Rezistenca e një përcjellësi varet nga temperatura sipas ligjit. Si rezistenca varet nga temperatura. Si mund ta shpjegojmë varësinë lineare të rezistencës së një përcjellësi nga temperatura?
Mbani mend çfarë sasi fizike quajtur rezistencë.
Nga dhe si varet rezistenca e një përcjellësi metalik?
Substanca të ndryshme kanë rezistencë të ndryshme (shih § 101). A varet rezistenca nga gjendja e përcjellësit? në temperaturën e saj? Përgjigjen duhet ta japë përvoja.
Nëse kaloni rrymë nga bateria përmes një spirale çeliku dhe më pas filloni ta ngrohni atë në flakën e djegësit, ampermetri do të tregojë një rënie të fuqisë së rrymës. Kjo do të thotë se me ndryshimin e temperaturës, rezistenca e përcjellësit ndryshon.
Nëse në një temperaturë prej 0 °C, rezistenca e përcjellësit është e barabartë me R 0, dhe në një temperaturë t është e barabartë me R, atëherë ndryshimi relativ i rezistencës, siç tregon përvoja, është drejtpërdrejt proporcional me ndryshimin e temperaturës. t:
Koeficienti i proporcionalitetit α quhet koeficienti i temperaturës së rezistencës.
Karakterizon varësinë e rezistencës së një substance nga temperatura.
Për të gjithë përçuesit metalikë koeficienti α >
Kur një përcjellës nxehet, dimensionet e tij gjeometrike ndryshojnë pak. Rezistenca e një përcjellësi ndryshon kryesisht për shkak të një ndryshimi në rezistencën e tij. Ju mund të gjeni varësinë e kësaj rezistenca në temperaturë, nëse i zëvendësojmë vlerat në formulën (16.1), llogaritjet çojnë në rezultatin e mëposhtëm:
ρ = ρ 0 (1 + αt), ose ρ = ρ 0 (1 + αΔΤ), (16.2)
ku ΔT është ndryshimi i temperaturës absolute.
Rritja e rezistencës mund të shpjegohet me faktin se me rritjen e temperaturës, amplituda e dridhjeve të joneve në nyjet e rrjetës kristalore rritet, kështu që elektronet e lira përplasen me ta më shpesh, duke humbur kështu drejtimin e lëvizjes. Edhe pse koeficienti a është mjaft i vogël, duke marrë parasysh varësinë e rezistencës nga temperatura gjatë llogaritjes së parametrave të pajisjeve të ngrohjes është absolutisht e nevojshme. Kështu, rezistenca e filamentit të tungstenit të një llambë inkandeshente rritet me më shumë se 10 herë kur rryma kalon nëpër të për shkak të ngrohjes.
Për disa lidhje, për shembull, një aliazh bakri dhe nikel (Konstantin), koeficienti i temperaturës së rezistencës është shumë i vogël: α ≈ 10 -5 K -1; Rezistenca e Konstantinit është e lartë: ρ ≈ 10 -6 Ohm m Lidhjeve të tilla përdoren për prodhimin e rezistencave standarde dhe rezistencave shtesë për instrumentet matëse, pra në rastet kur kërkohet që rezistenca të mos ndryshojë ndjeshëm me luhatjet e temperaturës.
Ka edhe metale, për shembull nikeli, kallaji, platini etj., koeficienti i temperaturës së të cilëve është dukshëm më i lartë: α ≈ 10 -3 K -1. Varësia e rezistencës së tyre nga temperatura mund të përdoret për të matur vetë temperaturën, e cila bëhet në termometra rezistence.
Pajisjet e bëra nga materiale gjysmëpërçuese bazohen gjithashtu në varësinë e rezistencës nga temperatura - termistorë. Ato karakterizohen nga një koeficient i madh i temperaturës së rezistencës (dhjetëra herë më i lartë se ai i metaleve) dhe qëndrueshmëria e karakteristikave me kalimin e kohës. Vlerësimet e termistorit janë dukshëm më të larta se termometrat e rezistencës metalike, zakonisht 1, 2, 5, 10, 15 dhe 30 kΩ.
>>Fizika: Varësia e rezistencës së përcjellësit nga temperatura
Substanca të ndryshme kanë rezistencë të ndryshme (shih § 104). A varet rezistenca nga gjendja e përcjellësit? në temperaturën e saj? Përgjigjen duhet ta japë përvoja.
Nëse kaloni rrymë nga bateria përmes një spirale çeliku dhe më pas filloni ta ngrohni atë në flakën e djegësit, ampermetri do të tregojë një rënie të rrymës. Kjo do të thotë se me ndryshimin e temperaturës, rezistenca e përcjellësit ndryshon.
Nëse në një temperaturë të barabartë me 0°C, rezistenca e përcjellësit është e barabartë me R0, dhe në temperaturë tështë e barabartë R, atëherë ndryshimi relativ i rezistencës, siç tregon përvoja, është drejtpërdrejt proporcional me ndryshimin e temperaturës t:
Faktori i proporcionalitetit α
thirrur koeficienti i rezistencës së temperaturës. Karakterizon varësinë e rezistencës së një substance nga temperatura. Koeficienti i temperaturës së rezistencës është numerikisht i barabartë me ndryshimin relativ në rezistencën e përcjellësit kur nxehet me 1 K. Për të gjithë përçuesit metalikë, koeficienti α
> 0 dhe ndryshon pak me temperaturën. Nëse intervali i ndryshimit të temperaturës është i vogël, atëherë koeficienti i temperaturës mund të konsiderohet konstant dhe i barabartë me vlerën mesatare të tij gjatë këtij intervali të temperaturës. Për metale të pastra α ≈
1/273 K -1 . U e tretësirave të elektrolitit, rezistenca nuk rritet me rritjen e temperaturës, por zvogëlohet. Për ta α
α ≈ -0,02 K -1 .
