Bagaimana rintangan bergantung pada suhu

Dalam amalannya, setiap juruelektrik menghadapi keadaan yang berbeza untuk laluan pembawa cas dalam logam, semikonduktor, gas dan cecair. Magnitud arus dipengaruhi oleh rintangan elektrik, yang berubah dalam pelbagai cara di bawah pengaruh persekitaran.

Salah satu faktor ini ialah pendedahan kepada suhu. Oleh kerana ia mengubah keadaan aliran semasa dengan ketara, ia diambil kira oleh pereka dalam pembuatan peralatan elektrik. Kakitangan elektrik yang terlibat dalam penyelenggaraan dan pengendalian pemasangan elektrik mesti cekap menggunakan fungsi ini dalam kerja amali.

Kesan suhu pada rintangan elektrik logam

Dalam kursus fizik sekolah, adalah dicadangkan untuk menjalankan eksperimen sedemikian: mengambil ammeter, bateri, sekeping wayar, wayar penyambung dan obor. Daripada ammeter dengan bateri, anda boleh menyambungkan ohmmeter atau menggunakan modnya dalam multimeter.

Seterusnya, anda perlu memasang litar elektrik yang ditunjukkan dalam gambar dan mengukur arus dalam litar.Nilainya ditunjukkan pada skala miliammeter dengan anak panah hitam.

Sekarang kami membawa api pembakar ke wayar dan mula memanaskannya. Jika anda melihat pada ammeter, anda akan melihat bahawa jarum akan bergerak ke kiri dan mencapai kedudukan yang ditandakan dengan warna merah.

Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa apabila logam dipanaskan, kekonduksian mereka berkurangan dan rintangannya meningkat.

Justifikasi matematik fenomena ini diberikan oleh formula betul-betul dalam gambar. Dalam ungkapan yang lebih rendah jelas dilihat bahawa rintangan elektrik «R» konduktor logam adalah berkadar terus dengan suhu «T» dan bergantung kepada beberapa parameter lain.

Bagaimana pemanasan logam mengehadkan arus elektrik dalam amalan

Lampu pijar

Setiap hari apabila lampu dihidupkan, kita menghadapi manifestasi harta ini dalam lampu pijar. Mari lakukan ukuran mudah pada mentol 60 watt.

Dengan ohmmeter paling ringkas, dikuasakan oleh bateri voltan rendah 4.5 V, kami mengukur rintangan antara sesentuh tapak dan melihat nilai 59 ohm. Nilai ini dimiliki oleh benang sejuk.

Kami akan skru mentol ke dalam soket dan menyambung kepadanya melalui ammeter voltan rangkaian rumah 220 volt. Jarum ammeter akan membaca 0.273 amp. daripada Hukum Ohm untuk keratan litar tentukan rintangan benang dalam keadaan dipanaskan. Ia akan menjadi 896 ohm dan melebihi bacaan ohmmeter sebelumnya sebanyak 15.2 kali.

Lebihan ini melindungi logam badan bercahaya daripada terbakar dan kemusnahan, memastikan operasi jangka panjangnya di bawah voltan.

Kuasa hidup sementara

Apabila benang berfungsi, keseimbangan haba dicipta di atasnya antara pemanasan oleh arus elektrik yang berlalu dan penyingkiran sebahagian daripada haba ke persekitaran. Tetapi pada peringkat awal menghidupkan, apabila voltan digunakan, sementara berlaku, mewujudkan arus masuk, yang boleh menyebabkan filamen terbakar.

Proses sementara berlaku untuk masa yang singkat dan disebabkan oleh fakta bahawa kadar peningkatan rintangan elektrik apabila memanaskan logam tidak seiring dengan peningkatan arus. Selepas selesai, mod operasi ditubuhkan.

Apabila lampu bersinar untuk masa yang lama, ketebalan filamennya secara beransur-ansur mencapai keadaan kritikal, yang membawa kepada pembakaran. Selalunya, detik ini berlaku pada suis baharu seterusnya dihidupkan.

Untuk memanjangkan hayat lampu, arus masuk ini dikurangkan dalam pelbagai cara menggunakan:

1. peranti menyediakan bekalan lancar dan pelepasan ketegangan;

2. litar untuk sambungan bersiri kepada filamen perintang, semikonduktor atau termistor (thermistor).

Contoh satu cara untuk mengehadkan arus masuk untuk lekapan lampu automotif ditunjukkan dalam foto di bawah.

Di sini arus dibekalkan kepada mentol selepas suis SA dihidupkan melalui fius FU dan dihadkan oleh perintang R, nilai nominalnya dipilih supaya arus masuk semasa transien tidak melebihi nilai nominal.

Apabila filamen dipanaskan, rintangannya meningkat, yang membawa kepada peningkatan dalam beza potensi antara sesentuhnya dan gegelung bersambung selari bagi geganti KL1.Apabila voltan mencapai nilai tetapan geganti, sesentuh KL1 yang biasanya terbuka akan menutup dan memintas perintang. Arus pengendalian mod yang telah ditetapkan akan mula mengalir melalui mentol.

