|
Метални |
Съпротивление ρ при 20 ºС, Ом * mm² / m |
Температурен коефициент на съпротивление α, ºС -1 |
|
Алуминий | ||
|
Желязо (стомана) | ||
|
Константан | ||
|
Манганин | ||
Температурният коефициент на съпротивление α показва колко се увеличава съпротивлението на проводника в 1 Ohm с повишаване на температурата (нагряване на проводника) с 1 ºС.
Съпротивлението на проводника при температура t се изчислява по формулата:
r t = r 20 + α * r 20 * (t - 20 ºС)
където r 20 е съпротивлението на проводника при температура 20 ºС, r t е съпротивлението на проводника при температура t.
Плътност на тока
През меден проводник с площ на напречното сечение S = 4 mm² тече ток I = 10 А. Каква е плътността на тока?
Плътност на тока J = I / S = 10 A / 4 mm² = 2,5 A / mm².
[Ток I = 2,5 A тече върху площ на напречното сечение 1 mm²; по цялото напречно сечение S] тече ток I = 10 A.
През разпределителната шина с правоъгълно сечение (20x80) mm² тече ток I = 1000 A. Каква е плътността на тока в шината?
Площта на напречното сечение на шината е S = 20x80 = 1600 mm². Плътност на тока
J = I / S = 1000 A / 1600 mm² = 0,625 A / mm².
В бобината проводникът има кръгло напречно сечение с диаметър 0,8 mm и позволява плътност на тока 2,5 A / mm². Какъв допустим ток може да премине през проводника (нагряването не трябва да надвишава допустимото)?
Площ на напречното сечение на проводника S = π * d² / 4 = 3/14 * 0.8² / 4 ≈ 0,5 mm².
Допустим ток I = J * S = 2,5 A / mm² * 0,5 mm² = 1,25 A.
Допустимата плътност на тока за намотката на трансформатора е J = 2,5 A / mm². През намотката преминава ток I = 4 А. Какво трябва да бъде напречното сечение (диаметър) на кръговото напречно сечение на проводника, така че намотката да не прегрее?
Площ на напречното сечение S = I / J = (4 A) / (2,5 A / mm²) = 1,6 mm²
Този участък съответства на диаметър на тел 1.42 мм.
Изолиран меден проводник с напречно сечение 4 mm² носи максимално допустимия ток от 38 A (виж таблицата). Каква е допустимата плътност на тока? Какви са допустимите плътности на тока за медни проводници със сечение 1, 10 и 16 mm²?
1). Допустима плътност на тока
J = I / S = 38 A / 4 mm² = 9,5 A / mm².
2). За напречно сечение от 1 mm², допустимата плътност на тока (виж таблицата)
J = I / S = 16 A / 1 mm² = 16 A / mm².
3). За напречно сечение 10 mm² допустима плътност на тока
J = 70 A / 10 mm² = 7,0 A / mm²
4). За напречно сечение от 16 mm² допустима плътност на тока
J = I / S = 85 A / 16 mm² = 5,3 A / mm².
Допустимата плътност на тока намалява с увеличаване на напречното сечение. Раздел. важи за електрически проводници с изолация от клас В.
Задачи за независимо решение
През намотката на трансформатора трябва да тече ток I = 4 А. Какво трябва да бъде напречното сечение на проводника на намотката за допустима плътност на тока J = 2,5 A / mm²? (S = 1,6 мм²)
Ток от 100 mA протича през проводник с диаметър 0,3 mm. Каква е плътността на тока? (J = 1.415 A / mm²)
По протежение на намотката на електромагнит, изработен от изолиран проводник с диаметър
d = 2,26 мм (без изолация) преминава ток от 10 А. Каква е плътността
текущ? (J = 2,5 A / mm²).
4. Намотката на трансформатора позволява плътност на тока от 2,5 A / mm². Токът в намотката е 15 А. Кое е най-малкото напречно сечение и диаметър, които може да има кръгъл проводник (с изключение на изолацията)? (в мм²; 2,76 мм).
Температурен коефициент на електрическо съпротивление, TCS- стойност или набор от стойности, изразяващи зависимостта на електрическото съпротивление от температурата.
