Как зависит сопротивление металла от температуры


Зависимость сопротивления проводника от температуры

  

Практически в электротехнике выло выявлено, что с увеличением температуры сопротивление проводников из металла возрастает, а с понижением уменьшается. Для всех проводников из металла это изменение сопротивления почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1°С.

Если быть точным, то на самом деле при изменении температуры проводника изменяется его удельное сопротивление, которое имеет следующую зависимость:

 

где ρ и ρ0, R и R0 - соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при температурах t и 0°С (шкала Цельсия), α - температурный коэффициент сопротивления, [α] = град-1.

Изменение удельного сопротивления проводника приводит к изменения самого сопротивления, что видно из следующего выражения:

 

Зная электронную теорию строения вещества можно дать следующее объяснение увеличению сопротивления металлических проводников с повышением температуры. При увеличении температуры проводник получает тепловую энергию, которая несомненно передается всем атомам вещества, в результате чего .возрастает их тепловое движение. Увеличившееся тепловое движение атомов создает большее сопротивление направленному движению свободных электронов (увеличивается вероятность столкновения свободных электронов с атомами), от этого и возрастает сопротивление проводника.

 С понижением температуры направленное движение электронов облегчается (уменьшается возможность столкновения свободных электронов с атомами), и сопротивление проводника уменьшается. Этим объясняется интересное явление — сверхпроводимость металлов. Сверхпроводимость, т. е. уменьшение сопротивления металлов до нуля, наступает при огромной отрицательной температуре —273° С, называемой абсолютным нулем. При температуре абсолютного нуля атомы металла как бы застывают на месте, совершенно не препятствуя движению электронов.

График звисимости сопротивления металлического проводника от температуры представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления металлического проводника от температуры

 

Необходимо сказать, что сопротивление электролитов и полупроводников (уголь, селен и другие) с увеличением температуры уменьшается.

Температурная зависимость сопротивления электролита объясняется также в основном изменением удельного сопротивления,однако всегда температурный коэффициент сопротивления - α <0.

 

Поэтому кривая зависимости сопротивленя электролита от температуры имеет вид, представленый на рисунке 2.

 

Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления электролита от температуры

 Ддя полупроводников характер изменения удельного сопротивления от температуры будет схож с таковым для элетролитов.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Температурный коэффициент сопротивления | Примечания по электронике

Подробная информация о температурном коэффициенте сопротивления, формула, расчеты и таблица стандартных материалов.


Учебное пособие по сопротивлению Включает:
Что такое сопротивление Закон Ома Удельное сопротивление Таблица удельного сопротивления для обычных материалов Температурный коэффициент сопротивления Электрическая проводимость Последовательные и параллельные резисторы Таблица параллельных резисторов Калькулятор параллельных резисторов


Сопротивление и удельное электрическое сопротивление всех материалов зависит от температуры.

Изменение электрического сопротивления влияет на электрические и электронные цепи. В некоторых это может привести к значительным изменениям. В результате температурный коэффициент сопротивления является важным параметром для многих приложений.

Вследствие его важности температурный коэффициент сопротивления указан для материалов, обычно используемые материалы широко доступны.

Внизу страницы находится таблица температурных коэффициентов сопротивления для многих распространенных материалов, используемых в электротехнической и электронной промышленности.

Температурный коэффициент сопротивления: основы

Есть две основные причины, по которым сопротивление материалов зависит от температуры.

Один эффект возникает из-за количества столкновений между носителями заряда и атомами в материале. По мере увеличения температуры увеличивается и количество столкновений, и поэтому можно представить себе, что сопротивление будет незначительно увеличиваться с увеличением температуры.

Это может быть не всегда, поскольку некоторые материалы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.Это может быть вызвано тем, что с повышением температуры высвобождаются дополнительные носители заряда, что приводит к снижению сопротивления с температурой. Как и следовало ожидать, этот эффект часто наблюдается в полупроводниковых материалах.

При рассмотрении температурной зависимости сопротивления обычно предполагается, что температурный коэффициент сопротивления подчиняется линейному закону. Это касается металлов и многих других материалов при комнатной температуре. Однако было обнаружено, что эффекты сопротивления, возникающие в результате количества столкновений, не всегда постоянны, особенно при очень низких температурах для этих материалов.

