Temperatuuri takistustegur

Juhi elektritakistus sõltub tavaliselt juhi materjalist, selle pikkusest ja ristlõikest või lühidalt öeldes takistusest ja juhi geomeetrilistest mõõtmetest. See sõltuvus on hästi teada ja seda väljendatakse järgmise valemiga:

Tuntud kõigile ja Ohmi seadus elektriahela homogeense lõigu jaoks, millest on näha, et mida suurem on takistus, seda väiksem on vool. Seega, kui traadi takistus on konstantne, siis rakendatava pinge kasvades peaks vool kasvama lineaarselt. Kuid tegelikkuses see nii ei ole. Juhtmete takistus ei ole konstantne.

Näidete saamiseks ei pea kaugele minema. Kui ühendate lambipirni reguleeritava toiteallikaga (voltmeetri ja ampermeetriga) ja suurendate sellel järk-järgult pinget, viies selle nimiväärtuseni, näete hõlpsalt, et vool ei kasva lineaarselt: pinge läheneb lambi nimiväärtus, kasvab selle mähise läbiv vool üha aeglasemalt ja valgus muutub üha heledamaks.

Pole olemas sellist asja, et poolile rakendatava pinge kahekordistamine kahekordistab voolu. Tundub, et Ohmi seadus ei kehti. Tegelikult on Ohmi seadus täidetud ja täpselt lambi hõõgniidi takistus pole konstantne, see sõltub temperatuurist.

Tuletame meelde, mis on metallide kõrge elektrijuhtivuse põhjus. Seda seostatakse suure hulga laengukandjate - voolukomponentide - olemasoluga metallides. juhtivuselektronid… Need on metallide aatomite valentselektronidest moodustunud elektronid, mis on ühised kogu juhile, nad ei kuulu iga üksiku aatomi juurde.

Juhile rakenduva elektrivälja toimel liiguvad vabajuhtivuselektronid kaootilisest enam-vähem korrastatud liikumiseni — tekib elektrivool. Kuid elektronid kohtavad oma teel takistusi, ioonvõre ebahomogeensust, näiteks võre defekte, ebahomogeenset struktuuri, mis on põhjustatud selle termilistest vibratsioonidest.

Elektronid interakteeruvad ioonidega, kaotavad hoogu, nende energia kandub üle võre ioonidele, muundatakse võre ioonide vibratsiooniks ja suureneb elektronide endi soojusliikumise kaos, millest voolu läbimisel juht kuumeneb.

Dielektrikutes, pooljuhtides, elektrolüütides, gaasides, mittepolaarsetes vedelikes - takistuse põhjus võib olla erinev, kuid Ohmi seadus ei jää ilmselgelt püsivalt lineaarseks.

Seega toob temperatuuri tõus metallide puhul kaasa kristallvõre termiliste vibratsioonide veelgi suurema tõusu ja suureneb vastupidavus juhtivuselektronide liikumisele.Seda on näha lambiga tehtud katsest: heledus suureneb, kuid vool suureneb vähem. See tähendab, et temperatuuri muutus mõjutas lambi hõõgniidi takistust.

Selle tulemusena saab selgeks, et vastupanu metalltraadid sõltub peaaegu lineaarselt temperatuurist. Ja kui arvestada, et kuumutamisel muutuvad traadi geomeetrilised mõõtmed veidi, siis sõltub ka elektritakistus peaaegu lineaarselt temperatuurist. Neid sõltuvusi saab väljendada valemitega:

Pöörame tähelepanu koefitsientidele. Oletame, et temperatuuril 0 ° C on juhi takistus R0, siis temperatuuril t ° C võtab see väärtuse R (t) ja takistuse suhteline muutus on võrdne α * t ° C. See proportsionaalsustegur α nimetatakse temperatuuritakistusteguriks... See iseloomustab aine elektritakistuse sõltuvust selle hetketemperatuurist.

See koefitsient on arvuliselt võrdne juhi elektritakistuse suhtelise muutusega, kui selle temperatuur muutub 1K võrra (üks kelvinikraad, mis võrdub temperatuurimuutusega ühe Celsiuse kraadi võrra).

Metallide puhul on TCR (temperatuuri takistuse koefitsient α), kuigi suhteliselt väike, alati suurem kui null, sest voolu möödumisel põrkuvad elektronid sagedamini kristallvõre ioonidega, mida kõrgem on temperatuur, t .is mida suurem on nende termiline kaootiline liikumine ja suurem kiirus.Põrkudes kaootilises liikumises võre ioonidega, kaotavad metalli elektronid energiat, mida me selle tulemusena näeme — traadi kuumenedes suureneb takistus. Seda nähtust kasutatakse tehniliselt takistustermomeetrid.

Seega iseloomustab takistuse temperatuurikoefitsient α aine elektritakistuse sõltuvust temperatuurist ja seda mõõdetakse 1 / K — kelvinites astmeni -1. Vastupidise märgiga väärtust nimetatakse juhtivuse temperatuuriteguriks.

Mis puutub puhastesse pooljuhtidesse, siis TCS on nende jaoks negatiivne, see tähendab, et takistus väheneb temperatuuri tõustes, see on tingitud asjaolust, et temperatuuri tõustes läheb juhtivustsooni järjest rohkem elektrone, samas suureneb ka aukude kontsentratsioon . Sama mehhanism on iseloomulik vedelatele mittepolaarsetele ja tahketele dielektrikutele.

Polaarsed vedelikud vähendavad järsult oma vastupidavust temperatuuri tõustes viskoossuse vähenemise ja dissotsiatsiooni suurenemise tõttu. Seda omadust kasutatakse elektrontorude kaitsmiseks suurte sisselülitusvoolude hävitava mõju eest.

Sulamite, legeeritud pooljuhtide, gaaside ja elektrolüütide puhul on takistuse termiline sõltuvus keerulisem kui puhaste metallide puhul. Kasutatakse väga madala TCS-iga sulameid, nagu manganiini ja konstantaani elektrilised mõõteriistad.