Kur një përcjellës nxehet, dimensionet e tij gjeometrike ndryshojnë pak. Rezistenca e një përcjellësi ndryshon kryesisht për shkak të ndryshimeve në rezistencën e tij. Mund ta gjeni varësinë e kësaj rezistence nga temperatura nëse zëvendësoni vlerat në formulën (16.1)
. Llogaritjet çojnë në rezultatin e mëposhtëm:
Sepse α
ndryshon pak kur ndryshon temperatura e përcjellësit, atëherë mund të supozojmë se rezistenca e përcjellësit varet në mënyrë lineare nga temperatura ( Fig.16.2).
Rritja e rezistencës mund të shpjegohet me faktin se me rritjen e temperaturës, amplituda e dridhjeve të joneve në nyjet e rrjetës kristalore rritet, kështu që elektronet e lira përplasen me ta më shpesh, duke humbur kështu drejtimin e lëvizjes. Edhe pse koeficienti α
është mjaft i vogël, duke marrë parasysh varësinë e rezistencës nga temperatura gjatë llogaritjes së pajisjeve të ngrohjes është absolutisht e nevojshme. Kështu, rezistenca e filamentit të tungstenit të një llambë inkandeshente rritet me më shumë se 10 herë kur rryma kalon nëpër të.
Disa lidhje, të tilla si aliazh bakër-nikel (konstantan), kanë një koeficient shumë të vogël të rezistencës së temperaturës: α
≈ 10 -5 K-1; Rezistenca e konstantanit është e lartë: ρ
≈ 10 -6 Ohm m Lidhjeve të tilla përdoren për prodhimin e rezistencave standarde dhe rezistencave shtesë ndaj instrumenteve matëse, pra në rastet kur kërkohet që rezistenca të mos ndryshojë dukshëm me luhatjet e temperaturës.
Varësia e rezistencës së metalit nga temperatura përdoret në termometra rezistence. Në mënyrë tipike, elementi kryesor i punës i një termometri të tillë është tela platini, varësia e rezistencës së të cilit nga temperatura është e njohur mirë. Ndryshimet e temperaturës gjykohen nga ndryshimet në rezistencën e telit, të cilat mund të maten.
Termometra të tillë ju lejojnë të matni shumë të ulëta dhe shumë temperaturat e larta kur normale termometra të lëngshëm i papërshtatshëm.
Rezistenca e metaleve rritet në mënyrë lineare me rritjen e temperaturës. Për tretësirat e elektrolitit zvogëlohet me rritjen e temperaturës.
???
1. Kur një llambë konsumon më shumë energji: menjëherë pas ndezjes apo pas disa minutash?
2. Nëse rezistenca e spiralës së sobës elektrike nuk ka ndryshuar me temperaturën, atëherë gjatësia e saj në fuqinë nominale duhet të jetë më e madhe apo më e vogël?
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, klasa e 10-të e fizikës
Përmbajtja e mësimit shënimet e mësimit Mbështetja e prezantimit të mësimit në kuadër të metodave të përshpejtimit teknologjitë interaktive Praktikoni detyra dhe ushtrime punëtori për vetëtestim, trajnime, raste, kërkime pyetje diskutimi për detyra shtëpie pyetje retorike nga nxënësit Ilustrime audio, videoklipe dhe multimedia fotografi, foto, grafika, tabela, diagrame, humor, anekdota, shaka, komike, shëmbëlltyra, thënie, fjalëkryqe, citate Shtesa abstrakte artikuj truke për krevat kureshtarë tekste mësimore fjalor termash bazë dhe plotësues të tjera Përmirësimi i teksteve dhe mësimevekorrigjimi i gabimeve në tekstin shkollor përditësimi i një fragmenti në një tekst shkollor, elemente të inovacionit në mësim, zëvendësimi i njohurive të vjetruara me të reja Vetëm për mësuesit leksione perfekte plani kalendar për një vit rekomandimet metodologjike të programit të diskutimit Mësime të integruaraNëse keni korrigjime ose sugjerime për këtë mësim,
Në aktivitetet e tij praktike, çdo elektricist has kushte të ndryshme kalimi i bartësve të ngarkesës në metale, gjysmëpërçues, gazra dhe lëngje. Vlera aktuale është prekur rezistenca elektrike, e cila ndryshon në mënyra të ndryshme nën ndikimin mjedisi.
Një nga këta faktorë është efekti i temperaturës. Meqenëse ndryshon ndjeshëm kushtet për rrjedhën e rrymës, ajo merret parasysh nga projektuesit në prodhimin e pajisjeve elektrike. Personeli elektrik i përfshirë në mirëmbajtjen dhe funksionimin e instalimeve elektrike kërkohet të përdorë me kompetencë këto veçori në punën praktike.
Ndikimi i temperaturës në rezistencën elektrike të metaleve
Në një kurs të fizikës shkollore, propozohet të kryhet eksperimenti i mëposhtëm: të merret një ampermetër, një bateri, një copë teli, tela lidhës dhe një djegës. Në vend të një ampermetri me një bateri, mund të lidhni një ohmmetër ose të përdorni modalitetin e tij në një multimetër.
