Температурни коефицијент отпора

Електрични отпор проводника обично зависи од материјала проводника, од његове дужине и попречног пресека, или, укратко, од отпора и од геометријских димензија проводника. Ова зависност је добро позната и изражава се формулом:

Познато свима и Омов закон за хомогени пресек електричног кола, из чега се види да што је отпор већи, то је струја мања. Дакле, ако је отпор жице константан, онда како се примењени напон повећава, струја би требало да расте линеарно. Али у стварности то није случај. Отпор жица није константан.

За примерима не морате ићи далеко. Ако спојите сијалицу на подесиво напајање (волтметром и амперметром) и постепено повећавате напон на њој, доводећи га до номиналне вредности, лако ћете видети да струја не расте линеарно: напон се приближава номиналне вредности лампе, струја кроз њен калем расте све спорије и светлост постаје све светлија.

Не постоји таква ствар да би удвостручење напона примењеног на калем удвостручило струју. Изгледа да Омов закон не важи. У ствари, Омов закон је испуњен и тачно отпор филамента лампе није константан, зависи од температуре.

Подсетимо се шта је разлог високе електричне проводљивости метала. Повезан је са присуством у металима великог броја носилаца наелектрисања — струјних компоненти — електрона проводљивости… То су електрони формирани од валентних електрона атома метала, који су заједнички за цео проводник, не припадају сваком појединачном атому.

Под дејством електричног поља примењеног на проводник, електрони слободне проводљивости прелазе из хаотичног у мање или више уређено кретање — формира се електрична струја. Али електрони на свом путу наилазе на препреке, нехомогености јонске решетке, као што су дефекти решетке, нехомогена структура узрокована њеним топлотним вибрацијама.

Електрони ступају у интеракцију са јонима, губе замах, њихова енергија се преноси на јоне решетке, претвара се у вибрације јона решетке, а хаос топлотног кретања самих електрона се повећава, од чега се проводник загрева када струја пролази кроз њега.

У диелектрицима, полупроводницима, електролитима, гасовима, неполарним течностима — разлог за отпор може бити другачији, али Омов закон очигледно не остаје трајно линеаран.

Тако за метале повећање температуре доводи до још већег повећања топлотних вибрација кристалне решетке, а отпор кретању електрона проводљивости се повећава.Ово се може видети из експеримента са лампом: осветљеност сјаја се повећава, али се струја повећава мање. То значи да је промена температуре утицала на отпор филамента лампе.

Као резултат, постаје јасно да отпор металне жице зависи скоро линеарно од температуре. А ако узмемо у обзир да се при загревању геометријске димензије жице мало мењају, онда електрични отпор такође зависи скоро линеарно од температуре. Ове зависности се могу изразити формулама:

Хајде да обратимо пажњу на шансе. Претпоставимо да је на 0 ° Ц отпор проводника Р0, онда ће на температури т ° Ц попримити вредност Р (т), а релативна промена отпора ће бити једнака α * т ° Ц. Овај фактор пропорционалности α се назива температурни коефицијент отпора... Карактерише зависност електричног отпора супстанце од њене тренутне температуре.

Овај коефицијент је нумерички једнак релативној промени електричног отпора проводника када се његова температура промени за 1К (један степен Келвина, што је еквивалентно промени температуре од једног степена Целзијуса).

За метале, ТЦР (температурни коефицијент отпора α), иако релативно мали, увек је већи од нуле, јер када струја прође, електрони се чешће сударају са јонима кристалне решетке, што је температура већа, т . што је њихово топлотно хаотично кретање веће и њихова брзина је већа.Сударајући се у хаотичном кретању са решеткастим јонима, електрони метала губе енергију, што видимо као резултат — отпор се повећава како се жица загрева. Овај феномен се технички користи у отпорни термометри.

Дакле, температурни коефицијент отпора α карактерише зависност електричног отпора супстанце од температуре и мери се у 1 / К — келвин на снагу -1. Вредност са супротним предзнаком назива се температурни коефицијент проводљивости.

Што се тиче чистих полупроводника, ТЦС је за њих негативан, односно отпор опада са повећањем температуре, то је због чињенице да како температура расте, све више електрона прелази у зону проводљивости, док се концентрација рупа такође повећава . Исти механизам је карактеристичан за течне неполарне и чврсте диелектрике.

Поларне течности нагло смањују свој отпор са повећањем температуре због смањења вискозитета и повећања дисоцијације. Ово својство се користи за заштиту електронских цеви од деструктивних ефеката великих ударних струја.

За легуре, допиране полупроводнике, гасове и електролите, термичка зависност отпора је сложенија него за чисте метале. Легуре са веома ниским ТЦС, као што су манганин и константан, се користе у електрични мерни инструменти.