От чего зависит сопротивление металлов


Электрическое сопротивление металлов. Сверхпроводимость — Студопедия

1. Электрическое сопротивление металлов. Квантовая теория электропроводности металлов сводится к следующему:

а. В идеальной кристаллической решетке электроны проводимости при своем движении не должны испытывать сопротивления. Сопротивление возникает тогда, когда в решетке появляются дефекты структуры, то есть нарушается периодичность решетки.

б. В реальных кристаллах есть два механизма нарушения структуры: примесный и тепловой. Соответственно различают примесное удельное сопротивление rn и тепловое (колебательное) rТ. Согласно правилу аддитивности сопротивлений полное сопротивление металла r равно их сумме, r = rn + rТ. (13.1)

в. Примесное сопротивление rn обусловлено наличием инородных атомов в решетке (атомов примеси). Если металл достаточно чистый и концентрация атомов примеси невелика, то примесное сопротивление практически не зависит от температуры и становиться заметным лишь вблизи абсолютного нуля. Благодаря примеси удельное сопротивление металла не должно обращаться в нуль даже при Т = 0 К.

г. Тепловое сопротивление rТ возникает благодаря рассеянию электронов проводимости на флуктуациях плотности узлов кристаллической решетки, возникающих при тепловом колебательном движении узлов. В квантовой теории тепловое колебательное движение атомов решетки трактуется как система стоячих звуковых волн в кристалле - фононов. Поэтому говорят о рассеянии электронов проводимости на фононах.

В отличие от классической теории электропроводности металлов Друде - Лоренца, прогнозирующей зависимость сопротивления от температуры вида r ~, квантовая теория дает правильный прогноз линейной зависимости r ~Т. При температурах металла Т ³ 50 К r = r0, что соответствует эмпирической формуле r = r0(1 + at). В квантовой теории получается, что при Т ® 0 полное удельное сопротивление металла r должно стремиться к примесному rn. На рис.90 показана опытная зависимость удельного сопротивления чистого натрия от температуры.


При Т ® 0 К r ® rn = 4·10-11 Ом·м, что составляет примерно 0,4% от сопротивления при Т = 273 К. Уже при температурах Т ³ 20 К зависимость r(Т) становится практически линейной.

д. Электрический ток толкуется в квантовой теории как дрейф электронов в периодическом поле кристалла. Этот дрейф происходит под действием постоянной электрической силы еЕ, где Е- напряженность электрического поля, создающего ток. Оказалось, что скорость дрейфа электронов зависит от глубины их положения в зоне проводимости. Эта зависимость выражается через эффективную массу mэф электрона. В отличие от массы покоя mе свободного электрона эффективная масса электрона в зоне проводимости металла – величина переменная, зависящая от ширины зоны.


Вблизи дна зоны эффективная масса электронов положительна. Направление дрейфа соответствует вектору плотности тока. По мере подъема к верхней границе зоны эффективная масса принимает бесконечно большое значение mэф = ¥, а затем становится отрицательной. Соответственно и скорость дрейфа электронов, имея “правильное” направление у дна зоны, постепенно проходит через нуль и принимает отрицательные (“неправильные”) значения у верхней границы зоны.

Соотношения, полученные в приближении свободных электронов в теории Друде – Лоренца, оказываются справедливыми для электронов, движущихся в периодическом поле решетки, если в них заменить массу покоя электрона mе на эффективную mэф.

2. Сверхпроводимость. В 1911 году Камерлинг – Оннес, измеряя сопротивление ртути в области низких температур, обнаружил, что при Т = 4,2 К сопротивление ртути практически падало до нуля. Это явление стали называть сверхпроводимостью. На рис.91 показаны опытные кривые зависимости удельного сопротивления некоторых чистых металлов от температуры вблизи абсолютного нуля. Очевидно, что явление не сводится к нормальному падению удельного сопротивления бездефектного кристалла, когда rn = 0, и rТ . Переход в сверхпроводящее состояние происходит не плавно, а скачкообразно при некоторой температуре Ткр, которую называют критической температурой перехода. Сейчас известно около 30 сверхпроводящих химических элементов и свыше 500 сверхпроводящих материалов.