Tani le ta sjellim flakën e djegësit në tel dhe të fillojmë ta ngrohim atë. Nëse shikoni ampermetrin, do të shihni se shigjeta do të lëvizë majtas dhe do të arrijë pozicionin e shënuar me të kuqe.
Rezultati i eksperimentit tregon se kur metalet nxehen, përçueshmëria e tyre zvogëlohet dhe rezistenca e tyre rritet.
Arsyetimi matematik për këtë fenomen jepet nga formulat direkt në figurë. Në shprehjen e poshtme shihet qartë se rezistenca elektrike "R" e një përcjellësi metalik është drejtpërdrejt proporcionale me temperaturën e tij "T" dhe varet nga disa parametra të tjerë.
Si ngrohja e metaleve kufizon rrymën elektrike në praktikë
Llambat inkandeshente
Çdo ditë kur ndezim ndriçimin e ndeshim manifestimin e kësaj vetie në llambat inkandeshente. Le të bëjmë matje të thjeshta në një llambë me fuqi 60 vat.
Duke përdorur ommetrin më të thjeshtë, të mundësuar nga një bateri me tension të ulët 4,5 V, matim rezistencën midis kontakteve të bazës dhe shohim vlerën 59 Ohm. Filamenti e ka këtë vlerë kur është i ftohtë.
Vidhni llambën në prizë dhe lidhni tensionin e rrjetit shtëpiak 220 volt me të përmes një ampermetri. Gjilpëra e ampermetrit do të tregojë 0,273 amper. Le të përcaktojmë rezistencën e fillit në një gjendje të nxehtë. Do të jetë 896 Ohms dhe do të tejkalojë leximin e mëparshëm të ommetrit me 15.2 herë.
Kjo tepricë mbron metalin e trupit të filamentit nga djegia dhe shkatërrimi, duke siguruar performancën e tij afatgjatë nën tension.
Kalimtarët e ndezjes
Kur filamenti funksionon, krijohet një ekuilibër termik midis ngrohjes nga kalimi rrymë elektrike dhe largimi i një pjese të nxehtësisë në mjedis. Por para së gjithash faza fillestare Kur ndizet, kur aplikohet tension, ndodhin procese kalimtare që krijojnë një rrymë hyrëse, e cila mund të çojë në djegien e filamentit.
Proceset kalimtare ndodhin në një kohë të shkurtër dhe shkaktohen nga fakti se shkalla e rritjes së rezistencës elektrike nga ngrohja e metalit nuk mban ritmin me rritjen e rrymës. Pas përfundimit të tyre, vendoset mënyra e funksionimit.
Gjatë lumineshencës së zgjatur të llambës, trashësia e filamentit të saj gradualisht arrin një gjendje kritike, gjë që çon në djegie. Më shpesh, ky moment ndodh gjatë ndezjes së re të ardhshme.
Për të zgjatur jetën e llambës në mënyra të ndryshme zvogëloni këtë rrymë hyrëse duke përdorur:
1. pajisje që sigurojnë furnizim të qetë dhe çlirim të tensionit;
2. qarqet për lidhjen e rezistorëve, gjysmëpërçuesve ose termistorëve (termistorëve) në seri me filamentin.
Një shembull i një prej metodave të kufizimit rryma e nisjes për llambat e makinave është paraqitur në foton më poshtë.
Këtu, rryma në llambë furnizohet pas ndezjes së çelësit të kalimit SA përmes siguresës FU dhe kufizohet nga një rezistencë R, vlera e së cilës zgjidhet në mënyrë që rritja e rrymës gjatë proceset kalimtare nuk e ka tejkaluar vlerën nominale.
Kur filamenti nxehet, rezistenca e tij rritet, gjë që çon në një rritje të ndryshimit të potencialit në kontaktet e tij dhe në mbështjelljen e lidhur paralelisht të stafetës KL1. Kur voltazhi arrin vlerën e cilësimit të stafetës, kontakti normalisht i hapur KL1 do të mbyllet dhe do të largojë rezistencën. Rryma e funksionimit të mënyrës së vendosur tashmë do të fillojë të rrjedhë përmes llambës së dritës.
Në punë përdoret ndikimi i temperaturës së metalit në rezistencën e tij elektrike instrumente matëse. Ata quhen.
Elementi i tyre i ndjeshëm është bërë nga një tel i hollë metalik, rezistenca e të cilit matet me kujdes në temperatura të caktuara. Ky fije është montuar në një strehë me veti të qëndrueshme termike dhe e mbuluar me një mbulesë mbrojtëse. Struktura e krijuar vendoset në një mjedis, temperatura e të cilit duhet të monitorohet vazhdimisht.
Telat e qarkut elektrik janë montuar në terminalet e elementit të ndjeshëm, të cilët lidhin qarkun e matjes së rezistencës. Vlera e tij konvertohet në vlera të temperaturës bazuar në kalibrimin e kryer më parë të pajisjes.
Baretter - stabilizues aktual
Ky është emri i një pajisjeje të përbërë nga një cilindër xhami i mbyllur me gaz hidrogjeni dhe një spirale me tela metalike prej hekuri, tungsteni ose platini. Ky dizajn i ngjan një llambë inkandeshente në pamje, por ka një karakteristikë specifike jolineare të tensionit aktual.
