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

Teplotná závislosť odporu

Z Wikipédie, bezplatnej encyklopédie

Skoč na: navigácia, hľadanie

Odpor R homogénneho vodiča s konštantným prierezom závisí od vlastností podstaty vodiča, jeho dĺžky a prierezu takto:

Kde ρ je odpor vodivej látky, L je dĺžka vodiča a S je plocha prierezu. Spätná hodnota odporu sa nazýva vodivosť. Táto hodnota súvisí s teplotou podľa vzorca Nernst-Einstein:

T je teplota vodiča;

D je difúzny koeficient nosičov náboja;

Z je počet elektrických nábojov nosiča;

e je elementárny elektrický náboj;

C - koncentrácia nosičov náboja;

Boltzmannova konštanta.

V dôsledku toho odpor vodiča súvisí s teplotou nasledujúcim vzťahom:

Odpor môže tiež závisieť od parametrov S a I, pretože prierez a dĺžka vodiča tiež závisia od teploty.

2) Ideálny plyn je matematický model plynu, v ktorom sa predpokladá, že: 1) je možné zanedbať potenciálnu energiu interakcie molekúl v porovnaní s ich kinetickou energiou; 2) celkový objem molekúl plynu je zanedbateľný; 3) sily príťažlivosti alebo odporu, zrážka častíc medzi nimi a so stenami plavidla sú medzi molekulami úplne elastické; 4) interakčný čas medzi molekulami je zanedbateľný v porovnaní s priemerným časom medzi zrážkami. V rozšírenom modeli ideálneho plynu majú častice, z ktorých sa skladá, formu elastických guľôčok alebo elipsoidov, čo umožňuje zohľadniť energiu nielen translačného, \u200b\u200bale aj rotačno-vibračného pohybu, ako aj nielen centrálnych, ale aj stredových zrážok častíc.

Tlak plynu:

Plyn vždy plní objem obmedzený stenami, ktoré sú nepriechodné. Napríklad napríklad plynový valec alebo pneumatika je takmer rovnomerne naplnená plynom.

V snahe expandovať plyn vyvíja tlak na steny balónika, pneumatiku alebo akékoľvek iné teleso, pevné alebo kvapalné, s ktorým je v kontakte. Ak neberieme do úvahy účinky zemského gravitačného poľa, ktoré pri normálnych veľkostiach plavidla mení tlak iba nevýznamne, potom, keď je tlak plynu v nádobe vyrovnaný, zdá sa nám to úplne jednotné. Táto poznámka sa týka makrokozmu. Ak si predstavíme, čo sa deje v mikrosveti molekúl, ktoré tvoria plyn v nádobe, potom sa nedá hovoriť o rovnomernom rozdelení tlaku. Na niektorých miestach na stene molekuly plynu narazia na steny, zatiaľ čo na iných miestach nedochádza k žiadnym nárazom. Tento obrázok sa neustále mení nerovnomerne. Molekuly plynu narazili na steny krvných ciev a potom odleteli rýchlosťou takmer rovnajúcou sa rýchlosti molekuly pred nárazom.

Perfektný plyn. Ideálny model plynu sa používa na vysvetlenie vlastností látky v plynnom stave. Ideálny model plynu predpokladá nasledujúce: molekuly majú zanedbateľný objem v porovnaní s objemom cievy, sily príťažlivosti medzi molekulami nepôsobia a keď sa molekuly zrážajú medzi sebou as stenami nádoby, pôsobia odpudivé sily.

Problém pre číslo lístka 16

1) Práca sa rovná dobe výkonu * čas \u003d (druhá mocnina) / odporu * čas

Odpor \u003d 220 voltov * 220 voltov * 600 sekúnd / 66000 joulov \u003d 440 ohmov

1. Striedavý prúd. Skutočná hodnota prúdu a napätia.

2. Fotoelektrický efekt. Zákony fotoelektrického účinku. Einsteinova rovnica.

3. Stanovte rýchlosť červeného svetla \u003d 671 nm v skle s indexom lomu 1,64.

Reakcie na číslo lístka 17

Striedavý prúd je elektrický prúd, ktorý sa mení v priebehu času a v určitom prípade sa mení v rozsahu a jeho smer v elektrickom obvode zostáva nezmenený.

Prúdová (účinná) hodnota sily striedavého prúdu sa nazýva veľkosť jednosmerného prúdu, ktorého pôsobením sa počas jednej periódy vytvorí rovnaká práca (tepelný alebo elektrodynamický efekt) ako príslušný striedavý prúd. V modernej literatúre sa často používa matematická definícia tejto veličiny - efektívna hodnota sily striedavého prúdu.

Inými slovami, aktuálna hodnota môže byť určená vzorcom:

Pre kolísanie harmonického prúdu Efektívne hodnoty EMF a napätia sa určujú podobným spôsobom.

Fotoelektrický efekt, Fotoelektrický efekt - emisia elektrónov látkou pod vplyvom svetla (alebo iného elektromagnetického žiarenia). V kondenzovaných (pevných a kvapalných) látkach sa rozlišujú vonkajšie a vnútorné fotoelektrické účinky.

Stoletovove zákony týkajúce sa fotoelektrického efektu:

Znenie 1. zákona o fotoelektrickom účinku: Sila fotoprúdu je priamo úmerná hustote svetelného toku.

Podľa druhého zákona o fotoelektrickom účinku sa maximálna kinetická energia elektrónov emitovaných svetlom zvyšuje lineárne s frekvenciou svetla a nezávisí od jeho intenzity.

3. zákon o fotoelektrickom účinku: pre každú látku existuje červený okraj fotoelektrického účinku, to znamená minimálna frekvencia svetla (alebo maximálna vlnová dĺžka λ0), pri ktorej je fotoelektrický účinok stále možný, a ak sa fotoelektrický účinok už nevyskytuje. Teoretické vysvetlenie týchto zákonov dal v roku 1905 Einstein. Podľa neho je elektromagnetické žiarenie prúdom individuálnej kvanty (fotónov) s energiou hν, kde h je Planckova konštanta. Pri fotoelektrickom účinku sa časť dopadajúceho elektromagnetického žiarenia z kovového povrchu odrazí a časť preniká do povrchovej vrstvy kovu a je tam absorbovaná. Po absorpcii fotónu z neho elektrón dostane energiu a pri výstupe φ opúšťa kov: maximálna kinetická energia, ktorú má elektrón, keď opúšťa kov.