3. Эффекты сверхпроводимости.

а. Электрический ток, возбужденный в сверхпроводящем кольце, может циркулировать в нем годами.

б. ЭффектМейснера. В 1933 году Вальтер Мейсснер и Р. Оксенфельд обнаружили, что вещество, помещенное в магнитное поле (рис.92 слева), при переходе в сверхпроводящее состояние не замораживает находящееся в нем магнитное поле, как это должно было быть при простом переходе вещества в состояние с нулевым сопротивлением, а выталкивает его из своего объема (рис. 92 справа). Это присуще идеальным диамагнетикам с нулевой магнитной проницаемостью m = 0.

Из того, что магнитное поле не проникает в сверхпроводник, следует, что электрический ток может течь лишь по поверхности сверхпроводника. Ведь если бы ток мог протекать в толще сверхпроводника, то вокруг него в толще сверхпроводника было бы магнитное поле. И действительно, опыт показывает, что электрический ток течет в сверхпроводнике в поверхностном слое толщиной l = 10 ¸ 100 нм. На эту глубину в сверхпроводник проникает и магнитное поле, убывая с расстоянием x от поверхности по экспоненциальному закону

В = В0exp(-xçl). (13.2)

Вещество в сверхпроводящем состоянии приобретает два не связанных друг с другом фундаментальных свойства: идеальную проводимость и идеальный диамагнетизм.

Эффект Мейснера позволяет устойчиво подвешивать сверхпроводящие тела в магнитном поле (рис.93). При пререходе шара в сверхпроводящее состояние 1-го рода магнитное поле из него вытесняется. В результате в поверхностном слое шара индуцируется ток такого направления, при котором шар выталкивается из поля.

в. Эффект критического магнитного поля. Он состоит в том, что при достижении магнитным полем, в котором находится сверхпроводник, некоторого предельного значенияиндукции Вкр »10-2 ¸ 101 Тл, сверхпроводимость исчезает.

На рис.94 показана зависимость Вкр от температуры для свинца (верхняя кривая) и для олова (нижняя кривая). При критической температуре Т = Ткр критическое поле равно нулю, Вкр = 0, а с понижением температуры Вкр увеличивается.

Если усиливать ток, идущий по сверхпроводнику, то при некотором его критическом значении Iкр сверхпроводящее состояние разрушается. Поскольку магнитное поле В пропорционально току I, то зависимость Iкр от температуры аналогична зависимости Вкр(Т). Эффект критического магнитного поля усложняет технику получения сверхсильных магнитных полей с помощью сверхпроводящих контуров. Расчет критического тока должен учитывать, что ток течет в приповерхностном слое. Например, у проводника диаметром 1 мм при l = 35 нм сечение приповерхностного слоя, по которому течет ток, около 10-4 мм2. Это составляет около 0,01% всего сечения проводника.

г. Эффект Джозефсона. В 1962 году Брайан Джозефсон теоретически предсказал два эффекта, суть которых в следующем.

Подсоединим к сверхпроводнику (на рис.95-а он изображен в виде бруска) амперметр А с источником постоянного тока, ЭДС которого E, и вольтметр V. В цепи идёт постоянный ток, регистрируемый амперметром. Так как сопротивление сверхпроводника равно нулю, то вольтметр показывает нуль.

Разрежем сверхпроводник на две части и раздвинем их, чтобы между ними возник зазор толщиной d » 1 нм. Как предсказал Джозефсон, при включении такого сверхпроводника в цепь может наблюдаться один из следующих двух эффектов.

Стационарный эффект Джозефсона. Через сверхпроводник по-прежнему идёт постоянный ток. Оказывается, ток может течь без сопротивления не только через сверхпроводник, но и через щель в нем, если она достаточно узка (рис.95-б).

Нестационарный эффект Джозефсона. На концах сверхпроводника со щелью может возникнуть постоянная разность потенциалов. В этом случае из щели излучается высокочастотная электромагнитная волна (рис.95-в). Через сверхпроводник течет не только постоянный, но и высокочастотный переменный ток.

