Závislosť odporu od teploty. Ako závisí odpor vodiča od teploty? Ako závisí odpor vodiča od jeho teploty? V akých jednotkách sa meria teplotný koeficient odporu?

Závislosť odporu od teploty

Materiál z Wikipédie – voľnej encyklopédie

Prejsť na: navigácia, vyhľadávanie

Odpor R homogénneho vodiča konštantného prierezu závisí od vlastností látky vodiča, jeho dĺžky a prierezu nasledujúcim spôsobom:

Kde ρ je odpor látky vodiča, L je dĺžka vodiča a S je plocha prierezu. Prevrátená hodnota odporu sa nazýva vodivosť. Toto množstvo súvisí s teplotou podľa Nernst-Einsteinovho vzorca:

T - teplota vodiča;

D je difúzny koeficient nosičov náboja;

Z je počet elektrických nábojov nosiča;

e - elementárny elektrický náboj;

C - Koncentrácia nosiča náboja;

Boltzmannova konštanta.

Preto odpor vodiča súvisí s teplotou takto:

Odpor môže závisieť aj od parametrov S a I, pretože prierez a dĺžka vodiča závisí aj od teploty.

2) Ideálny plyn - matematický model plynu, v ktorom sa predpokladá, že: 1) potenciálnu energiu interakcie molekúl možno zanedbať v porovnaní s ich kinetickou energiou; 2) celkový objem molekúl plynu je zanedbateľný; 3) medzi molekulami nie sú žiadne sily príťažlivosti alebo odpudzovania, zrážky častíc medzi sebou a so stenami nádoby sú absolútne elastické; 4) čas interakcie medzi molekulami je zanedbateľný v porovnaní s priemerným časom medzi zrážkami. V rozšírenom modeli ideálneho plynu sú častice, z ktorých pozostáva, vo forme elastických guľôčok alebo elipsoidov, čo umožňuje zohľadniť energiu nielen translačného, ​​ale aj rotačno-oscilačného pohybu, ako aj nielen centrálne, ale aj necentrálne zrážky častíc.

Tlak plynu:

Plyn vždy vyplní priestor ohraničený stenami, ktoré sú preň nepriechodné. Napríklad, plynová fľaša alebo je duša automobilovej pneumatiky takmer rovnomerne naplnená plynom.

Pri pokuse o expanziu plyn vyvíja tlak na steny valca, duše pneumatiky alebo akékoľvek iné teleso, pevné alebo kvapalné, s ktorým prichádza do kontaktu. Ak neberieme do úvahy pôsobenie gravitačného poľa Zeme, ktoré pri bežných veľkostiach nádob mení tlak len nepodstatne, tak keď je tlak plynu v nádobe v rovnováhe, zdá sa nám byť úplne rovnomerný. Táto poznámka platí pre makrokozmos. Ak si predstavíme, čo sa deje v mikrokozme molekúl, ktoré tvoria plyn v nádobe, tak o nejakom rovnomernom rozložení tlaku nemôže byť ani reči. Na niektorých miestach povrchu steny narážajú molekuly plynu na steny, inde nie sú žiadne nárazy. Tento obraz sa neustále mení chaotickým spôsobom. Molekuly plynu narážajú na steny nádob a potom odletia rýchlosťou takmer rovnakú rýchlosť molekuly pred dopadom.

Ideálny plyn. Na vysvetlenie vlastností hmoty v plynnom stave sa používa model ideálneho plynu. Model ideálneho plynu predpokladá nasledovné: molekuly majú zanedbateľne malý objem v porovnaní s objemom nádoby, medzi molekulami nepôsobia príťažlivé sily a pri zrážke molekúl medzi sebou a so stenami nádoby pôsobia odpudivé sily.

Problém pre lístok č. 16

1) Práca sa rovná výkonu * čas = (napätie na druhú) / odpor * čas

Odpor = 220 voltov * 220 voltov * 600 sekúnd / 66 000 joulov = 440 ohmov

1. Striedavý prúd. Efektívna hodnota prúdu a napätia.

2. Fotoelektrický jav. Zákony fotoelektrického javu. Einsteinova rovnica.

3. Určte rýchlosť červeného svetla = 671 nm v skle s indexom lomu 1,64.

Odpovede na lístok č.17

Striedavý prúd je elektrický prúd, ktorý v čase mení svoju veľkosť a smer alebo v konkrétnom prípade mení svoju veľkosť, pričom jeho smer v elektrickom obvode zostáva nezmenený.

Efektívna (efektívna) hodnota striedavého prúdu je veľkosť jednosmerného prúdu, ktorého pôsobením sa počas jednej periódy vyvolá rovnaká práca (tepelný alebo elektrodynamický efekt) ako u predmetného striedavého prúdu. V modernej literatúre sa častejšie používa matematická definícia tejto veličiny - odmocnina zo strednej kvadratickej hodnoty striedavého prúdu.

Inými slovami, efektívnu hodnotu prúdu možno určiť podľa vzorca:

Pre oscilácie harmonického prúdu sa efektívne hodnoty EMF a napätia určujú podobným spôsobom.

Fotoelektrický efekt, Fotoelektrický efekt - emisia elektrónov látkou pod vplyvom svetla (alebo akéhokoľvek iného elektromagnetického žiarenia). V kondenzovaných (tuhých a kvapalných) látkach dochádza k vonkajšiemu a vnútornému fotoelektrickému javu.

Stoletovove zákony pre fotoelektrický jav:

Formulácia 1. zákona fotoelektrického javu: Sila fotoprúdu je priamo úmerná hustote svetelného toku.

Podľa 2. zákona fotoelektrického javu maximálna kinetická energia elektrónov vyvrhnutých svetlom rastie lineárne s frekvenciou svetla a nezávisí od jeho intenzity.

3. zákon fotoelektrického javu: pre každú látku existuje červená hranica fotoelektrického javu, teda minimálna frekvencia svetla (alebo maximálna vlnová dĺžka λ0), pri ktorej je fotoelektrický jav ešte možný, a ak už fotoelektrický jav nie je vyskytuje. Teoretické vysvetlenie týchto zákonov podal v roku 1905 Einstein. Elektromagnetické žiarenie je podľa nej prúd jednotlivých kvánt (fotónov) s energiou každého hν, kde h je Planckova konštanta. Pri fotoelektrickom jave sa časť dopadajúceho elektromagnetického žiarenia odráža od povrchu kovu a časť preniká do povrchovej vrstvy kovu a tam sa absorbuje. Po absorpcii fotónu z neho elektrón prijíma energiu a pri vykonávaní pracovnej funkcie φ opúšťa kov: maximálna kinetická energia, ktorú má elektrón pri opustení kovu.

Zákony vonkajšieho fotoelektrického javu

Stoletovov zákon: pri konštantnom spektrálnom zložení elektromagnetického žiarenia dopadajúceho na fotokatódu je saturačný fotoprúd úmerný energetickému osvetleniu katódy (inými slovami: počet fotoelektrónov vyrazených z katódy za 1 s je priamo úmerný intenzita žiarenia):

A maximálna počiatočná rýchlosť fotoelektrónov nezávisí od intenzity dopadajúceho svetla, ale je určená len jeho frekvenciou.

