Изменение
удельного сопротивления при растяжении
или сжатии приближенно может оцениваться
формулой:
ρ
= ρ0(1± σ ·s)
(4.3)
где
ρ – удельное сопротивление металла
(Ом*м) при механическом напряжении σ, ρ0– удельное сопротивление металла, не
подверженного механическому воздействию,s– коэффициент механического
напряжения, характеризующий данный
металл; знак плюс в формуле соответствует
растяжению, минус – сжатию.
Изменение
ρ при упругих деформациях объясняется
изменением амплитуды колебаний узлов
кристаллической решетки металла. При
растяжении эти амплитуды увеличиваются,
при сжатии – уменьшаются. Увеличение
амплитуды колебаний узлов кристаллической
решетки приводит к уменьшению подвижности
носителей зарядов и, как следствие, к
возрастанию ρ. Пластическая деформация,
как правило, повышает удельное
сопротивление металлов вследствие
искажения кристаллической решетки. При
рекристаллизации путем отжига удельное
сопротивление может быть вновь снижено
до первоначального значения.
4.3.5. Удельное сопротивление сплавов.▲
Значительное
возрастание ρ наблюдается при сплавлении
двух металлов в том случае, если они
образуют друг с другом твердый
раствор, т.е. создают при отвердевании
совместную кристаллизацию, и атомы
одного металла входят в кристаллическую
решетку другого. ρ имеет максимум,
соответствующий некоторому определенному
соотношению между содержанием компонентов
в сплаве. Так, Н.С.Курнаков открыл, что
в тех случаях, когда при определенном
соотношении между компонентами они
образуют друг с другом явно выраженные
химические соединения (интерметаллиды),
на кривых ρ в функции состава наблюдаются
изломы (рис.4.2).
Рис. 4.2. Зависимость удельного
сопротивления сплавов цинк – магний
от
состава. Точка
1 соответствует чистому Mg,
2 – соединению
MgZn,
3 –Mg2Zn3,
4 –MgZn4, 5 –MgZn6,
6 – чистомуZn.
Исследования А.Ф.Иоффе показали, что
многие интерметаллиды являются не
веществами с металлическим характером
электропроводности, а электронными
полупроводниками.
Если
же сплав двух металлов создает раздельную
кристаллизацию, и структура застывшего
сплава представляет собой смесь
кристаллов каждого из компонентов (т.е.
искажение кристаллической решетки
каждого компонента не имеет места), то
удельная проводимость γ сплава меняется
с изменением состава приблизительно
линейно, т.е. определяется арифметическим
правилом смешения (рис.4.3).
Рис.4.3.
Зависимость удельной проводимости
сплавов медь – вольфрам
от состава (в процентах по массе).
4.3.6. Теплопроводность металлов.▲
За
передачу тепла через металл в основном
ответственны те же свободные электроны,
которые определяют и электропроводность
металлов, и количество которых в единице
объема весьма велико. Поэтому, как
правило, теплопроводность γтметаллов намного больше, чем теплопроводность
диэлектриков. Очевидно, что при прочих
равных условиях, чем больше удельная
электрическая проводимость γ металла,
тем больше должна быть и его теплопроводность.
Легко также видеть, что при повышении
температуры, когда подвижность электронов
в металле и соответственно его удельная
проводимость уменьшаются, отношение
γт/γ должно возрастать.
Чистота
и характер механической обработки
металла могут заметно сказываться на
его теплопроводности, в особенности
при низких температурах.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Для рассмотрения характеристик электрических параметров рассмотрим назначение приборов:
- сила тока в цепи определяется амперметров, который подключается последовательно с соблюдением полярности;
- напряжение на участке цепи измеряется вольтметром, который подключается параллельно к тому участку или прибору, на котором нужно узнать разность потенциалов или напряжения;
- на деревянной изолирующей подставке — устройство, имеющее провода с различными значениями сопротивления;
- значение тока можно регулировать реостатом.