В настоящее время эффекты Джозефсона не только подтверждены экспериментально, но и используются в микроэлектронике.

4. Теорию сверхпроводимости построили в 1957г Джон Бардин, Леон Купер и Джон Шриффер. По первым буквам их фамилий ее назвали БКШ – теорией. В основе БКШ- теории лежит представление, что между электронами проводимости металла могут действовать силы притяжения, возникающие вследствие поляризации ими кристаллической решетки.

Электрон, движущийся в решетке, притягивает к себе положительно заряженные ионы, несколько сближая их, и тем самым создает вдоль пути своего следования избыточный положительный заряд поляризованной решетки, к которому могут быть притянуты другие электроны. Это эквивалентно возникновению силы притяжения между электронами, только действующей не непосредственно, а через поляризованную решетку.

Можно предположить, что сверхпроводимость следует ожидать прежде всего у тех металлов, у которых имеет место сильное взаимодействие электронного газа с решеткой, приводящее в обычных условиях к высокому удельному сопротивлению. И действительно, из чистых металлов лучшими сверхпроводниками оказались наиболее высокоомные - свинец Рb, ниобий Nb, олово Sn, ртуть Hg. В то же время у таких низкоомных металлов, как медь Cuи сереброAg, у которых электронный газ имеет высокую подвижность, сверхпроводимость не наблюдается.

Как показал Леон Купер, при Т < Ткр, самые верхние электроны,расположенные на уровне Ферми, могут спариваться. При этом их суммарная энергия оказывается меньше суммы энергий отдельных электронов. Выделяющаяся энергия должна отводиться от кристалла охлаждением. Понижение энергии куперовских пар приводит к понижению верхнего занятого электронами уровня. В результате между уровнями куперовских пар и ближайшими свободными уровнями возникает запрещенная зона шириной 2D (рис.96 слева). Эта возникшая энергетическая щель не позволяет куперовским парам электронов принимать малую энергию. Они могут принять лишь энергию не менее 2D, которая позволит электронам перепрыгнуть через эту щель. Поэтому при Т < Ткр куперовские пары оказываются весьма устойчивыми.

При Т < Ткр спариваются не все электроны. При каждой температуре устанавливается некоторое равновесное соотношение между концентрациями нормальных и спаренных электронов. Оказывается, что ширина 2D энергетической щели в сверхпроводнике зависит от количества неспаренных электронов. Их концентрация понижается с уменьшением температуры и соответственно растет ширина щели (рис.96 справа).

Электроны, образующие куперовские пары, имеют противоположные спины. Поэтому спин пары равен нулю, и она представляет собой бозон. Бозоны могут накапливаться в основном энергетическом состоянии, из которого их трудно перевести в возбужденное состояние. Поэтому куперовские пары в состоянии согласованного движения могут оставаться неопределенно долго. Такое согласованное движение пар и есть ток сверхпроводимости.

Расстояние между электронами пары велико. Оно составляет примерно 1000 нм, что около 5000 поперечников атомов. Примерно 1000 пар перекрываются, занимая общий объем.

5. Объяснение БКШ – теорией эффекта критического тока. У известных сверхпроводников величина энергетической щели составляет в среднем 2D = 3 мэВ » 5·10-22 Дж. Для разрушения куперовской пары один из электронов пары должен уменьшить энергию своего движения, по крайней мере, на величину 2D.

Предположим, что электрон отдает эту энергию при лобовом столкновении с узлом решетки так, что после столкновения он отскакивает с той же скоростью дрейфа vд в обратном направлении. Энергия электрона до соударения Ек1= me(vф + vд)2ç2, энергия после соударения Ек2= me(vф - vд)2ç2. Здесь vф – тепловая скорость электронов на уровне Ферми (»106мçс), vд – скорость дрейфа электронов в электрическом поле, она не превышает 1 мçс.