Pre každú látku existuje červený limit fotoelektrického javu, to znamená minimálna frekvencia svetla (v závislosti od chemickej povahy látky a stavu povrchu), pod ktorou je fotoelektrický efekt nemožný.

Einsteinove rovnice (niekedy nazývané „Einstein-Hilbertove rovnice“) sú rovnice gravitačného poľa vo všeobecnej teórii relativity, spájajúce metriku zakriveného časopriestoru s vlastnosťami hmoty, ktorá ho vypĺňa. Termín sa používa aj v jednotnom čísle: „Einsteinova rovnica“, keďže v tensorovej notácii ide o jednu rovnicu, hoci vo svojich zložkách ide o systém parciálnych diferenciálnych rovníc.

Rovnice vyzerajú takto:

Kde je Ricciho tenzor, získaný z časopriestorového tenzora zakrivenia jeho konvolúciou cez pár indexov, R je skalárne zakrivenie, teda stočený Ricciho tenzor, metrický tenzor, o

kozmologická konštanta a predstavuje tenzor hybnosti energie hmoty (π je číslo pi, c je rýchlosť svetla vo vákuu, G je Newtonova gravitačná konštanta).

Problém pre lístok č. 17

k = 10 * 10 v 4 = 10 v 5 n/m = 100 000 n/m

F=k*delta L

delta L = mg/k

odpoveď 2 cm

1. Mendelejevova-Clapeyronova rovnica. Termodynamická teplotná stupnica. Absolútna nula.

2. Elektrický prúd v kovoch. Základné princípy elektrónovej teórie kovov.

3. Akú rýchlosť dosiahne raketa za 1 minútu, keď sa pohybuje z pokoja so zrýchlením 60 m/s2?

Odpovede na lístok č.18

1) Stavová rovnica ideálneho plynu (niekedy Clapeyronova rovnica alebo Mendelejevova-Clapeyronova rovnica) je vzorec, ktorý stanovuje vzťah medzi tlakom, molárnym objemom a absolútnou teplotou ideálneho plynu. Rovnica vyzerá takto:

P-tlak

Vm- molárny objem

R - univerzálna plynová konštanta

T - absolútna teplota, K.

Táto forma záznamu sa nazýva Mendelejevova-Clapeyronova rovnica (zákon).

Clapeyronova rovnica obsahovala určitú neuniverzálnu plynovú konštantu r, ktorej hodnotu bolo potrebné merať pre každý plyn:

Mendelejev zistil, že r je priamo úmerné u, nazval koeficient úmernosti R univerzálnou plynovou konštantou.

TERMODYNAMICKÁ TEPLOTA stupnica (Kelvinova stupnica) je absolútna teplotná stupnica, ktorá nezávisí od vlastností termometrickej látky (referenčným bodom je teplota absolútnej nuly). Konštrukcia termodynamickej teplotnej stupnice je založená na druhom termodynamickom zákone a najmä na nezávislosti účinnosti Carnotovho cyklu od charakteru pracovnej tekutiny. Jednotka termodynamickej teploty, kelvin (K), je definovaná ako 1/273,16 termodynamickej teploty trojného bodu vody.

Teplota absolútnej nuly (menej často - teplota absolútnej nuly) - minimálna hranica teploty, ktorá môže byť fyzické telo vo Vesmíre. Absolútna nula slúži ako počiatok absolútnej teplotnej stupnice, ako je Kelvinova stupnica. V roku 1954 X. generálna konferencia pre váhy a miery stanovila termodynamickú teplotnú stupnicu s jedným referenčným bodom - trojitým bodom vody, ktorej teplota bola stanovená na 273,16 K (presne), čo zodpovedá 0,01 °C, takže na Celziovej stupnici teplota zodpovedá absolútnej nule −273,15 °C.

Elektrický prúd je usmernený (usporiadaný) pohyb nabitých častíc. Takéto častice môžu byť: v kovoch - elektróny, v elektrolytoch - ióny (katióny a anióny), v plynoch - ióny a elektróny, vo vákuu za určitých podmienok - elektróny, v polovodičoch - elektróny a diery (vodivosť elektrón-diera). Niekedy sa elektrický prúd nazýva aj posuvný prúd, ktorý vzniká v dôsledku zmeny elektrického poľa v čase.

Elektrický prúd má tieto prejavy:

zahrievanie vodičov (v supravodičoch sa neuvoľňuje teplo);

zmena chemického zloženia vodičov (pozorovaná hlavne v elektrolytoch);

vytvorenie magnetického poľa (prejavuje sa vo všetkých vodičoch bez výnimky)

Teórie kyselín a zásad sú súborom základných fyzikálnych a chemických pojmov, ktoré opisujú povahu a vlastnosti kyselín a zásad. Všetky zavádzajú definície kyselín a zásad – dvoch tried látok, ktoré spolu reagujú. Úlohou teórie je predpovedať produkty reakcie medzi kyselinou a zásadou a možnosť jej výskytu, na čo sa využívajú kvantitatívne charakteristiky sily kyseliny a zásady. Rozdiely medzi teóriami spočívajú v definíciách kyselín a zásad, charakteristikách ich sily a v dôsledku toho v pravidlách predpovedania reakčných produktov medzi nimi. Všetky majú svoju vlastnú oblasť pôsobnosti, ktorá sa čiastočne prekrýva.

Základné princípy elektronickej teórie kovových interakcií sú v prírode mimoriadne bežné a sú široko používané vo vedeckej a priemyselnej praxi. Teoretické predstavy o kyselinách a zásadách sú dôležité pri formovaní všetkých pojmových systémov chémie a majú rôznorodý vplyv na vývoj mnohých teoretických koncepcií vo všetkých hlavných chemických disciplínach. Na základe moderná teória kyseliny a zásady, boli vyvinuté také odvetvia chemických vied ako chémia vodných a nevodných roztokov elektrolytov, pH-metria v nevodnom prostredí, homo- a heterogénna acidobázická katalýza, teória kyslých funkcií a mnohé iné. .

Problém pre lístok č. 18

v=at=60m/s2*60s=3600m/s

Odpoveď: 3600 m/s

1. Prúd vo vákuu. Katódová trubica.

2. Planckova kvantová hypotéza. Kvantová povaha svetla.

3. Tuhosť oceľového drôtu je 10000 N/m. O koľko sa kábel predĺži, ak sa na ňom zavesí bremeno s hmotnosťou 20 kg?

Odpovede na lístok č.19

1) Na získanie elektrického prúdu vo vákuu je potrebná prítomnosť voľných nosičov. Možno ich získať prostredníctvom emisie elektrónov kovmi – emisia elektrónov (z latinského emissio – uvoľnenie).