Zákony vonkajšieho fotoelektrického efektu

Stoletovov zákon: so spektrálnym zložením elektromagnetického žiarenia dopadajúceho na fotokatódu nezmeneným je saturačný fotoprúd úmerný energetickému osvetleniu katódy (inak: počet fotoelektrónov vyradených z katódy za 1 s je priamo úmerný intenzite žiarenia):

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

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

Einsteinove rovnice (niekedy sa vyskytuje názov „Einstein-Hilbertove rovnice“) sú rovnice gravitačného poľa vo všeobecnej teórii relativity, spájajúce metriku zakriveného priestorového času s vlastnosťami hmoty, ktorá ju vyplňuje. Termín sa používa v jednotnom čísle: „Einsteinova rovnica“, pretože v tenzorovom zápise je to jedna rovnica, hoci v zložkách je to systém parciálnych diferenciálnych rovníc.

Rovnice vyzerajú takto:

Tam, kde je tenzor Ricci získaný z tenzora zakrivenia v čase a čase jeho zvinutím cez pár indexov, R je skalárne zakrivenie, t. J. Stočený Ricciho tenzor, metrický tenzor.

kozmologická konštanta a je tenzorom momentu energie a hybnosti (π je číslo pi, c je rýchlosť svetla vo vákuu, G je newtonovská gravitačná konštanta).

Problém pre číslo lístka 17

k \u003d 10 x 10 v 4 \u003d 10 v 5 n / m \u003d 100000n / m

F \u003d k * Delta L

delta L \u003d mg / k

odpoveď 2 cm

1. Mendeleev-Clapeyronova rovnica. Termodynamická stupnica teploty. Absolútna nula.

2. Elektrický prúd v kovoch. Základy elektronickej teórie kovov.

3. Aká je rýchlosť rakety za 1 minútu pri pohybe z pokojového stavu so zrýchlením 60 m / s2?

Reakcie na číslo lístka 18

1) Rovnica stavu ideálneho plynu (niekedy Clapeyronova rovnica alebo Mendeleev-Clapeyronova rovnica) je vzorec, ktorý určuje vzťah medzi tlakom, molárnym objemom a absolútnou teplotou ideálneho plynu. Rovnica má tvar:

P-tlak

Vm - molárny objem

R- univerzálna plynová konštanta

T- absolútna teplota, K.

Táto forma záznamu je pomenovaná podľa rovnice (práva) Mendeleeva - Clapeyrona.

Rovnica odvodená Clapeyronom obsahovala určitú neuniverzálnu plynovú konštantu r, ktorej hodnota sa musela merať pre každý plyn:

Mendeleev zistil, že r je priamo úmerné u a nazval koeficient proporcionality R univerzálnu plynovú konštantu.

TERMODYNAMICKÁ TEPLOTNÁ stupnica (Kelvinova stupnica) - absolútna teplotná stupnica, ktorá nezávisí od vlastností termometrickej látky (referenčný bod - absolútna nulová teplota). Konštrukcia termodynamickej teplotnej stupnice je založená na druhom termodynamickom zákone a najmä na nezávislosti účinnosti Carnotovho cyklu od povahy pracovnej tekutiny. Jednotka termodynamickej teploty - kelvin (K) - je definovaná ako 1/273,16 termodynamickej teploty trojitého bodu vody.

Absolútna nulová teplota (zriedkavejšie absolútna nulová teplota) - minimálny teplotný limit, ktorý môže mať telo vo vesmíre. Absolútna nula slúži ako referencia pre stupnicu absolútnej teploty, napríklad Kelvinovu stupnicu. V roku 1954 Generálna konferencia o hmotnostiach a mierach X stanovila termodynamickú teplotnú stupnicu s jedným referenčným bodom - trojitým bodom vody, ktorého teplota je akceptovaná 273,16 K (presne), čo zodpovedá 0,01 ° C, takže teplota zodpovedá absolútnej nule na stupnici Celzia. -273,15 ° C

Elektrický prúd - riadený (usporiadaný) pohyb nabitých častíc. Také častice môžu byť: v kovoch - elektrónoch, elektrolytoch - iónoch (katiónoch a aniónoch), v plynoch - iónoch a elektrónoch, vo vákuu za určitých podmienok - elektrónov, v polovodičoch - elektrónov a dier (vodivosť elektrónových dier). Niekedy sa elektrický prúd nazýva aj predpätý prúd, ktorý je výsledkom zmeny elektrického poľa v priebehu času.

Elektrický prúd má nasledujúce prejavy:

zahrievanie vodičov (teplo sa neuvoľňuje v supravodičoch);

zmena chemického zloženia vodičov (pozorovaná hlavne v elektrolytoch);

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

Teórie kyselín a zásad - súbor základných fyzikálno-chemických konceptov, ktoré opisujú povahu a vlastnosti kyselín a zásad. Všetky zavádzajú definície kyselín a zásad - dve triedy látok, ktoré spolu reagujú. Cieľom teórie je predpovedať reakčné produkty medzi kyselinou a zásadou a možnosť ich výskytu, pri ktorých sa používajú kvantitatívne charakteristiky sily kyseliny a zásady. Rozdiely medzi teóriami spočívajú v definícii kyselín a zásad, v charakteristikách ich sily av dôsledku toho v pravidlách predpovedania reakčných produktov medzi nimi. Všetky z nich majú vlastnú oblasť použitia, ktoré sa čiastočne prekrývajú.

Hlavné ustanovenia elektronickej teórie interakčných kovov sú svojou povahou mimoriadne bežné a často sa používajú vo vedeckej a priemyselnej praxi. Teoretické koncepcie kyselín a zásad sú dôležité pri tvorbe všetkých koncepčných systémov chémie a majú všestranný vplyv na vývoj mnohých teoretických konceptov vo všetkých hlavných chemických disciplínach. Na základe modernej teórie kyselín a zásad boli vyvinuté nasledujúce odvetvia chemických vied, ako napríklad chémia vodných a nevodných roztokov elektrolytov, meranie pH v nevodných médiách, homo- a heterogénna kyslá katalytická báza, teória kyslých funkcií a mnoho ďalších.

Problém na čísle lístka 18

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

Odpoveď: 3600 m / s

1. Prúd vo vákuu. Katódová trubica.

2. Kvantová Planckova hypotéza. Kvantová povaha svetla.

3. Tuhosť oceľového drôtu je 10 000 N / m. ako dlho sa bude predlžovať kábel, ak je na ňom zavesené bremeno 20 kg.

Reakcie na lístok č. 19

1) Na získanie elektrického prúdu vo vákuu je nevyhnutná prítomnosť voľných nosičov. Môžete ich získať emisiou elektrónov kovmi - elektrónovou emisiou (z latinského vydania).

Ako viete, pri bežných teplotách sú elektróny držané vo vnútri kovu, napriek tomu, že vykonávajú tepelný pohyb. Preto blízko povrchu pôsobia sily na elektróny a smerujúce vo vnútri kovu. Toto sú sily, ktoré vznikajú v dôsledku príťažlivosti elektrónov a kladných iónov kryštalickej mriežky. V dôsledku toho sa v povrchovej vrstve kovov objaví elektrické pole a pri prechode z vonkajšieho priestoru do kovu sa potenciál zvyšuje o určitú hodnotu Dj. Potenciálna energia elektrónu sa teda znižuje o eDj.