Убыль кинетической энергии электрона должна быть по крайней мере равной 2D. Так что DЕк= = 2mevфvд = 2D. (13.3)

Отсюда, минимальная скорость дрейфа vд, необходимая для разрушения куперовской пары, есть vд = Dçmevф. (13.4)

Плотность электронного тока проводимости естьj = envд, (13.5)

где n – концентрация электронов проводимости в металле. Подставив критическую скорость дрейфа из (13.4), получаем критическую плотность тока jкр.

jкр = envд= enDçmevф. (13.6)

У типичных сверхпроводников n = 3·1028 м-3, vф = 106 мçс, 2D = 3 мэВ. Подставляем.

jкр = =1012 . Это соответствует току 106 А через проводник сечением 1 мм2. Но в реальном сверхпроводнике ток течет лишь в тонком приповерхностном слое толщиной около 35 нм, что соответствует сечению S = 10-4мм2. Поэтому критический ток в сверхпроводнике толщиной около 1 мм составляет всего лишь iкр= jкрS = 106Аçмм2·10- 4мм2 = 100 А. Это вполне соответствует эксперименту.

6. Объяснение БКШ-теорией критического магнитного поля. При помещении сверхпроводника в магнитное поле В в поверхностном слое сверхпроводника наводится незатухающий ток. Этот незатухающий ток имеет такие величину и направление, что его магнитное поле внутри сверхпроводника полностью компенсирует внешнее поле В. При увеличении поля В плотность компенсирующего тока в сверхпроводнике растет. Если внешнее поле В будет настолько большим, что плотность наведенного им индукционного тока достигнет критического значения, сверхпроводимость разрушается.

Все выше сказанное относится к сверхпроводникам 1-го рода, в которых электрический ток существует только в приповерхностном слое. Несколько позже были открыты и изучены сверхпроводники 2-го рода. В них возникающие во внешнем магнитном поле В сверхпроводящие токи текут не только по поверхности, но и проникают в толщу проводника. У сверхпроводников 1-го рода критическое магнитное поле Вкр не превышает 0,1 Тл, а у сверхпроводников 2-го рода достигает величины Вкр» 20 Тл.

7. Эффекты Джозефсона объясняются БКШ - теорией как результат туннелирования куперовских пар через узкую щель между сверхпроводниками. Согласно теории, частота n переменного сверхпроводящего тока определяется выражением: n = . (13.7)

При напряжении на щели U = 1 мВ частота n = 485 ГГц, что соответствует длине волны ЭМ излучения l = сçn = 0,6 мм.

8. Реактивное сопротивление сверхпроводника. При любой температуре Т < Ткр сверхпроводник практически всегда содержит как сверхпроводящие электроны концентрацией nc, так и нормальные (nн) электроны. Если поместить сверхпроводник в высокочастотное поле, то в этом переменном электрическом поле ускоряются не только куперовские пары, но и нормальные электроны. Поэтому ток имеет как сверхпроводящую, так и нормальную составляющую.

Те и другие электроны обладают массой, вследствие их инерции ток отстает по фазе от напряженности ВЧ – поля. Куперовские пары движутся в проводнике как бы без трения. Согласно классической механике, скорость частиц в этом случае отстает по фазе от действующей на них периодической силы на 2. Поэтому сверхпроводящая составляющая высокочастотного тока отстает от напряженности поля на 2. Это значит, что куперовские пары создают чисто реактивное сопротивление.

Нормальные электроны движутся как бы с трением. Поэтому они создают как реактивное, так и активное сопротивление.