Было показано, что удельное сопротивление обратно пропорционально длине свободного пробега между столкновениями, то есть это приводит к увеличению удельного сопротивления / сопротивления с увеличением температуры. Для температур выше примерно 15 ° К (то есть выше абсолютного нуля) это ограничено тепловыми колебаниями атомов, и это дает линейную область, которая нам знакома. Ниже этой температуры сопротивление ограничено примесями и доступными носителями.

График сопротивления

Температурный коэффициент формулы сопротивления

Сопротивление проводника при любой заданной температуре можно рассчитать, зная температуру, температурный коэффициент сопротивления, сопротивление при стандартной температуре и рабочую температуру.Формулу этой зависимости сопротивления от температуры в общих чертах можно выразить как:

Где
R = сопротивление при температуре, T
R ref = сопротивление при температуре Tref
α = температурный коэффициент сопротивления материала
T = температура материала в ° C
T ref = - эталонная температура, для которой указан температурный коэффициент.

Температурный коэффициент сопротивления обычно стандартизован для температуры 20 ° C.Эта температура обычно считается нормальной «комнатной температурой». В результате формула для температурного коэффициента сопротивления обычно учитывает это:

Где
R 20 = сопротивление при 20 ° C
α 20 - температурный коэффициент сопротивления при 20 ° C


Температурный коэффициент сопротивления таблица

В таблице ниже приведены температурные коэффициенты сопротивления для различных веществ, включая температурный коэффициент сопротивления меди, а также температурный коэффициент сопротивления алюминия и многих других материалов.

Таблица температурных коэффициентов сопротивления для различных веществ
Вещество Температурный коэффициент
° C -1
Алюминий

43 x 10 -4
(18 ° C - 100 ° C)

Сурьма

40 x 10 -4

висмут

42 x 10 -4

Латунь

~ 10 x 10 -4

Кадмий

40 x 10 -4

Кобальт

7 x 10 -5

Константан (сплав)

33 x 10 -4

Медь

40 x 10 -4

Золото

34 x 10 -4

Углерод (графит)

-5.6 х 10 -4

Германий

-4,8 x 10 -2

Утюг

56 x 10 -4

Свинец

39 x 10 -4

Манганин

~ 2 x 10 -5

Молибден

46 x 10 -4

Нихром

1.7 х 10 -4

Никель

59 x 10 -4

Платина

38 x 10 -4

Кремний

-7,5 x 10 24

Серебро

40 x 10 -4

Тантал

33 x 10 -4

Олово

45 x 10 -4

Вольфрам

45 x 10 -4

цинк

36 x 10 -4

Видно, что большинство материалов, но не тех, которые широко используются в электротехнической и электронной промышленности, имеют температурный коэффициент сопротивления примерно от 30 до 50 x 10 -4 , за исключением полупроводников, которые сильно различаются.

Дополнительные основные понятия:
Напряжение ток Сопротивление Емкость Мощность Трансформеры RF шум Децибел, дБ Q, добротность
Вернуться в меню «Основные понятия». . .

.

Температурный коэффициент сопротивления | Физика проводников и изоляторов

  • Сетевые сайты:
    • Последний
    • Новости
    • Технические статьи
    • Последний
    • Проектов
    • Образование
    • Последний
    • Новости
    • Технические статьи
    • Обзор рынка
    • Образование
    • Последний
    • Новости
    • Мнение
    • Интервью
    • Особенности продукта
    • Исследования
    • Форумы
  • Авторизоваться
  • Присоединиться
    • Авторизоваться
    • Присоединиться к AAC
    • Или войдите с помощью

      • Facebook
      • Google

0:00 / 0:00

  • Подкаст
  • Последний
  • Подписывайся
    • Google
    • Spotify
.