Kineskop je zariadenie s elektrónovým lúčom, ktoré prevádza elektrické signály na svetlo. Široko sa používa pri navrhovaní televízorov, až do 90. rokov 20. storočia boli televízne prijímače výlučne založené na kineskopu. Názov „kinetika“ sa odrazil v názve zariadenia, ktoré je spojené s pohybujúcimi sa postavami na obrazovke.

Hlavné časti:

elektrónová pištoľ navrhnutá tak, aby tvorila elektrónový lúč, vo farebných obrazovkách a skúmavkách s viaccestnými osciloskopmi sa kombinuje do elektrón-optického svetlometu;

obrazovka potiahnutá fosforom - látka, ktorá svieti, keď na ňu dopadne elektrónový lúč;

vychyľovací systém riadi lúč tak, že vytvára požadovaný obraz.

2) Hypotéza Plancka je hypotéza predložená Maxom Planckom 14. decembra 1900, ktorá spočíva v tom, že energia je emitovaná a absorbovaná tepelným žiarením nie nepretržite, ale v samostatných kvantoch (častiach). Každá takáto časť-kvantum má energiu E úmernú frekvencii žiarenia ν:

kde h alebo koeficient proporcionality, následne nazývaný Planckova konštanta. Na základe tejto hypotézy navrhol teoretický záver vzťahu medzi telesnou teplotou a žiarením emitovaným týmto telom - Planckovým vzorcom.

Neskôr bola experimentálna hypotéza Plancka potvrdená.

Pokrok v tejto hypotéze sa považuje za okamih narodenia kvantovej mechaniky.

Kvantová povaha svetla je elementárna častica, kvantum elektromagnetického žiarenia (v užšom zmysle - svetlo). Jedná sa o bezhmotnú časticu, ktorá môže existovať vo vákuu pohybujúcom sa iba rýchlosťou svetla. Elektrický náboj fotónu sa tiež rovná nule. Fotón môže byť v dvoch spinových stavoch s premietaním spinov v smere pohybu (špirálovitosť) ± 1. Vo fyzike sú fotóny označené písmenom γ.

Klasická elektrodynamika opisuje fotón ako elektromagnetickú vlnu s kruhovou pravou alebo ľavou polarizáciou. Z hľadiska klasickej kvantovej mechaniky je fotón ako kvantová častica charakterizovaný dualitou vlnových častíc, súčasne vykazuje vlastnosti častice a vlny.

Problém pre lístok č. 19

F \u003d k * Delta L

delta L \u003d mg / k

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

odpoveď 2 cm

1. Elektrický prúd v polovodičoch. Ako príklad možno uviesť vnútornú vodivosť polovodičov, ktoré používajú kremík.

2. Zákony odrazu a lomu svetla.

3. Aký druh práce robí elektrické pole pri pohybe elektrónov 5x1018 v časti obvodu s potenciálnym rozdielom 20 V.

Reakcie na číslo lístka 20

Elektrický prúd v polovodičoch je materiál, ktorý svojou špecifickou vodivosťou zaujíma medzičlánok medzi vodičmi a dielektrikami a líši sa od vodičov silnou závislosťou špecifickej vodivosti od koncentrácie nečistôt, teploty a vystavenia rôznym typom žiarenia. Hlavnou vlastnosťou polovodiča je zvýšenie elektrickej vodivosti so zvyšujúcou sa teplotou.

Polovodiče sú látky, ktorých šírka pásma je rádovo niekoľko elektrónových voltov (eV). Napríklad diamant možno pripísať polovodičom so širokými medzerami a arzenid india úzkym medzerám. Polovodiče zahŕňajú veľa chemických prvkov (germánium, kremík, selén, telur, arzén a ďalšie), veľké množstvo zliatin a chemických zlúčenín (arzenid gália atď.). Takmer všetky anorganické látky z celého sveta sú polovodiče. Najbežnejším polovodičom v prírode je kremík, ktorý tvorí takmer 30% zemskej kôry.

Každá látka má svoju špecifickú odolnosť. Navyše odpor bude závisieť od teploty vodiča. Overíme to vykonaním nasledujúceho experimentu.

Nechajte prúd prechádzať cez oceľovú špirálu. V okruhu so špirálou zapojíme do série ampérmeter. Ukáže určitú hodnotu. Teraz zahrejeme špirálu v plameni plynového horáka. Aktuálna hodnota, ktorú bude zobrazovať ampérmeter, klesá. To znamená, že sila prúdu bude závisieť od teploty vodiča.

Zmena odporu v závislosti od teploty

Predpokladajme, že pri teplote 0 stupňov je odpor vodiča R0 a pri teplote t je odpor R, potom bude relatívna zmena odporu priamo úmerná zmene teploty t:

• (R-R0) / R \u003d a * t.

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

Teplotný koeficient odporu  Numericky sa rovná relatívnej zmene odporu vodiča pri jeho zahriatí na 1 Kelvin.

Pre všetky kovy je to teplotný koeficient viac ako nula.  So zmenami teploty sa bude mierne líšiť. Preto, ak je zmena teploty malá, potom možno teplotný koeficient považovať za konštantný a rovný priemernej hodnote z tohto teplotného rozsahu.

Roztoky elektrolytu so zvyšujúcou sa teplotou znižujú odpor. To znamená, že pre nich bude teplotný koeficient menej ako nula.

Odpor vodiča závisí od špecifického odporu vodiča a od veľkosti vodiča. Pretože sa rozmery vodiča počas zahrievania významne nemenia, hlavnou zložkou zmeny odporu vodiča je špecifický odpor.

Závislosť odporu vodiča od teploty

Pokúsime sa nájsť teplotnú závislosť špecifického odporu vodiča.

Hodnoty odporov R \u003d p * l / S R0 \u003d p0 * l / S sa nahrádzajú do vyššie uvedeného vzorca.

Dostaneme nasledujúci vzorec:

• p \u003d p0 (1 + a * t).

Táto závislosť je uvedená na nasledujúcom obrázku.

Pokúsme sa pochopiť, prečo sa odpor zvyšuje

Keď zvyšujeme teplotu, zvyšuje sa amplitúda iónových vibrácií v uzloch kryštalickej mriežky. V dôsledku toho sa s nimi voľné elektróny budú pravdepodobne zrážať. Pri zrážke stratia smer pohybu. V dôsledku toho sa súčasná sila zníži.