Зависимостта на съпротивлението от температурата може да бъде от различно естество, което може да се изрази в общия случай с определена функция. Тази функция може да бъде изразена чрез размерна константа, където е дадена температура, и безразмерен коефициент, зависим от температурата на формата:
.При такова определение коефициентът се оказва зависим само от свойствата на средата и не зависи от абсолютната стойност на съпротивлението на измерения обект (определено от неговите геометрични размери).
Ако температурната зависимост (в определен температурен диапазон) е достатъчно гладка, тя може да бъде доста добре апроксимирана с полином от вида:
Коефициентите при степента на полинома се наричат температурни коефициенти на съпротивление. По този начин температурната зависимост ще има формата (за краткост ще я обозначим като):
и, ако вземем предвид, че коефициентите зависят само от материала, съпротивлението може също да бъде изразено:
Коефициентите имат размерите на келвин или по Целзий или друга температурна единица в същата степен, но със знак минус. Температурният коефициент на съпротивление от първа степен характеризира линейната зависимост на електрическото съпротивление от температурата и се измерва в келвин минус първата степен (K⁻¹). Температурният коефициент на втората степен е квадратичен и се измерва в келвин до минус втора степен (K⁻²). Коефициентите с по -висока степен се изразяват по подобен начин.
Така, например, за платинен температурен датчик от типа Pt100 методът за изчисляване на съпротивлението изглежда така
т.е. за температури над 0 ° C се използват коефициентите α₁ = 3.9803 · 10⁻³ K⁻¹, α₂ = −5.775 · 10⁻⁷ K⁻² при T₀ = 0 ° C (273.15 K), а за температури под 0 ° C се добавят още α₃ = 4.183 · 10⁻⁹ K⁻³ и α₄ = −4.183 · 10⁻¹² K⁻⁴.
Въпреки че за точни изчисления се използват няколко степени, в повечето практически случаи е достатъчен един линеен коефициент и обикновено именно той се разбира под TCS. Така например положителният TCR означава увеличаване на съпротивлението с повишаване на температурата, а отрицателният означава спад.
Основните причини за промяната на електрическото съпротивление са промените в концентрацията на носители на заряд в средата и тяхната подвижност.
Материали с високи TCS се използват в чувствителни към температура вериги като част от термистори и мостови вериги от тях. За точни температурни промени, термистори на база
Температурен коефициент на съпротивление(α) - относителната промяна в съпротивлението на участъка от електрическата верига или специфичното електрическо съпротивление на материала при промяна на температурата с 1, изразено в K -1. В електрониката, по -специално, резистори от специални метални сплавис ниска α стойност, като например манганинови или константанови сплави и полупроводникови компоненти с големи положителни или отрицателни α стойности (термистори). Физическият смисъл на температурния коефициент на съпротивление се изразява с уравнението:
където dR- промяна в електрическото съпротивление Rкогато температурата се промени с dT.
Диригенти
Температурната зависимост на съпротивлението за повечето метали е близка до линейна за широк температурен диапазон и се описва с формулата:
R T R 0- електрическо съпротивление при начална температура T 0 [Ohm]; α - температурен коефициент на съпротивление; ΔT- температурната промяна е TT 0 [K].При ниски температури зависимостта на съпротивлението на проводниците от температурата се определя от правилото на Матисен.
Полупроводници
Съпротивлението на термистора на NTC спрямо температурата
За полупроводникови устройства като термистори, температурната зависимост на съпротивлението се определя главно от зависимостта на концентрацията на носители на заряд от температурата. Това е експоненциална връзка:
R T- електрическо съпротивление при температура T [Ohm]; R ∞- електрическо съпротивление при температура T = ∞ [Ом]; W g- лентова пролука - диапазонът от енергийни стойности, които един електрон няма в идеален (без дефекти) кристал [eV]; ке константата на Болцман [eV / K].Като вземем логаритъма на лявата и дясната страна на уравнението, получаваме:
Където е материална константа.Температурният коефициент на съпротивление на термистор се определя от уравнението:
От зависимостта на R T от T имаме:
Източници на
- Теоретична основаелектротехника: Учебник: В 3 т. / В. С. Бойко, В. В. Бойко, Ю. Ф. Видолоб и др .; Под общо. изд. И. М. Чиженко, В. С. Бойко. - М.: ШЦ "Издателство" Политехника ", 2004. - Т. 1: стабилни режими на линейни електрически вериги с паралелни параметри. - 272 с: ил. ISBN 966-622-042-3
- Шегедин А.И. Маляр В.С. Теоретични основи на електротехниката. Част 1: Урокза студенти от дистанционно обучение по висши електротехнически и електромеханични специалности образователни институции... - М.: Магнолия плюс, 2004.- 168 с.