Në një karakteristikë të tensionit aktual në një diapazon të caktuar formohet zona e punës, e cila nuk varet nga luhatjet e tensionit të aplikuar në trup. Në këtë seksion, shkëmbimi kompenson mirë valët e fuqisë dhe funksionon si stabilizues i rrymës në një ngarkesë të lidhur në seri me të.
Funksionimi i baretit bazohet në vetinë e inercisë termike të trupit të filamentit, e cila sigurohet nga seksioni i vogël kryq i filamentit dhe përçueshmëria e lartë termike e hidrogjenit që e rrethon atë. Për shkak të kësaj, kur voltazhi në pajisje zvogëlohet, heqja e nxehtësisë nga filamenti i saj përshpejtohet.
Ky është ndryshimi kryesor midis llambave të ndriçimit bareter dhe inkandeshentë, në të cilat, për të ruajtur shkëlqimin e shkëlqimit, ata përpiqen të zvogëlojnë humbjen konvektive të nxehtësisë nga filamenti.
Superpërçueshmëri
Në kushte normale mjedisore, kur një përcjellës metalik ftohet, rezistenca e tij elektrike zvogëlohet.
Kur arrihet një temperaturë kritike, afër zero gradë sipas sistemit të matjes Kelvin, ka një rënie të mprehtë të rezistencës në zero. Fotografia e duhur tregon një marrëdhënie të tillë për merkurin.
Ky fenomen, i quajtur superpërçueshmëri, konsiderohet si një zonë premtuese për kërkime me qëllim krijimin e materialeve që mund të zvogëlojnë ndjeshëm humbjen e energjisë elektrike kur e transmetojnë atë në distanca të mëdha.
Megjithatë, studimet e vazhdueshme të superpërçueshmërisë kanë zbuluar një sërë modelesh kur rezistenca elektrike e një metali të vendosur në rajonin e temperaturës kritike ndikohet nga faktorë të tjerë. Në veçanti, kur rryma alternative kalon me frekuencën në rritje të lëkundjeve të saj, lind rezistenca, vlera e së cilës arrin diapazonin vlerat normale në harmoni me periudhën e valëve të dritës.
Efekti i temperaturës në rezistencën/përçueshmërinë elektrike të gazeve
Gazrat dhe ajri i zakonshëm janë dielektrikë dhe nuk përçojnë elektricitet. Për formimin e tij, nevojiten bartës të ngarkesës, të cilët janë jone të formuar si rezultat i ekspozimit ndaj faktorëve të jashtëm.
Ngrohja mund të shkaktojë jonizimin dhe lëvizjen e joneve nga një pol i mediumit në tjetrin. Ju mund ta verifikoni këtë duke përdorur një shembull përvojë e thjeshtë. Le të marrim të njëjtat pajisje që kemi përdorur për të përcaktuar efektin e ngrohjes në rezistencën e një përcjellësi metalik, por në vend të telit, ne do të lidhim dy pllaka metalike të ndara nga hapësira ajrore me telat.
Një ampermetër i lidhur me qark do të tregojë mungesën e rrymës. Nëse një flakë djegëse vendoset midis pllakave, gjilpëra e pajisjes do të devijojë nga vlera zero dhe do të tregojë sasinë e rrymës që kalon nëpër mjedisin e gaztë.
Kështu, u vërtetua se jonizimi ndodh në gaze kur nxehen, duke çuar në lëvizjen e grimcave të ngarkuara elektrike dhe një ulje të rezistencës së mediumit.
Vlera aktuale ndikohet nga fuqia e burimit të tensionit të aplikuar të jashtëm dhe ndryshimi i mundshëm midis kontakteve të tij. Është i aftë të depërtojë në shtresën izoluese të gazrave në vlera të larta. Një manifestim tipik i një rasti të tillë në natyrë është një shkarkesë natyrale e vetëtimës gjatë një stuhie.
Një pamje e përafërt e karakteristikës së tensionit aktual të rrjedhës së rrymës në gaze është paraqitur në grafik.
Në fazën fillestare, nën ndikimin e temperaturës dhe ndryshimit të potencialit, vërehet një rritje e jonizimit dhe kalimi i rrymës afërsisht sipas një ligji linear. Atëherë kurba bëhet horizontale kur rritja e tensionit nuk shkakton rritje të rrymës.
Faza e tretë e zbërthimit ndodh kur energjia e lartë e fushës së aplikuar i përshpejton jonet aq shumë sa që ato fillojnë të përplasen me molekulat neutrale, duke formuar masivisht bartës të rinj të ngarkesës prej tyre. Si rezultat, rryma rritet ndjeshëm, duke formuar një ndarje të shtresës dielektrike.
Përdorimi praktik i përcjellshmërisë së gazit
Fenomeni i rrymës që rrjedh nëpër gaz përdoret në tubat elektronikë dhe llambat fluoreshente.
Për ta bërë këtë, dy elektroda vendosen brenda një cilindri qelqi të mbyllur me një gaz inert:
2. katodë.
Në një llambë fluoreshente, ato bëhen në formën e fijeve, të cilat nxehen kur ndizen për të krijuar emetim termionik. Sipërfaqja e brendshme Balona është e mbuluar me një shtresë fosfori. Ai lëshon një spektër drite të dukshëm për ne, të prodhuar nga rrezatimi infra të kuqe që buron nga avujt e merkurit të bombarduar nga një rrymë elektronesh.