Odpor, a teda aj odpor kovov, závisí od teploty, ktorá sa zvyšuje s jeho rastom. Teplotná závislosť odporu vodiča sa vysvetľuje skutočnosťou, že

1. intenzita rozptylu (počet zrážok) nosičov náboja sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou;
2. keď sa vodič zahreje, zmení sa ich koncentrácia.

Skúsenosti ukazujú, že pri nie príliš vysokých a nie príliš nízkych teplotách sú závislosti odporu a odporu vodiča od teploty vyjadrené vzorcami:

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

kde ρ 0 , ρ   t sú odpory vodivej látky pri 0 ° C a t  ° C; R 0 , R  t je odpor vodiča pri 0 ° C a t  ° C α   - teplotný koeficient odporu: meraný v SI v kelvinoch do mínus prvý stupeň (K -1). Pre kovové vodiče sú tieto vzorce použiteľné od teploty 140 K a vyššej.

Koeficient teploty  odolnosť látky charakterizuje závislosť zmeny odolnosti pri zahrievaní od druhu látky. Numericky sa rovná relatívnej zmene odporu (odporu) vodiča pri zahriatí 1 K.

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

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

Pre všetky kovové vodiče α   \u003e 0 a mierne sa mení s teplotou. Čisté kovy α   \u003d 1/273 K-1. V kovoch koncentrácia voľných nosičov náboja (elektrónov) n  \u003d const a zvýšiť ρ   nastáva v dôsledku zvýšenia intenzity rozptylu voľných elektrónov na iónoch kryštalickej mriežky.

Pre roztoky elektrolytov α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α   \u003d -0,02 K-1. Odpor elektrolytov klesá so zvyšujúcou sa teplotou, pretože nárast počtu voľných iónov v dôsledku disociácie molekúl prekračuje rast iónového rozptylu pri zrážkach s molekulami rozpúšťadla.

Vzorce závislosti ρ   a R  teplota elektrolytov je podobná vyššie uvedeným vzorcom pre kovové vodiče. Je potrebné poznamenať, že táto lineárna závislosť je zachovaná iba v malom teplotnom rozsahu, v ktorom α   \u003d konšt. Vo veľkých intervaloch teplotných zmien sa teplotná závislosť odporu elektrolytov stáva nelineárnou.

Graficky je teplotná závislosť odporu kovových vodičov a elektrolytov znázornená na obrázkoch 1, a, b.

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

V odporových teplomeroch sa používa závislosť kovového odporu od teploty. Zvyčajne sa platinový drôt považuje za termometrické teleso takého teplomeru, ktorého závislosť odporu od teploty sa dostatočne študovala.

Zmeny teploty sa posudzujú podľa zmeny odporu drôtu, ktorú je možné merať. Takéto teplomery umožňujú meranie veľmi nízkych a veľmi vysokých teplôt, keď sú bežné kvapalné teplomery nevhodné.

literatúra

Aksenovich L.A. Fyzika na strednej škole: Teória. Úlohy. Testy: Učebnica. príspevok pre inštitúcie poskytujúce všeobecné. prostredia, vzdelávanie / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn: Adukatsy I vykhavanne, 2004. - C. 256-257.

Odpor, a teda aj odpor kovov, závisí od teploty, ktorá sa zvyšuje s jeho rastom. Teplotná závislosť odporu vodiča sa vysvetľuje skutočnosťou, že

1. intenzita rozptylu (počet zrážok) nosičov náboja sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou;
2. keď sa vodič zahreje, zmení sa ich koncentrácia.

Skúsenosti ukazujú, že pri nie príliš vysokých a nie príliš nízkych teplotách sú závislosti odporu a odporu vodiča od teploty vyjadrené vzorcami:

kde sú odpory vodivej látky pri 0 ° C a t ° C; R 0, R t - odpor vodiča pri 0 ° C a t ° С, - teplotný koeficient odporu: meraný v SI v Kelvine mínus prvý stupeň (K -1). Pre kovové vodiče sú tieto vzorce použiteľné od teploty 140 K a vyššej.

Látka sa vyznačuje závislosťou zmeny odolnosti pri zahrievaní od typu látky. Numericky sa rovná relatívnej zmene odporu (odporu) vodiča pri zahriatí 1 K.

kde je priemerná hodnota teplotného koeficientu odporu v intervale.

Pre všetky kovové vodiče\u003e 0 a mierne sa mení s teplotou. Pre čisté kovy \u003d 1/273 K -1. V prípade kovov je koncentrácia voľných nábojových nosičov (elektrónov) n \u003d konštanta a k zvýšeniu dochádza v dôsledku zvýšenia intenzity rozptylu voľných elektrónov na iónoch kryštalickej mriežky.

Napríklad pre roztoky elektrolytu 0 napríklad pre 10% roztok chloridu sodného \u003d -0,02 K-1. Odpor elektrolytov klesá so zvyšujúcou sa teplotou, pretože nárast počtu voľných iónov v dôsledku disociácie molekúl prekračuje rast iónového rozptylu pri zrážkach s molekulami rozpúšťadla.

Vzorce pre závislosť a R od teploty pre elektrolyty sú podobné vzorcom uvedeným pre kovové vodiče. Je potrebné poznamenať, že táto lineárna závislosť je zachovaná iba v malom rozsahu teplotných zmien, v ktorých \u003d konšt. Vo veľkých intervaloch teplotných zmien sa teplotná závislosť odporu elektrolytov stáva nelineárnou.

Graficky je teplotná závislosť odporu kovových vodičov a elektrolytov znázornená na obrázkoch 1, a, b.

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

V odporových teplomeroch sa používa závislosť kovového odporu od teploty. Zvyčajne sa platinový drôt považuje za termometrické teleso takého teplomeru, ktorého závislosť odporu od teploty sa dostatočne študovala.

Zmeny teploty sa posudzujú podľa zmeny odporu drôtu, ktorú je možné merať. Takéto teplomery umožňujú meranie veľmi nízkych a veľmi vysokých teplôt, keď sú bežné kvapalné teplomery nevhodné.

Pamätajte, aké fyzické množstvo sa nazýva odpor.

Na čom a ako závisí odpor kovového vodiča?

Rôzne látky majú rôzne odpory (pozri § 101). Závisí odpor na stave vodiča? od jeho teploty? Odpoveď by mala byť daná skúsenosťami.

Ak prejdete prúd z batérie cez oceľovú špirálu a potom ju začnete zahrievať v plameňoch horáka, potom ampérmeter preukáže zníženie intenzity prúdu. To znamená, že pri zmene teploty sa mení odpor vodiča.

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

Koeficient proporcionality α sa nazýva teplotný koeficient odporu.

Charakterizuje závislosť odolnosti látky od teploty.