Ako je známe, pri bežných teplotách sa elektróny zadržiavajú vo vnútri kovu, napriek tomu, že fungujú tepelný pohyb. V dôsledku toho v blízkosti povrchu pôsobia sily na elektróny smerujúce do kovu. Sú to sily vyplývajúce z príťažlivosti medzi elektrónmi a kladnými iónmi kryštálová mriežka. V dôsledku toho sa v povrchovej vrstve kovov objaví elektrické pole a potenciál pri prechode z vonkajšieho priestoru do kovu sa zvýši o určitú hodnotu Dj. V súlade s tým potenciálna energia elektrónu klesá o eDj.

Kineskop je katódové zariadenie, ktoré premieňa elektrické signály na svetlo. Široko používané v televízoroch až do 90. rokov 20. storočia sa používali televízory založené výlučne na kineskopoch. Názov zariadenia odráža slovo „kinetika“, ktoré sa spája s pohyblivými postavami na obrazovke.

Hlavné časti:

elektrónové delo určené na vytváranie elektrónového lúča, vo farebných obrazovkách a viaclúčových oscilografických trubiciach sú spojené do elektrónovo-optického reflektora;

obrazovka pokrytá fosforom - látka, ktorá svieti, keď na ňu dopadá lúč elektrónov;

vychyľovací systém riadi lúč tak, aby vytváral požadovaný obraz.

2) Planckova hypotéza – hypotéza, ktorú predložil 14. decembra 1900 Max Planck a ktorá hovorí, že počas tepelného žiarenia sa energia vyžaruje a absorbuje nie nepretržite, ale v samostatných kvantách (časoch). Každá takáto kvantová časť má energiu E, úmernú frekvencii ν žiarenia:

kde h alebo koeficient proporcionality, neskôr nazývaný Planckova konštanta. Na základe tejto hypotézy navrhol teoretické odvodenie vzťahu medzi teplotou telesa a žiarením, ktoré toto teleso vyžaruje – Planckov vzorec.

Planckova hypotéza bola neskôr experimentálne potvrdená.

Formulácia tejto hypotézy sa považuje za moment zrodu kvantovej mechaniky.

Kvantová povaha svetla je elementárna častica, kvantum elektromagnetického žiarenia (v užšom zmysle - svetlo). Je to bezhmotná častica, ktorá je schopná existovať vo vákuu len pohybom rýchlosťou svetla. Elektrický náboj fotónu je tiež nulový. Fotón môže byť iba v dvoch spinových stavoch s projekciou spinu do smeru pohybu (helicita) ±1. Vo fyzike sú fotóny symbolizované písmenom γ.

Klasická elektrodynamika popisuje fotón ako elektromagnetickú vlnu s kruhovou pravostrannou alebo ľavostrannou polarizáciou. Z pohľadu klasickej kvantovej mechaniky sa fotón ako kvantová častica vyznačuje vlnovo-časticovou dualitou, súčasne vykazuje vlastnosti častice a vlny.

Problém pre lístok č. 19

F=k*delta L

delta L = mg/k

delta L = 20 kg*10 000 n/kg / 100 000 n/m = 2 cm

odpoveď 2 cm

1. Elektrický prúd v polovodičoch. Vlastná vodivosť polovodičov na príklade kremíka.

2. Zákony odrazu a lomu svetla.

3. Akú prácu vykoná elektrické pole, aby premiestnilo 5x10 18 elektrónov v úseku obvodu s rozdielom potenciálov 20 V.

Odpovede na lístok č.20

Elektrický prúd v polovodičoch je materiál, ktorý svojou mernou vodivosťou zaujíma medzipolohu medzi vodičmi a dielektrikom a od vodičov sa líši silnou závislosťou mernej vodivosti od koncentrácie nečistôt, teploty a vystavenia rôznym druhom žiarenia. Hlavnou vlastnosťou polovodiča je zvýšenie elektrickej vodivosti so zvyšujúcou sa teplotou.

Polovodiče sú látky, ktorých zakázané pásmo je rádovo niekoľko elektrónvoltov (eV). Napríklad diamant možno klasifikovať ako polovodič so širokou medzerou a arzenid india možno klasifikovať ako polovodič s úzkou medzerou. Polovodiče zahŕňajú veľa chemické prvky(germánium, kremík, selén, telúr, arzén a iné), obrovské množstvo zliatin a chemických zlúčenín (arzenid gália atď.). Takmer všetky anorganické látky vo svete okolo nás sú polovodiče. Najbežnejším polovodičom v prírode je kremík, ktorý tvorí takmer 30 % zemskej kôry.

Každá látka má svoj vlastný odpor. Okrem toho bude odpor závisieť od teploty vodiča. Overme si to vykonaním nasledujúceho experimentu.

Prejdeme prúd cez oceľovú špirálu. V obvode so špirálou zapájame ampérmeter do série. Ukáže nejakú hodnotu. Teraz budeme špirálu zahrievať v plameni plynového horáka. Aktuálna hodnota zobrazená ampérmetrom sa zníži. To znamená, že sila prúdu bude závisieť od teploty vodiča.

Zmena odporu v závislosti od teploty

Nech sa pri teplote 0 stupňov odpor vodiča rovná R0 a pri teplote t sa odpor rovná R, potom bude relatívna zmena odporu priamo úmerná zmene teploty t:

• (R-RO)/R=a*t.

V tomto vzorci je a koeficient proporcionality, ktorý sa tiež nazýva teplotný koeficient. Charakterizuje závislosť odporu látky od teploty.

Teplotný koeficient odporučíselne sa rovná relatívnej zmene odporu vodiča pri jeho zahriatí o 1 Kelvin.

Pre všetky kovy teplotný koeficient Nad nulou. Pri zmenách teploty sa mierne zmení. Preto, ak je zmena teploty malá, potom teplotný koeficient možno považovať za konštantný a rovný priemernej hodnote z tohto teplotného rozsahu.

Odpor roztokov elektrolytov klesá so zvyšujúcou sa teplotou. To znamená, že pre nich bude teplotný koeficient menej ako nula.

Odpor vodiča závisí od rezistivity vodiča a veľkosti vodiča. Keďže sa rozmery vodiča pri zahrievaní mierne menia, hlavnou zložkou zmeny odporu vodiča je rezistivita.

Závislosť odporu vodiča od teploty

Skúsme nájsť závislosť merného odporu vodiča od teploty.

Dosaďte hodnoty odporu R=p*l/S R0=p0*l/S do vzorca získaného vyššie.

Dostaneme nasledujúci vzorec:

• p=p0(1+a*t).

Táto závislosť je znázornená na nasledujúcom obrázku.

Pokúsme sa zistiť, prečo sa odpor zvyšuje

Keď zvýšime teplotu, zväčší sa amplitúda vibrácií iónov v uzloch kryštálovej mriežky. Preto sa s nimi budú častejšie zrážať voľné elektróny. Pri kolízii stratia smer pohybu. V dôsledku toho sa prúd zníži.

Špecifický odpor, a teda aj odpor kovov, závisí od teploty a s teplotou sa zvyšuje. Teplotná závislosť odporu vodiča sa vysvetľuje tým, že

1. intenzita rozptylu (počet zrážok) nosičov náboja sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou;
2. ich koncentrácia sa pri zahrievaní vodiča mení.