- И. М. Кучерук, И. Т. Горбачук, П. П. Луцик (2006). Общ курс по физика: Учебник в 3 тома. Електричество и магнетизъм.Киев: Техника.
За резултатите от измерванията съпротивлениесвиващи се кухини, газови мехурчета, включвания и други дефекти са силно засегнати. Освен това, фиг. 155 показва, че малки количества примеси, влизащи в твърдия разтвор, също оказват голямо влияние върху измерената проводимост. Следователно е много по -трудно да се направят задоволителни проби за измерване на електрическо съпротивление, отколкото за
дилатометрично изследване. Това доведе до друг метод за начертаване на диаграми на състоянието, в който се измерва температурният коефициент на съпротивление.
Температурен коефициент на съпротивление
Електрическо съпротивление при температура
Матисен установява, че увеличаването на устойчивостта на метала поради наличието на малко количество от втория компонент в твърдия разтвор не зависи от температурата; откъдето следва, че за такъв твърд разтвор стойността не зависи от концентрацията. Това означава, че температурният коефициент на съпротивление е пропорционален, т.е.проводимост, а графиката на коефициента а, в зависимост от състава, е подобна на графиката на проводимостта на твърд разтвор. Има много изключения от това правило, особено за преходните метали, но в повечето случаи е приблизително правилно.
Температурният коефициент на съпротивление на междинните фази обикновено е от същия порядък, както при чистите метали, дори в случаите, когато самата връзка има високо съпротивление. Съществуват обаче междинни фази, чийто температурен коефициент в определен температурен диапазон е нулев или отрицателен.
Строго погледнато, правилото на Матисен се прилага само за твърди разтвори, но има много случаи, когато очевидно е валидно и за двуфазни сплави. Ако температурният коефициент на съпротивление е нанесен като функция от състава, кривата обикновено има същата форма като кривата на проводимост, така че фазовото преобразуване може да бъде открито по същия начин. Този метод е удобен за използване, когато поради крехкост или по други причини е невъзможно да се направят проби, подходящи за измерване на проводимостта.
На практика средният температурен коефициент между две температури се определя чрез измерване на електрическото съпротивление на сплавта при тези температури. Ако в разглеждания температурен диапазон не настъпи фазова трансформация, тогава коефициентът се определя по формулата:
ще има същото значение, сякаш интервалът е малък. За закалени сплави като температури и
Удобно е да се вземат съответно 0 ° и 100 ° и измерванията ще дадат фазовите области при температурата на втвърдяване. Въпреки това, ако измерванията се извършват при високи температури, интервалът трябва да бъде много по -малък от 100 °, ако границата на фазата може да бъде някъде между температурите
Ориз. 158. (вижте сканирането) Електрическа проводимост и температурен коефициент на електрическо съпротивление в сребърно-магическата система (Тамман)
Голямото предимство на този метод е, че коефициентът a зависи от относителното съпротивление на пробата при две температури и по този начин не се влияе от обвивки и други металургични дефекти в пробата. Криви на проводимост и температурен коефициент
съпротивленията в някои сплавни системи се повтарят взаимно. Ориз. 158 взето от ранна работаТамман (кривите се отнасят до сплави на сребро с магнезий); по -късната работа показа, че областта на твърдия разтвор намалява с понижаване на температурата и в областта на фазата съществува надстройка. Наскоро някои други фазови граници също са претърпели промени, така че диаграмата, показана на фиг. 158 е от исторически интерес и не може да се използва за точни измервания.
Концентрация на свободни електрони нв метален проводник с повишаване на температурата остава практически непроменен, но средната им скорост се увеличава топлинно движение... Вибрациите на местата на кристалната решетка също се увеличават. Квантът на еластичните вибрации на средата обикновено се нарича фонон... Малките топлинни вибрации на кристалната решетка могат да се разглеждат като набор от фонони. С повишаване на температурата амплитудите на топлинни вибрации на атомите се увеличават; сечението на сферичния обем, който е зает от вибриращия атом, се увеличава.