Termometer rintangan

Kesan suhu logam pada rintangan elektriknya digunakan dalam pengendalian alat pengukur. Mereka dipanggil termometer rintangan.

Unsur sensitifnya dibuat dengan wayar logam nipis yang rintangannya diukur dengan teliti pada suhu tertentu. Benang ini dipasang di dalam perumahan dengan sifat terma yang stabil dan ditutup dengan penutup pelindung. Struktur yang dicipta diletakkan dalam persekitaran yang suhunya mesti sentiasa dipantau.

Konduktor litar elektrik dipasang pada terminal unsur sensitif, yang menyambungkan litar pengukuran rintangan. Nilainya ditukar kepada nilai suhu berdasarkan penentukuran peranti yang dilakukan sebelum ini.

Barretter — penstabil semasa

Ini adalah nama peranti yang terdiri daripada silinder tertutup kaca dengan gas hidrogen dan lingkaran dawai logam yang diperbuat daripada besi, tungsten atau platinum. Reka bentuk ini menyerupai mentol lampu pijar dalam rupa, tetapi mempunyai ciri voltan arus bukan linear yang khusus.

Pada ciri I - V, dalam julat tertentu, zon kerja terbentuk, yang tidak bergantung pada turun naik voltan yang digunakan pada elemen pemanasan. Di kawasan ini, baret mengimbangi riak bekalan kuasa dengan baik dan berfungsi sebagai penstabil semasa untuk beban yang disambungkan secara bersiri dengannya.

Operasi barrette adalah berdasarkan sifat inersia haba badan filamen, yang disediakan oleh keratan rentas kecil filamen dan kekonduksian terma tinggi hidrogen yang mengelilinginya. Oleh itu, apabila voltan peranti berkurangan, penyingkiran haba dari filamennya mempercepatkan.

Ini adalah perbezaan utama antara lampu pijar dan lampu pijar, di mana untuk mengekalkan kecerahan cahaya, mereka berusaha untuk mengurangkan kehilangan haba perolakan daripada filamen.

Superkonduktiviti

Di bawah keadaan ambien biasa, apabila konduktor logam menyejuk, rintangan elektriknya berkurangan.

Apabila suhu kritikal dicapai, hampir kepada sifar darjah mengikut sistem pengukuran Kelvin, terdapat penurunan mendadak dalam rintangan kepada sifar. Gambar kanan menunjukkan pergantungan sedemikian terhadap merkuri.

Fenomena ini, yang dipanggil superkonduktiviti, dianggap sebagai bidang penyelidikan yang menjanjikan untuk mencipta bahan yang dapat mengurangkan kehilangan elektrik dengan ketara semasa penghantarannya pada jarak jauh.

Walau bagaimanapun, kajian berterusan superkonduktiviti mendedahkan beberapa corak di mana faktor lain mempengaruhi rintangan elektrik logam di kawasan suhu kritikal. Khususnya, apabila arus ulang-alik berlalu dengan peningkatan frekuensi ayunannya, rintangan berlaku, nilainya mencapai julat nilai normal untuk harmonik dengan tempoh gelombang cahaya.

Kesan suhu pada rintangan elektrik / kekonduksian gas

Gas dan udara biasa adalah dielektrik dan tidak mengalirkan elektrik.Pembentukannya memerlukan pembawa cas, iaitu ion yang terbentuk akibat faktor luaran.

Pemanasan boleh menyebabkan pengionan dan pergerakan ion dari satu kutub medium ke kutub yang lain. Anda boleh menyemak ini dengan contoh percubaan mudah. Mari kita ambil peralatan yang sama yang digunakan untuk menentukan kesan pemanasan pada rintangan konduktor logam, tetapi bukannya konduktor, kami menyambungkan dua plat logam yang dipisahkan oleh ruang udara ke konduktor.

Ammeter yang disambungkan ke litar tidak akan menunjukkan arus. Jika nyalaan penunu diletakkan di antara plat, anak panah peranti akan menyimpang dari sifar dan menunjukkan nilai arus yang melalui medium gas.

Oleh itu, didapati bahawa pengionan berlaku dalam gas apabila dipanaskan, yang membawa kepada pergerakan zarah bercas elektrik dan penurunan rintangan medium.

Nilai arus dipengaruhi oleh kuasa sumber voltan terpakai luaran dan beza potensi antara sesentuhnya. Ia mampu menembusi lapisan penebat gas pada nilai yang tinggi. Manifestasi tipikal kes sedemikian secara semula jadi ialah pelepasan kilat semula jadi semasa ribut petir.

Pandangan anggaran ciri voltan arus bagi aliran arus dalam gas ditunjukkan dalam graf.

Pada peringkat awal, di bawah pengaruh suhu dan perbezaan potensi, peningkatan dalam pengionan dan laluan arus diperhatikan kira-kira secara linear. Lengkung kemudiannya memperoleh arah mendatar apabila peningkatan voltan tidak membawa kepada peningkatan arus.

Peringkat ketiga pemusnahan berlaku apabila tenaga tinggi medan yang digunakan mempercepatkan ion supaya ia mula berlanggar dengan molekul neutral, secara besar-besaran membentuk pembawa cas baru daripada mereka. Akibatnya, arus meningkat dengan mendadak, membentuk pecahan lapisan dielektrik.

