Kaip atsparumas priklauso nuo temperatūros

Savo praktikoje kiekvienas elektrikas susiduria su skirtingomis krūvininkų praėjimo metaluose, puslaidininkiuose, dujose ir skysčiuose sąlygomis. Srovės dydžiui įtakos turi elektrinė varža, kuri veikiant aplinkai įvairiai kinta.

Vienas iš šių veiksnių yra temperatūros poveikis. Kadangi tai labai pakeičia srovės tekėjimo sąlygas, projektuotojai į tai atsižvelgia gamindami elektros įrangą. Elektros instaliacijos techninę priežiūrą ir eksploataciją atliekantys elektros darbuotojai turi kompetentingai naudotis šiomis funkcijomis praktiniame darbe.

Temperatūros įtaka metalų elektrinei varžai

Mokyklos fizikos kurse siūloma atlikti tokį eksperimentą: paimti ampermetrą, bateriją, vielos gabalą, jungiamuosius laidus ir žibintuvėlį. Vietoj ampermetro su baterija galite prijungti omometrą arba naudoti jo režimą multimetre.

Toliau reikia surinkti paveikslėlyje parodytą elektros grandinę ir išmatuoti srovę grandinėje.Jo reikšmė miliampermetro skalėje nurodyta juoda rodykle.

Dabar mes pridedame degiklio liepsną prie laido ir pradedame šildyti. Jei pažvelgsite į ampermetrą, pamatysite, kad adata pasislinks į kairę ir pasieks raudonai pažymėtą padėtį.

Eksperimento rezultatas rodo, kad kaitinant metalus mažėja jų laidumas, didėja varža.

Šio reiškinio matematinį pagrindimą pateikia formulės tiesiai paveikslėlyje. Apatinėje išraiškoje aiškiai matyti, kad metalinio laidininko elektrinė varža «R» yra tiesiogiai proporcinga jo temperatūrai «T» ir priklauso nuo kelių kitų parametrų.

Kaip metalų kaitinimas praktiškai riboja elektros srovę

Kaitinamosios lempos

Kiekvieną dieną, kai įjungiamos šviesos, mes susiduriame su šios savybės pasireiškimu kaitrinėse lempose. Atlikime paprastus 60 vatų lemputės matavimus.

Paprasčiausiu omometru, maitinamu 4,5 V žemos įtampos akumuliatoriumi, išmatuojame varžą tarp pagrindo kontaktų ir matome 59 omų vertę. Ši vertė priklauso šaltam siūlui.

Lemputę įsuksime į lizdą ir prie jos per ampermetrą prijungsime 220 voltų namų tinklo įtampą. Ampermetro adata rodys 0,273 amperų. Nuo Omo dėsnis grandinės atkarpai nustatyti sriegio varžą įkaitintoje būsenoje. Jis bus 896 omai ir 15,2 karto viršys ankstesnį omometro rodmenį.

Šis perteklius apsaugo šviečiančio korpuso metalą nuo degimo ir sunaikinimo, užtikrindamas ilgalaikį jo veikimą esant įtampai.

Įjungimo pereinamieji įvykiai

Kai siūlas veikia, ant jo susidaro šiluminis balansas tarp šildymo pratekančios elektros srovės ir dalies šilumos pašalinimo į aplinką. Tačiau pradiniame įjungimo etape, kai įjungiama įtampa, atsiranda pereinamieji įvykiai, sukuriantys įsijungimo srovę, dėl kurios kaitinamasis siūlas gali perdegti.

Laikini procesai vyksta trumpai ir atsiranda dėl to, kad elektros varžos didėjimo greitis kaitinant metalą neatsilieka nuo srovės didėjimo. Jiems pasibaigus, nustatomas darbo režimas.

Kai lempa šviečia ilgą laiką, jos kaitinimo siūlelio storis palaipsniui pasiekia kritinę būseną, o tai sukelia degimą.Dažniausiai šis momentas įvyksta kitą kartą įjungus.

