מקדם טמפרטורה של התנגדות

ההתנגדות החשמלית של מוליך תלויה בדרך כלל בחומר המוליך, באורכו ובחתכו, או בקצרה יותר, בהתנגדות ובמידות הגיאומטריות של המוליך. תלות זו ידועה ומתבטאת בנוסחה:

ידוע לכל ו חוק אוהם לקטע הומוגני של מעגל חשמלי, שממנו ניתן לראות שככל שההתנגדות גבוהה יותר, כך הזרם נמוך יותר. לפיכך, אם ההתנגדות של החוט קבועה, אז ככל שהמתח המופעל עולה, הזרם צריך לגדול באופן ליניארי. אבל במציאות זה לא המצב. ההתנגדות של חוטים אינה קבועה.

לא צריך ללכת רחוק בשביל דוגמאות. אם תחבר נורה לספק כוח מתכוונן (עם מד מתח ומד זרם) ותעלה בה את המתח בהדרגה, תוך הבאתו לערך הנומינלי, תראה בקלות שהזרם לא גדל באופן ליניארי: המתח מתקרב לערך הנקוב. הערך הנומינלי של המנורה, הזרם דרך הסליל שלה גדל לאט יותר ויותר והאור הופך בהיר יותר ויותר.

אין דבר כזה שהכפלת המתח המופעל על הסליל תכפיל את הזרם. נראה שחוק אוהם לא מתקיים. למעשה, חוק אוהם מתקיים ובדיוק ההתנגדות של חוט הנימה של המנורה אינה קבועה, היא תלויה בטמפרטורה.

הבה נזכיר מהי הסיבה למוליכות החשמלית הגבוהה של מתכות. זה קשור לנוכחות במתכות של מספר רב של נושאי מטען - רכיבים שוטפים - אלקטרוני הולכה... אלו הם אלקטרונים שנוצרו על ידי האלקטרונים הערכיים של אטומי המתכת, המשותפים לכל המוליך, הם אינם שייכים לכל אטום בודד.

תחת פעולת שדה חשמלי המופעל על המוליך, אלקטרוני ההולכה החופשיים עוברים מתנועה כאוטית לתנועה מסודרת פחות או יותר - נוצר זרם חשמלי. אבל האלקטרונים נתקלים במכשולים בדרכם, אי-הומוגניות של סריג היונים, כמו פגמי סריג, מבנה לא-הומוגני שנגרם על ידי רעידות תרמיות שלו.

אלקטרונים מקיימים אינטראקציה עם יונים, מאבדים מומנטום, האנרגיה שלהם מועברת ליוני הסריג, הופכת לתנודות של יוני הסריג, ומתגבר הכאוס של התנועה התרמית של האלקטרונים עצמם, שממנו המוליך מתחמם כאשר הזרם עובר דרכו.

בדיאלקטרים, מוליכים למחצה, אלקטרוליטים, גזים, נוזלים לא קוטביים - הסיבה להתנגדות עשויה להיות שונה, אבל חוק אוהם כמובן לא נשאר ליניארי לצמיתות.

לפיכך, עבור מתכות, עלייה בטמפרטורה מובילה לעלייה גדולה עוד יותר בתנודות התרמיות של סריג הגביש, וההתנגדות לתנועה של אלקטרוני הולכה עולה.ניתן לראות זאת מהניסוי עם המנורה: בהירות הזוהר גדלה, אך הזרם גדל פחות. המשמעות היא שהשינוי בטמפרטורה השפיע על ההתנגדות של חוט המנורה.

כתוצאה מכך, מתברר כי ההתנגדות חוטי מתכת תלוי כמעט ליניארי בטמפרטורה. ואם ניקח בחשבון שכאשר מחומם, הממדים הגיאומטריים של החוט משתנים מעט, אז גם ההתנגדות החשמלית תלויה כמעט באופן ליניארי בטמפרטורה. תלות אלה יכולה לבוא לידי ביטוי בנוסחאות:

בואו נשים לב לסיכויים. נניח שב-0°C ההתנגדות של המוליך היא R0, ואז בטמפרטורה של t°C הוא ייקח את הערך R (t), והשינוי היחסי בהתנגדות יהיה שווה ל-α *t°C. גורם מידתיות זה α נקרא מקדם הטמפרטורה של ההתנגדות... הוא מאפיין את התלות של ההתנגדות החשמלית של החומר בטמפרטורה הנוכחית שלו.

מקדם זה שווה מספרית לשינוי היחסי בהתנגדות החשמלית של מוליך כאשר הטמפרטורה שלו משתנה ב-1K (מעלה אחת קלווין, השווה לשינוי מעלה אחת צלזיוס בטמפרטורה).

עבור מתכות, TCR (מקדם טמפרטורה של התנגדות α), אם כי קטן יחסית, הוא תמיד גדול מאפס, מכיוון שכאשר הזרם עובר, אלקטרונים מתנגשים לעתים קרובות יותר עם יונים של סריג הגביש, ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, t .is ככל שהתנועה הכאוטית התרמית שלהם גבוהה יותר ומהירותם גבוהה יותר.בהתנגשות בתנועה כאוטית עם יוני סריג, האלקטרונים של המתכת מאבדים אנרגיה, שאנו רואים כתוצאה מכך - ההתנגדות גדלה ככל שהחוט מתחמם. תופעה זו משמשת מבחינה טכנית ב מדי חום התנגדות.

לפיכך, מקדם הטמפרטורה של ההתנגדות α מאפיין את התלות של ההתנגדות החשמלית של החומר בטמפרטורה והוא נמדד ב-1 / K - קלווין בחזקת -1. הערך עם הסימן ההפוך נקרא מקדם הטמפרטורה של מוליכות.

לגבי מוליכים למחצה טהורים, TCS הוא שלילי עבורם, כלומר ההתנגדות יורדת עם עליית הטמפרטורה, זה נובע מכך שככל שהטמפרטורה עולה, יותר ויותר אלקטרונים עוברים לאזור ההולכה, כאשר גם ריכוז החורים עולה . אותו מנגנון מאפיין דיאלקטריות נוזליות לא קוטביות ומוצקות.

נוזלים קוטביים מורידים בחדות את ההתנגדות שלהם עם עליית הטמפרטורה עקב ירידה בצמיגות ועלייה בניתוק. מאפיין זה משמש להגנה על צינורות אלקטרונים מההשפעות ההרסניות של זרמי פריצה גבוהים.

עבור סגסוגות, מוליכים למחצה מסוממים, גזים ואלקטרוליטים, התלות התרמית של ההתנגדות מורכבת יותר מאשר עבור מתכות טהורות. סגסוגות עם TCS נמוך מאוד, כגון מנגנין וקונסטנטן, משמשות מכשירי מדידה חשמליים.