Pre všetky kovové vodiče je koeficient α\u003e

Ak je vodič zahriaty, jeho geometrické rozmery sa mierne menia. Odpor vodiča sa mení hlavne v dôsledku zmeny jeho odporu. Závislosť tohto odporu na teplote nájdete, ak nahradíte hodnoty vo vzorci (16.1). Výpočty vedú k nasledujúcemu výsledku:

ρ \u003d ρ 0 (1 + αt) alebo ρ \u003d ρ 0 (1 + αΔТ), (16,2)

kde ΔТ je zmena absolútnej teploty.

Zvýšenie odporu možno vysvetliť skutočnosťou, že so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje amplitúda iónových vibrácií v uzloch kryštalickej mriežky, preto sa s nimi častejšie zrážajú voľné elektróny a strácajú svoj smer pohybu. Aj keď súčiniteľ a je pomerne malý, pri výpočte parametrov vykurovacích zariadení je absolútne nevyhnutné zohľadniť závislosť odporu od teploty. Takže odpor volfrámového vlákna žiarovky sa zvyšuje s priechodom prúdu v dôsledku zahrievania viac ako 10-krát.

V niektorých zliatinách, napríklad zliatine medi s niklom (Constantine), je teplotný koeficient odporu veľmi malý: α ≈ 10 -5 K -1; Konstantinov odpor je veľký: ρ ≈ 10 - 6 Ohm m. Takéto zliatiny sa používajú na výrobu referenčných rezistorov a ďalších rezistorov k meracím prístrojom, t.

Existujú tiež také kovy, napríklad nikel, cín, platina atď., Ktorých teplotný koeficient je omnoho vyšší: a ≈ 10 -3 K -1. Závislosť ich odporu na teplote sa môže použiť na meranie samotnej teploty, ktorá sa vykonáva v odporové teplomery.

Zariadenia vyrobené z polovodičových materiálov sú tiež založené na závislosti odporu od teploty, termistory, Vyznačujú sa vysokým koeficientom teploty odporu (desaťkrát vyšším ako u kovov) a stabilitou charakteristík v priebehu času. Menovitý odpor termistorov je oveľa vyšší ako odpor kovových teplomerov, obyčajne je 1, 2, 5, 10, 15 a 30 kOhm.

\u003e\u003e Fyzika: Teplotná závislosť odporu vodiča

Rôzne látky majú rôzne odpory (pozri § 104). Závisí odpor na stave vodiča? od jeho teploty? Odpoveď by mala byť daná skúsenosťami.
  Ak prejdete prúd z batérie cez oceľovú špirálu a potom ju začnete zahrievať v plameňoch horáka, potom ampérmeter preukáže zníženie intenzity prúdu. To znamená, že pri zmene teploty sa mení odpor vodiča.
  Ak je pri teplote 0 ° C, odpor vodiča je R °pri teplote t  je to rovnaké R, potom je relatívna zmena odporu, ako ukazujú skúsenosti, priamo úmerná zmene teploty t:

Koeficient proporcionality α   sa volajú teplotný koeficient odporu, Charakterizuje závislosť odolnosti látky od teploty. Teplotný koeficient odporu sa číselne rovná relatívnej zmene odporu vodiča pri zahriatí 1 K. Pre všetky kovové vodiče je koeficient α   \u003e 0 a mierne sa mení s teplotou. Ak je rozsah teplotných zmien malý, potom možno teplotný koeficient považovať za konštantný a rovný jeho priemernej hodnote v tomto teplotnom rozsahu. Čisté kovy α ≈ 1/273 K -1. v elektrolytové roztoky, odpor s teplotou nezvyšuje, ale klesá, Pre nich α   a -0,02 K-1.
  Ak je vodič zahriaty, jeho geometrické rozmery sa mierne menia. Odpor vodiča sa mení hlavne kvôli zmenám jeho odporu. Závislosť tohto odporu na teplote nájdete, ak vo vzorci (16.1) nahradíte hodnoty

, Výpočty viedli k tomuto výsledku:

pretože α   pri zmene teploty vodiča sa malé zmeny, môžeme predpokladať, že špecifický odpor vodiča lineárne závisí od teploty ( obr. 16.2).

Zvýšenie odporu možno vysvetliť skutočnosťou, že so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje amplitúda iónových vibrácií v uzloch kryštalickej mriežky, preto sa s nimi častejšie zrážajú voľné elektróny a strácajú svoj smer pohybu. Aj keď pomer α   celkom malý, pri výpočte vykurovacích zariadení je absolútne nevyhnutné zohľadniť závislosť odporu od teploty. Takže odpor volfrámového vlákna žiarovky sa zvyšuje, keď prúd prechádza viac ako 10-krát.
  Napríklad pre niektoré zliatiny, napríklad zliatina medi s niklom (konštantná), je teplotný koeficient odporu veľmi malý: α   ≈ 10 -5 K -1; rezistencia konštanta je veľká: ρ   ≈ 10 - 6 Ohm m. Takéto zliatiny sa používajú na výrobu referenčných odporov a prídavných odporov k meracím prístrojom, t. J. V tých prípadoch, keď je potrebné, aby sa tento odpor pri kolísaní teploty nemenil.
  Závislosť kovového odporu od teploty sa používa v odporové teplomery, Zvyčajne sa platinový drôt považuje za hlavný pracovný prvok takého teplomeru, ktorého závislosť odporu od teploty je dobre známa. Zmeny teploty sa posudzujú podľa zmeny odporu drôtu, ktorú je možné merať.
  Takéto teplomery umožňujú meranie veľmi nízkych a veľmi vysokých teplôt, keď sú bežné kvapalné teplomery nevhodné.
  Odpor kovov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou lineárne. V roztokoch elektrolytov klesá so zvyšujúcou sa teplotou.

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

G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky, Physics, stupeň 10

Obsah lekcie   zhrnutie lekcie   podpora rámcovej lekcie metódy prezentácie zrýchlenie interaktívne technológie praxe    úlohy a cvičenia samokontrolné semináre, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusné otázky rétorické otázky od študentov ilustrácií   audio, videoklipy a multimédiá   fotografie, obrázky, grafy, tabuľky, humor, vtipy, vtipy, komiksové podobenstvá, príslovia, krížovky, citácie doplnky stravy   abstrakty   články čipy pre kuriózne cheat sheet učebnice základné a doplnkový glosár pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a lekcií  oprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu inovačných prvkov učebnice v lekcii nahradením zastaraných znalostí novými Iba pre učiteľov   perfektné lekcie   ročný harmonogram metodických odporúčaní diskusného programu Integrované hodiny

Ak máte opravy alebo návrhy pre túto lekciu,

Každý elektrikár vo svojich praktických činnostiach spĺňa rôzne podmienky pre priechod nosičov náboja v kovoch, polovodičoch, plynoch a kvapalinách. Aktuálna hodnota je ovplyvnená elektrickým odporom, ktorý sa rôznymi spôsobmi mení pod vplyvom prostredia.