Siekiant pailginti lempos tarnavimo laiką, ši įjungimo srovė mažinama įvairiais būdais, naudojant:

1. įtaisai, užtikrinantys sklandų tiekimą ir įtempimą;

2. Grandinės, skirtos nuosekliai sujungti su rezistorių, puslaidininkių arba termistorių (termistorių) siūlu.

Vieno būdo, kaip apriboti automobilių apšvietimo įtaisų įsijungimo srovę, pavyzdys parodytas toliau esančioje nuotraukoje.

Čia srovė į lemputę tiekiama įjungus jungiklį SA per FU saugiklį ir ribojama rezistoriumi R, kurio vardinė vertė parenkama taip, kad įjungimo srovė pereinamuoju laikotarpiu neviršytų vardinės vertės.

Kaitinamas siūlas, jo varža didėja, todėl padidėja potencialų skirtumas tarp jo kontaktų ir lygiagrečiai sujungtos KL1 relės ritės.Įtampai pasiekus relės nustatymo vertę, normaliai atviras KL1 kontaktas užsidarys ir apeis rezistorių. Jau nustatyto režimo veikimo srovė pradės tekėti per lemputę.

Atsparumo termometras

Metalo temperatūros poveikis jo elektrinei varžai naudojamas matavimo prietaisų veikimui. Jie vadinami varžos termometrai.

Jų jautrus elementas pagamintas iš plonos metalinės vielos, kurios varža kruopščiai matuojama esant tam tikroms temperatūroms. Šis sriegis sumontuotas korpuse su stabiliomis šiluminėmis savybėmis ir uždengtas apsauginiu dangteliu. Sukurta konstrukcija patalpinta į aplinką, kurios temperatūra turi būti nuolat stebima.

Elektros grandinės laidininkai montuojami ant jautraus elemento gnybtų, kurie jungia varžos matavimo grandinę. Jo vertė konvertuojama į temperatūros reikšmes pagal anksčiau atliktą prietaiso kalibravimą.

Barretter – srovės stabilizatorius

Taip vadinasi prietaisas, sudarytas iš stiklinio sandaraus baliono su vandenilio dujomis ir metalinės vielos spiralės iš geležies, volframo arba platinos. Šis dizainas savo išvaizda primena kaitinamąją lemputę, tačiau turi specifinę netiesinę srovės įtampos charakteristiką.

I — V charakteristikoje tam tikrame jos diapazone susidaro darbo zona, kuri nepriklauso nuo kaitinimo elementui taikomos įtampos svyravimų. Šioje srityje baretas gerai kompensuoja maitinimo šaltinio pulsaciją ir veikia kaip srovės stabilizatorius nuosekliai su juo sujungtai apkrovai.

Barrette veikimas pagrįstas kaitinamojo siūlelio korpuso šiluminės inercijos savybėmis, kurias užtikrina mažas siūlelio skerspjūvis ir didelis jį supančio vandenilio šilumos laidumas. Todėl, kai prietaiso įtampa mažėja, šilumos pašalinimas iš jo gijos paspartėja.

Tai yra pagrindinis skirtumas tarp kaitrinių lempų ir kaitrinių lempų, kur, siekiant išlaikyti švytėjimo ryškumą, jos siekia sumažinti konvekcinius šilumos nuostolius iš kaitinamojo siūlo.

Superlaidumas

Esant normalioms aplinkos sąlygoms, metaliniam laidininkui vėsstant, sumažėja jo elektrinė varža.

Pasiekus kritinę temperatūrą, artimą nuliui laipsnių pagal Kelvino matavimo sistemą, atsparumas smarkiai krenta iki nulio. Dešiniajame paveikslėlyje parodyta tokia priklausomybė nuo gyvsidabrio.