Рис. (1). Цепь с возможностью выбора проводника
Определим физические параметры (величины), влияющие на значение сопротивления проводника.
Эксперимент (1). Физическая величина — длина (прямая пропорциональность).
Эксперимент (2). Физическая величина — площадь поперечного сечения (обратная пропорциональность).
Эксперимент (3). Материал проводника, физическая величина — удельное сопротивление проводника (прямая пропорциональность).
Примечание: «эксперимент» следует понимать как включение в электрическую цепь проводников с конкретными одинаковыми и различающимися физическими параметрами и сравнение значений сопротивлений данных проводников.
Впервые зависимость сопротивления проводника от вещества, из которого он изготовлен, и от длины проводника обнаружил немецкий физик Георг Ом. Он установил:
Сопротивление проводника напрямую зависит от его длины и материала, но обратным образом зависит от площади поперечного сечения проводника.
Обрати внимание!
Из этого можно сделать вывод: чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление.
Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, т.е. чем толще проводник, тем его сопротивление меньше, и, наоборот, чем тоньше проводник, тем его сопротивление больше.
Чтобы лучше понять эту зависимость, представьте себе две пары сообщающихся сосудов, причём у одной пары сосудов соединяющая трубка тонкая, а у другой — толстая. Ясно, что при заполнении водой одного из сосудов (каждой пары) переход её в другой сосуд по толстой трубке произойдёт гораздо быстрее, чем по тонкой, т.е. толстая трубка окажет меньшее сопротивление течению воды. Точно так же и электрическому току легче пройти по толстому проводнику, чем по тонкому, т.е. первый оказывает ему меньшее сопротивление, чем второй.
Удельное сопротивление проводника зависит от строения вещества. Электроны при движении внутри металлов взаимодействуют с атомами (ионами), находящимися в узлах кристаллической решётки. Чем выше температура вещества, тем сильнее колеблются атомы и тем больше удельное сопротивление проводников.
Удельное электрическое сопротивление — физическая величина (rho), характеризующая свойство материала оказывать сопротивление прохождению электрического тока:
ρ=R⋅Sl
, где удельное сопротивление проводника обозначается греческой буквой (rho) (ро), (l) — длина проводника, (S) — площадь его поперечного сечения.
Определим единицу удельного сопротивления. Воспользуемся формулой
ρ=R⋅Sl
.
Как известно, единицей электрического сопротивления является (1) Ом, единицей площади поперечного сечения проводника — (1) м², а единицей длины проводника — (1) м. Подставляя в формулу, получаем:
, т.е. единицей удельного сопротивления будет
Ом⋅м
.
На практике (например, в магазине при продаже проводов) площадь поперечного сечения проводника измеряют в квадратных миллиметрах, В этом случае единицей удельного сопротивления будет:
, т.е.
Ом⋅мм2м
.
В таблице приведены значения удельного сопротивления некоторых веществ при (20) °С.
Удельное сопротивление увеличивается пропорционально температуре.
При нагревании колебания ионов металлов в узлах металлической решётки увеличиваются, поэтому свободного пространства для передвижения электронов становится меньше. Электроны чаще отбрасываются назад, поэтому значение тока уменьшается, а значение сопротивления увеличивается.
Обрати внимание!
Из всех металлов наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро и медь. А это значит, что медь и серебро лучше остальных проводят электрический ток.
При проводке электрических цепей, например, в квартирах не используют серебро, т.к. это дорого. Зато используют медь и алюминий, так как эти вещества обладают малым удельным сопротивлением.
Порой необходимы приборы, сопротивление которых должно быть большим. В этом случаем необходимо использовать вещество или сплав с большим удельным сопротивлением. Например, нихром.
Полиэтилен, дерево, стекло и многие другие материалы отличаются очень большим удельным сопротивлением. Поэтому они не проводят электрический ток. Такие материалы называют диэлектриками или изоляторами.