Jedným z týchto faktorov je teplotný efekt. Keďže významne mení súčasné podmienky prúdenia, dizajnéri ho zohľadňujú pri výrobe elektrických zariadení. Od elektrického personálu, ktorý sa podieľa na údržbe a prevádzke elektrických inštalácií, sa vyžaduje, aby tieto funkcie správne využívali v praxi.

Vplyv teploty na elektrický odpor kovov

V školskom kurze fyziky sa navrhuje vykonať taký experiment: zobrať ampérmeter, batériu, kus drôtu, spojovacie drôty a baterku. Namiesto ampérmetra s batériou môžete pripojiť ohmmeter alebo použiť jeho režim v multimetri.

Teraz privedieme plameň horáka k drôtu a začneme ho zohrievať. Ak sa pozriete na ampérmeter, bude vidieť, že šípka sa pohne doľava a dosiahne polohu označenú červenou farbou.

Výsledok experimentu ukazuje, že pri zahrievaní kovov klesá ich vodivosť a zvyšuje sa odpor.

Matematické zdôvodnenie tohto javu je dané vzorcami priamo na obrázku. V dolnom vyjadrení je zrejmé, že elektrický odpor "R" kovového vodiča je priamo úmerný jeho teplote "T" a závisí od niekoľkých ďalších parametrov.

Ako kovové vykurovanie v praxi obmedzuje elektrický prúd

Žiarovky

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

Najjednoduchším ohmmetrom napájaným nízkonapäťovou 4,5 V batériou merame odpor medzi kontaktmi základne a vidíme hodnotu 59 ohmov. Táto hodnota má vlákno v studenom stave.

Do žiarovky zaskrutkujeme žiarovku a cez ampérmeter k nej pripojíme napätie 220 V domácej siete. Šípka ampéra ukazuje 0,273 ampéra. Stanovením odporu vlákna v zahriatom stave. Bude to 896 ohmov a prekročí predchádzajúce hodnoty ohmmetrov o 15,2 krát.

Takýto prebytok chráni kov tela tela pred vyhorením a zničením, čím zabezpečuje jeho dlhodobý výkon pod napätím.

Zapnutie prechodových javov

Počas prevádzky vlákna sa na ňom vytvára tepelná rovnováha medzi ohrevom z prechádzajúceho elektrického prúdu a odvádzaním časti tepla do okolitého prostredia. Ale v počiatočnej fáze zapínania, keď je použité napätie, nastanú prechodné obdobia, ktoré vytvárajú spínací prúd, ktorý môže viesť k vyhoreniu vlákna.

Prechody sa vyskytujú v krátkom čase a sú spôsobené skutočnosťou, že rýchlosť zvýšenia elektrického odporu pri zahrievaní kovu nezodpovedá zvyšovaniu prúdu. Po dokončení sa nastaví prevádzkový režim.

Pri dlhej žiare žiarovky sa jej hrúbka vlákna postupne dostáva do kritického stavu, ktorý vedie k vyhoreniu. Najčastejšie sa tento okamih objaví, keď nastane nové zaradenie.

Ak chcete predĺžiť životnosť žiarovky rôznymi spôsobmi, znížte tento nábehový prúd pomocou:

1. zariadenia zabezpečujúce plynulé napájanie a odstraňovanie napätia;

2. Schémy sériového pripojenia odporov, polovodičov alebo termistorov (termistorov) na vlákno.

Príklad jedného zo spôsobov, ako obmedziť spínací prúd pre automobilové svetlá, je uvedený na obrázku nižšie.

Prúd je tu dodávaný do žiarovky po zapnutí prepínača SA cez poistku FU a je obmedzený odporom R, v ktorom je menovité napätie vybrané tak, aby prepätie prúdu počas prechodových javov neprekročilo menovitú hodnotu.

Ak sa vlákno zahrieva, jeho odpor sa zvyšuje, čo vedie k zvýšeniu rozdielu potenciálu na jeho kontaktoch a paralelne pripojenej reléovej cievke KL1. Keď napätie dosiahne hodnotu požadovanej hodnoty relé, normálne otvorený kontakt KL1 uzavrie a posunie odpor. Cez žiarovku začne pretekať prevádzkový prúd už zavedeného režimu.

Vplyv teploty kovu na jeho elektrický odpor sa používa pri prevádzke meracích prístrojov. Hovoria sa.

Ich citlivý prvok je vyrobený z tenkého kovového drôtu, ktorého odpor sa pri určitých teplotách starostlivo meria. Tento závit je namontovaný v kryte so stabilnými tepelnými vlastnosťami a uzavretý ochranným krytom. Vytvorený dizajn je umiestnený v prostredí, ktorého teplota sa musí neustále monitorovať.

Vodiče elektrického obvodu sú spojené so závermi citlivého prvku, ktorý spája obvod merania odporu. Jeho hodnota sa prevádza na hodnoty teploty na základe predtým kalibrovaného prístroja.

Baretter - stabilizátor prúdu

Toto je názov zariadenia, ktoré pozostáva zo skla uzavretého zásobníka s plynným vodíkom a špirály z kovového drôtu zo železa, volfrámu alebo platiny. Tento vzhľad vzhľadu sa podobá žiarovke, ale má špecifickú nelineárnu charakteristiku volt-ampér.

Pracovná zóna je vytvorená na charakteristike I - V v jej určitom rozsahu, ktorý nezávisí od kmitov napätia privedeného na telo. V tejto oblasti výmenné zariadenie dobre kompenzuje zvlnenie energie a pracuje ako stabilizátor prúdu pri záťaži, ktorá je s ním sériovo zapojená.

Činnosť výmenníka je založená na vlastnosti tepelnej zotrvačnosti žeravého telesa, ktorá je zabezpečená malým prierezom závitu a vysokou tepelnou vodivosťou okolitého vodíka. V dôsledku toho, keď sa napätie na zariadení zníži, je urýchlené odvádzanie tepla z jeho vlákna.

Toto je hlavný rozdiel medzi výbojkami a žiarovkami, v ktorých sa kvôli udržaniu jasu žiaru snažia znížiť tepelné straty z nekonečného vlákna z vlákna.

supravodivosť

Za normálnych podmienok prostredia, keď je kovový vodič ochladený, jeho elektrický odpor klesá.

Po dosiahnutí kritickej teploty blízko nulových stupňov podľa meracieho systému Kelvin existuje prudký pokles odporu na nulu. Správny obrázok ukazuje taký vzťah pre ortuť.

Tento jav, nazývaný supravodivosť, sa považuje za sľubnú oblasť výskumu s cieľom vytvoriť materiály, ktoré môžu výrazne znížiť straty elektriny počas jej prenosu na veľké vzdialenosti.