Список факторов, влияющих на сопротивление

Сопротивление - это свойство материала, ограничивающее поток электронов. На сопротивление влияют четыре фактора: температура, длина провода, площадь поперечного сечения провода и характер материала.
Когда в проводящем материале есть ток, свободные электроны движутся сквозь материал и иногда сталкиваются с атомами. Эти столкновения заставляют электроны терять часть своей энергии, и, таким образом, их движение ограничивается.Это ограничение различается и определяется типом материала. Свойство материала, ограничивающее поток электронов, называется сопротивлением.
Когда через какой-либо материал, имеющий сопротивление, проходит ток, в результате столкновений свободных электронов и атомов выделяется тепло. Следовательно, провод, который обычно имеет очень маленькое сопротивление, нагревается, когда через него проходит достаточный ток.
См. Также: Типы электрического заряда
Что такое единица измерения сопротивления?
Сопротивление R выражается в омах и обозначается греческой буквой омега (Ом).
«Сопротивление один Ом (1 Ом) существует, если в материале присутствует ток в один ампер (1 А), когда на материал подается один вольт (1 В)».
Что такое проводимость?
Сопротивление обратно пропорционально проводимости, обозначаемой буквой G. Это мера легкости установления тока. Формула:

G = 1 / R

Единицей измерения проводимости является Siemens, сокращенно S. Например, проводимость резистора 22 кОм составляет G = 1/22 кОм = 45,5 мкс. Иногда для измерения проводимости все еще используется устаревшая единица mho.
См. Также: Закон Кулона

Список факторов, влияющих на сопротивление

Сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Термистор - это резистор, зависящий от температуры, и его сопротивление уменьшается с ростом температуры. Термистор используется в цепи, которая определяет изменение температуры. Есть четыре фактора, от которых зависит сопротивление.

  • Длина (L)
  • его площадь поперечного сечения (A)
  • тип материала
  • характер материала

Сопротивление провода зависит как от площади поперечного сечения, так и от длины провода, а также от характера материала проволоки.Толстая проволока имеет меньшее сопротивление, чем тонкая. Более длинные провода имеют большее сопротивление, чем короткие. Медная проволока имеет меньшее сопротивление тонкой стальной проволоки того же размера. Электрическое сопротивление также зависит от температуры. При определенной температуре и для конкретного вещества.

Как длина провода влияет на сопротивление?

Сопротивление R провода прямо пропорционально длине провода:

R α L… .. (1)

Это означает, что если мы удвоим длину провода, его сопротивление также увеличится вдвое, и если его длина уменьшится вдвое, его сопротивление станет наполовину.

Связь сопротивления с площадью:

Сопротивление R провода обратно пропорционально площади поперечного сечения A провода как:

R α 1 / A …… (2)

Это означает, что толстая проволока будет иметь меньшее сопротивление, чем тонкая проволока. После объединения уравнений (1) и (2) получаем:

R α L / A

R = ρL / A…. (3)

Где ρ - константа пропорциональности, известная как удельное сопротивление. Его значение зависит от типа проводника i.Медь, железо, олово и серебро будут иметь разные значения ρ. Из уравнения (3) имеем:

ρ = R A /L….(4)

Если L = 1 м, A = 1 м², то ρ = R. Таким образом, уравнение (4) дает определение.
См. Также: Разница между напряжением и током

Что такое удельное сопротивление?

Сопротивление куба вещества длиной один метр равно его удельному сопротивлению. Единица измерения ρ - ом-метр (Ом · м). Ниже приведена таблица некоторых металлов с удельным сопротивлением:

Удельное сопротивление металла (10-8 Ом)
  • серебро 1.7
  • Медь 1,69
  • Алюминий 2,75
  • Вольфрам 5,25
  • Платина 10,6
  • Железо 9,8
  • Никель-хром 100
  • Графит 3500

Что такое проводники?
Материал или объект, который проводит тепло, электричество, свет или звук, называют проводниками. Металлические провода являются хорошими проводниками электричества и обладают меньшим сопротивлением току.Почему металлы проводят электричество?… Металлы, такие как серебро и медь, имеют избыток свободных электронов, которые не удерживаются прочно с каким-либо конкретным атомом металла. Эти свободные электроны беспорядочно перемещаются во всех направлениях внутри металлов. Когда мы прикладываем внешнее поле, эти электроны могут легко двигаться в определенном направлении.
Это движение свободных электронов в определенном направлении под действием внешнего поля вызывает протекание тока в металлических проводах.

Как сопротивление увеличивается с температурой?