Skúsenosti ukazujú, že pri teplotách, ktoré nie sú príliš vysoké a nie príliš nízke, sú závislosti odporu a odporu vodiča od teploty vyjadrené vzorcami:

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

Kde ρ 0 , ρ t - rezistivita vodivej látky pri 0 °C resp t°C; R 0 , R t - odpor vodiča pri 0 °C a t°С, α - teplotný koeficient odporu: meraný v SI v Kelvinoch mínus prvá mocnina (K ​​-1). Pre kovové vodiče sú tieto vzorce použiteľné od teplôt 140 K a vyšších.

Teplotný koeficient Odpor látky charakterizuje závislosť zmeny odporu pri zahrievaní od druhu látky. Číselne sa rovná relatívnej zmene odporu (rezistivity) vodiča pri zahriatí o 1 K.

\(~\mathcal h \alpha \mathcal i = \frac(1 \cdot \Delta \rho)(\rho \Delta T) ,\)

kde \(~\mathcal h \alpha \mathcal i\) je priemerná hodnota teplotného koeficientu odporu v intervale Δ Τ .

Pre všetky kovové vodiče α > 0 a mierne sa mení s teplotou. Pre čisté kovy α = 1/273 K-1. V kovoch je koncentrácia voľných nosičov náboja (elektrónov) n= konštanta a zvýšenie ρ vzniká v dôsledku zvýšenia intenzity rozptylu voľných elektrónov na iónoch kryštálovej mriežky.

Pre roztoky elektrolytov α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α = -0,02 K-1. Odolnosť elektrolytov klesá so zvyšujúcou sa teplotou, pretože nárast počtu voľných iónov v dôsledku disociácie molekúl prevyšuje zvýšenie disperzie iónov pri zrážkach s molekulami rozpúšťadla.

Vzorce závislosti ρ A R o teplote pre elektrolyty sú podobné vyššie uvedeným vzorcom pre kovové vodiče. Treba poznamenať, že toto lineárna závislosť pretrváva len v malom teplotnom rozsahu, v ktorom α = konšt. Pri veľkých teplotných rozsahoch sa závislosť odporu elektrolytu od teploty stáva nelineárnou.

Graficky sú závislosti odporu kovových vodičov a elektrolytov od teploty znázornené na obrázkoch 1, a, b.

Pri veľmi nízkych teplotách, blízkych absolútnej nule (-273 °C), odpor mnohých kovov náhle klesne na nulu. Tento jav sa nazýva supravodivosť. Kov prechádza do supravodivého stavu.

V odporových teplomeroch sa využíva závislosť odporu kovu od teploty. Zvyčajne sa ako teplomerné teleso takéhoto teplomera používa platinový drôt, ktorého závislosť odporu na teplote je dostatočne preštudovaná.

Zmeny teploty sa posudzujú podľa zmien odporu drôtu, ktoré je možné merať. Takéto teplomery vám umožňujú merať veľmi nízke a veľmi vysoké teploty keď bežné kvapalinové teplomery nie sú vhodné.

Literatúra

Aksenovič L. A. Fyzika na strednej škole: teória. Úlohy. Testy: Učebnica. príspevok pre inštitúcie poskytujúce všeobecné vzdelávanie. prostredie, výchova / L. A. Aksenovič, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - S. 256-257.

Špecifický odpor, a teda aj odpor kovov, závisí od teploty a s teplotou sa zvyšuje. Teplotná závislosť odporu vodiča sa vysvetľuje tým, že

1. intenzita rozptylu (počet zrážok) nosičov náboja sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou;
2. ich koncentrácia sa pri zahrievaní vodiča mení.

Skúsenosti ukazujú, že pri teplotách, ktoré nie sú príliš vysoké a nie príliš nízke, sú závislosti odporu a odporu vodiča od teploty vyjadrené vzorcami:

kde sú rezistivity vodivej látky pri 0°C a t°C, v tomto poradí; R 0, R t - odpor vodiča pri 0°C a t°C, - teplotný koeficient odporu: meraný v SI v Kelvinoch mínus prvá mocnina (K ​​-1). Pre kovové vodiče sú tieto vzorce použiteľné od teplôt 140 K a vyšších.

Látky sa vyznačujú závislosťou zmeny odporu pri zahrievaní od druhu látky. Číselne sa rovná relatívnej zmene odporu (rezistivity) vodiča pri zahriatí o 1 K.

kde je priemerná hodnota teplotného koeficientu odporu v intervale.

Pre všetky kovové vodiče > 0 a mierne sa mení s teplotou. Pre čisté kovy = 1/273 K -1. V kovoch je koncentrácia voľných nosičov náboja (elektrónov) n = const a k zvýšeniu dochádza v dôsledku zvýšenia intenzity rozptylu voľných elektrónov na iónoch kryštálovej mriežky.

Pre roztoky elektrolytov 0, napríklad pre 10% roztok kuchynskej soli = -0,02 K -1. Odolnosť elektrolytov klesá so zvyšujúcou sa teplotou, pretože nárast počtu voľných iónov v dôsledku disociácie molekúl prevyšuje zvýšenie disperzie iónov pri zrážkach s molekulami rozpúšťadla.

Vzorce pre závislosť R a R od teploty pre elektrolyty sú podobné vyššie uvedeným vzorcom pre kovové vodiče. Treba si uvedomiť, že táto lineárna závislosť sa zachováva len v malom teplotnom rozsahu, v ktorom = konšt. Pri veľkých teplotných rozsahoch sa závislosť odporu elektrolytu od teploty stáva nelineárnou.

Graficky sú závislosti odporu kovových vodičov a elektrolytov od teploty znázornené na obrázkoch 1, a, b.

Pri veľmi nízkych teplotách, blízkych absolútnej nule (-273 °C), odpor mnohých kovov náhle klesne na nulu. Tento jav sa nazýva supravodivosť. Kov prechádza do supravodivého stavu.

V odporových teplomeroch sa využíva závislosť odporu kovu od teploty. Zvyčajne sa ako teplomerné teleso takéhoto teplomera používa platinový drôt, ktorého závislosť odporu na teplote je dostatočne preštudovaná.

Zmeny teploty sa posudzujú podľa zmien odporu drôtu, ktoré je možné merať. Takéto teplomery umožňujú merať veľmi nízke a veľmi vysoké teploty, keď sú bežné kvapalinové teplomery nevhodné.

Pamätajte, aká fyzikálna veličina sa nazýva odpor.

Od čoho a ako závisí odpor kovového vodiča?

Rôzne látky majú rôzny odpor (pozri § 101). Závisí odpor od stavu vodiča? na jej teplote? Skúsenosti by mali dať odpoveď.

Ak prejdete prúd z batérie cez oceľovú špirálu a potom ju začnete ohrievať v plameni horáka, ampérmeter ukáže pokles sily prúdu. To znamená, že pri zmene teploty sa mení odpor vodiča.

