Головна » Наука та освіта » Залежність опору від температури

Залежність опору від температури



Одна з характеристик будь-якого проводить електричний струм матеріалу - це залежність опору від температури. Якщо її зобразити у вигляді графіка на координатної площині, де по горизонтальній осі відзначаються проміжки часу (t), а по вертикальній - значення омічного опору (R), то вийде ламана лінія. Залежність опору від температури схематично складається з трьох ділянок. Перший відповідає невеликому нагріванню - в цьому час опір змінюється дуже незначно. Так відбувається до певного моменту, після якого лінія на графіку різко йде вгору - це другий ділянку. Третя, остання складова - це пряма, що йде вгору від точки, на якій зупинився ріст R, під відносно невеликим кутом до горизонтальної осі.

Фізичний зміст даного графіка наступний: залежність опору від температури у провідника описується простим лінійним рівнянням доти, поки величина нагрівання не перевищить якесь значення, характерне саме для даного матеріалу. Наведемо абстрактний приклад: якщо при температурі +10 ° C опір речовини становить 10 Ом, то до 40 ° C значення R практично не зміниться, залишаючись у межах похибки вимірювань. Але вже при 41 ° C виникне стрибок опору до 70 Ом. Якщо ж подальше зростання температури не припиниться, то на кожний наступний градус припадуть додаткові 5 Ом.

Дана властивість широко використовується в різних електротехнічних пристроях, тому закономірно привести дані по міді як одному з найпоширеніших матеріалів в електричних машинах. Так, для мідного провідника нагрів на кожен додатковий градус призводить до зростання опору на піввідсотка від питомого значення (можна знайти в довідкових таблицях, наводиться для 20 ° C, 1 м довжини перетином 1 кв.мм).

При виникненні в металевому провіднику електрорушійної сили ЕРС з'являється електричний струм - спрямоване переміщення елементарних частинок, що володіють зарядом. Іони, що знаходяться у вузлах кристалічної решітки металу, не в змозі довго утримувати електрони на своїх зовнішніх орбітах, тому вони вільно переміщаються по всьому об'єму матеріалу від одного вузла до іншого. Це хаотичний рух обумовлено зовнішньої енергією - теплом.

Хоча факт переміщення в наявності, воно не є спрямованим, тому не розглядається як струму. При появі електричного поля електрони орієнтуються відповідно до його конфігурацією, формуючи спрямований рух. Але так як тепловий вплив нікуди не зникло, то хаотично переміщаються частинки стикаються з направленими полем. Залежність опору металів від температури показує величину перешкод проходженню струму. Чим більше температура, тим вище R провідника.

Очевидний висновок: знижуючи ступінь нагрівання, можна зменшити і опір. Явище надпровідності (близько 20 ° K) якраз і характеризується істотним зниженням теплового хаотичного руху частинок в структурі речовини.

Аналізованих властивість проводять матеріалів знайшло широке застосування в електротехніці. Наприклад, залежність опору провідника від температури використовується в електронних датчиках. Знаючи її значення для будь-якого матеріалу, можна виготовити терморезистор, підключити його до цифрового або аналоговому зчитувального пристрою, виконати відповідну градуювання шкали і використовувати в якості альтернативи ртутним термометрам. В основі більшості сучасних термодатчиков закладено саме такий принцип, адже надійність вище, а конструкція простіше.

Крім того, залежність опору від температури дає можливість розраховувати нагрів обмоток електродвигунів.