Проводники имеют низкое сопротивление.Сопротивление проводников увеличивается с повышением температуры. Это связано с увеличением количества столкновений электронов с собой и с атомами металлов. Золото, серебро, медь, алюминий и другие металлы являются хорошими примерами проводников. Земля также является очень хорошим и большим проводником.
Что такое изоляторы?
Материал, который с трудом передает энергию, например электрический ток или тепло, называется изоляторами. почему изоляторы не проводят электричество ?.Все материалы содержат электроны. Однако электроны в изоляторах, таких как резина, не могут двигаться. Они прочно связаны внутри атомов. Следовательно, ток не может проходить через изолятор, потому что они не являются свободными электронами для протекания тока. Изоляторы имеют очень большое значение сопротивления. Стекло, дерево, пластик, мех, шелк и т. Д.

Комбинации сопротивлений в электрической цепи

Есть две возможные комбинации сопротивлений в электрических цепях:

  • Комбинация серий
  • Параллельная комбинация
  1. Последовательная комбинация:

В последовательных комбинациях резисторы подключаются встык, и электрический ток проходит через цепь одним путем.Это означает, что ток, проходящий через каждый резистор, одинаков.
Ток одинаковый во всех точках последовательной цепи. Ток через каждый резистор в последовательной цепи такой же, как ток через все резисторы, включенные последовательно с ним. На приведенном выше рисунке три резистора подключены последовательно к источнику постоянного напряжения.
В любой точке этой цепи ток в этой точке должен быть равен току из этой точки. Также обратите внимание, что ток на каждом резисторе должен равняться току на каждом резисторе, потому что нет места, где часть тока может ответвиться и уйти в другое место.
Следовательно, ток в каждой секции цепи такой же, как ток во всех других секциях. У него есть только один путь, идущий от положительной (+) стороны источника к отрицательной (_) стороне.

Общее последовательное сопротивление:

Общее последовательное сопротивление последовательной цепи равно сумме сопротивлений каждого отдельного последовательного резистора. Когда резисторы подключаются последовательно, значения резисторов складываются, потому что каждый резистор оказывает сопротивление току прямо пропорционально его сопротивлению.Чем больше количество резисторов, подключенных последовательно, тем больше сопротивление току. Чем больше сопротивление току, тем выше сопротивление. Таким образом, каждый раз, когда резистор добавляется последовательно, общее сопротивление увеличивается.
См. Также: Типы электрического заряда

Формула общего сопротивления в последовательном соединении:

Для любого количества отдельных резисторов, соединенных последовательно, общее сопротивление является суммой каждого из отдельных значений.

Rt = R1 + R2 + R3 + R4 + ……….. + Rn

Где Rt - полное сопротивление, а Rn - последний резистор в последовательной цепочке. Например, если есть 3 последовательно подключенных резистора. Формула общего сопротивления будет

Rt = R1 + R2 + R3

Если есть шесть последовательно подключенных резисторов (n = 6), формула общего сопротивления будет:

Rt = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 + R6

2: Параллельная комбинация:

Когда два или более резистора подключены по отдельности между одними и теми же двумя отдельными точками, они параллельны друг другу.Параллельная цепь обеспечивает более одного пути для тока.

Каждый текущий путь называется ветвью . Параллельная цепь - это еще одна цепь, имеющая более одной ветви. Три резистора подключены параллельно, как показано на рисунке выше. Когда резисторы соединены параллельно, ток имеет более одного пути. Количество путей тока равно количеству параллельных ветвей.

Формула для общего параллельного сопротивления:

Поскольку Vs - это напряжение на каждом из параллельных резисторов на приведенном выше рисунке, по закону Ома I = Vs / R :

Vs / Rt = Vs / R1 + Vs / R2 + Vs / R3 …….(1)

Член Vs может быть исключен из правой части уравнения и сокращен с помощью Vs в левой части, оставив только члены сопротивления.

1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 …… (2)

Напомним, что величина, обратная сопротивлению (1 / R), называется проводимостью , что равно , обозначенному G. единица проводимости - Сименс (ы). Уравнение (2) может быть выражено в терминах проводимости как:

Gt = G1 + G2 + G2

Решите относительно Rt в уравнении (2), взяв обратную величину, инвертирующую обе части уравнения.