Šis reiškinys, vadinamas superlaidumu, laikomas perspektyvia tyrimų sritimi, siekiant sukurti medžiagas, kurios gali žymiai sumažinti elektros nuostolius perduodant dideliais atstumais.

Tačiau tęstiniai superlaidumo tyrimai atskleidžia daugybę modelių, kai kiti veiksniai turi įtakos metalo elektrinei varžai kritinės temperatūros srityje. Visų pirma, kai kintamoji srovė praeina didėjant jos virpesių dažniui, atsiranda pasipriešinimas, kurio vertė pasiekia harmonikų su šviesos bangų periodu normaliųjų verčių diapazoną.

Temperatūros įtaka dujų elektrinei varžai / laidumui

Dujos ir normalus oras yra dielektrikai ir nelaidi elektros.Jo susidarymui reikalingi krūvininkai, kurie yra jonai, susidarę veikiant išoriniams veiksniams.

Šildymas gali sukelti jonizaciją ir jonų judėjimą iš vieno terpės poliaus į kitą. Tai galite patikrinti paprasto eksperimento pavyzdžiu. Paimkime tą pačią įrangą, kuria buvo nustatytas šildymo poveikis metalinio laidininko varžai, tačiau vietoj laidininko prie laidininkų prijungiame dvi metalines plokštes, atskirtas oro tarpu.

Prie grandinės prijungtas ampermetras nerodys srovės. Jei degiklio liepsna dedama tarp plokščių, prietaiso rodyklė nukryps nuo nulio ir parodys srovės, einančios per dujų terpę, vertę.

Taigi buvo nustatyta, kad kaitinant dujose vyksta jonizacija, dėl ko juda elektra įkrautos dalelės ir sumažėja terpės varža.

Srovės vertę įtakoja išorinio tiekiamo įtampos šaltinio galia ir potencialų skirtumas tarp jo kontaktų. Jis gali prasiskverbti pro izoliacinį dujų sluoksnį esant didelėms vertėms. Tipiškas tokio atvejo pasireiškimas gamtoje yra natūralus žaibo iškrovimas perkūnijos metu.

Apytikslis srovės srauto dujose srovės įtampos charakteristikos vaizdas parodytas diagramoje.

Pradiniame etape, veikiant temperatūros ir potencialų skirtumui, jonizacijos padidėjimas ir srovės pratekėjimas stebimas maždaug tiesiškai. Tada kreivė įgauna horizontalią kryptį, kai dėl įtampos padidėjimo srovė nedidėja.

Trečiasis naikinimo etapas įvyksta tada, kai didelė taikomo lauko energija pagreitina jonus taip, kad jie pradeda susidurti su neutraliomis molekulėmis, masiškai formuodami iš jų naujus krūvininkus. Dėl to srovė smarkiai padidėja, todėl susidaro dielektrinio sluoksnio gedimas.

Praktinis dujų laidumo panaudojimas

Srovės tekėjimo per dujas reiškinys naudojamas radioelektroninėse lempose ir liuminescencinėse lempose.

Šiuo tikslu du elektrodai įdedami į sandarų stiklinį cilindrą su inertinėmis dujomis:

1. anodas;

2. katodas.

Liuminescencinėje lempoje jie yra pagaminti iš gijų, kurios įkaista, kad sukurtų terminę spinduliuotę. Vidinis kolbos paviršius yra padengtas fosforo sluoksniu. Jis skleidžia matomą šviesos spektrą, kurį sudaro infraraudonoji spinduliuotė, kurią skleidžia gyvsidabrio garai, bombarduojami elektronų srauto.

Iškrovos srovė atsiranda, kai tarp elektrodų, esančių skirtinguose lemputės galuose, įjungiama tam tikros vertės įtampa.

Perdegus vienam iš gijų, šio elektrodo elektronų emisija bus sutrikdyta ir lempa neišdegs. Tačiau jei padidinsite potencialų skirtumą tarp katodo ir anodo, tada lemputės viduje vėl atsiras dujų išlydis ir vėl prasidės fosforo liuminescencija.