Ak sa pri teplote 0 °C odpor vodiča rovná R 0 a pri teplote t sa rovná R, potom je relatívna zmena odporu, ako ukazuje skúsenosť, priamo úmerná zmene teploty. t:

Koeficient úmernosti α sa nazýva teplotný koeficient odporu.

Charakterizuje závislosť odolnosti látky od teploty.

Pre všetky kovové vodiče koeficient α >

Pri zahrievaní vodiča sa jeho geometrické rozmery mierne menia. Odpor vodiča sa mení hlavne v dôsledku zmeny jeho odporu. Závislosť tohto odporu od teploty zistíte, ak hodnoty dosadíte do vzorca (16.1).

ρ = ρ 0 (1 + αt) alebo ρ = ρ 0 (1 + αΔТ), (16.2)

kde ΔT je zmena absolútnej teploty.

Nárast odporu možno vysvetliť tým, že so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje amplitúda vibrácií iónov v uzloch kryštálovej mriežky, takže sa s nimi častejšie zrážajú voľné elektróny, čím strácajú smer pohybu. Hoci koeficient a je pomerne malý, pri výpočte parametrov vykurovacích zariadení je absolútne nevyhnutné zohľadniť závislosť odporu od teploty. Odpor volfrámového vlákna žiarovky sa teda zvyšuje viac ako 10-krát, keď ním prechádza prúd v dôsledku zahrievania.

Pre niektoré zliatiny, napríklad zliatinu medi a niklu (Konstantin), je teplotný koeficient odporu veľmi malý: α ≈ 10 -5 K -1; Konstantinov odpor je vysoký: ρ ≈ 10 -6 Ohm m Takéto zliatiny sa používajú na výrobu štandardných odporov a prídavných odporov pre meracie prístroje, t.j. v prípadoch, keď sa vyžaduje, aby sa odpor výrazne nemenil s teplotnými výkyvmi.

Existujú aj kovy, napríklad nikel, cín, platina atď., ktorých teplotný koeficient je výrazne vyšší: α ≈ 10 -3 K -1. Závislosť ich odporu od teploty sa dá využiť na meranie samotnej teploty, čo sa robí v odporové teplomery.

Zariadenia vyrobené z polovodičových materiálov sú tiež založené na závislosti odporu od teploty - termistory. Vyznačujú sa veľkým teplotným koeficientom odporu (desaťkrát vyšším ako u kovov) a stálosťou charakteristík v čase. Hodnoty termistorov sú výrazne vyššie ako u kovových odporových teplomerov, zvyčajne 1, 2, 5, 10, 15 a 30 kΩ.

>>Fyzika: Závislosť odporu vodiča od teploty

Rôzne látky majú rôzny odpor (pozri § 104). Závisí odpor od stavu vodiča? na jej teplote? Skúsenosti by mali dať odpoveď.
Ak prejdete prúd z batérie cez oceľovú cievku a potom ju začnete ohrievať v plameni horáka, ampérmeter ukáže pokles sily prúdu. To znamená, že pri zmene teploty sa mení odpor vodiča.
Ak je pri teplote 0°C, odpor vodiča sa rovná R0 a pri teplote t je to rovné R, potom je relatívna zmena odporu, ako ukazuje skúsenosť, priamo úmerná zmene teploty t:

Faktor proporcionality α volal teplotný koeficient odporu. Charakterizuje závislosť odolnosti látky od teploty. Teplotný koeficient odporu sa číselne rovná relatívnej zmene odporu vodiča pri zahriatí o 1 K. Pre všetky kovové vodiče platí koeficient α > 0 a mierne sa mení s teplotou. Ak je rozsah teplotných zmien malý, potom teplotný koeficient možno považovať za konštantný a rovný jeho priemernej hodnote v tomto teplotnom rozsahu. Pre čisté kovy α ≈ 1/273 K-1. U roztokov elektrolytov, odpor so stúpajúcou teplotou nerastie, ale klesá. Pre nich α a ≈ -0,02 K-1.
Pri zahrievaní vodiča sa jeho geometrické rozmery mierne menia. Odpor vodiča sa mení hlavne v dôsledku zmien jeho rezistivity. Závislosť tohto odporu od teploty nájdete, ak dosadíte hodnoty vo vzorci (16.1)

. Výpočty vedú k tomuto výsledku:

Pretože α sa mení málo, keď sa mení teplota vodiča, potom môžeme predpokladať, že odpor vodiča závisí lineárne od teploty ( Obr.16.2).

Nárast odporu možno vysvetliť tým, že so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje amplitúda vibrácií iónov v uzloch kryštálovej mriežky, takže sa s nimi častejšie zrážajú voľné elektróny, čím strácajú smer pohybu. Hoci koeficient α je pomerne malý, berúc do úvahy závislosť odporu od teploty pri výpočte vykurovacích zariadení je absolútne nevyhnutné. Odpor volfrámového vlákna žiarovky sa teda zvyšuje viac ako 10-krát, keď ním prechádza prúd.
Niektoré zliatiny, ako napríklad zliatina medi a niklu (konštantná), majú veľmi malý teplotný koeficient odporu: α ≈ 10-5 K-1; Odpor konštantánu je vysoký: ρ ≈ 10 -6 Ohm m Takéto zliatiny sa používajú na výrobu štandardných odporov a prídavných odporov meracích prístrojov, t.j. v prípadoch, keď sa vyžaduje, aby sa odpor výrazne nemenil s teplotnými výkyvmi.
Využíva sa závislosť odporu kovu od teploty odporové teplomery. Hlavným pracovným prvkom takéhoto teplomera je zvyčajne platinový drôt, ktorého závislosť od teploty je dobre známa. Zmeny teploty sa posudzujú podľa zmien odporu drôtu, ktoré je možné merať.
Takéto teplomery umožňujú merať veľmi nízke a veľmi vysoké teploty, keď sú bežné kvapalinové teplomery nevhodné.
Odpor kovov sa zvyšuje lineárne so zvyšujúcou sa teplotou. Pre roztoky elektrolytov klesá so zvyšujúcou sa teplotou.

???
1. Kedy žiarovka spotrebuje viac energie: ihneď po zapnutí alebo po niekoľkých minútach?
2. Ak sa odpor špirály elektrického sporáka nemenil s teplotou, mala by byť jej dĺžka pri menovitom výkone väčšia alebo menšia?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, fyzika 10. ročník

Obsah lekcie poznámky k lekcii podporná rámcová lekcia prezentácia akceleračné metódy interaktívne technológie Prax úlohy a cvičenia autotest workshopy, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusia otázky rečnícke otázky študentov Ilustrácie audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafika, tabuľky, diagramy, humor, anekdoty, vtipy, komiksy, podobenstvá, výroky, krížovky, citáty Doplnky abstraktyčlánky triky pre zvedavcov jasličky učebnice základný a doplnkový slovník pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a vyučovacích hodínoprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu v učebnici, prvky inovácie v lekcii, nahradenie zastaraných vedomostí novými Len pre učiteľov perfektné lekcie kalendárny plán na rok metodické odporúčania diskusného programu Integrované lekcie

Ak máte opravy alebo návrhy k tejto lekcii,

Každý elektrotechnik sa pri svojej praktickej činnosti stretáva s rôznymi podmienkami prechodu nosičov náboja v kovoch, polovodičoch, plynoch a kvapalinách. Veľkosť prúdu je ovplyvnená elektrickým odporom, ktorý sa vplyvom prostredia rôznymi spôsobmi mení.