Prebiehajúce štúdie supravodivosti však odhalili množstvo vzorov, keď iné faktory ovplyvňujú elektrický odpor kovu v oblasti kritických teplôt. Najmä pri prechode striedavého prúdu so zvyšujúcou sa frekvenciou jeho kmitov vzniká odpor, ktorého hodnota dosahuje rozsah bežných hodnôt harmonických s periódou svetelných vĺn.

Vplyv teploty na elektrický odpor / vodivosť plynu

Plyny a bežný vzduch sú dielektriká a nevedú elektrický prúd. Na jeho vytvorenie sú potrebné nosiče náboja, ktoré sú iónmi tvorenými v dôsledku vonkajších faktorov.

Zahrievanie môže spôsobiť ionizáciu a pohyb iónov z jedného pólu média na druhý. Môžete to overiť na príklade jednoduchého zážitku. Berieme rovnaké zariadenie, aké sa použilo na stanovenie účinku zahrievania na odpor kovového vodiča, ale namiesto drôtu spájame dve drôty s dvoma kovovými doskami oddelenými vzduchovým priestorom.

Ampeter pripojený k obvodu bude indikovať nedostatok prúdu. Ak je medzi platňami umiestnený plameň horáka, potom sa šípka zariadenia odchýli od nulovej hodnoty a ukazuje veľkosť prúdu prechádzajúceho cez plynové médium.

Tak sa zistilo, že ionizácia sa vyskytuje v plynoch počas zahrievania, čo vedie k pohybu elektricky nabitých častíc a k zníženiu odporu média.

Aktuálna hodnota je ovplyvnená výkonom externého zdroja napájania a potenciálnym rozdielom medzi jeho kontaktmi. Je schopný preraziť izolačnú vrstvu plynov pri vysokých hodnotách. Charakteristickým prejavom takého prípadu v prírode je prirodzený výboj blesku počas búrky.

Približná forma charakteristiky prúd-napätie toku prúdu v plynoch je uvedená v grafe.

V počiatočnej fáze, pod vplyvom rozdielov teploty a potenciálu, sa pozoruje nárast ionizácie a priechod prúdu približne podľa lineárneho zákona. Potom krivka získa horizontálny smer, keď zvýšenie napätia nespôsobí zvýšenie prúdu.

Tretia fáza rozpadu nastáva, keď vysoká energia aplikovaného poľa urýchľuje ióny, takže sa začínajú zrážať s neutrálnymi molekulami, čím z nich masívne vytvárajú nové nábojové nosiče. V dôsledku toho prúd prudko stúpa a vytvára rozpad dielektrickej vrstvy.

Praktické využitie vodivosti plynu

Fenomén prúdenia plynov cez plyn sa používa v elektronických trubiciach a žiarivkách.

Na tento účel sa do utesneného skleneného valca s inertným plynom vložia dve elektródy:

2. katóda.

Vo žiarivke sú vyrobené vo forme nekonečných vlákien, ktoré sa pri zapnutí zohrievajú, aby sa vytvorila tepelná emisia. Vnútorný povrch banky je pokrytý vrstvou fosforu. Vyžaruje viditeľné spektrum svetla generovaného infračerveným žiarením vyžarovaným z ortuťových pár bombardovaných prúdom elektrónov.

Výbojový prúd plynu nastáva, keď je medzi elektródami umiestnenými na rôznych koncoch banky pripojené určité napätie.

Keď jedno z vlákien vyhorí, na tejto elektróde dôjde k narušeniu elektronickej emisie a lampa nebude horieť. Ak však zväčšíte potenciálny rozdiel medzi katódou a anódou, opäť sa v žiarovke objaví výboj plynu a fosforová žiara sa obnoví.

To umožňuje použitie žiaroviek LED s rozbitými vláknami a predĺženie ich životnosti. Malo by sa pamätať iba na to, že súčasne je potrebné naň niekoľkokrát zvýšiť napätie, čo výrazne zvyšuje spotrebu energie a riziko bezpečného používania.

Vplyv teploty na elektrický odpor kvapalín

Priechod prúdu v kvapalinách je spôsobený hlavne pohybom katiónov a aniónov pôsobením vonkajšieho elektrického poľa. Elektróny poskytujú iba nepatrnú časť vodivosti.

Vplyv teploty na elektrický odpor tekutého elektrolytu je opísaný vzorcom uvedeným na obrázku. Pretože teplotný koeficient a je v ňom vždy záporný, vodivosť sa zvyšuje so zvyšujúcim sa zahrievaním a odpor klesá, ako je to znázornené na grafe.

Tento jav sa musí brať do úvahy pri nabíjaní kvapalných automobilových (a nielen) nabíjateľných batérií.

Vplyv teploty na elektrický odpor polovodičov

Zmena vlastností polovodičových materiálov pod vplyvom teploty umožnila ich použitie ako:

tepelné odpory;

termočlánky;

chladničky;

ohrievača.

termistory

Tento názov označuje polovodičové zariadenia, ktoré menia svoj elektrický odpor pod vplyvom tepla. Sú omnoho vyššie ako kovy.

Hodnota TCS v polovodičoch môže mať kladnú alebo zápornú hodnotu. Podľa tohto parametra sa delia na pozitívne termistory „RTS“ a negatívne „NTC“. Majú rôzne vlastnosti.

Aby termistor pracoval, vyberte jeden z bodov jeho charakteristiky prúd-napätie:

lineárny rez sa používa na reguláciu teploty alebo kompenzáciu meniacich sa prúdov alebo napätí;

zostupná vetva charakteristiky prúdu a napätia prvkov s TCS

Použitie reléového termistora je vhodné na monitorovanie alebo meranie procesov elektromagnetického žiarenia, ktoré sa vyskytuje pri mikrovlnných frekvenciách. Tým sa zabezpečilo ich použitie v systémoch:

1. regulácia teploty;

2. požiarny poplach;

3. Regulácia toku sypkých médií a kvapalín.

Silikónové termistory s malým TCS\u003e 0 sa používajú v tranzistorových chladiacich systémoch a systémoch na stabilizáciu teploty.

termoelektrické články

Tieto polovodiče pracujú na základe Seebeckovho fenoménu: keď sa ohreje spájkované miesto dvoch rôznych kovov, objaví sa EMF na križovatke uzavretého okruhu. Týmto spôsobom premieňajú tepelnú energiu na elektrickú energiu.

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

Termočlánky sa používajú v meračoch teploty digitálnych výpočtových zariadení, ktoré vyžadujú miniatúrne rozmery a vysokú presnosť odčítania, ako aj pri nízkoprúdových prúdových zdrojoch.

Polovodičové ohrievače a chladničky

Fungujú tak, že opätovne používajú termočlánky, ktorými prechádza elektrický prúd. Navyše na jednom mieste križovatky sa zahrieva a na opačnom mieste sa ochladzuje.

