Temperatūros pasipriešinimo koeficientas

Laidininko elektrinė varža dažniausiai priklauso nuo laidininko medžiagos, nuo jo ilgio ir skerspjūvio arba, trumpiau, nuo varžos ir nuo laidininko geometrinių matmenų. Ši priklausomybė yra gerai žinoma ir išreiškiama formule:

Visiems žinomas ir Omo dėsnis vienalytei elektros grandinės atkarpai, iš kurio matyti, kad kuo didesnė varža, tuo mažesnė srovė. Taigi, jei laido varža yra pastovi, tada didėjant taikomai įtampai, srovė turėtų didėti tiesiškai. Tačiau iš tikrųjų taip nėra. Laidų varža nėra pastovi.

Nereikia toli ieškoti pavyzdžių. Prijungę lemputę prie reguliuojamo maitinimo šaltinio (su voltmetru ir ampermetru) ir palaipsniui didindami jos įtampą iki nominalios vertės, lengvai pamatysite, kad srovė neauga tiesiškai: įtampa artėja prie lempos nominali vertė, srovė per jos ritę auga vis lėčiau ir šviesa tampa vis ryškesnė.

Nėra tokio dalyko, kad padvigubėjus į ritę įjungtą įtampą, srovė padvigubėtų. Atrodo, kad Omo dėsnis negalioja. Tiesą sakant, Ohmo dėsnis yra įvykdytas ir tiksliai lempos kaitinimo siūlelio varža nėra pastovi, tai priklauso nuo temperatūros.

Prisiminkime, kokia yra didelio metalų elektrinio laidumo priežastis. Tai siejama su daugybe krūvininkų – srovės komponentų – buvimu metaluose. laidumo elektronai… Tai elektronai, sudaryti iš metalo atomų valentinių elektronų, kurie yra bendri visam laidininkui, jie nepriklauso kiekvienam atskiram atomui.

Veikiant laidininkui veikiant elektriniam laukui, laisvojo laidumo elektronai iš chaotiško pereina į daugiau ar mažiau tvarkingą judėjimą – susidaro elektros srovė. Tačiau elektronai savo kelyje susiduria su kliūtimis, jonų gardelės nehomogeniškumu, pavyzdžiui, gardelės defektais, nehomogeniška struktūra, kurią sukelia jos šiluminiai virpesiai.

Elektronai sąveikauja su jonais, praranda impulsą, jų energija perduodama gardelės jonams, virsta gardelės jonų virpesiais, didėja pačių elektronų šiluminio judėjimo chaosas, nuo kurio laidininkas įkaista, kai per jį praeina srovė.

Dielektrikuose, puslaidininkiuose, elektrolituose, dujose, nepoliniuose skysčiuose – pasipriešinimo priežastis gali būti skirtinga, tačiau Ohmo dėsnis akivaizdžiai nelieka nuolatinis tiesinis.

Taigi metalams dėl temperatūros padidėjimo dar labiau padidėja kristalinės gardelės šiluminiai virpesiai, padidėja atsparumas laidumo elektronų judėjimui.Tai matyti iš eksperimento su lempa: švytėjimo ryškumas didėja, tačiau srovė didėja mažiau. Tai reiškia, kad temperatūros pokytis paveikė lempos kaitinimo siūlelio atsparumą.

Dėl to tampa aišku, kad pasipriešinimas metaliniai laidai beveik tiesiškai priklauso nuo temperatūros. O jei atsižvelgsime į tai, kad kaitinant šiek tiek pasikeičia geometriniai laido matmenys, tai elektrinė varža taip pat beveik tiesiškai priklauso nuo temperatūros. Šios priklausomybės gali būti išreikštos formulėmis:

Atkreipkime dėmesį į šansus. Tarkime, kad esant 0 ° C laidininko varža yra R0, tada esant temperatūrai t ° C ji įgis reikšmę R (t), o santykinis varžos pokytis bus lygus α * t ° C. Šis proporcingumo koeficientas α vadinamas temperatūros pasipriešinimo koeficientu... Jis apibūdina medžiagos elektrinės varžos priklausomybę nuo jos esamos temperatūros.

Šis koeficientas skaitine prasme lygus santykiniam laidininko elektrinės varžos pokyčiui, kai jo temperatūra pasikeičia 1K (vienu Kelvino laipsniu, o tai atitinka vieno laipsnio Celsijaus temperatūros pokytį).

Metalams TCR (temperatūrinis pasipriešinimo koeficientas α), nors ir palyginti mažas, bet visada didesnis už nulį, nes praeinant srovei elektronai dažniau susiduria su kristalinės gardelės jonais, tuo aukštesnė temperatūra, t .is. kuo didesnis jų terminis chaotiškas judėjimas ir didesnis greitis.Chaotiškai susidurdami su gardelės jonais, metalo elektronai netenka energijos, o tai matome kaip paseką — atsparumas didėja, kai viela įkaista. Šis reiškinys techniškai naudojamas varžos termometrai.

Taigi atsparumo temperatūros koeficientas α apibūdina medžiagos elektrinės varžos priklausomybę nuo temperatūros ir matuojamas 1 / K - kelvinais iki -1 laipsnio. Reikšmė su priešingu ženklu vadinama laidumo temperatūros koeficientu.

Kalbant apie grynus puslaidininkius, TCS jiems yra neigiamas, tai yra, atsparumas mažėja didėjant temperatūrai, taip yra dėl to, kad kylant temperatūrai vis daugiau elektronų patenka į laidumo zoną, o skylių koncentracija taip pat didėja. . Tas pats mechanizmas būdingas skystiems nepoliniams ir kietiesiems dielektrikams.

Poliariniai skysčiai smarkiai sumažina savo atsparumą kylant temperatūrai, nes sumažėja klampumas ir padidėja disociacija. Ši savybė naudojama elektroniniams vamzdeliams apsaugoti nuo destruktyvaus didelių įsijungimo srovių poveikio.

Lydinių, legiruotų puslaidininkių, dujų ir elektrolitų atsparumo šiluminė priklausomybė yra sudėtingesnė nei grynų metalų. Naudojami lydiniai su labai mažu TCS, tokie kaip manganinas ir konstantanas elektriniai matavimo prietaisai.