Rryma e shkarkimit të gazit ndodh kur një tension i një madhësie të caktuar aplikohet midis elektrodave të vendosura në skaje të ndryshme të balonës.
Kur një prej fijeve digjet, emetimi i elektroneve në këtë elektrodë do të ndërpritet dhe llamba nuk do të ndizet. Sidoqoftë, nëse rritni diferencën e mundshme midis katodës dhe anodës, do të ndodhë përsëri një shkarkim gazi brenda llambës dhe shkëlqimi i fosforit do të rifillojë.
Kjo ju lejon të përdorni llamba LED me filamente të dëmtuara dhe të zgjasni jetën e tyre të shërbimit. Vetëm kini parasysh se në këtë rast tensioni në të duhet të rritet disa herë, dhe kjo rrit ndjeshëm konsumin e energjisë dhe rreziqet e përdorimit të sigurt.
Ndikimi i temperaturës në rezistencën elektrike të lëngjeve
Kalimi i rrymës në lëngje krijohet kryesisht për shkak të lëvizjes së kationeve dhe anioneve nën veprimin e një të aplikuar nga jashtë. fushë elektrike. Vetëm një pjesë e vogël e përçueshmërisë sigurohet nga elektronet.
Efekti i temperaturës në rezistencën elektrike të elektrolitit të lëngshëm përshkruhet nga formula e treguar në figurë. Meqenëse në të vlera e koeficientit të temperaturës α është gjithmonë negative, atëherë me rritjen e ngrohjes rritet përçueshmëria dhe rezistenca bie siç tregohet në grafik.
Ky fenomen duhet të merret parasysh kur ngarkoni bateritë e lëngshme të automjeteve (dhe të tjera).
Ndikimi i temperaturës në rezistencën elektrike të gjysmëpërçuesve
Ndryshimet në vetitë e materialeve gjysmëpërçuese nën ndikimin e temperaturës kanë bërë të mundur përdorimin e tyre si:
rezistenca termike;
termoelemente;
frigoriferë;
ngrohje.
Termistorët
Ky emër i referohet pajisjeve gjysmëpërçuese që ndryshojnë rezistencën e tyre elektrike nën ndikimin e nxehtësisë. Ato janë dukshëm më të larta se ato të metaleve.
Vlera TCR për gjysmëpërçuesit mund të jetë pozitive ose vlerë negative. Sipas këtij parametri, ato ndahen në termistorë pozitivë "RTS" dhe negativë "NTC". Ata kanë karakteristika të ndryshme.
Për të përdorur termistorin, zgjidhni një nga pikat në karakteristikën e tij të tensionit aktual:
seksioni linear përdoret për të kontrolluar temperaturën ose për të kompensuar ndryshimin e rrymave ose tensioneve;
dega zbritëse e karakteristikës së rrymës-tensionit për elementët me TCS
Përdorimi i një termistori rele është i përshtatshëm kur monitoroni ose matni proceset e rrezatimit elektromagnetik që ndodhin në frekuenca ultra të larta. Kjo siguroi përdorimin e tyre në sistemet:
1. kontrolli i nxehtësisë;
2. alarm zjarri;
3. rregullimi i rrjedhjes së mediave dhe lëngjeve me shumicë.
Termistorët e silikonit me një TCR të vogël>0 përdoren në sistemet e ftohjes dhe stabilizimin e temperaturës së transistorëve.
Termoelementet
Këta gjysmëpërçues funksionojnë në bazë të fenomenit Seebeck: kur zona e bashkuar e dy metaleve të ndryshme nxehet, një emf gjenerohet në kryqëzimin e një qarku të mbyllur. Në këtë mënyrë ata shndërrojnë energjinë termike në energji elektrike.
Një strukturë prej dy elementësh të tillë quhet termoçift. Efikasiteti i tij qëndron brenda 7÷10%.
Termoelementet përdoren në matësit e temperaturës të pajisjeve kompjuterike dixhitale që kërkojnë dimensione në miniaturë dhe saktësi të lartë të leximeve, si dhe si burime të rrymës me fuqi të ulët.
Ngrohës dhe frigoriferë gjysmëpërçues
Ata punojnë në kurriz përdorimi i kundërt termoelementet nëpër të cilët kalon rryma elektrike. Në këtë rast, në një vend të kryqëzimit nxehet, dhe në vendin e kundërt ftohet.
Kryqëzimet gjysmëpërçuese të bazuara në selen, bismut, antimon dhe teluri bëjnë të mundur sigurimin e një ndryshimi të temperaturës në termoelementin deri në 60 gradë. Kjo bëri të mundur krijimin e një dizajni frigorifer nga gjysmëpërçuesit me temperatura në dhomën e ftohjes deri në -16 gradë.
Rezistenca e metaleve është për shkak të faktit se elektronet që lëvizin në një përcjellës ndërveprojnë me jonet e rrjetës kristalore dhe në këtë mënyrë humbasin një pjesë të energjisë që ata marrin në fushën elektrike.
Përvoja tregon se rezistenca e metaleve varet nga temperatura. Çdo substancë mund të karakterizohet nga një vlerë konstante për të, e quajtur koeficienti i temperaturës së rezistencës α. Ky koeficient është i barabartë me ndryshimin relativ në rezistencën e përcjellësit kur ai nxehet me 1 K: α =
ku ρ 0 është rezistenca në temperaturën T 0 = 273 K (0°C), ρ është rezistenca në një temperaturë të caktuar T. Prandaj, varësia e rezistencës së një përcjellësi metalik nga temperatura shprehet me një funksion linear: ρ = ρ 0 (1+ αT).