По този начин, с повишаване на температурата, все повече и повече препятствия се появяват по пътя на дрейфа на електроните под действието на електрическо поле. Това води до факта, че средният свободен път на електрон λ намалява, подвижността на електроните намалява и вследствие на това специфичната проводимост на металите намалява и специфичното съпротивление се увеличава (фигура 3.3). Промяната в съпротивлението на проводник, когато температурата му се промени с 3K, отнасяща се до стойността на съпротивлението на този проводник при дадена температура, се нарича температурен коефициент на съпротивление TK ρили. Температурният коефициент на съпротивление се измерва в K -3. Температурният коефициент на съпротивление на металите е положителен. Както следва от горното определение, диференциалният израз за TK ρизглежда като:
Според заключенията на електронната теория на металите стойностите на чистите метали в твърдо състояние трябва да са близки до температурния коефициент (TK) на разширяване на идеалните газове, т.е. 3: 273 = 0,0037. Всъщност за повечето метали ≈ 0.004 Някои метали имат повишени стойности, включително феромагнитни метали като желязо, никел и кобалт.
Имайте предвид, че всяка температура има своя собствена стойност за температурния коефициент TK ρ... На практика за определен температурен интервал се използва средната стойност TK ρили:
където ρ3и ρ2- съпротивление на проводящия материал при температури Т3и Т2съответно (с T2> T3); има т.нар среден температурен коефициент на съпротивлениеот този материал в температурния диапазон от Т3преди Т2.
Материал, когато температурата се промени с 1, изразена в K -1. В електрониката по -специално се използват резистори, изработени от специални метални сплави с ниска α стойност, като сплави от манганин или константан, и полупроводникови компоненти с големи положителни или отрицателни α стойности (термистори). Физическият смисъл на температурния коефициент на съпротивление се изразява с уравнението:
където dR- промяна в електрическото съпротивление Rкогато температурата се промени с dT.
Диригенти
Температурната зависимост на съпротивлението за повечето метали е близка до линейна за широк температурен диапазон и се описва с формулата:
R T R 0- електрическо съпротивление при начална температура T 0 [Ohm]; α - температурен коефициент на съпротивление; ΔT- температурната промяна е TT 0 [K].При ниски температури зависимостта на съпротивлението на проводниците от температурата се определя от правилото на Матисен.
Полупроводници
Съпротивлението на термистора на NTC спрямо температурата
За полупроводникови устройства като термистори, температурната зависимост на съпротивлението се определя главно от зависимостта на концентрацията на носители на заряд от температурата. Това е експоненциална връзка:
R T- електрическо съпротивление при температура T [Ohm]; R ∞- електрическо съпротивление при температура T = ∞ [Ом]; W g- лентова пролука - диапазонът от енергийни стойности, които един електрон няма в идеален (без дефекти) кристал [eV]; ке константата на Болцман [eV / K]. Като вземем логаритъма на лявата и дясната страна на уравнението, получаваме:
Където е материална константа. Температурният коефициент на съпротивление на термистор се определя от уравнението:
От зависимостта на R T от T имаме:
Източници на
- Теоретични основи на електротехниката: Учебник: В 3 тома / В. С. Бойко, В. В. Бойко, Ю. Ф. Видолоб и др .; Под общо. изд. И. М. Чиженко, В. С. Бойко. - М.: ШЦ "Издателство" Политехника ", 2004. - Т. 1: стабилни режими на линейни електрически вериги с паралелни параметри. - 272 с: ил. ISBN 966-622-042-3
- Шегедин А.И. Маляр В.С. Теоретични основи на електротехниката. Част 1: Учебник за студенти от дистанционно обучение по електрически и електромеханични специалности на висшите учебни заведения. - М.: Магнолия плюс, 2004.- 168 с.
- И. М. Кучерук, И. Т. Горбачук, П. П. Луцик (2006). Общ курс по физика: Учебник в 3 тома. Електричество и магнетизъм.Киев: Техника.
Вероятно всеки знае за ефекта на свръхпроводимостта. Както и да е, чували сте за него. Същността на този ефект е, че при минус 273 ° C изчезва съпротивлението на проводника към протичащия ток. Само този пример е достатъчен, за да се разбере, че има зависимост от температурата. А описва специален параметър - температурния коефициент на съпротивление.
Всеки проводник възпрепятства протичащия през него ток. Тази реакция е различна за всеки проводящ материал, определя се от много фактори, присъщи на определен материал, но това няма да бъде обсъждано допълнително. Интерес в момента е неговата зависимост от температурата и естеството на тази зависимост.