Rt = 1 / (1 / R1) + (1 / R2) + (1 / R3)

Связанные темы:

.

9.3 Удельное сопротивление и сопротивление - University Physics Volume 2

Задачи обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Различия между сопротивлением и удельным сопротивлением
  • Определите термин проводимость
  • Опишите электрический компонент, известный как резистор
  • Укажите взаимосвязь между сопротивлением резистора и его длиной, площадью поперечного сечения и удельным сопротивлением
  • Укажите взаимосвязь между удельным сопротивлением и температурой

Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока.Все такие устройства создают разность потенциалов и называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он прикладывает разность потенциалов В, , которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на свободные заряды, вызывая ток. Величина тока зависит не только от величины напряжения, но и от характеристик материала, через который протекает ток. Материал может сопротивляться потоку зарядов, и мера того, насколько материал сопротивляется потоку зарядов, известна как удельное сопротивление .Это удельное сопротивление грубо аналогично трению между двумя материалами, которые сопротивляются движению.

Удельное сопротивление

Когда к проводнику прикладывается напряжение, создается электрическое поле E → E →, и заряды в проводнике ощущают силу, создаваемую электрическим полем. Полученная плотность тока J → J → зависит от электрического поля и свойств материала. Эта зависимость может быть очень сложной. В некоторых материалах, включая металлы при данной температуре, плотность тока приблизительно пропорциональна электрическому полю.В этих случаях плотность тока можно смоделировать как

где σσ - удельная электропроводность. Электропроводность аналогична теплопроводности и является мерой способности материала проводить или передавать электричество. Проводники имеют более высокую электропроводность, чем изоляторы. Так как удельная электропроводность σ = J / Eσ = J / E, единицы равны

σ = [Дж] [Э] = А / м2В / м = АВ · м. σ = [Дж] [Э] = А / м2В / м = АВ · м.

Здесь мы определяем единицу измерения, называемую ом, с греческим символом омега в верхнем регистре, ΩΩ.Устройство названо в честь Георга Симона Ома, которого мы обсудим позже в этой главе. ΩΩ используется, чтобы избежать путаницы с числом 0. Один Ом равен одному вольту на ампер: 1Ω = 1V / A1Ω = 1V / A. Следовательно, единицы электропроводности равны (Ом · м) −1 (Ом · м) −1.

Электропроводность - это внутреннее свойство материала. Еще одним неотъемлемым свойством материала является удельное сопротивление или удельное электрическое сопротивление. Удельное сопротивление материала - это мера того, насколько сильно материал препятствует прохождению электрического тока.Символ удельного сопротивления - строчная греческая буква ро, ρρ, а удельное сопротивление - величина, обратная удельной электропроводности:

.

Единицей измерения удельного сопротивления в системе СИ является ом-метр (Ом · м) (Ом · м). Мы можем определить удельное сопротивление через электрическое поле и плотность тока,

Чем больше удельное сопротивление, тем большее поле необходимо для создания заданной плотности тока. Чем ниже удельное сопротивление, тем больше плотность тока, создаваемого данным электрическим полем. Хорошие проводники обладают высокой проводимостью и низким удельным сопротивлением.Хорошие изоляторы обладают низкой проводимостью и высоким удельным сопротивлением. В таблице 9.1 приведены значения удельного сопротивления и проводимости для различных материалов.