Varësia e rezistencës nga temperatura shprehet me të njëjtin funksion:
R = R 0 (1+ αT).
Koeficientët e temperaturës së rezistencës së metaleve të pastër ndryshojnë relativisht pak nga njëri-tjetri dhe janë afërsisht të barabartë me 0,004 K -1. Një ndryshim në rezistencën e përçuesve me një ndryshim në temperaturë çon në faktin se karakteristika e tyre e tensionit aktual nuk është lineare. Kjo është veçanërisht e dukshme në rastet kur temperatura e përcjellësve ndryshon ndjeshëm, për shembull kur përdorni një llambë inkandeshente. Figura tregon karakteristikën e saj volt-amper. Siç mund të shihet nga figura, forca aktuale në këtë rast nuk është drejtpërdrejt proporcionale me tensionin. Megjithatë, nuk duhet menduar se ky përfundim bie ndesh me ligjin e Ohm-it. Varësia e formuluar në ligjin e Ohmit është vetëm e vlefshme me rezistencë të vazhdueshme. Varësia e rezistencës së përçuesve metalikë nga temperatura përdoret në pajisje të ndryshme matëse dhe automatike. Më e rëndësishmja prej tyre është termometri i rezistencës. Pjesa kryesore e termometrit të rezistencës është një tel platini i plagosur në një kornizë qeramike. Teli vendoset në një mjedis, temperatura e të cilit duhet të përcaktohet. Duke matur rezistencën e këtij teli dhe duke ditur rezistencën e tij në t 0 = 0 °C (d.m.th. R 0), llogaritni temperaturën e mediumit duke përdorur formulën e fundit.
Superpërçueshmëri. Megjithatë, më parë fundi i XIX V. ishte e pamundur të kontrollohej se si rezistenca e përcjellësve varet nga temperatura në rajonin e shumë temperaturat e ulëta. Vetëm në fillim të shekullit të 20-të. Shkencëtari holandez G. Kamerlingh Onnes arriti të shndërrojë gazin më të vështirë për t'u kondensuar - heliumin - në një gjendje të lëngshme. Pika e vlimit të heliumit të lëngshëm është 4,2 K. Kjo bëri të mundur matjen e rezistencës së disa metaleve të pastra kur ato ftohen në një temperaturë shumë të ulët.
Në vitin 1911, puna e Kamerlingh Onnes arriti kulmin me një zbulim të madh. Duke studiuar rezistencën e merkurit ndërsa ftohej vazhdimisht, ai zbuloi se në një temperaturë prej 4.12 K rezistenca e merkurit ra papritur në zero. Më pas, ai ishte në gjendje të vëzhgonte të njëjtin fenomen në një numër metalesh të tjera kur ato ftoheshin në temperatura afër zeros absolute. Fenomeni i humbjes së plotë të rezistencës elektrike nga një metal në një temperaturë të caktuar quhet superpërçueshmëri.
Jo të gjitha materialet mund të bëhen superpërçues, por numri i tyre është mjaft i madh. Megjithatë, shumë prej tyre u zbuluan se kishin një pronë që pengonte ndjeshëm përdorimin e tyre. Doli se për shumicën e metaleve të pastër, superpërçueshmëria zhduket kur ata janë në një fushë të fortë magnetike. Prandaj, kur një rrymë e rëndësishme rrjedh nëpër një superpërçues, ajo krijon një fushë magnetike rreth vetes dhe superpërçueshmëria zhduket në të. Sidoqoftë, kjo pengesë doli të jetë e kapërcyeshme: u zbulua se disa aliazhe, për shembull, niobium dhe zirkon, niob dhe titan, etj., Kanë vetinë të ruajnë superpërçueshmërinë e tyre në vlera të larta aktuale. Kjo lejoi përdorimin më të gjerë të superpërçueshmërisë.
Çdo substancë ka rezistencën e vet. Për më tepër, rezistenca do të varet nga temperatura e përcjellësit. Le ta verifikojmë këtë duke kryer eksperimentin e mëposhtëm.
Le të kalojmë rrymën përmes një spirale çeliku. Në një qark me një spirale, ne lidhim një ampermetër në seri. Do të tregojë njëfarë vlere. Tani do ta ngrohim spiralen në flakë djegës me gaz. Vlera aktuale e treguar nga ampermetri do të ulet. Kjo do të thotë, forca aktuale do të varet nga temperatura e përcjellësit.
Ndryshimi i rezistencës në varësi të temperaturës
Supozoni se në një temperaturë prej 0 gradë, rezistenca e përcjellësit është e barabartë me R0, dhe në një temperaturë t rezistenca është e barabartë me R, atëherë ndryshimi relativ në rezistencë do të jetë drejtpërdrejt proporcional me ndryshimin e temperaturës t:
- (R-R0)/R=a*t.
Në këtë formulë, a është koeficienti i proporcionalitetit, i cili quhet edhe koeficienti i temperaturës. Karakterizon varësinë e rezistencës që zotëron një substancë nga temperatura.
Koeficienti i rezistencës së temperaturës numerikisht i barabartë me ndryshimin relativ në rezistencën e përcjellësit kur ai nxehet me 1 Kelvin.
Për të gjitha metalet koeficienti i temperaturës më shumë se zero. Do të ndryshojë pak me ndryshimet e temperaturës. Prandaj, nëse ndryshimi i temperaturës është i vogël, atëherë koeficienti i temperaturës mund të konsiderohet konstant dhe i barabartë me vlerën mesatare nga ky interval i temperaturës.
Rezistenca e tretësirave të elektrolitit zvogëlohet me rritjen e temperaturës. Kjo do të thotë, për ta koeficienti i temperaturës do të jetë më pak se zero.
Rezistenca e përcjellësit varet nga rezistenca e përcjellësit dhe madhësia e përcjellësit. Meqenëse dimensionet e përcjellësit ndryshojnë pak kur nxehen, komponenti kryesor i ndryshimit të rezistencës së përcjellësit është rezistenca.
Varësia e rezistencës së përcjellësit nga temperatura
Le të përpiqemi të gjejmë varësinë e rezistencës së përcjellësit nga temperatura.
Le të zëvendësojmë vlerat e rezistencës R=p*l/S R0=p0*l/S në formulën e marrë më sipër.
Ne marrim formulën e mëposhtme:
- p=p0(1+a*t).
Kjo varësi është paraqitur në figurën e mëposhtme.
Le të përpiqemi të kuptojmë pse rritet rezistenca
Kur rrisim temperaturën, rritet amplituda e dridhjeve të joneve në nyjet e rrjetës kristalore. Prandaj, elektronet e lira do të përplasen me ta më shpesh. Në një përplasje, ata do të humbasin drejtimin e lëvizjes së tyre. Rrjedhimisht, rryma do të ulet.
Ka kushte të ndryshme, në të cilën transportuesit e ngarkesës kalojnë nëpër materiale të caktuara. Dhe në ngarkimin e rrymës elektrike ndikim të drejtpërdrejtë ka një rezistencë që varet nga mjedisi. Faktorët që ndryshojnë rrjedhën e rrymës elektrike përfshijnë temperaturën. Në këtë artikull do të shqyrtojmë varësinë e rezistencës së përcjellësit nga temperatura.
Metalet
Si ndikon temperatura te metalet? Për të zbuluar këtë marrëdhënie, u krye eksperimenti i mëposhtëm: një bateri, një ampermetër, një tel dhe një djegës lidhen me njëri-tjetrin duke përdorur tela. Pastaj ju duhet të matni rrymën në qark. Pasi të jenë marrë leximet, duhet ta sillni djegësin në tel dhe ta ngrohni atë. Kur teli nxehet, mund të shihet se rezistenca rritet dhe përçueshmëria e metalit zvogëlohet.
- Teli metalik
- Bateria
- Ampermetër
Varësia tregohet dhe justifikohet me formulat:
Nga këto formula rrjedh se R e përcjellësit përcaktohet nga formula:
Një shembull i varësisë së rezistencës së metalit nga temperatura është dhënë në video:
Ju gjithashtu duhet t'i kushtoni vëmendje një vetie të tillë si superpërçueshmëria. Nëse kushtet mjedisore janë normale, atëherë ndërsa përçuesit ftohen, ato zvogëlojnë rezistencën e tyre. Grafiku më poshtë tregon se si temperatura dhe rezistenca ndryshojnë në merkur.
Superpërcjellshmëria është një fenomen që ndodh kur një material arrin një temperaturë kritike (më afër zeros Kelvin) në të cilën rezistenca ulet papritur në zero.
Gazrat
Gazrat veprojnë si dielektrikë dhe nuk mund të përcjellin rrymë elektrike. Dhe në mënyrë që ajo të formohet, nevojiten transportues ngarkesash. Roli i tyre luhet nga jonet, dhe ato lindin për shkak të ndikimit të faktorëve të jashtëm.
Varësia mund të ilustrohet me një shembull. Për eksperimentin përdoret i njëjti dizajn si në eksperimentin e mëparshëm, vetëm përçuesit zëvendësohen me pllaka metalike. Duhet të ketë mes tyre hapësirë e vogël. Ampermetri duhet të tregojë mungesë rryme. Kur vendosni një pishtar midis pllakave, pajisja do të tregojë rrymën që kalon nëpër mediumin e gaztë.
Më poshtë është një grafik i karakteristikave të tensionit aktual të shkarkimit të gazit, i cili tregon se rritja e jonizimit në fazën fillestare rritet, atëherë varësia e rrymës nga tensioni mbetet e pandryshuar (d.m.th., me rritjen e tensionit, rryma mbetet e njëjta) dhe një rritje e mprehtë e forcës aktuale, e cila çon në prishjen e shtresës dielektrike .
Le të shqyrtojmë përçueshmërinë e gazeve në praktikë. Kalimi i rrymës elektrike në gazra përdoret në llambat fluoreshente dhe llambat. Në këtë rast, katoda dhe anoda, dy elektroda vendosen në një balonë, brenda së cilës ka një gaz inert. Si varet ky fenomen nga gazi? Kur llamba ndizet, dy filamentet nxehen dhe krijohet emetim termionik. Pjesa e brendshme e llambës është e veshur me një fosfor, i cili lëshon dritën që ne shohim. Si varet merkuri nga fosfori? Kur bombardohet me elektrone, formohet avulli i merkurit rrezatimi infra të kuqe, e cila nga ana tjetër lëshon dritë.
Nëse aplikohet një tension midis katodës dhe anodës, ndodh përcjellja e gazit.
Lëngjet
Përçuesit e rrymës në një lëng janë anione dhe katione që lëvizin për shkak të një fushe elektrike të jashtme. Elektronet ofrojnë pak përçueshmëri. Le të shqyrtojmë varësinë e rezistencës nga temperatura në lëngje.