Очень часто нам приходится изменять силу тока в цепи. Иногда мы ее увеличиваем, иногда уменьшаем. Водитель трамвая или троллейбуса изменяет силу тока в электродвигателе, тем самым увеличивая или уменьшая скорость транспорта.
Реостат — это резистор, значение сопротивления которого можно менять.
Реостаты используют в цепи для изменения значений силы тока и напряжения.
Реостат на рисунке состоит из провода с большим удельным сопротивлением (никелин, нихром), по которому передвигается подвижный контакт (C) по длине провода, плавно изменяя сопротивление реостата. Сопротивление такого реостата пропорционально длине провода между подвижным контактом (C) и неподвижным (A). Чем длиннее провод, тем больше сопротивление участка цепи и меньше сила тока. С помощью вольтметра и амперметра можно проследить эту зависимость.
Рис. (2). Реостат с подвижным контактом
На школьных лабораторных занятиях используют переменное сопротивление — ползунковый реостат.
Рис. (3). Ползунковый реостат
Он состоит из изолирующего керамического цилиндра, на который намотан провод с большим удельным сопротивлением. Витки проволоки должны быть изолированы друг от друга, поэтому либо проволоку обрабатывают графитом, либо оставляют на проволоке слой окалины. Сверху над проволочной обмоткой закреплен металлический стержень, по которому перемещается ползунок. Контакты ползунка плотно прижаты в виткам и при движении изолирующий слой графиты или окалины стирается, и тогда электрический ток может проходить от витков проволоки к ползунку, через него подводиться к стержню, имеющему на конце зажим (1).
Для соединения реостата в цепь используют зажим (1) и зажим (2). Ток, поступая через зажим (2), идёт по никелиновой проволоке и через ползунок подаётся на зажим (1). Перемещая ползунок от (2) к (1), можно увеличивать длину провода, в котором течёт ток, а значит, и сопротивление реостата.
В электрических схемах реостат изображается следующим образом:
Как и любой электрический прибор, реостат имеет допустимое значение силы тока, свыше которого прибор может перегореть. Маркировка реостата содержит диапазон его сопротивления и максимальное допустимое значение силы тока.
Обрати внимание!
Сопротивление реостата нужно учитывать в параметрах электрической цепи. При минимальных значениях сопротивления ток в цепи может вывести из строя амперметр.
Существуют реостаты, в которых переключатель подключается на проводники заданной длины и сопротивления: каждая спираль реостата имеет определённое сопротивление. Поэтому плавно изменять силу тока с помощью такого прибора не получится.
Рис. (4). Реостат с переключением
Сопротивление проводника:
R=ρ⋅lS
Из этой формулы можно выразить и другие величины:
Источники:
Рис. 1. Цепь с возможностью выбора проводника. © ЯКласс.
Рис. 4. «File:Rheostat hg.jpg» by Hannes Grobe (talk) is licensed under CC BY 3.0
Зависимость сопротивления проводника от температуры
Практически в электротехнике выло выявлено, что с увеличением температуры сопротивление проводников из металла возрастает, а с понижением уменьшается. Для всех проводников из металла это изменение сопротивления почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1°С.
Если быть точным, то на самом деле при изменении температуры проводника изменяется его удельное сопротивление, которое имеет следующую зависимость:
где ρ и ρ0, R и R0 — соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при температурах t и 0°С (шкала Цельсия), α — температурный коэффициент сопротивления, [α] = град-1.
Изменение удельного сопротивления проводника приводит к изменения самого сопротивления, что видно из следующего выражения:
Зная электронную теорию строения вещества можно дать следующее объяснение увеличению сопротивления металлических проводников с повышением температуры. При увеличении температуры проводник получает тепловую энергию, которая несомненно передается всем атомам вещества, в результате чего .возрастает их тепловое движение. Увеличившееся тепловое движение атомов создает большее сопротивление направленному движению свободных электронов (увеличивается вероятность столкновения свободных электронов с атомами), от этого и возрастает сопротивление проводника.