Материал Электропроводность, σσ
(Ом · м) −1 (Ом · м) −1
Удельное сопротивление, ρρ
(Ом · м) (Ом · м)
Температура
Коэффициент, αα
(° C) -1 (° C) -1
Проводники
Серебро 6.29 × 1076,29 × 107 1,59 × 10–81,59 × 10–8 0,0038
Медь 5,95 × 1075,95 × 107 1,68 × 10–81,68 × 10–8 0,0039
Золото 4,10 × 1074,10 × 107 2,44 × 10–82,44 × 10–8 0,0034
Алюминий 3,77 × 1073,77 × 107 2,65 × 10–82,65 × 10–8 0,0039
Вольфрам 1,79 × 1071,79 × 107 5.60 × 10–85,60 × 10–8 0,0045
Утюг 1,03 × 1071,03 × 107 9,71 × 10–89,71 × 10–8 0,0065
Платина 0,94 × 1070,94 × 107 10,60 × 10-8 10,60 × 10-8 0,0039
Сталь 0,50 × 1070,50 × 107 20,00 × 10–820,00 × 10–8
Свинец 0,45 × 1070,45 × 107 22,00 × 10–822,00 × 10–8
Манганин (сплав Cu, Mn, Ni) 0.21 × 1070,21 × 107 48,20 × 10-848,20 × 10-8 0,000002
Константан (сплав Cu, Ni) 0,20 × 1070,20 × 107 49,00 × 10–849,00 × 10–8 0,00003
Меркурий 0,10 × 1070,10 × 107 98,00 × 10–898,00 × 10–8 0,0009
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) 0,10 × 1070,10 × 107 100,00 × 10–8100,00 × 10–8 0,0004
Полупроводники [1]
Углерод (чистый) 2.86 × 1042,86 × 104 3,50 × 10–53,50 × 10–5 -0,0005
Углерод (2,86–1,67) × 10–6 (2,86–1,67) × 10–6 (3,5–60) × 10–5 (3,5–60) × 10–5 -0,0005
Германий (чистый) 600 × 10–3600 × 10–3 -0,048
Германий (1−600) × 10−3 (1−600) × 10−3 -0,050
Кремний (чистый) 2300 −0.075
Кремний 0,1−23000,1−2300 -0,07
Изоляторы
Янтарь 2,00 × 10–152,00 × 10–15 5 × 10145 × 1014
Стекло 10−9−10−1410−9−10−14 109−1014109−1014
Люсит <10-13 <10-13 > 1013> 1013
Слюда 10-11-10-15 10-11-10-15 1011−10151011−1015
Кварц (плавленый) 1.33 × 10–181,33 × 10–18 75 × 101675 × 1016
Резина (твердая) 10−13−10−1610−13−10−16 1013−10161013−1016
Сера 10-15 10-15 10151015
Тефлон TM <10-13 <10-13 > 1013> 1013
Дерево 10−8−10−1110−8−10−11 108−1011108−1011

Таблица 9.1 Удельное сопротивление и проводимость различных материалов при 20 ° C [1] Значения сильно зависят от количества и типов примесей.

Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельного сопротивления. У проводников наименьшее удельное сопротивление, а у изоляторов наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют различную, но большую плотность свободных зарядов, тогда как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут двигаться.Полупроводники являются промежуточными, имеют гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладают свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике. Эти уникальные свойства полупроводников находят применение в современной электронике, о чем мы поговорим в следующих главах.

Проверьте свое понимание 9,5

Медные провода обычно используются для удлинителей и домашней электропроводки по нескольким причинам. Медь имеет самый высокий рейтинг электропроводности и, следовательно, самый низкий рейтинг удельного сопротивления среди всех недрагоценных металлов.Также важна прочность на разрыв, где прочность на разрыв является мерой силы, необходимой для того, чтобы подтянуть объект к точке, где он сломается. Прочность материала на разрыв - это максимальная величина растягивающего напряжения, которое он может выдержать перед разрушением. Медь имеет высокий предел прочности на разрыв, 2 × 108 Нм22 × 108 Нм2. Третья важная характеристика - пластичность. Пластичность - это мера способности материала вытягиваться в проволоку и мера гибкости материала, а медь обладает высокой пластичностью.Подводя итог, можно сказать, что проводник является подходящим кандидатом для изготовления проволоки, по крайней мере, с тремя важными характеристиками: низким удельным сопротивлением, высокой прочностью на разрыв и высокой пластичностью. Какие еще материалы используются для электромонтажа и в чем их преимущества и недостатки?

Температурная зависимость удельного сопротивления

Вернувшись к таблице 9.1, вы увидите столбец «Температурный коэффициент». Удельное сопротивление некоторых материалов сильно зависит от температуры. В некоторых материалах, таких как медь, удельное сопротивление увеличивается с увеличением температуры.Фактически, в большинстве проводящих металлов удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Повышение температуры вызывает повышенные колебания атомов в структуре решетки металлов, которые препятствуют движению электронов. В других материалах, таких как углерод, удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Во многих материалах зависимость является приблизительно линейной и может быть смоделирована с помощью линейного уравнения:

ρ≈ρ0 [1 + α (T − T0)], ρ≈ρ0 [1 + α (T − T0)],

9,7

, где ρρ - удельное сопротивление материала при температуре T , αα - температурный коэффициент материала, а ρ0ρ0 - удельное сопротивление при T0T0, обычно принимаемое как T0 = 20.00 ° CT0 = 20,00 ° C.