- Elektrolit
- Bateria
- Ampermetër
Varësia e efektit të elektroliteve në ngrohje përshkruhet nga formula:
Ku a është koeficienti negativ i temperaturës.
Si varet R nga ngrohja (t) tregohet në grafikun e mëposhtëm:
Kjo varësi duhet të merret parasysh kur ngarkoni bateritë dhe bateritë.
Gjysem percjellesit
Si varet rezistenca nga ngrohja në gjysmëpërçues? Së pari, le të flasim për termistorët. Këto janë pajisje që ndryshojnë rezistencën e tyre elektrike nën ndikimin e nxehtësisë. Ky gjysmëpërçues ka një koeficient të rezistencës së temperaturës (TCR) që është një rend i madhësisë më i lartë se ai i metaleve. Përçuesit pozitivë dhe negativë kanë karakteristika të caktuara.
Ku: 1 është TCS më pak se zero; 2 - TCS është më e madhe se zero.
Në mënyrë që përçuesit si termistorët të fillojnë të punojnë, çdo pikë në karakteristikën e tensionit aktual merret si bazë:
- nëse temperatura e elementit është më e vogël se zero, atëherë përçuesit e tillë përdoren si rele;
- për të kontrolluar rrymën në ndryshim, si dhe çfarë temperature dhe tensioni, përdorni një seksion linear.
Termistorët përdoren gjatë kontrollit dhe matjes së rrezatimit elektromagnetik, i cili kryhet në frekuenca ultra të larta. Për shkak të kësaj, këta përçues përdoren në sisteme të tilla si alarmet e zjarrit, testimi i nxehtësisë dhe kontrolli i konsumit të mediave dhe lëngjeve me shumicë. Ata termistorë me TCR më pak se zero përdoren në sistemet e ftohjes.
Tani në lidhje me termoelementet. Si ndikon fenomeni Seebeck në termoelementet? Varësia qëndron në faktin se përçuesit e tillë funksionojnë në bazë të kësaj dukurie. Kur temperatura e kryqëzimit rritet me ngrohjen, një emf shfaqet në kryqëzimin e qarkut të mbyllur. Kështu, varësia e tyre manifestohet dhe energji termike shndërrohet në energji elektrike. Për të kuptuar plotësisht procesin, unë rekomandoj të lexoni udhëzimet tona se si
Çdo substancë ka rezistencën e vet. Për më tepër, rezistenca do të varet nga temperatura e përcjellësit. Le ta verifikojmë këtë duke kryer eksperimentin e mëposhtëm.
Le të kalojmë rrymën përmes një spirale çeliku. Në një qark me një spirale, ne lidhim një ampermetër në seri. Do të tregojë njëfarë vlere. Tani do ta ngrohim spiralen në flakën e një djegësi gazi. Vlera aktuale e treguar nga ampermetri do të ulet. Kjo do të thotë, forca aktuale do të varet nga temperatura e përcjellësit.
Ndryshimi i rezistencës në varësi të temperaturës
Supozoni se në një temperaturë prej 0 gradë, rezistenca e përcjellësit është e barabartë me R0, dhe në një temperaturë t rezistenca është e barabartë me R, atëherë ndryshimi relativ në rezistencë do të jetë drejtpërdrejt proporcional me ndryshimin e temperaturës t:
- (R-R0)/R=a*t.
Në këtë formulë, a është koeficienti i proporcionalitetit, i cili quhet edhe koeficienti i temperaturës. Karakterizon varësinë e rezistencës që zotëron një substancë nga temperatura.
Koeficienti i rezistencës së temperaturës numerikisht i barabartë me ndryshimin relativ në rezistencën e përcjellësit kur ai nxehet me 1 Kelvin.
Për të gjitha metalet koeficienti i temperaturës më shumë se zero. Do të ndryshojë pak me ndryshimet e temperaturës. Prandaj, nëse ndryshimi i temperaturës është i vogël, atëherë koeficienti i temperaturës mund të konsiderohet konstant dhe i barabartë me vlerën mesatare nga ky interval i temperaturës.
Rezistenca e tretësirave të elektrolitit zvogëlohet me rritjen e temperaturës. Kjo do të thotë, për ta koeficienti i temperaturës do të jetë më pak se zero.
Rezistenca e përcjellësit varet nga rezistenca e përcjellësit dhe madhësia e përcjellësit. Meqenëse dimensionet e përcjellësit ndryshojnë pak kur nxehen, komponenti kryesor i ndryshimit të rezistencës së përcjellësit është rezistenca.
Varësia e rezistencës së përcjellësit nga temperatura
Le të përpiqemi të gjejmë varësinë e rezistencës së përcjellësit nga temperatura.
Le të zëvendësojmë vlerat e rezistencës R=p*l/S R0=p0*l/S në formulën e marrë më sipër.
Ne marrim formulën e mëposhtme:
- p=p0(1+a*t).
Kjo varësi është paraqitur në figurën e mëposhtme.
Le të përpiqemi të kuptojmë pse rritet rezistenca
Kur rrisim temperaturën, rritet amplituda e dridhjeve të joneve në nyjet e rrjetës kristalore. Prandaj, elektronet e lira do të përplasen me ta më shpesh. Në një përplasje, ata do të humbasin drejtimin e lëvizjes së tyre. Rrjedhimisht, rryma do të ulet.