С понижением температуры направленное движение электронов облегчается (уменьшается возможность столкновения свободных электронов с атомами), и сопротивление проводника уменьшается. Этим объясняется интересное явление — сверхпроводимость металлов. Сверхпроводимость, т. е. уменьшение сопротивления металлов до нуля, наступает при огромной отрицательной температуре —273° С, называемой абсолютным нулем. При температуре абсолютного нуля атомы металла как бы застывают на месте, совершенно не препятствуя движению электронов.
График звисимости сопротивления металлического проводника от температуры представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления металлического проводника от температуры
Необходимо сказать, что сопротивление электролитов и полупроводников (уголь, селен и другие) с увеличением температуры уменьшается.
Температурная зависимость сопротивления электролита объясняется также в основном изменением удельного сопротивления,однако всегда температурный коэффициент сопротивления — α <0.
Поэтому кривая зависимости сопротивленя электролита от температуры имеет вид, представленый на рисунке 2.
Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления электролита от температуры
Ддя полупроводников характер изменения удельного сопротивления от температуры будет схож с таковым для элетролитов.
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Похожие материалы:
Добавить комментарий
Сообщения без ответов | Активные темы | Избранное
|
|
Удельное сопротивление проводника
|
|
23/02/14 |
Здравствуйте, товарищи. Прошу помощи в следующем вопросе: какими внешними факторами можно изменить удельное сопротивление проводника. Кроме температуры и давления (сюда же относятся разные механические напряжения, кручение, изгиб и всё в таком духе). Так же прошу объяснить каким образом оно будет меняться в вашем примере, спасибо.
|
|
|
|
 |
05.10.2016, 00:12 
|
Ms-dos4 |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
||
25/02/08 |
h8w8 Как вариант — внести в магнитное поле (магнеторезистивный эффект). Но вы лучше уточните вопрос, что именно вы хотите получить.
|
||
|
|
|||
|
|
Dmitriy40 |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
||
20/08/14 |
Очистить от примесей (сопротивление говорят уменьшается).
|
||
|
|
|||
|
|
h8w8 |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
|
23/02/14 |
Ms-dos4 Уточняю: есть например медный брусок, абсолютно чистый, без примесей, нужно каким-то внешним фактором изменить его удельное сопротивление (обычно его обозначают как ‘ро’). Вариант с магнитным полем это да, но есть что-то ещё. Про примеси и магнитное поле написал выше, про перевод в аморфную форму интересно, но не то.
|
|
|
|
|
|
Munin |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
||
30/01/06 |
Химсостав. Инжекция носителей. Фотоэмиссия. — 05.10.2016 02:22:40 — обычно его обозначают как ‘ро’ Нет, обычно его обозначают как — 05.10.2016 02:24:00 — Уточняю: есть например медный брусок, абсолютно чистый, без примесей, нужно каким-то внешним фактором изменить его удельное сопротивление Обычно такие задачи возникают при решении другой задачи. Как неудачно придуманный способ решения. В общем, показывайте, что вам на самом деле нужно.
|
||
|
|
|||
|
Иногда ещё 
|
h8w8 |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
|
23/02/14 |
Munin Исходный вопрос звучит так: какими внешними факторами можно изменить удельное сопротивление проводника
|
|
|
|
|
|
Osmiy |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
|
01/03/13 |
|
|
|
|
|
|
Munin |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
||
30/01/06 |
Исходный вопрос звучит так: какими внешними факторами можно изменить удельное сопротивление проводника Это не исходный. Зачем вам это понадобилось: изменять удельное сопротивление проводника? Не знаю поможет ли это, но вопрос родился в ходе лабораторной работы по специальности электротехнические материаловедение. Почти всё, что здесь предлагали уже обдумывалось как вариант, но нужно что-то ещё. Нет. Не нужно чего-то ещё. И на вашем уровне, ответить на этот вопрос нельзя вообще. А если вам этот вопрос задал преподаватель, при сдаче работы, то правильный ответ:
|
||
|
|
|||
|
|
Александрович |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
|
21/01/09 |
Почти всё, что здесь предлагали уже обдумывалось как вариант, но нужно что-то ещё. Уменьшить, увеличить количество свободных электронов в образце.