Температурная зависимость - электрическое сопротивление полупроводников

    • БЕСПЛАТНАЯ ЗАПИСЬ КЛАСС
    • КОНКУРСНЫЕ ЭКЗАМЕНА
      • BNAT
      • Классы
        • Класс 1-3
        • Класс 4-5
        • Класс 6-10
        • Класс 110003 CBSE
          • Книги NCERT
            • Книги NCERT для класса 5
            • Книги NCERT, класс 6
            • Книги NCERT для класса 7
            • Книги NCERT для класса 8
            • Книги NCERT для класса 9
            • Книги NCERT для класса 10
            • NCERT Книги для класса 11
            • NCERT Книги для класса 12
          • NCERT Exemplar
            • NCERT Exemplar Class 8
            • NCERT Exemplar Class 9
            • NCERT Exemplar Class 10
            • NCERT Exemplar Class 11
            • 9plar
            • RS Aggarwal
              • RS Aggarwal Решения класса 12
              • RS Aggarwal Class 11 Solutions
              • RS Aggarwal Решения класса 10
              • Решения RS Aggarwal класса 9
              • Решения RS Aggarwal класса 8
              • Решения RS Aggarwal класса 7
              • Решения RS Aggarwal класса 6
            • RD Sharma
              • RD Sharma Class 6 Решения
              • RD Sharma Class 7 Решения
              • Решения RD Sharma Class 8
              • Решения RD Sharma Class 9
              • Решения RD Sharma Class 10
              • Решения RD Sharma Class 11
              • Решения RD Sharma Class 12
            • PHYSICS
              • Механика
              • Оптика
              • Термодинамика
              • Электромагнетизм
            • ХИМИЯ
              • Органическая химия
              • Неорганическая химия
              • Периодическая таблица
            • MATHS
              • Статистика
              • Числа
              • Числа Пифагора Тр Игонометрические функции
              • Взаимосвязи и функции
              • Последовательности и серии
              • Таблицы умножения
              • Детерминанты и матрицы
              • Прибыль и убыток
              • Полиномиальные уравнения
              • Разделение фракций
            • Microology
        • FORMULAS
          • Математические формулы
          • Алгебраные формулы
          • Тригонометрические формулы
          • Геометрические формулы
        • КАЛЬКУЛЯТОРЫ
          • Математические калькуляторы
          • 0003000
          • 000
          • 000 Калькуляторы по химии
          • 000
          • 000
          • 000 Образцы документов для класса 6
          • Образцы документов CBSE для класса 7
          • Образцы документов CBSE для класса 8
          • Образцы документов CBSE для класса 9
          • Образцы документов CBSE для класса 10
          • Образцы документов CBSE для класса 1 1
          • Образцы документов CBSE для класса 12
        • Вопросники предыдущего года CBSE
          • Вопросники предыдущего года CBSE, класс 10
          • Вопросники предыдущего года CBSE, класс 12
        • HC Verma Solutions
          • HC Verma Solutions Класс 11 Физика
          • Решения HC Verma Физика класса 12
        • Решения Лакмира Сингха
          • Решения Лакмира Сингха класса 9
          • Решения Лахмира Сингха класса 10
          • Решения Лакмира Сингха класса 8
        • 9000 Класс
        9000BSE 9000 Примечания3 2 6 Примечания CBSE
      • Примечания CBSE класса 7
      • Примечания
      • Примечания CBSE класса 8
      • Примечания CBSE класса 9
      • Примечания CBSE класса 10
      • Примечания CBSE класса 11
      • Примечания 12 CBSE
    • Примечания к редакции 9000 CBSE 9000 Примечания к редакции класса 9
    • CBSE Примечания к редакции класса 10
    • CBSE Примечания к редакции класса 11
    • Примечания к редакции класса 12 CBSE
  • Дополнительные вопросы CBSE
    • Дополнительные вопросы по математике класса 8 CBSE
    • Дополнительные вопросы по науке 8 класса CBSE
    • Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE
    • Дополнительные вопросы по науке
    • CBSE Вопросы
    • CBSE Class 10 Дополнительные вопросы по математике
    • CBSE Class 10 Science Extra questions
  • CBSE Class
    • Class 3