Jedným z týchto faktorov je vystavenie teplotám. Keďže výrazne mení podmienky pre tok prúdu, berú ho do úvahy konštruktéri pri výrobe elektrických zariadení. Od elektrotechnického personálu, ktorý sa podieľa na údržbe a prevádzke elektrických inštalácií, sa vyžaduje, aby tieto funkcie kompetentne využíval pri praktickej práci.

Vplyv teploty na elektrický odpor kovov

V školskom kurze fyziky sa navrhuje vykonať nasledujúci experiment: vezmite ampérmeter, batériu, kúsok drôtu, spojovacie drôty a horák. Namiesto ampérmetra s batériou môžete pripojiť ohmmeter alebo použiť jeho režim v multimetri.

Teraz privedieme plameň horáka k drôtu a začneme ho ohrievať. Ak sa pozriete na ampérmeter, uvidíte, že šípka sa posunie doľava a dosiahne pozíciu označenú červenou farbou.

Výsledok experimentu demonštruje, že pri zahrievaní kovov sa ich vodivosť znižuje a zvyšuje sa ich odpor.

Matematické opodstatnenie tohto javu dávajú vzorce priamo na obrázku. V dolnom vyjadrení je jasne vidieť, že elektrický odpor „R“ kovového vodiča je priamo úmerný jeho teplote „T“ a závisí od niekoľkých ďalších parametrov.

Ako ohrievanie kovov obmedzuje elektrický prúd v praxi

Žiarovky

Každý deň, keď zapneme osvetlenie, sa stretávame s prejavom tejto vlastnosti v žiarovkách. Vykonajte jednoduché merania na žiarovke s výkonom 60 wattov.

Pomocou najjednoduchšieho ohmmetra, napájaného nízkonapäťovou 4,5 V batériou, zmeriame odpor medzi kontaktmi základne a vidíme hodnotu 59 Ohmov. Vlákno má túto hodnotu, keď je studené.

Zaskrutkujte žiarovku do objímky a pripojte k nej 220 voltové napätie domácej siete cez ampérmeter. Ručička ampérmetra bude ukazovať 0,273 ampéra. Stanovme odpor závitu v zahriatom stave. Bude to 896 Ohmov a prekročí predchádzajúci údaj ohmmetra 15,2-krát.

Tento prebytok chráni kov vláknitého telesa pred vyhorením a zničením, čím zabezpečuje jeho dlhodobý výkon pod napätím.

Prechodové javy pri zapnutí

Pri činnosti vlákna sa vytvára tepelná rovnováha medzi ohrevom prechádzajúcim elektrickým prúdom a odvodom časti tepla do okolia. Ale v počiatočnom štádiu zapnutia, keď je aplikované napätie, dochádza k prechodným procesom, ktoré vytvárajú nábehový prúd, čo môže viesť k vyhoreniu vlákna.

Prechodné procesy sa vyskytujú v krátkom čase a sú spôsobené skutočnosťou, že rýchlosť nárastu elektrického odporu pri zahrievaní kovu nedrží krok so zvýšením prúdu. Po ich dokončení sa nastaví prevádzkový režim.

Počas dlhšej luminiscencie žiarovky hrúbka jej vlákna postupne dosiahne kritický stav, čo vedie k vyhoreniu. Najčastejšie tento moment nastáva pri ďalšom novom zapnutí.

Na predĺženie životnosti lampy rôzne cesty znížte tento nábehový prúd pomocou:

1. zariadenia, ktoré zabezpečujú plynulý prísun a uvoľnenie napätia;

2. obvody na zapojenie rezistorov, polovodičov alebo termistorov (termistorov) do série s vláknom.

Príklad jedného spôsobu obmedzenia zapínacieho prúdu pre automobilové žiarovky je znázornený na obrázku nižšie.

Tu je prúd privádzaný do žiarovky po zapnutí prepínača SA cez poistku FU a je obmedzený odporom R, ktorého hodnota je zvolená tak, aby prúdový ráz pri prechodových procesoch neprekročil menovitú hodnotu.

Keď sa vlákno zahreje, jeho odpor sa zvýši, čo vedie k zvýšeniu rozdielu potenciálov medzi jeho kontaktmi a paralelne zapojeným vinutím relé KL1. Keď napätie dosiahne hodnotu nastavenia relé, je to normálne otvorený kontakt KL1 sa zatvorí a premostí rezistor. Cez žiarovku začne pretekať prevádzkový prúd už zavedeného režimu.

Vplyv teploty kovu na jeho elektrický odpor sa využíva pri prevádzke meracích prístrojov. Nazývajú sa.

Ich citlivý prvok je vyrobený z tenkého kovového drôtu, ktorého odpor sa pri určitých teplotách starostlivo meria. Tento závit je namontovaný v puzdre so stabilnými tepelnými vlastnosťami a pokrytý ochranným krytom. Vytvorená konštrukcia je umiestnená v prostredí, ktorého teplotu je potrebné neustále sledovať.

Vodiče elektrického obvodu sú namontované na svorkách citlivého prvku, ktorý spája obvod merania odporu. Jeho hodnota sa prevedie na hodnoty teploty na základe predtým vykonanej kalibrácie zariadenia.

Baretter - stabilizátor prúdu

Toto je názov zariadenia pozostávajúceho z uzavretého skleneného valca s plynným vodíkom a špirály z kovového drôtu vyrobenej zo železa, volfrámu alebo platiny. Tento dizajn vzhľadom pripomína žiarovku, ale má špecifickú nelineárnu charakteristiku prúdového napätia.

Na charakteristike prúdového napätia sa v určitom rozsahu vytvorí pracovná zóna, ktorá nezávisí od kolísania napätia aplikovaného na telo. V tejto časti výmenný obchod dobre kompenzuje zvlnenie energie a funguje ako stabilizátor prúdu na záťaži, ktorá je k nemu zapojená do série.

Činnosť barteru je založená na vlastnosti tepelnej zotrvačnosti vláknitého telesa, ktorá je zabezpečená malým prierezom vlákna a vysokou tepelnou vodivosťou vodíka, ktorý ho obklopuje. Vďaka tomu, keď napätie na zariadení klesá, zrýchľuje sa odvod tepla z jeho vlákna.

Toto je hlavný rozdiel medzi barterovými a klasickými žiarovkami, v ktorých sa na udržanie jasu žiary snažia znížiť konvekčné tepelné straty z vlákna.

Supravodivosť

Za normálnych podmienok prostredia, keď sa kovový vodič ochladí, jeho elektrický odpor klesá.

Keď sa dosiahne kritická teplota, blízka nule stupňov podľa Kelvinovho systému merania, dôjde k prudkému poklesu odporu na nulu. Pravý obrázok ukazuje takýto vzťah pre ortuť.