|
|
|
|
|
|
h8w8 |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
|
23/02/14 |
Munin Исследовалась температурная зависимость удельного сопротивления проводников (медь, констонтан и что-то ещё), не думаю, что это уточнение поможет в ответе. этот вариант уже был, но не то, в любом случае спасибо.
|
|
|
|
|
очевидно зависит от температуры и давления и ещё многих факторов перечисленных выше и Вы сами об этом писали выше, так с чего бы это ответ «не зависит», поясните, пожалуйста.|
AnatolyBa |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
||
21/09/15 |
Все-таки непонятно. Вы что, получили значение отличающееся от справочного и ищете источник погрешности?
|
||
|
|
|||
|
|
Munin |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
||
30/01/06 |
В основном, Ещё два очень существенных фактора: чистота и качество поверхности, и степень кривизны рук при проведении измерений. Вот теперь, пожалуй, всё, остальные крайне слабо влияют. — 06.10.2016 12:35:04 — Исследовалась температурная зависимость удельного сопротивления проводников (медь, констонтан и что-то ещё), не думаю, что это уточнение поможет в ответе. Именно это — ключевые сведения при ответе. Кстати, «константан», потому что это слово родственно слову «константа».
|
||
|
|
|||
|
|
h8w8 |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
|
23/02/14 |
AnatolyBa , Munin , Нет, с лабой всё ок, это просто вопрос не относящийся прямо к результатам работы.
|
|
|
|
|
|
Munin |
Re: Удельное сопротивление проводника
|
||
30/01/06 |
это просто вопрос не относящийся прямо к результатам работы. Вопрос чей ? Ваш или преподавателя? Если ваш — вам с самого начала уже предложили все возможные варианты. Придираться вы не имеете права. Если будете настаивать, что «нужно что-то другое» — поясните, откуда вообще берётся это утверждение и уверенность в нём.
|
||
|
|
|||
|
Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы
Кто сейчас на конференции |
|
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей |
| Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете добавлять вложения |
Зависимость электрического сопротивления от температуры
Содержание
- 1 Сопротивление
- 2 Коэффициент сопротивления
- 2.1 Газы
- 2.2 Жидкости
- 3 Сверхпроводимость
- 4 Применение
- 4.1 Резистор
- 4.2 Терморезистор
- 4.3 Термометр сопротивления
- 4.4 Газ
- 5 Заключение
- 6 Видео по теме
При проектировании электрических схем, инженеры сталкиваются с тем, что проводники обладают определенным сопротивлением, на которое оказывают влияния температурные колебания. Статья даст подробное описание, что такое зависимость сопротивления от температуры и как температура влияет на проводимость различных веществ — металлов, газов и жидкостей. Дополнительно будет приведена формула расчета такой зависимости.
Сопротивление
Сопротивлением называется способность проводника пропускать через себя электрический ток. Единицей измерения данной физической величины является Ом. На принципиальных схемах эта величина обозначается буквой «R». На величину сопротивления любого проводника электрическому току влияет его структура. Двигаясь внутри структуры, свободные электроны сталкиваются с атомами и электронами, которые замедляют их движение. Чем их концентрация больше, тем выше будет само электрическое сопротивление.
О способности проводников проводит электрический ток судят по величине его удельного сопротивления. Удельное сопротивление проводника — это сопротивление протеканию тока через проводник из любого вещества с площадью поперечного сечения 1 м² и длиной один метр. Обозначается в физике данная величина буквой «ρ». Данный параметр является табличной величиной и измеряется в системе СИ как Ом×м (может также измеряться в Ом×см и Ом×мм²/м).
