Зависимость сопротивления от температуры

Одна из характеристик любого проводящего электрический ток материала – это зависимость сопротивления от температуры. Если ее изобразить в виде графика на координатной плоскости, где по горизонтальной оси отмечаются промежутки времени (t), а по вертикальной – значение омического сопротивления (R), то получится ломаная линия. Зависимость сопротивления от температуры схематично состоит из трех участков. Первый соответствует небольшому нагреву – в этом время сопротивление изменяется очень незначительно. Так происходит до определенного момента, после которого линия на графике резко идет вверх – это второй участок. Третья, последняя составляющая – это прямая, уходящая вверх от точки, на которой остановился рост R, под относительно небольшим углом к горизонтальной оси.


Физический смысл данного графика следующий: зависимость сопротивления от температуры у проводника описывается простым линейным уравнением до тех пор, пока величина нагрева не превысит какое-то значение, характерное именно для данного материала. Приведем абстрактный пример: если при температуре +10°C сопротивление вещества составляет 10 Ом, то до 40°C значение R практически не изменится, оставаясь в пределах погрешности измерений. Но уже при 41°C возникнет скачок сопротивления до 70 Ом. Если же дальнейший рост температуры не прекратится, то на каждый последующий градус придутся дополнительные 5 Ом.

Данное свойство широко используется в различных электротехнических устройствах, поэтому закономерно привести данные по меди как одному из самых распространенных материалов в электрических машинах. Так, для медного проводника нагрев на каждый дополнительный градус приводит к росту сопротивления на полпроцента от удельного значения (можно найти в справочных таблицах, приводится для 20°C, 1 м длины сечением 1 кв.мм).


При возникновении в металлическом проводнике электродвижущей силы ЭДС появляется электрический ток – направленное перемещение элементарных частиц, обладающих зарядом. Ионы, находящиеся в узлах кристаллической решетки металла, не в состоянии долго удерживать электроны на своих внешних орбитах, поэтому они свободно перемещаются по всему объему материала от одного узла к другому. Это хаотичное движение обусловлено внешней энергией – теплом.

Хотя факт перемещения налицо, оно не является направленным, поэтому не рассматривается в качестве тока. При появлении электрического поля электроны ориентируются в соответствии с его конфигурацией, формируя направленное движение. Но так как тепловое воздействие никуда не исчезло, то хаотично перемещающиеся частицы сталкиваются с направленными полем. Зависимость сопротивления металлов от температуры показывает величину помех прохождению тока. Чем больше температура, тем выше R проводника.

Очевидный вывод: снижая степень нагрева, можно уменьшить и сопротивление. Явление сверхпроводимости (около 20°K) как раз и характеризуется существенным снижением теплового хаотичного движения частиц в структуре вещества.

Рассматриваемое свойство проводящих материалов нашло широкое применение в электротехнике. Например, зависимость сопротивления проводника от температуры используется в электронных датчиках. Зная ее значение для какого-либо материала, можно изготовить терморезистор, подключить его к цифровому или аналоговому считывающему устройству, выполнить соответствующую градуировку шкалы и использовать в качестве альтернативы ртутным термометрам. В основе большинства современных термодатчиков заложен именно такой принцип, ведь надежность выше, а конструкция проще.

Кроме того, зависимость сопротивления от температуры дает возможность рассчитывать нагрев обмоток электродвигателей.

Термопреобразователь сопротивлений: краткое описание проборов и их ...
Для измерения температуры жидкой или газообразной среды термопреобразователи подходят хорошо. Однако показатель погрешности моделей довольно сильно отличается. В данном случае важно учитывать допуск прибора по ГОСТу 6651 и другие факторы.
далее
Тензометрические датчики: краткое описание, инструкция к препарату, ...
Принцип работы всех тензодатчиков основан на преобразовании деформации упругого элемента в электрический сигнал. Когда выбираются тензометрические датчики, важно определить, имеется ли в схемах компенсация искажающих показания температурных и ...
далее
Цветовое обозначение резистора. Обозначение мощности резисторов на ...
В электрических цепях для регулировки тока применяются резисторы. Выпускается огромное количество различных их видов. Чтобы определиться во всём многообразии деталей, для каждой вводится условное обозначение резистора. Они маркируются различными ...
далее
Нихром-проволока: характеристики и области применения
Современная техника ставит серьезные требования к показателям соответствия ее составных материалов реальным условиям работы. Одним из высокотехнологичных сплавов является нихром. Проволока и приборы, содержащие ее, отличаются стойкостью к ...
далее

Материалы по теме: