kaksi elektrodia inertin kaasun suljetun lasisylinterin sisään:

2. katodi.

Loistelampussa ne valmistetaan hehkulankoina, joita lämmitetään, kun ne kytketään päälle, jotta saadaan aikaan termioninen emissio. Pullon sisäpinta peitetään fosforikerroksella. Se emittoi näkyvän valospektrin, jonka tuottaa infrapunasäteily, joka on peräisin elektronivirta pommittamasta elohopeahöyrystä.

Kaasun purkausvirta tapahtuu, kun polttimen eri päissä olevien elektrodien välillä on tietty jännite.

Kun yksi filamenteista palaa, elektroninen säteily häiriintyy tällä elektrodilla eikä lamppu pala. Jos kuitenkin kasvatat katodin ja anodin potentiaalieroa, lampun sisällä tapahtuu jälleen kaasupurkaus ja fosforihehku jatkuu.

Tämä mahdollistaa särkyneillä hehkulangoilla varustettujen LED-lamppujen käytön ja pidentää niiden käyttöikää. On vain muistettava, että samanaikaisesti on tarpeen lisätä siihen liittyvää jännitettä useita kertoja, mikä lisää merkittävästi virrankulutusta ja turvallisen käytön riskejä.

Lämpötilan vaikutus nesteiden sähkövastukseen

Nesteiden virran kulkeminen johtuu pääasiassa kationien ja anionien liikkeestä ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta. Vain vähäinen osa johtavuudesta saadaan elektronien avulla.

Lämpötilan vaikutus nestemäisen elektrolyytin sähkövastukseen kuvataan kuvassa esitetyllä kaavalla. Koska lämpötilakerroin α on siinä aina negatiivinen, johtavuus kasvaa kuumentuessa lisääntyessä ja vastus pienenee, kuten kaaviossa esitetään.

Tämä ilmiö on otettava huomioon ladattaessa nestemäisiä (eikä vain) autoakkuja.

Lämpötilan vaikutus puolijohteiden sähkövastukseen

Puolijohdemateriaalien ominaisuuksien muuttaminen lämpötilan vaikutuksesta mahdollisti niiden käytön:

lämpövastukset;

lämpöparit;

jääkaapit;

lämmittimet.

termistorit

Tämä nimi tarkoittaa puolijohdelaitteita, jotka muuttavat sähkövastustaan \u200b\u200blämmön vaikutuksesta. Ne ovat paljon korkeampia kuin metallit.

Puolijohteiden TCS-arvoilla voi olla positiivinen tai negatiivinen arvo. Tämän parametrin mukaan ne jaetaan positiivisiin "RTS" - ja negatiivisiin "NTC" -termistoreihin. Niillä on erilaisia \u200b\u200bominaisuuksia.

Jotta termistori toimisi, valitse yksi sen virta-jänniteominaisuuden pisteistä:

lineaarista osaa käytetään lämpötilan säätelemiseen tai muuttuvien virtojen tai jännitteiden kompensoimiseen;

tCS: llä olevien elementtien virtajänniteominaisuuksien laskeva haara

Reletermistorin käyttö on kätevää seurata tai mitata mikroaaltotaajuuksilla tapahtuvia sähkömagneettisen säteilyn prosesseja. Tämä takasi niiden käytön järjestelmissä:

1. lämmönhallinta;

2. palohälytys;

3. Irtotavaran ja nesteiden virtauksen sääntely.

Piitermistoreita, joiden TCS on\u003e 0, käytetään transistorijäähdytys- ja lämpötilanvakautusjärjestelmissä.

lämpöparit

Nämä puolijohteet toimivat Seebeck-ilmiön perusteella: kun kahden erillisen metallin juotettu paikka lämmitetään, EMF ilmestyy suljetun piirin risteykseen. Tällä tavalla ne muuttavat lämpöenergian sähköksi.

Kahden tällaisen elementin rakennetta kutsutaan termoelementiksi. Sen hyötysuhde on 7 ÷ 10%.

Termoelementtejä käytetään digitaalisten laskentalaitteiden lämpömittareissa, jotka vaativat pienikokoisia mittoja ja lukemien suurta tarkkuutta sekä pienitehoisia virtalähteitä.