Penggunaan praktikal kekonduksian gas

Fenomena pengaliran arus melalui gas digunakan dalam lampu radio-elektron dan lampu pendarfluor.

Untuk tujuan ini, dua elektrod diletakkan dalam silinder kaca tertutup dengan gas lengai:

1. anod;

2. katod.

Dalam lampu pendarfluor, ia dibuat dalam bentuk filamen yang panas apabila dihidupkan untuk menghasilkan sinaran termionik. Permukaan dalam kelalang disalut dengan lapisan fosforus. Ia memancarkan spektrum cahaya yang boleh dilihat yang dibentuk oleh sinaran inframerah yang dipancarkan oleh wap merkuri yang dibombardir oleh aliran elektron.

Arus nyahcas berlaku apabila voltan pada nilai tertentu digunakan di antara elektrod yang terletak pada hujung mentol yang berbeza.

Apabila salah satu filamen terbakar, maka pelepasan elektron elektrod ini akan terganggu dan lampu tidak akan terbakar. Walau bagaimanapun, jika anda meningkatkan perbezaan potensi antara katod dan anod, maka nyahcas gas akan muncul sekali lagi di dalam mentol dan pendarfluor fosfor akan disambung semula.

Ini membolehkan penggunaan mentol LED dengan filamen yang rosak dan memanjangkan hayat perkhidmatannya. Ia hanya perlu diingat bahawa pada masa yang sama adalah perlu untuk meningkatkan voltan padanya beberapa kali, dan ini dengan ketara meningkatkan penggunaan tenaga dan risiko penggunaan yang selamat.

Kesan suhu pada rintangan elektrik cecair

Laluan arus dalam cecair dicipta terutamanya disebabkan oleh pergerakan kation dan anion di bawah tindakan medan elektrik luaran. Hanya sebahagian kecil daripada kekonduksian disediakan oleh elektron.

Kesan suhu pada rintangan elektrik elektrolit cecair diterangkan oleh formula yang ditunjukkan dalam gambar. Oleh kerana nilai pekali suhu α di dalamnya sentiasa negatif, maka apabila pemanasan meningkat, kekonduksian meningkat dan rintangan berkurangan, seperti yang ditunjukkan dalam graf.

Fenomena ini harus diambil kira semasa mengecas bateri automotif cecair (dan bukan sahaja).

Kesan suhu pada rintangan elektrik semikonduktor

Mengubah sifat bahan semikonduktor di bawah pengaruh suhu memungkinkan untuk menggunakannya sebagai:

• rintangan haba;

• termokopel;

• peti sejuk;

• pemanas.

Termistor

Nama ini bermaksud peranti semikonduktor yang menukar rintangan elektriknya di bawah pengaruh haba. mereka pekali rintangan suhu (TCR) jauh lebih tinggi daripada logam.

Nilai TCR untuk semikonduktor boleh positif atau negatif. Menurut parameter ini, mereka dibahagikan kepada termistor positif «RTS» dan negatif «NTC». Mereka mempunyai ciri yang berbeza.

Untuk operasi termistor, salah satu titik ciri voltan semasanya dipilih:

• bahagian linear digunakan untuk mengawal suhu atau mengimbangi perubahan arus atau voltan;

• cabang menurun bagi ciri I — V unsur dengan TCS <0 membenarkan penggunaan semikonduktor sebagai geganti.

Penggunaan termistor geganti adalah mudah untuk memantau atau mengukur proses sinaran elektromagnet yang berlaku pada frekuensi ultratinggi. Ini memastikan penggunaannya dalam sistem:

1. kawalan haba;

2. penggera kebakaran;

3. pengawalan kadar aliran media pukal dan cecair.

Termistor silikon dengan TCR kecil > 0 digunakan dalam sistem penyejukan dan penstabilan suhu transistor.

Termokopel

Semikonduktor ini berfungsi berdasarkan fenomena Seebeck: apabila sambungan pateri dua logam tersebar dipanaskan, EMF berlaku di persimpangan litar tertutup. Dengan cara ini, mereka menukar tenaga haba kepada tenaga elektrik.

Pembinaan dua elemen sedemikian dipanggil termokopel. Kecekapannya adalah dalam 7 ÷ 10%.

Termokopel digunakan dalam termometer untuk peranti pengkomputeran digital yang memerlukan saiz kecil dan ketepatan bacaan yang tinggi, serta sumber arus kuasa rendah.

Pemanas semikonduktor dan peti sejuk

Mereka bekerja dengan menggunakan semula termokopel yang melaluinya arus elektrik. Dalam kes ini, di satu tempat persimpangan ia dipanaskan, dan di sebaliknya, ia disejukkan.

Sambungan semikonduktor berdasarkan selenium, bismut, antimoni, tellurium membolehkan untuk memastikan perbezaan suhu dalam termokopel sehingga 60 darjah. Ini memungkinkan untuk mencipta reka bentuk peti sejuk daripada semikonduktor dengan suhu dalam ruang penyejukan hingga -16 darjah.