Kuidas takistus sõltub temperatuurist

Oma praktikas puutub iga elektrik kokku erinevate tingimustega laengukandjate läbimiseks metallides, pooljuhtides, gaasides ja vedelikes. Voolutugevust mõjutab elektritakistus, mis keskkonna mõjul muutub mitmeti.

Üks neist teguritest on kokkupuude temperatuuriga. Kuna see muudab oluliselt voolu voolu tingimusi, arvestavad disainerid sellega elektriseadmete valmistamisel. Elektripaigaldiste hoolduse ja käitamisega seotud elektritöötajad peavad neid funktsioone praktilises töös asjatundlikult kasutama.

Temperatuuri mõju metallide elektritakistusele

Koolifüüsika kursusel tehakse ettepanek selline katse läbi viia: võtta ampermeeter, patarei, traadijupp, ühendusjuhtmed ja taskulamp. Akuga ampermeetri asemel saate ühendada oommeetri või kasutada selle režiimi multimeetris.

Järgmiseks tuleb kokku panna pildil näidatud elektriahel ja mõõta voolutugevust ahelas.Selle väärtus on milliammeetri skaalal näidatud musta noolega.

Nüüd toome põleti leegi traadi külge ja hakkame seda soojendama. Kui vaatate ampermeetrit, näete, et nõel liigub vasakule ja jõuab punasega märgitud asendisse.

Katse tulemus näitab, et metallide kuumutamisel nende juhtivus väheneb ja takistus suureneb.

Selle nähtuse matemaatilise põhjenduse annavad pildil olevad valemid. Alumises avaldises on selgelt näha, et metalljuhi elektritakistus «R» on otseselt võrdeline selle temperatuuriga «T» ja sõltub mitmest muust parameetrist.

Kuidas metallide kuumutamine praktikas elektrivoolu piirab

Hõõglambid

Iga päev, kui tuled sisse lülitatakse, kohtame selle omaduse avaldumist hõõglampides. Teeme lihtsad mõõtmised 60-vatise pirniga.

Kõige lihtsama, 4,5 V madalpinge aku toitega ohmmeetriga mõõdame aluse kontaktide vahelist takistust ja näeme väärtust 59 oomi. See väärtus kuulub külmale niidile.

Kruvime pirni pessa ja ühendame sellega ampermeetri kaudu koduvõrgu pinge 220 volti. Ampermeetri nõel näitab 0,273 amprit. Alates Ohmi seadus vooluringi lõigu kohta määrake keerme takistus kuumutatud olekus. See on 896 oomi ja ületab eelmise ohmmeetri näitu 15,2 korda.

See ülejääk kaitseb helendava korpuse metalli põlemise ja hävimise eest, tagades selle pikaajalise töö pinge all.

Sisselülitamise siirded

Kui niit töötab, tekib sellel termiline tasakaal läbiva elektrivooluga kütmise ja osa soojusest keskkonda viimise vahel. Kuid sisselülitamise algfaasis, kui pinge on rakendatud, tekivad siirded, mis tekitavad sisselülitusvoolu, mis võib põhjustada hõõgniidi läbipõlemise.

Mööduvad protsessid toimuvad lühiajaliselt ja on tingitud asjaolust, et metalli kuumutamisel elektritakistuse suurenemise kiirus ei käi voolu suurenemisega sammu. Pärast nende valmimist määratakse töörežiim.

Kui lamp põleb pikka aega, jõuab selle hõõgniidi paksus järk-järgult kriitilisse olekusse, mis viib põlemiseni.Enamasti toimub see hetk järgmisel uuel sisselülitamisel.

Lambi tööea pikendamiseks vähendatakse seda sisselülitusvoolu mitmel viisil, kasutades:

1. seadmed, mis tagavad sujuva toite ja pinge vabastamise;

2. vooluahelad takistite, pooljuhtide või termistoride (termistorite) hõõgniidiga järjestikühenduseks.

Alloleval fotol on näide ühest viisist autovalgustite sisselülitusvoolu piiramiseks.

Siin antakse vool pirnile pärast lüliti SA sisselülitamist FU-kaitsme kaudu ja seda piirab takisti R, mille nimiväärtus valitakse nii, et siirdevoolu voolutugevus ei ületaks nimiväärtust.

Hõõgniidi kuumutamisel suureneb selle takistus, mis viib selle kontaktide ja KL1 relee paralleelselt ühendatud mähise vahelise potentsiaalse erinevuse suurenemiseni.Kui pinge jõuab relee seadistusväärtuseni, sulgub KL1 tavaliselt avatud kontakt ja läheb takistist mööda. Juba kehtestatud režiimi töövool hakkab läbi pirni voolama.

Resistentsuse termomeeter

Mõõteriistade töös kasutatakse metalli temperatuuri mõju selle elektritakistusele. Neid nimetatakse takistustermomeetrid.