Обратите внимание, что температурный коэффициент αα для полупроводников, перечисленных в Таблице 9.1, отрицательный, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высоких температурах, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшения ρρ с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.

Сопротивление

Теперь рассмотрим сопротивление провода или компонента.Сопротивление - это мера того, насколько сложно провести ток через провод или компонент. Сопротивление зависит от удельного сопротивления. Удельное сопротивление - это характеристика материала, используемого для изготовления провода или другого электрического компонента, тогда как сопротивление - это характеристика провода или компонента.

Для расчета сопротивления рассмотрим сечение токопроводящего провода с площадью поперечного сечения A , длиной L и удельным сопротивлением ρ.ρ. Батарея подключается к проводнику, обеспечивая на нем разность потенциалов ΔVΔV (Рисунок 9.13). Разность потенциалов создает электрическое поле, которое пропорционально плотности тока, согласно E → = ρJ → E → = ρJ →.

Рис. 9.13 Потенциал, обеспечиваемый батареей, прикладывается к сегменту проводника с площадью поперечного сечения A и длиной L .

Величина электрического поля на участке проводника равна напряжению, деленному на длину, E = V / LE = V / L, а величина плотности тока равна току, деленному на поперечную площадь сечения, J = I / A.J = I / A. Используя эту информацию и вспоминая, что электрическое поле пропорционально удельному сопротивлению и плотности тока, мы можем видеть, что напряжение пропорционально току:

E = ρJVL = ρIAV = (ρLA) I.E = ρJVL = ρIAV = (ρLA) I.

Сопротивление

Отношение напряжения к току определяется как сопротивление R :

Сопротивление цилиндрического сегмента проводника равно удельному сопротивлению материала, умноженному на длину, разделенную на площадь:

R≡VI = ρLA.R≡VI = ρLA.

9,9

Единицей измерения сопротивления является ом, ΩΩ. Для данного напряжения, чем выше сопротивление, тем ниже ток.

Резисторы

Обычным компонентом электронных схем является резистор. Резистор можно использовать для уменьшения протекания тока или обеспечения падения напряжения. На рисунке 9.14 показаны символы, используемые для резистора в принципиальных схемах цепи. Два обычно используемых стандарта для принципиальных схем предоставлены Американским национальным институтом стандартов (ANSI, произносится как «AN-см.») И Международной электротехнической комиссией (IEC).Обе системы обычно используются. Мы используем стандарт ANSI в этом тексте для его визуального распознавания, но мы отмечаем, что для более крупных и сложных схем стандарт IEC может иметь более четкое представление, что упрощает чтение.

Рисунок 9.14 Символы резистора, используемые в принципиальных схемах. (а) символ ANSI; (б) символ IEC.

Зависимость сопротивления от материала и формы

Резистор можно смоделировать как цилиндр с площадью поперечного сечения A и длиной L , изготовленный из материала с удельным сопротивлением ρρ (рисунок 9.15). Сопротивление резистора R = ρLAR = ρLA.

Рис. 9.15. Модель резистора в виде однородного цилиндра длиной L и площадью поперечного сечения A . Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению, оказываемому трубой потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше его площадь поперечного сечения A , тем меньше его сопротивление.

Чаще всего для изготовления резистора используется углерод. Углеродная дорожка обернута вокруг керамического сердечника, к нему прикреплены два медных провода.Второй тип резистора - это металлопленочный резистор, который также имеет керамический сердечник. Дорожка сделана из материала оксида металла, который имеет полупроводниковые свойства, аналогичные углеродным. Опять же, в концы резистора вставляются медные провода. Затем резистор окрашивается и маркируется для идентификации. Резистор имеет четыре цветные полосы, как показано на рисунке 9.16.

Рисунок

.

Смотрите также