Tai leidžia naudoti LED lemputes su pažeistais siūlais ir prailginti jų tarnavimo laiką. Reikėtų tik nepamiršti, kad tuo pačiu metu reikia kelis kartus padidinti jo įtampą, o tai žymiai padidina energijos sąnaudas ir saugaus naudojimo riziką.

Temperatūros įtaka skysčių elektrinei varžai

Srovės pratekėjimas skysčiuose susidaro daugiausia dėl katijonų ir anijonų judėjimo veikiant išoriniam elektriniam laukui. Tik nedidelę laidumo dalį suteikia elektronai.

Temperatūros poveikis skysto elektrolito elektrinei varžai apibūdinamas paveikslėlyje parodyta formule. Kadangi temperatūros koeficiento α reikšmė jame visada yra neigiama, tai didėjant kaitinimui, didėja laidumas ir mažėja varža, kaip parodyta grafike.

Į šį reiškinį reikėtų atsižvelgti kraunant skystus automobilių (ir ne tik) akumuliatorius.

Temperatūros įtaka puslaidininkių elektrinei varžai

Puslaidininkinių medžiagų savybių keitimas veikiant temperatūrai leido jas naudoti kaip:

• šiluminė varža;

• termoporos;

• šaldytuvai;

• šildytuvai.

Termistoriai

Šis pavadinimas reiškia puslaidininkinius įtaisus, kurie, veikiami šilumos, keičia savo elektrinę varžą. Jų atsparumo temperatūros koeficientas (TCR) žymiai didesnis nei metalų.

Puslaidininkių TCR reikšmė gali būti teigiama arba neigiama. Pagal šį parametrą jie skirstomi į teigiamus „RTS“ ir neigiamus „NTC“ termistorius. Jie turi skirtingas savybes.

Termistoriaus veikimui pasirenkamas vienas iš jo srovės-įtampos charakteristikos taškų:

• linijinė sekcija naudojama temperatūrai valdyti arba kintančioms srovėms ar įtampoms kompensuoti;

• elementų, kurių TCS <0, charakteristikos I — V nusileidžianti šaka leidžia naudoti puslaidininkį kaip relę.

Naudojant relinį termistorių patogu stebėti ar matuoti elektromagnetinės spinduliuotės procesus, vykstančius itin aukštais dažniais. Tai užtikrina jų naudojimą sistemose:

1. šilumos valdymas;

2. priešgaisrinė signalizacija;

3. birių terpių ir skysčių srauto reguliavimas.

Silicio termistoriai su mažu TCR > 0 naudojami aušinimo sistemose ir tranzistorių temperatūros stabilizavimui.

Termoporos

Šie puslaidininkiai veikia remiantis Seebecko reiškiniu: kai kaitinama dviejų išsklaidytų metalų litavimo jungtis, uždaros grandinės sandūroje atsiranda EML. Tokiu būdu jie šiluminę energiją paverčia elektros energija.

Dviejų tokių elementų konstrukcija vadinama termopora. Jo efektyvumas yra 7 ÷ 10%.

Termoporos naudojamos skaitmeninių skaičiavimo įrenginių termometruose, kuriems reikalingas miniatiūrinis dydis ir didelis skaitymo tikslumas, taip pat mažos galios srovės šaltiniai.

Puslaidininkiniai šildytuvai ir šaldytuvai

Jie veikia pakartotinai naudojant termoporas, per kurias praeina elektros srovė. Tokiu atveju vienoje sandūros vietoje jis šildomas, o priešingoje – vėsinamas.

Puslaidininkinės jungtys seleno, bismuto, stibio, telūro pagrindu leidžia užtikrinti temperatūrų skirtumą termoporoje iki 60 laipsnių. Tai leido sukurti šaldytuvo dizainą iš puslaidininkių, kurių temperatūra aušinimo kameroje iki -16 laipsnių.