Nende tundlik element on valmistatud õhukesest metalltraadist, mille takistust mõõdetakse hoolikalt teatud temperatuuridel. See niit on paigaldatud stabiilsete termiliste omadustega korpusesse ja kaetud kaitsekattega. Loodud struktuur asetatakse keskkonda, mille temperatuuri tuleb pidevalt jälgida.

Elektriahela juhid on paigaldatud tundliku elemendi klemmidele, mis ühendavad takistuse mõõtmise ahelat. Selle väärtus teisendatakse temperatuuri väärtusteks, mis põhinevad seadme varem teostatud kalibreerimisel.

Barretter – voolu stabilisaator

See on seadme nimi, mis koosneb klaasist suletud vesinikgaasilindrist ja rauast, volframist või plaatinast valmistatud metalltraadi spiraalist. See disain meenutab välimuselt hõõglambipirni, kuid sellel on spetsiifiline mittelineaarne voolu-pinge karakteristik.

I — V karakteristikul moodustub selle teatud vahemikus töötsoon, mis ei sõltu kütteelemendile rakendatava pinge kõikumisest. Selles piirkonnas kompenseerib baret hästi toiteallika pulsatsiooni ja töötab sellega järjestikku ühendatud koormuse voolu stabilisaatorina.

Toru töö põhineb hõõgniidi keha soojusinertsi omadustel, mille tagab hõõgniidi väike ristlõige ja seda ümbritseva vesiniku kõrge soojusjuhtivus. Seega, kui seadme pinge väheneb, kiireneb soojuse eemaldamine selle hõõgniidist.

See on peamine erinevus hõõglampide ja hõõglampide vahel, mille puhul heleduse heleduse säilitamiseks püütakse vähendada hõõgniidi konvektiivset soojuskadu.

Ülijuhtivus

Tavalistes keskkonnatingimustes, kui metalljuht jahtub, väheneb selle elektritakistus.

Kriitilise temperatuuri saavutamisel, Kelvini mõõtmissüsteemi järgi null kraadi lähedal, toimub takistuse järsk langus nullini. Parempoolne pilt näitab sellist sõltuvust elavhõbedast.

Seda nähtust, mida nimetatakse ülijuhtivuseks, peetakse paljulubavaks uurimisvaldkonnaks, et luua materjale, mis võivad märkimisväärselt vähendada elektrikadu selle edastamisel pikkadel vahemaadel.

Ülijuhtivuse jätkuvad uuringud näitavad aga mitmeid mustreid, kus metalli elektritakistust kriitilises temperatuuripiirkonnas mõjutavad muud tegurid. Eelkõige siis, kui vahelduvvool läbib koos selle võnkesageduse suurenemisega, tekib takistus, mille väärtus ulatub valguslainete perioodiga harmooniliste normaalväärtuste vahemikku.

Temperatuuri mõju gaaside elektritakistusele / juhtivusele

Gaasid ja tavaline õhk on dielektrikud ega juhi elektrit.Selle moodustamiseks on vaja laengukandjaid, mis on välistegurite mõjul tekkinud ioonid.

Kuumutamine võib põhjustada ioniseerumist ja ioonide liikumist keskkonna ühelt pooluselt teisele. Saate seda kontrollida lihtsa katse näitel. Võtame samad seadmed, millega määrati kuumutamise mõju metalljuhi takistusele, kuid juhi asemel ühendame juhtide külge kaks õhuruumiga eraldatud metallplaati.

Ahelaga ühendatud ampermeeter ei näita voolu. Kui põleti leek asetatakse plaatide vahele, kaldub seadme nool nullist kõrvale ja näitab gaasikeskkonda läbiva voolu väärtust.

Nii leiti, et gaasides toimub kuumutamisel ionisatsioon, mis toob kaasa elektriliselt laetud osakeste liikumise ja keskkonna takistuse vähenemise.

Voolu väärtust mõjutab välise rakendatud pingeallika võimsus ja selle kontaktide potentsiaalide erinevus. See on võimeline suurte väärtustega gaaside isolatsioonikihist läbi murdma. Sellise juhtumi tüüpiline ilming looduses on äikese ajal loomulik välgulahendus.

Graafikul on toodud gaaside vooluvoolu voolu-pinge karakteristiku ligikaudne vaade.

Algstaadiumis täheldatakse temperatuuri ja potentsiaalide erinevuse mõjul ionisatsiooni suurenemist ja voolu läbimist ligikaudu lineaarselt. Seejärel omandab kõver horisontaalse suuna, kui pinge tõus ei too kaasa voolu suurenemist.

Kolmas hävitamise etapp toimub siis, kui rakendatud välja kõrge energia kiirendab ioone nii, et need hakkavad neutraalsete molekulidega kokku põrgama, moodustades neist massiliselt uusi laengukandjaid. Selle tulemusena suureneb vool järsult, moodustades dielektrilise kihi purunemise.