Puolijohdelämmittimet ja jääkaapit

Ne toimivat käyttämällä termoelementtejä, joiden läpi sähkövirta johdetaan. Lisäksi yhdessä risteyksessä se kuumenee, ja vastakkaisessa paikassa se jäähtyy.

Seleeniin, vismuttiin, antimoniin ja telluuriin perustuvat puolijohteiden liitokset voivat tarjota lämpöpariin lämpötilaeron jopa 60 astetta. Tämän ansiosta voitiin luoda puolijohdejääkaappisuunnittelu, jonka lämpötila jäähdytyskammiossa oli -16 astetta.

Metallien vastus johtuu siitä, että johtimessa liikkuvat elektronit ovat vuorovaikutuksessa kidehilan ionien kanssa ja menettävät samalla osan energiasta, jonka ne hankkivat sähkökentässä.

Kokemus osoittaa, että metallien kestävyys riippuu lämpötilasta. Jokaiselle aineelle voidaan tunnistaa vakio sille, jota kutsutaan lämpötilan vastuskerroin α.   Tämä kerroin on yhtä suuri kuin johtimen resistiivisyyden suhteellinen muutos, kun sitä kuumennetaan 1 K: lla: α \u003d

missä ρ 0 on resistiivisyys lämpötilassa T 0 \u003d 273 K (0 ° C), ρ on resistiivisyys annetussa lämpötilassa T. Tästä syystä metallijohtimen resistiivisyyden lämpötilariippuvuus ilmaistaan \u200b\u200blineaarifunktiona: ρ \u003d ρ 0 (1+ αT).

Resistanssin riippuvuus lämpötilasta ilmaistaan \u200b\u200bsamalla toiminnolla:

R \u003d R 0 (1 + aT).

Puhtaiden metallien kestävyyslämpötilakertoimet ovat suhteellisen vähän erilaisia \u200b\u200btoisistaan \u200b\u200bja ovat suunnilleen yhtä suuret kuin 0,004 K -1. Johtimien vastuksen muutos lämpötilan muutoksella johtaa siihen, että niiden virta-jänniteominaisuudet eivät ole lineaarisia. Tämä on erityisen havaittavissa tapauksissa, joissa johtimien lämpötila vaihtelee merkittävästi, esimerkiksi hehkulampun toiminnan aikana. Kuvio osoittaa sen volta - ampeerin ominaisuuden. Kuten kuvasta voidaan nähdä, virranvoimakkuus ei tässä tapauksessa ole suoraan verrannollinen jännitteeseen. Ei pidä kuitenkaan ajatella, että tämä johtopäätös on ristiriidassa Ohmin lain kanssa. Ohmin laissa määritelty riippuvuus on pätevä vain jatkuvalla vastuksella.Metallijohtimien lämpötilariippuvuutta käytetään erilaisissa mittaus- ja automaattisissa laitteissa. Tärkein näistä on vastuslämpömittari. Suurin osa vastuslämpömittarista on platinalanka, joka on kelattu keraamiseen runkoon. Lanka sijoitetaan ympäristöön, jonka lämpötila on määritettävä. Mittaamalla tämän johtimen resistanssi ja tietämällä sen vastus arvossa t 0 \u003d 0 ° С (ts. R 0)  laskettuna viimeisen kaavan mukaan väliaineen lämpötila.

Suprajohtavuus.  Kuitenkin XIX luvun loppuun saakka. oli mahdotonta tarkistaa kuinka johtimien vastus riippuu lämpötilasta erittäin alhaisten lämpötilojen alueella. Vasta XX vuosisadan alussa. Hollantilainen tiedemies G. Kamerling-Onnes onnistui muuttamaan nestetilaan vaikeimmin kondensoituneen kaasun - heliumin. Nestemäisen heliumin kiehumispiste on 4,2 K. Tämän avulla oli mahdollista mitata joidenkin puhtaiden metallien vastus, kun ne jäähdytetään erittäin matalaan lämpötilaan.