Коэффициент сопротивления
Во время работы электрических цепей прослеживается прямая зависимость сопротивления металлов от температуры. Это явление называют коэффициентом температурного сопротивления. Оно определяет соотношение сопротивления к температурным изменениям. Объясняется это явление следующим образом: с повышением температуры структура проводника получает долю тепловой энергии, вследствие чего эта энергия увеличивает скорость движения атомов. В результате повышается вероятность их столкновения со свободными электронами. Чем чаще происходят эти столкновения, тем ниже будет проводимость.
Можно провести простой опыт: в электрическую схему из аккумулятора и омметра подключим кусок медной проволоки. При таком подключении схема будет иметь строго определенное значение сопротивления. Далее надо будет нагреть медную проволоку. В момент нагрева можно заметить, что сопротивление всей схемы растет, а после остывания проводника оно наоборот уменьшается. На основании такого опыта довольно просто прослеживается температурная зависимость сопротивления проводника.
Температурный коэффициент отображает увеличение сопротивления при изменении температуры вещества на 1 градус. Для максимально чистого металла это значение равняется 0.004 °С-1. То есть, при увеличении температуры на 10 градусов, электрическая проводимость в металлах изменится на 4 % в большую сторону. Данная величина обозначается буквой «α». При расчете сопротивления через удельное сопротивление используется такая формула:
В данной зависимости:
- «R» — сопротивление, Ом;
- «l» — длина проводника, м;
- «s» — поперечное сечение проводника, м²;
- «ρ» — значение удельного сопротивления, Ом×м.
Зависимость проводимости металлического проводника от температуры можно проследить с помощью таких выражений:
Для металлов все предельно просто — изменение температуры приводит к увеличению его сопротивления. Ниже будет дано описание этой зависимости для газов, которые по своей природе являются диэлектриками.
Для закрепления материала, решим следующую задачу:
Имеется стальной проводник, диаметр которого равен один миллиметр, а длина его составляет 100 метров. Определите сопротивление такого проводника из стали, если величина удельного сопротивления стального проводника составляет 12×10-8 Ом×м.
Решение:
d=1 мм;
l=100 м;
ρ=13×10-8 Ом×м;
R–?
Определяем сопротивление проводника по формуле:
R=ρ(l/S)
где S является площадью поперечного сечения. Определить площадь можно с помощью формулы:
S= π×r2= π×d2/22=3.14×(1×10-3)2/4=3.14×10-6/4=0.785×10-6м2
После этого можно определить сопротивление:
R=12×10-8×100/(0.785×10-6)=15.287 Ом
Газы
Газы не являются проводниками, но их проводимость так же зависит от температуры. Происходит это за счет так называемого эффекта ионизации. Ионизация в газах происходит за счет насыщения их жидкостью или иными веществами, которые способны проводить электрический ток. Проследить то, как увеличивается сопротивление при повышении температуры газа можно на таком опыте.
К схеме с амперметром и аккумулятором добавим 2 металлические пластины, которые не соприкасаются друг с другом. Такая электрическая цепь является разомкнутой. Между пластинами поместим зажженную горелку. При нагреве происходит смещение стрелки амперметра в сторону увеличения. То есть такую цепь можно считать замкнутой. На основании этого можно сделать вывод, что с ростом температуры воздух ионизируется, происходит снижение его сопротивления и увеличение проводимости заряженных электронов. Данный эффект называют пробоем изоляционного слоя газа, зависящий от степени их ионизации и величины протекающего напряжения. Подобное явление знакомо каждому из нас — это грозовой разряд.
Жидкости
В жидкостях прослеживается обратная зависимость. С увеличением температуры, сопротивление жидкого проводника уменьшается. Для электролита свойственно правило отрицательного значения температурного коэффициента — а˂0. Удельное сопротивление электролита рассчитывается следующим образом:
ρ= ρ0(1+ αt) или R=R0(1+ αt), где а˂0.
При этом увеличившееся значение температуры электролита сопровождается уменьшением сопротивления и ростом его проводимости.