Tento jav, nazývaný supravodivosť, sa považuje za sľubnú oblasť pre výskum s cieľom vytvoriť materiály, ktoré dokážu výrazne znížiť straty elektrickej energie pri jej prenose na veľké vzdialenosti.

Prebiehajúce štúdie supravodivosti však odhalili množstvo vzorov, keď je elektrický odpor kovu umiestneného v oblasti kritickej teploty ovplyvnený inými faktormi. Najmä pri prechode striedavého prúdu so zvýšením frekvencie jeho kmitov vzniká odpor, ktorého hodnota dosahuje rozsah obvyklých hodnôt pre harmonické s periódou svetelných vĺn.

Vplyv teploty na elektrický odpor/vodivosť plynov

Plyny a obyčajný vzduch sú dielektriká a nevedú elektrický prúd. Na jeho vznik sú potrebné nosiče náboja, ktorými sú ióny vznikajúce v dôsledku pôsobenia vonkajších faktorov.

Zahrievanie môže spôsobiť ionizáciu a pohyb iónov z jedného pólu média na druhý. Môžete si to overiť pomocou jednoduchého experimentu. Zoberme si rovnaké zariadenie, aké sme použili na určenie vplyvu zahrievania na odpor kovového vodiča, ale namiesto drôtu k drôtom pripojíme dve kovové dosky oddelené vzduchovým priestorom.

Ampérmeter pripojený k obvodu bude indikovať absenciu prúdu. Ak je plameň horáka umiestnený medzi platňami, ručička zariadenia sa odchýli od nulovej hodnoty a ukáže veľkosť prúdu prechádzajúceho plynným médiom.

Zistilo sa teda, že v plynoch pri zahrievaní dochádza k ionizácii, čo vedie k pohybu elektricky nabitých častíc a zníženiu odporu média.

Hodnota prúdu je ovplyvnená výkonom externého zdroja napätia a potenciálnym rozdielom medzi jeho kontaktmi. Je schopný preraziť izolačnú vrstvu plynov pri vysokých hodnotách. Typickým prejavom takéhoto prípadu v prírode je prirodzený výboj blesku počas búrky.

Približný pohľad na prúdovo-napäťovú charakteristiku toku prúdu v plynoch je znázornený v grafe.

V počiatočnom štádiu sa pod vplyvom teplotného a potenciálneho rozdielu pozoruje zvýšenie ionizácie a prechod prúdu približne podľa lineárneho zákona. Potom sa krivka stane horizontálnou, keď zvýšenie napätia nespôsobí zvýšenie prúdu.

Tretia etapa rozpadu nastáva, keď vysoká energia aplikovaného poľa zrýchli ióny natoľko, že sa začnú zrážať s neutrálnymi molekulami, pričom z nich masívne vznikajú nové nosiče náboja. V dôsledku toho sa prúd prudko zvyšuje, čím sa vytvára rozpad dielektrickej vrstvy.

Praktické využitie vodivosti plynu

Fenomén prúdu pretekajúceho plynmi sa využíva v elektrónkových trubiciach a žiarivkách.

Za týmto účelom sú dve elektródy umiestnené vo vnútri uzavretého skleneného valca s inertným plynom:

2. katóda.

V žiarivke sú vyrobené vo forme vlákien, ktoré sa po zapnutí zahrievajú a vytvárajú termionickú emisiu. Vnútorný povrch Banka je pokrytá vrstvou fosforu. Vyžaruje viditeľné spektrum svetla produkovaného infračerveným žiarením vychádzajúcim z pár ortuti bombardovaných prúdom elektrónov.

Výbojový prúd plynu nastáva, keď sa medzi elektródy umiestnené na rôznych koncoch banky aplikuje napätie určitej veľkosti.

Keď jedno z vlákien vyhorí, emisia elektrónov na tejto elektróde sa preruší a lampa sa nerozsvieti. Ak však zväčšíte potenciálny rozdiel medzi katódou a anódou, vo vnútri banky opäť dôjde k výboju plynu a obnoví sa žiara fosforu.

To vám umožní používať LED žiarovky s poškodenými vláknami a predĺžiť ich životnosť. Len majte na pamäti, že v tomto prípade sa musí napätie na ňom niekoľkokrát zvýšiť, čo výrazne zvyšuje spotrebu energie a riziká bezpečného používania.

Vplyv teploty na elektrický odpor kvapalín

Prechod prúdu v kvapalinách vzniká najmä v dôsledku pohybu katiónov a aniónov pod vplyvom externe aplikovaného elektrického poľa. Len malú časť vodivosti zabezpečujú elektróny.

Vplyv teploty na elektrický odpor kvapalného elektrolytu je opísaný vzorcom znázorneným na obrázku. Keďže v ňom je hodnota teplotného koeficientu α vždy záporná, potom so zvyšujúcim sa zahrievaním sa zvyšuje vodivosť a odpor klesá, ako je znázornené na grafe.

Tento jav je potrebné vziať do úvahy pri nabíjaní tekutých automobilových (a iných) batérií.

Vplyv teploty na elektrický odpor polovodičov

Zmeny vlastností polovodičových materiálov pod vplyvom teploty umožnili ich použitie ako:

tepelné odpory;

termoprvky;

chladničky;

ohrievače.

Termistory

Týmto názvom sa označujú polovodičové zariadenia, ktoré vplyvom tepla menia svoj elektrický odpor. Sú výrazne vyššie ako u kovov.

Hodnota TCR pre polovodiče môže mať kladnú alebo zápornú hodnotu. Podľa tohto parametra sa delia na kladné „RTS“ a záporné „NTC“ termistory. Majú rôzne vlastnosti.

Ak chcete ovládať termistor, vyberte jeden z bodov na jeho charakteristike prúdového napätia:

lineárna časť sa používa na reguláciu teploty alebo kompenzáciu meniacich sa prúdov alebo napätí;

zostupná vetva prúdovo-napäťovej charakteristiky pre prvky s TCS

Použitie reléového termistora je vhodné pri monitorovaní alebo meraní procesov elektromagnetického žiarenia vyskytujúcich sa pri ultravysokých frekvenciách. To zabezpečilo ich použitie v systémoch:

1. regulácia tepla;

2. požiarny poplach;

3. regulácia prietoku sypkých médií a kvapalín.

Kremíkové termistory s malým TCR>0 sa používajú v chladiacich systémoch a teplotnej stabilizácii tranzistorov.

Termoprvky

Tieto polovodiče fungujú na základe Seebeckovho javu: keď sa spájkovaná oblasť dvoch rôznych kovov zahreje, na spoji uzavretého okruhu sa vytvorí emf. Týmto spôsobom premieňajú tepelnú energiu na elektrickú energiu.

Štruktúra dvoch takýchto prvkov sa nazýva termočlánok. Jeho účinnosť sa pohybuje v rozmedzí 7÷10%.