Gaasijuhtivuse praktiline kasutamine

Raadioelektronlampides ja luminofoorlampides kasutatakse gaaside kaudu voolava voolu nähtust.

Selleks asetatakse inertgaasiga suletud klaassilindrisse kaks elektroodi:

1. anood;

2. katood.

Luminofoorlambis on need valmistatud hõõgniitide kujul, mis sisselülitamisel kuumenevad, tekitades termokiirgust. Kolvi sisepind on kaetud fosforikihiga. See kiirgab nähtavat valguse spektrit, mis moodustub elektronide vooga pommitatud elavhõbedaauru poolt kiiratud infrapunakiirgusest.

Tühjendusvool tekib siis, kui pirni erinevates otstes paiknevate elektroodide vahel rakendatakse teatud väärtusega pinget.

Kui üks hõõgniitidest põleb läbi, siis selle elektroodi elektronide emissioon on häiritud ja lamp ei põle läbi. Kui aga suurendada katoodi ja anoodi potentsiaalivahet, siis tekib pirni sisse jälle gaaslahendus ja fosfori luminestsents taastub.

See võimaldab kasutada kahjustatud hõõgniitidega LED-pirne ja pikendada nende kasutusiga. Tuleb vaid meeles pidada, et samal ajal on vaja sellel mitu korda pinget tõsta ja see suurendab oluliselt energiakulu ja ohutu kasutamise riske.

Temperatuuri mõju vedelike elektritakistusele

Voolu läbimine vedelikes tekib peamiselt katioonide ja anioonide liikumise tõttu välise elektrivälja toimel. Ainult väikese osa juhtivusest annavad elektronid.

Temperatuuri mõju vedela elektrolüüdi elektritakistusele kirjeldatakse pildil näidatud valemiga. Kuna temperatuurikoefitsiendi α väärtus selles on alati negatiivne, siis kuumutamise kasvades juhtivus suureneb ja takistus väheneb, nagu on näidatud graafikul.

Seda nähtust tuleks arvestada vedelate autoakude (ja mitte ainult) akude laadimisel.

Temperatuuri mõju pooljuhtide elektritakistusele

Pooljuhtmaterjalide omaduste muutmine temperatuuri mõjul võimaldas neid kasutada järgmiselt:

• soojustakistus;

• termopaarid;

• külmikud;

• küttekehad.

Termistorid

See nimi tähendab pooljuhtseadmeid, mis muudavad soojuse mõjul oma elektritakistust. Nende omad temperatuuri takistustegur (TCR) oluliselt kõrgem kui metallidel.

Pooljuhtide TCR väärtus võib olla positiivne või negatiivne. Selle parameetri järgi jagunevad need positiivseteks "RTS" ja negatiivseteks "NTC" termistoriteks. Neil on erinevad omadused.

Termistori tööks valitakse üks selle voolu-pinge karakteristiku punktidest:

• lineaarset sektsiooni kasutatakse temperatuuri reguleerimiseks või muutuvate voolude või pingete kompenseerimiseks;

• TCS <0 elementide karakteristiku I — V laskuv haru võimaldab kasutada pooljuhti releena.

Releetermistori kasutamine on mugav ülikõrgetel sagedustel toimuvate elektromagnetilise kiirguse protsesside jälgimiseks või mõõtmiseks. See tagab nende kasutamise süsteemides:

1. soojuse juhtimine;

2. tulekahjusignalisatsioon;

3. puisteainete ja vedelike voolukiiruse reguleerimine.

Jahutussüsteemides ja transistoride temperatuuri stabiliseerimises kasutatakse väikese TCR > 0 ränitermistoreid.

Termopaarid

Need pooljuhid töötavad Seebecki fenomeni alusel: kahe hajutatud metalli jootekoha kuumutamisel tekib suletud vooluringi liitumiskohas EMF. Sel viisil muudavad nad soojusenergia elektrienergiaks.

Kahest sellisest elemendist koosnevat konstruktsiooni nimetatakse termopaariks. Selle efektiivsus jääb vahemikku 7 ÷ 10%.

Termopaare kasutatakse digitaalsete arvutusseadmete termomeetrites, mis nõuavad miniatuurset suurust ja suurt lugemise täpsust, samuti väikese võimsusega vooluallikaid.

Pooljuhtküttekehad ja külmikud

Need töötavad termopaaride taaskasutamise teel, mida läbib elektrivool. Sel juhul soojendatakse seda ühes ristmiku kohas ja teises jahutatakse.

Seleenil, vismutil, antimonil, telluuril põhinevad pooljuhtühendused võimaldavad tagada termopaari temperatuuride erinevuse kuni 60 kraadini. See võimaldas luua pooljuhtidest külmiku disaini, mille temperatuur jahutuskambris on kuni -16 kraadi.