Сверхпроводимость
Снижение температуры металлических проводников сильно увеличивает их проводимость. Это связано с тем, что в структуре вещества замедляется движение атомов и электронов, благодаря чему снижается вероятность их столкновения со свободными электронами. При температуре абсолютного 0 (–273 градуса Цельсия) возникает явление падения до нуля сопротивления проводника. Зависимость сопротивления проводника от температуры при абсолютном 0 — сверхпроводимость.
Температура, при которой обычный проводник становится сверхпроводником, называется критической. Она будет разной для различных чистых металлов и сплавов. Все будет зависеть от их структуры, химического состава и структуры кристаллов. Например, серое олово с алмазной структурой является полупроводником. Но белое олово при своей тетрагональной кристаллической ячейке, мягкости и плавкости, переходит в состояние сверхпроводника при температуре 3.70 К. Также при критической температуре прослеживается целый ряд других способностей:
- Повышение частоты переменного тока вызывает рост сопротивления, значение гармоник с периодом световой волны.
- Способность удерживать величину силы тока ранее приложенного, а затем отключенного источника.
Металл или сплав может перейти в состояние сверхпроводника и при нагревании. Такое явление называют высокотемпературной проводимостью. Ответ на вопрос, почему от высокой температуры сопротивление металлов снижается, может довольно просто объяснить их кристаллическая структура. В момент нагрева до критических значений, электроны перестают хаотично перемещаться внутри структуры вещества. Они выстраиваются в цепочку. Такое построение не мешает движению свободных электронов, а значит падает общее сопротивление. Переход в состояние высокотемпературной проводимости начинается с порога 1000К и этот показатель выше, чем точка кипения азота.
Применение
Свойство проводников изменять сопротивление при определённой температуре используют для создания различных элементов электрических схем и измерительных приборов. О них будет рассказано далее в данной статье.
Резистор
Сопротивление устройств старого типа сильно зависело от их нагрева. При нагревании проводимость резистора пропорционально изменялась в меньшую сторону. Для электрических цепей требуется идеальный резистор, который обладает наивысшим коэффициентом проводимости. Для снижения нагрева при производстве данных устройств теперь используется материал, имеющий малую зависимость сопротивления от температуры нагрева. Это позволило применять резисторы с малым сопротивлением для цепей с большим напряжением.
Терморезистор
Существует отдельная группа резисторов, которые применяют для измерения температуры. Особенностью такого устройства является то, что он может снижать свою проводимость при нагреве. При этом он отключает цепь при достижении определенного порогового значения.
Термометр сопротивления
Это прибор был разработан для измерения температуры среды. Он состоит из тонкой платиновой проволоки, защитного чехла и корпуса. Прибор имеет стабильную реакцию на перепады температуры. Измеряемой величиной в данном устройстве служит сопротивление этой проволоки из платины. Чем выше будет температура, тем сопротивление соответственно будет больше. Понижение сопротивления так же фиксируется, так как в этот момент меняются проводимость и сопротивление. Для измерения температуры термометром сопротивления, в настоящее время применяются проволочные индикаторы из разнообразных металлов. В зависимости от свойств используемого металла, погрешность устройства может составлять не более 0.1 %. Благодаря этому достигается очень высокая точность измерения температуры.
Газ
Самый известный нам газовый проводник — это люминесцентная лампа. Газ нагревается за счет увеличения напряжения между анодом и катодом лампы.
Известным жидкостным проводником является щелочной аккумулятор. При понижении температуры нарушается структура жидкости и изменяется ее сопротивление.
Нагрев провоцирует движение атомов и электронов, увеличивая сопротивление и зарядный ток устройства.
Заключение
В данной статье мы рассмотрели, как зависит сопротивление от температуры. Металлы, газы и жидкости имеют свойства изменять свою проводимость и сопротивление при температурных перепадах. Это свойство изменения электрического сопротивления используются для измерения температуры среды. Наибольшая точность измерений температуры в настоящее время достигается за счет применения современных материалов, даже в бытовой технике.