Termoprvky sa používajú v teplomeroch digitálnych výpočtových zariadení, ktoré vyžadujú miniatúrne rozmery a vysokú presnosť odčítania, a tiež ako nízkoenergetické zdroje prúdu.

Polovodičové ohrievače a chladničky

Fungujú tak, že obracajú použitie termočlánkov, cez ktoré prechádza elektrický prúd. V tomto prípade sa na jednom mieste križovatky zahrieva a na opačnom ochladzuje.

Polovodičové prechody na báze selénu, bizmutu, antimónu a telúru umožňujú zabezpečiť teplotný rozdiel v termočlánku až 60 stupňov. To umožnilo vytvoriť dizajn chladiacej skrine vyrobenej z polovodičov s teplotami v chladiacej komore až do -16 stupňov.

Odolnosť kovov je spôsobená tým, že elektróny pohybujúce sa vo vodiči interagujú s iónmi kryštálovej mriežky a tým strácajú časť energie, ktorú získavajú v elektrickom poli.

Prax ukazuje, že odolnosť kovov závisí od teploty. Každú látku možno charakterizovať pre ňu konštantnou hodnotou, tzv teplotný koeficient odporu α. Tento koeficient sa rovná relatívnej zmene odporu vodiča pri jeho zahriatí o 1 K: α =

kde ρ 0 je rezistivita pri teplote T 0 = 273 K (0°C), ρ je rezistivita pri danej teplote T. Závislosť rezistivity kovového vodiča od teploty je teda vyjadrená lineárnou funkciou: ρ = p° (1+ aT).

Závislosť odporu od teploty vyjadruje rovnaká funkcia:

R = R° (1+ aT).

Teplotné koeficienty odporu čistých kovov sa od seba líšia pomerne málo a sú približne rovné 0,004 K -1. Zmena odporu vodičov so zmenou teploty vedie k tomu, že ich charakteristika prúdového napätia nie je lineárna. Toto je obzvlášť viditeľné v prípadoch, keď sa výrazne mení teplota vodičov, napríklad pri prevádzke žiarovky. Na obrázku je znázornená jeho voltampérová charakteristika. Ako je zrejmé z obrázku, sila prúdu v tomto prípade nie je priamo úmerná napätiu. Nemali by sme si však myslieť, že tento záver je v rozpore s Ohmovým zákonom. Platí len závislosť formulovaná v Ohmovom zákone s konštantným odporom. Závislosť odporu kovových vodičov od teploty sa využíva v rôznych meracích a automatických zariadeniach. Najdôležitejšie z nich je odporový teplomer. Hlavnou časťou odporového teplomera je platinový drôt navinutý na keramickom ráme. Drôt je umiestnený v médiu, ktorého teplotu je potrebné určiť. Meraním odporu tohto drôtu a poznaním jeho odporu pri t 0 = 0 °C (t.j. R 0), vypočítajte teplotu média pomocou posledného vzorca.

Supravodivosť. Avšak až do konca 19. stor. nebolo možné skontrolovať, ako závisí odpor vodičov od teploty v oblasti veľmi nízkych teplôt. Až začiatkom 20. stor. Holandskému vedcovi G. Kamerlinghovi Onnesovi sa podarilo premeniť najťažšie kondenzovateľný plyn – hélium – do kvapalného skupenstva. Bod varu tekutého hélia je 4,2 K. To umožnilo zmerať odpor niektorých čistých kovov pri ich ochladzovaní na veľmi nízku teplotu.

V roku 1911 práca Kamerlingha Onnesa vyvrcholila veľkým objavom. Skúmaním odporu ortuti pri jej neustálom ochladzovaní zistil, že pri teplote 4,12 K odpor ortuti prudko klesol na nulu. Následne bol schopný pozorovať rovnaký jav v množstve iných kovov, keď boli ochladené na teploty blízke absolútnej nule. Jav úplnej straty elektrického odporu kovu pri určitej teplote sa nazýva supravodivosť.

Nie všetky materiály sa môžu stať supravodičmi, ale ich počet je dosť veľký. U mnohých z nich sa však zistilo, že majú vlastnosť, ktorá výrazne sťažuje ich využitie. Ukázalo sa, že pre väčšinu čistých kovov supravodivosť zmizne, keď sú v silnom magnetickom poli. Keď teda cez supravodič preteká významný prúd, vytvorí okolo seba magnetické pole a supravodivosť v ňom zanikne. Napriek tomu sa ukázalo, že táto prekážka je prekonateľná: zistilo sa, že niektoré zliatiny, napríklad niób a zirkónium, niób a titán atď., majú tú vlastnosť, že si zachovávajú svoju supravodivosť pri vysokých hodnotách prúdu. To umožnilo širšie využitie supravodivosti.

Každá látka má svoj vlastný odpor. Okrem toho bude odpor závisieť od teploty vodiča. Overme si to vykonaním nasledujúceho experimentu.

Prejdeme prúd cez oceľovú špirálu. V obvode so špirálou zapájame ampérmeter do série. Ukáže nejakú hodnotu. Teraz budeme špirálu zahrievať v plameni plynového horáka. Aktuálna hodnota zobrazená ampérmetrom sa zníži. To znamená, že sila prúdu bude závisieť od teploty vodiča.

Zmena odporu v závislosti od teploty

Nech sa pri teplote 0 stupňov odpor vodiča rovná R0 a pri teplote t sa odpor rovná R, potom bude relatívna zmena odporu priamo úmerná zmene teploty t:

• (R-RO)/R=a*t.

V tomto vzorci je a koeficient proporcionality, ktorý sa tiež nazýva teplotný koeficient. Charakterizuje závislosť odporu látky od teploty.

Teplotný koeficient odporučíselne sa rovná relatívnej zmene odporu vodiča pri jeho zahriatí o 1 Kelvin.

Pre všetky kovy teplotný koeficient Nad nulou. Pri zmenách teploty sa mierne zmení. Preto, ak je zmena teploty malá, potom teplotný koeficient možno považovať za konštantný a rovný priemernej hodnote z tohto teplotného rozsahu.

Odpor roztokov elektrolytov klesá so zvyšujúcou sa teplotou. To znamená, že pre nich bude teplotný koeficient menej ako nula.

Odpor vodiča závisí od rezistivity vodiča a veľkosti vodiča. Keďže sa rozmery vodiča pri zahrievaní mierne menia, hlavnou zložkou zmeny odporu vodiča je rezistivita.

Závislosť odporu vodiča od teploty

Skúsme nájsť závislosť merného odporu vodiča od teploty.

Dosaďte hodnoty odporu R=p*l/S R0=p0*l/S do vzorca získaného vyššie.

Dostaneme nasledujúci vzorec:

• p=p0(1+a*t).

Táto závislosť je znázornená na nasledujúcom obrázku.

Pokúsme sa zistiť, prečo sa odpor zvyšuje

Keď zvýšime teplotu, zväčší sa amplitúda vibrácií iónov v uzloch kryštálovej mriežky. Preto sa s nimi budú častejšie zrážať voľné elektróny. Pri kolízii stratia smer pohybu. V dôsledku toho sa prúd zníži.