Pekali suhu rintangan

Rintangan elektrik konduktor biasanya bergantung pada bahan konduktor, pada panjang dan keratan rentasnya, atau, lebih ringkas, pada rintangan dan pada dimensi geometri konduktor. Pergantungan ini terkenal dan dinyatakan dengan formula:

Diketahui oleh semua dan Hukum Ohm untuk bahagian homogen litar elektrik, dari mana ia dapat dilihat bahawa semakin tinggi rintangan, semakin rendah arus. Oleh itu, jika rintangan wayar adalah malar, maka apabila voltan yang dikenakan meningkat, arus harus meningkat secara linear. Tetapi pada hakikatnya ini tidak berlaku. Rintangan wayar tidak tetap.

Anda tidak perlu pergi jauh untuk contoh. Jika anda menyambungkan mentol lampu ke bekalan kuasa boleh laras (dengan voltmeter dan ammeter) dan secara beransur-ansur meningkatkan voltan padanya, membawanya ke nilai nominal, anda akan mudah melihat bahawa arus tidak berkembang secara linear: voltan menghampiri nilai nominal lampu, arus melalui gegelungnya tumbuh lebih dan lebih perlahan dan cahaya menjadi lebih dan lebih terang.

Tidak ada perkara seperti menggandakan voltan yang digunakan pada gegelung akan menggandakan arus. Hukum Ohm nampaknya tidak tahan. Malah, undang-undang Ohm dipenuhi dan betul-betul rintangan filamen lampu tidak tetap, ia bergantung pada suhu.

Mari kita ingat apakah sebab kekonduksian elektrik logam yang tinggi. Ia dikaitkan dengan kehadiran dalam logam sejumlah besar pembawa cas — komponen semasa — elektron pengaliran… Ini adalah elektron yang dibentuk oleh elektron valens atom logam, yang biasa kepada keseluruhan konduktor, ia bukan milik setiap atom individu.

Di bawah tindakan medan elektrik yang dikenakan pada konduktor, elektron pengaliran bebas berubah dari huru-hara kepada pergerakan yang lebih atau kurang teratur - arus elektrik terbentuk. Tetapi elektron menghadapi halangan dalam perjalanan mereka, ketidakhomogenan kekisi ion, seperti kecacatan kekisi, struktur tidak homogen yang disebabkan oleh getaran habanya.

Elektron berinteraksi dengan ion, kehilangan momentum, tenaga mereka dipindahkan ke ion kekisi, berubah menjadi getaran ion kekisi, dan kekacauan pergerakan haba elektron itu sendiri meningkat, dari mana konduktor menjadi panas apabila arus melaluinya.

Dalam dielektrik, semikonduktor, elektrolit, gas, cecair bukan kutub—sebab rintangan mungkin berbeza, tetapi hukum Ohm jelas tidak kekal linear secara kekal.

Oleh itu, untuk logam, peningkatan suhu membawa kepada peningkatan yang lebih besar dalam getaran haba kekisi kristal, dan rintangan terhadap pergerakan elektron pengaliran meningkat.Ini dapat dilihat daripada eksperimen dengan lampu: kecerahan cahaya meningkat, tetapi arus meningkat kurang. Ini bermakna perubahan suhu menjejaskan rintangan filamen lampu.

Akibatnya, ia menjadi jelas bahawa rintangan wayar logam bergantung hampir secara linear pada suhu. Dan jika kita mengambil kira bahawa apabila dipanaskan, dimensi geometri wayar sedikit berubah, maka rintangan elektrik juga bergantung hampir secara linear pada suhu. Kebergantungan ini boleh dinyatakan dengan formula:

Mari kita perhatikan kemungkinan. Katakan bahawa pada 0 ° C rintangan konduktor ialah R0, maka pada suhu t ° C ia akan mengambil nilai R (t), dan perubahan relatif rintangan akan sama dengan α * t ° C. Faktor perkadaran ini α dipanggil pekali suhu rintangan... Ia mencirikan pergantungan rintangan elektrik bahan pada suhu semasa.

Pekali ini secara berangka sama dengan perubahan relatif dalam rintangan elektrik konduktor apabila suhunya berubah sebanyak 1K (satu darjah Kelvin, yang bersamaan dengan satu darjah Celsius perubahan suhu).

Untuk logam, TCR (pekali suhu rintangan α), walaupun agak kecil, sentiasa lebih besar daripada sifar, kerana apabila arus berlalu, elektron lebih kerap berlanggar dengan ion kekisi kristal, semakin tinggi suhu, t .is semakin tinggi pergerakan kacau haba mereka dan semakin tinggi kelajuannya.Berlanggar dalam gerakan huru-hara dengan ion kekisi, elektron logam kehilangan tenaga, yang kita lihat sebagai hasilnya — rintangan meningkat apabila wayar menjadi panas. Fenomena ini digunakan secara teknikal dalam termometer rintangan.

Oleh itu, pekali suhu rintangan α mencirikan pergantungan rintangan elektrik bahan pada suhu dan diukur dalam 1 / K — kelvin kepada kuasa -1. Nilai dengan tanda bertentangan dipanggil pekali suhu kekonduksian.

Bagi semikonduktor tulen, TCS adalah negatif untuk mereka, iaitu, rintangan berkurangan dengan peningkatan suhu, ini disebabkan oleh fakta bahawa apabila suhu meningkat, semakin banyak elektron masuk ke zon pengaliran, sementara kepekatan lubang juga meningkat . Mekanisme yang sama adalah ciri cecair nonpolar dan dielektrik pepejal.

Cecair polar secara mendadak mengurangkan rintangannya dengan peningkatan suhu disebabkan oleh penurunan kelikatan dan peningkatan penceraian. Sifat ini digunakan untuk melindungi tiub elektron daripada kesan merosakkan arus masuk yang tinggi.

Untuk aloi, semikonduktor terdop, gas dan elektrolit, pergantungan haba rintangan adalah lebih kompleks daripada logam tulen. Aloi dengan TCS yang sangat rendah, seperti manganin dan constantan, digunakan dalam alat pengukur elektrik.