Vuonna 1911 Camerling-Onnesin työ päättyi suurimpaan löytöyn. Tutkiessaan elohopean vastustusta jatkuvan jäähdytyksen aikana, hän havaitsi, että lämpötilassa 4,12 K elohopean vastus hyppäsi nollaan. Myöhemmin hän onnistui havaitsemaan saman ilmiön monissa muissa metalleissa, kun ne jäähdytettiin lämpötilaan, joka oli lähellä absoluuttista nollaa. Ilmiötä, jonka mukaan metallin sähkövastus menettää kokonaan tietyssä lämpötilassa, kutsutaan suprajohtavuudeksi.

Kaikista materiaaleista ei voi tulla suprajohteita, mutta niiden lukumäärä on melko suuri. Monista heistä kuitenkin löydettiin omaisuus, joka haittasi merkittävästi niiden käyttöä. Kävi ilmi, että useimmissa puhtaissa metalleissa suprajohtavuus katoaa, kun ne ovat vahvassa magneettikentässä. Siksi, kun huomattava virta virtaa suprajohtimen läpi, se luo magneettikentän itsensä ympärille ja suprajohtavuus häviää siihen. Siitä huolimatta tämä este osoittautui ylitettäväksi: havaittiin, että joillakin seoksilla, esimerkiksi niobiumilla ja zirkoniumilla, niobiumilla ja titaanilla jne., On ominaisuus säilyttää suprajohtavuutensa suurissa virroissa. Tämä mahdollisti suprajohtavuuden laajemman käytön.

Jokaisella aineella on oma ominaisvastus. Lisäksi vastus riippuu johtimen lämpötilasta. Varmistamme tämän suorittamalla seuraavan kokeen.

Vedä virta teräskierteen läpi. Kierrepiirissä kytkemme sarjaan ampeerimittarin. Se näyttää jonkin verran arvoa. Nyt lämmitämme spiraalia kaasupolttimen liekissä. Nykyinen arvo, jonka ampeerimittari näyttää, pienenee. Toisin sanoen virran lujuus riippuu johtimen lämpötilasta.

Vastuksen muutos lämpötilan funktiona

Oletetaan, että 0 asteen lämpötilassa johtimen resistanssi on R0 ja lämpötilassa t vastus on R, silloin resistanssin suhteellinen muutos on suoraan verrannollinen lämpötilan muutokseen t:

• (R-R0) / R \u003d a * t.

Tässä kaavassa a on suhteellisuuskerroin, jota kutsutaan myös lämpötilakerroimeksi. Se kuvaa aineen kestävyyden riippuvuutta lämpötilasta.

Lämpötilakestävyyskerroin  numeerisesti yhtä suuri kuin johtimen vastuksen suhteellinen muutos, kun sitä kuumennetaan 1 kelvinillä.

Kaikille metalleille lämpötilakerroin enemmän kuin nolla.  Lämpötilan muuttuessa se muuttuu hieman. Siksi, jos lämpötilan muutos on pieni, lämpötilakerrointa voidaan pitää vakiona ja yhtä suuri kuin tämän lämpötila-alueen keskiarvo.

Elektrolyyttiliuokset lämpötilan noustessa, vastus laskee. Eli heille lämpötilakerroin on alle nolla.

Johtimen vastus riippuu johtimen ominaisvastuksesta ja johtimen koosta. Koska johtimen mitat eivät muutu merkittävästi kuumennuksen aikana, johtimen vastuksen muutoksen pääkomponentti on ominaisvastus.

Johtimen resistiivisyyden riippuvuus lämpötilasta

Yritämme löytää johtimen ominaisvastuksen lämpötilariippuvuus.

Korvaamme vastusten arvot R \u003d p * l / S R0 \u003d p0 * l / S yllä saatuun kaavaan.

Saamme seuraavan kaavan:

• p \u003d p0 (1 + a * t).

Tämä riippuvuus esitetään seuraavassa kuvassa.

Yritetään ymmärtää miksi vastus kasvaa

Kun nostamme lämpötilaa, ionin värähtelyjen amplitudi kidehilan solmuissa kasvaa. Tämän seurauksena vapaat elektronit törmäävät todennäköisemmin niihin. Törmäyksessä he menettävät liikesuuntansa. Tämän seurauksena virran voimakkuus vähenee.