Polovodičové spoje na báze selénu, bizmutu, antimónu a telúru môžu v termočlánku dosiahnuť teplotný rozdiel až 60 stupňov. To umožnilo vytvoriť polovodičovú chladničku s teplotou v chladiacej komore -16 stupňov.

Odpor kovov je spôsobený skutočnosťou, že elektróny pohybujúce sa vo vodiči interagujú s iónmi kryštalickej mriežky a súčasne strácajú časť energie, ktorú získavajú v elektrickom poli.

Skúsenosti ukazujú, že odolnosť kovov závisí od teploty. Každá látka môže byť charakterizovaná konštantou, ktorá sa nazýva teplotný koeficient odporu a.   Tento koeficient sa rovná relatívnej zmene odporu vodiča pri jeho zahriatí 1 K: α \u003d

kde ρ 0 je odpor pri teplote T0 \u003d 273 K (0 ° C), ρ je odpor pri danej teplote T. Preto je teplotná závislosť odporu kovového vodiča vyjadrená lineárnou funkciou: ρ \u003d ρ 0 (1+ αT).

Závislosť odporu od teploty je vyjadrená rovnakou funkciou:

R \u003d R ° (1+ aT).

Teplotné koeficienty odporu čistých kovov sa od seba relatívne málo líšia a sú približne rovné 0,004 K-1. Zmena odporu vodičov so zmenou teploty vedie k tomu, že ich prúdovo-napäťová charakteristika nie je lineárna. Toto je obzvlášť viditeľné v prípadoch, keď sa teplota vodičov významne mení, napríklad počas prevádzky žiarovky. Obrázok ukazuje jeho volt - ampérovú charakteristiku. Ako je možné vidieť na obrázku, prúdová sila v tomto prípade nie je priamo úmerná napätiu. Nemali by sme si však myslieť, že tento záver je v rozpore s Ohmovým zákonom. Závislosť formulovaná v Ohmovom zákone je platná iba s konštantným odporom.Teplotná závislosť odporu kovových vodičov sa používa v rôznych meracích a automatických zariadeniach. Najdôležitejšie z nich sú odporový teplomer, Hlavnou časťou odporového teplomeru je platinový drôt navinutý na keramickom ráme. Drôt je umiestnený v prostredí, ktorého teplota musí byť stanovená. Meraním odporu tohto vodiča a poznaním jeho odporu pri t 0 \u003d 0 ° С (t.j. R 0)  vypočítané podľa posledného vzorca, teplota média.

Supravodivosť.  Až do konca XIX. Storočia. nebolo možné overiť, ako odpor vodičov závisí od teploty v oblasti veľmi nízkych teplôt. Až na začiatku XX storočia. Holandskému vedcovi G. Kamerling-Onnes sa podarilo premeniť v kvapalný stav najťažšie kondenzovaný plyn - hélium. Teplota varu kvapalného hélia je 4,2 K. To umožnilo zmerať odpor niektorých čistých kovov, keď sa ochladili na veľmi nízku teplotu.

V roku 1911 sa práca Camerling-Onnes skončila najväčším objavom. Pri štúdiu odporu ortuti pri jej konštantnom ochladzovaní zistil, že pri teplote 4,12 K odpor ortuti vyskočil na nulu. Neskôr sa mu podarilo pozorovať rovnaký jav v mnohých ďalších kovoch, keď boli ochladené na teplotu blízku absolútnej nule. Fenomén úplnej straty elektrického odporu kovom pri určitej teplote sa nazýva supravodivosť.

Nie všetky materiály sa môžu stať supravodičmi, ale ich počet je pomerne veľký. U mnohých z nich sa však objavila nehnuteľnosť, ktorá výrazne bránila ich užívaniu. Ukázalo sa, že vo väčšine čistých kovov supravodivosť zmizne, keď sú v silnom magnetickom poli. Preto, keď cez supravodič tečie významný prúd, vytvorí okolo seba magnetické pole a supravodivosť v ňom zmizne. Táto prekážka sa však ukázala ako prekonateľná: zistilo sa, že niektoré zliatiny, napríklad niób a zirkónium, niób a titán atď., Majú tú vlastnosť, že si udržiavajú svoju supravodivosť pri vysokých prúdoch. To umožnilo širšie použitie supravodivosti.

Každá látka má svoju špecifickú odolnosť. Navyše odpor bude závisieť od teploty vodiča. Overíme to vykonaním nasledujúceho experimentu.

Prúd prechádza cez oceľovú špirálu. V okruhu so špirálou zapojíme do série ampérmeter. Ukáže určitú hodnotu. Teraz zahrejeme špirálu v plameni plynového horáka. Aktuálna hodnota, ktorú bude zobrazovať ampérmeter, klesá. To znamená, že sila prúdu bude závisieť od teploty vodiča.

Zmena odporu v závislosti od teploty

Predpokladajme, že pri teplote 0 stupňov je odpor vodiča R0 a pri teplote t je odpor R, potom bude relatívna zmena odporu priamo úmerná zmene teploty t:

• (R-R0) / R \u003d a * t.

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

Teplotný koeficient odporu  Numericky sa rovná relatívnej zmene odporu vodiča pri jeho zahriatí na 1 Kelvin.

Pre všetky kovy je to teplotný koeficient viac ako nula.  So zmenami teploty sa bude mierne líšiť. Preto, ak je zmena teploty malá, potom možno teplotný koeficient považovať za konštantný a rovný priemernej hodnote z tohto teplotného rozsahu.

Roztoky elektrolytu so zvyšujúcou sa teplotou znižujú odpor. To znamená, že pre nich bude teplotný koeficient menej ako nula.

Odpor vodiča závisí od špecifického odporu vodiča a od veľkosti vodiča. Pretože sa rozmery vodiča počas zahrievania významne nemenia, hlavnou zložkou zmeny odporu vodiča je špecifický odpor.

Závislosť odporu vodiča od teploty

Pokúsime sa nájsť teplotnú závislosť špecifického odporu vodiča.

Hodnoty odporov R \u003d p * l / S R0 \u003d p0 * l / S sa nahrádzajú do vyššie uvedeného vzorca.

Dostaneme nasledujúci vzorec:

• p \u003d p0 (1 + a * t).

Táto závislosť je uvedená na nasledujúcom obrázku.

Pokúsme sa pochopiť, prečo sa odpor zvyšuje

Keď zvyšujeme teplotu, zvyšuje sa amplitúda iónových vibrácií v uzloch kryštalickej mriežky. V dôsledku toho sa s nimi voľné elektróny budú pravdepodobne zrážať. Pri zrážke stratia smer pohybu. V dôsledku toho sa súčasná sila zníži.