    • Class 4
    • Class 5
    • Class 6
    • Class 7
    • Class 8 Класс 9
    • Класс 10
    • Класс 11
    • Класс 12
  • Учебные решения
  • Решения NCERT
    • Решения NCERT для класса 11
      • Решения NCERT для класса 11 по физике
      • Решения NCERT для класса 11 Химия
      • Решения NCERT для биологии класса 11
      • Решение NCERT s Для класса 11 по математике
      • NCERT Solutions Class 11 Accountancy
      • NCERT Solutions Class 11 Business Studies
      • NCERT Solutions Class 11 Economics
      • NCERT Solutions Class 11 Statistics
      • NCERT Solutions Class 11 Commerce
    • NCERT Solutions for Class 12
      • Решения NCERT для физики класса 12
      • Решения NCERT для химии класса 12
      • Решения NCERT для биологии класса 12
      • Решения NCERT для математики класса 12
      • Решения NCERT, класс 12, бухгалтерия
      • Решения NCERT, класс 12, бизнес-исследования
      • NCERT Solutions Class 12 Economics
      • NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 1
      • NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 2
      • NCERT Solutions Class 12 Micro-Economics
      • NCERT Solutions Class 12 Commerce
      • NCERT Solutions Class 12 Macro-Economics
    • NCERT Solut Ионы Для класса 4
      • Решения NCERT для математики класса 4
      • Решения NCERT для класса 4 EVS
    • Решения NCERT для класса 5
      • Решения NCERT для математики класса 5
      • Решения NCERT для класса 5 EVS
    • Решения NCERT для класса 6
      • Решения NCERT для математики класса 6
      • Решения NCERT для науки класса 6
      • Решения NCERT для класса 6 по социальным наукам
      • Решения NCERT для класса 6 Английский язык
    • Решения NCERT для класса 7
      • Решения NCERT для математики класса 7
      • Решения NCERT для науки класса 7
      • Решения NCERT для социальных наук класса 7
      • Решения NCERT для класса 7 Английский язык
    • Решения NCERT для класса 8
      • Решения NCERT для математики класса 8
      • Решения NCERT для науки 8 класса
      • Решения NCERT для социальных наук 8 класса ce
      • Решения NCERT для класса 8 Английский
    • Решения NCERT для класса 9
      • Решения NCERT для класса 9 по социальным наукам
    • Решения NCERT для математики класса 9
      • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 1
      • Решения NCERT для математики класса 9, глава 2
      • Решения NCERT
      • для математики класса 9, глава 3
      • Решения NCERT для математики класса 9, глава 4
      • Решения NCERT для математики класса 9, глава 5
      • Решения NCERT
      • для математики класса 9, глава 6
      • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 7
      • Решения NCERT
      • для математики класса 9 Глава 8
      • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 9
      • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 10
      • Решения NCERT
      • для математики класса 9 Глава 11
      • Решения
      • NCERT для математики класса 9 Глава 12
      • Решения NCERT
      • для математики класса 9 Глава 13
      • NCER Решения T для математики класса 9 Глава 14
      • Решения NCERT для математики класса 9 Глава 15
    • Решения NCERT для науки класса 9
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 1
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 2
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 3
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 4
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 5
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 6
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 7
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 8
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 9
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 10
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 12
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 11
      • Решения NCERT для науки класса 9 Глава 13
      • Решения NCERT
      • для науки класса 9 Глава 14
      • Решения NCERT для класса 9, наука Глава 15
    • Решения NCERT для класса 10
      • Решения NCERT для класса 10
  • .

    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:

    .

    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
      • Яблоко
      • iHeartRadio
    .

    CBSE Class XII Practical - Определение сопротивления данного провода с помощью измерительного моста и, следовательно, определение удельного сопротивления его материала

    Цель - найти сопротивление данного провода с помощью измерительного моста и, следовательно, определить удельное сопротивление его материала.

    Аппарат

    Метровая перемычка (скользящая проволочная перемычка), электролизер, гальванометр, резистор, жокей, односторонний ключ, резистивный провод, винтовой калибр, метровая шкала, набор квадратов, соединительный провод, кусок наждачной бумаги.

    Теория :

    Неизвестное сопротивление «X» равно

    .

    1. Где «R» - это известное сопротивление, помещенное в левый зазор, а неизвестное сопротивление «X» - это правый зазор измерительного моста .’L »- длина провода измерительного моста от нулевого конца до баланса.
    2. Удельное сопротивление материала данной проволоки равно
    3. .

    Где «L» - длина, а D - диаметр данного провода.

    Процедура

    1. Установите устройство, как показано на схеме расположения.
    2. Подсоедините провод сопротивления, сопротивление которого необходимо определить, в правом промежутке между клеммами C и B. Следите за тем, чтобы ни одна точка / часть провода не образовывала петлю.
    3. Подключить коробку сопротивлений низкого диапазона в левый зазор ч / б A и B.
    4. Выполните все остальные подключения, как показано на принципиальной схеме.
    5. Снимите сопротивление с коробки сопротивлений, нажмите на кнопку «K»
    6. Осторожно коснитесь жокея сначала за длинный конец, а затем за правый конец перемычки.
    7. Обратите внимание на отклонение гальванометра. Если гальванометр показывает отклонение показаний гальванометра в противоположном направлении, поправка верна. Если отклонение только в одну сторону, значит, в цепи неисправность. Проверьте и устраните неисправность.
    8. Осторожно переместите жокей вдоль троса слева направо до нулевого отклонения. Точка, в которой жокей касается провода, является нулевой точкой «D».
    9. Выберите соответствующее значение «R» из коробки, чтобы не было дефектов гальванометра, когда жокей находится почти посередине провода.
    10. Отметьте положение точки «D», чтобы известна длина AD = l
    11. Выполните по крайней мере 4 серии наблюдений таким же образом, изменяя значение R в шагах.
    12. Запишите свое наблюдение.
    13. Для удельного сопротивления
      1. Обрежьте резистивный провод в том месте, где он выходит из клеммы, включите его и определите его длину по шкале метров.
      2. Измерьте диаметр проволоки как минимум в 4 точках в двух взаимно перпендикулярных направлениях в каждом месте с помощью калибра для винтов.
      3. Запишите свое наблюдение, как указано в таблице.

    Наблюдение

    1. Длина данного провода L = 66 см = 0,66 м
    2. Таблица неизвестного сопротивления (X)
    Сопротивление из коробки, R (Ом) Длина AB = l (см) Длина BC = (100-l) (см) Неизвестное сопротивление
    X = [R (100-л)] / L (Ом)
    0,5 58,3 41.7 0,35
    0,7 60,7 39,3 0,45
    1 61,9 38,1 0,61
    1,5 61,1 38,9 0,95
    Среднее значение = 0,59

    3. Наименьшее количество калибров

    Шаг винта = 0,01

    Общее количество делений на круговой шкале =

    LC калибра винта = Шаг / Номер круговой шкалы

    Ошибка нуля (e) = (0)

    Нулевое соединение = (e) = 0

    Радиус резистивного провода

    Показания основной шкалы (мм) Круговая шкала для чтения Общее показание (диаметр) (мм) Среднее значение D (мм) Средний радиус (D / 2) (мм)
    0 43 0.43 0,42 0,21
    0 41 0,41

    Результат

    1. Значение неизвестного сопротивления X = 0,5 Ом
    2. Удельное сопротивление материала проволоки = 0,104х10 -3 Ом · м
    3. Ошибка в процентах

    Меры предосторожности

    Соединение должно быть аккуратным, чистым и плотным.

    Источник ошибки

    Заглушка не может быть чистой

    Проволока не может быть одинаковой толщины.

    Вива вопросы

    1. Почему так называется метровый мост?

    Поскольку в мосту используется провод длиной один метр, он называется метровым мостом.

    1. Что такое нулевая точка?

    Это точка на проводе, удерживающая жокей, в которой гальванометр дает нулевое отклонение.

    1. Почему мостовой метод измерения лучше, чем закон Ома?

    Это так, потому что мостовой метод является нулевым методом (в нулевой точке ток в гальванометре не течет) и более чувствительным.

    1. Почему медные полосы, используемые для прижимания концов проволоки, толстые?

    Толстые медные полоски обладают незначительным сопротивлением по сравнению с сопротивлением измерительной проволоки из сплава и минимизируют влияние сопротивления концов.

    Принципиальная схема

    Вы также можете получить практические занятия XII класса по биологии, физике и физическому воспитанию.


    .

    Смотрите также