Металите обикновено действат като проводници на електрически ток, съпротивлението им нараства с повишаване на температурата, а с понижаването му намалява. Величината на такава промяна на 1 ° C се нарича температурен коефициент на съпротивление или накратко TKS.
Стойността на TCS може да бъде положителна или отрицателна. Ако е положително, то се увеличава с повишаване на температурата, ако е отрицателно, то намалява. За повечето метали, използвани като проводници на електрически ток, TCS е положителен. Един от най -добрите проводници е медта, температурният коефициент на съпротивление на медта не е точно най -добрият, но в сравнение с други проводници той е по -нисък. Просто трябва да запомните, че стойността на TCR определя каква ще бъде стойността на съпротивлението при промяна на параметрите на околната среда. Промяната му ще бъде толкова по -значима, колкото по -голям е този коефициент.
Тази температурна зависимост на съпротивлението трябва да се вземе предвид при проектирането. електронно оборудване... Факт е, че оборудването трябва да работи при всякакви условия. заобикаляща среда, същите автомобили се експлоатират от минус 40 ° С до плюс 80 ° С. И в колата има много електроника и ако не вземете предвид влиянието на околната среда върху работата на елементите на веригата, тогава може да срещнете ситуация, при която електронният блок работи добре при нормални условия, но отказва да работи при излагане на ниски или високи температури.
Тази зависимост от условията външна средаи разработчиците на оборудването го вземат предвид при проектирането му, използвайки температурния коефициент на съпротивление при изчисляване на параметрите на веригата. Има таблици с TCS данни за използваните материали и изчислителни формули, според които, познавайки TCS, е възможно да се определи стойността на съпротивлението при всякакви условия и да се вземе предвид евентуалната му промяна в режимите на работа на веригата. Но за да се разбере, че TCS, сега не са необходими нито формули, нито таблици.
Трябва да се отбележи, че има метали с много малка стойност на TCR и именно те се използват при производството на резистори, чиито параметри са слабо зависими от промените в околната среда.
Температурният коефициент на съпротивление може да се използва не само за отчитане на влиянието на колебанията в параметрите на околната среда, но и за това какво е достатъчно. Познавайки материала, който е бил изложен, таблиците могат да се използват за определяне на каква температура е измереното съпротивление съответства на. Като такъв метър може да се използва обикновена медна жица, но трябва да я използвате много и да я навивате под формата на намотка например.
Всичко по -горе не обхваща напълно всички въпроси, свързани с използването на температурния коефициент на съпротивление. Съществуват много интересни възможности за приложение, свързани с този коефициент в полупроводници, в електролити, но това, което е посочено, е достатъчно, за да се разбере концепцията за TCS.
Измерванията на съпротивлението са силно повлияни от свиващи се кухини, газови мехурчета, включвания и други дефекти. Освен това, фиг. 155 показва, че малки количества примеси, влизащи в твърдия разтвор, също оказват голямо влияние върху измерената проводимост. Следователно е много по -трудно да се направят задоволителни проби за измерване на електрическо съпротивление, отколкото за
дилатометрично изследване. Това доведе до друг метод за начертаване на диаграми на състоянието, в който се измерва температурният коефициент на съпротивление.
Температурен коефициент на съпротивление
Електрическо съпротивление при температура
Матисен установява, че увеличаването на устойчивостта на метала поради наличието на малко количество от втория компонент в твърдия разтвор не зависи от температурата; откъдето следва, че за такъв твърд разтвор стойността не зависи от концентрацията. Това означава, че температурният коефициент на съпротивление е пропорционален, т.е.проводимост, а графиката на коефициента а, в зависимост от състава, е подобна на графиката на проводимостта на твърд разтвор. Има много изключения от това правило, особено за преходните метали, но в повечето случаи е приблизително правилно.
Температурният коефициент на съпротивление на междинните фази обикновено е от същия порядък, както при чистите метали, дори в случаите, когато самата връзка има високо съпротивление. Съществуват обаче междинни фази, чийто температурен коефициент в определен температурен диапазон е нулев или отрицателен.
Строго погледнато, правилото на Матисен се прилага само за твърди разтвори, но има много случаи, когато очевидно е валидно и за двуфазни сплави. Ако температурният коефициент на съпротивление е нанесен като функция от състава, кривата обикновено има същата форма като кривата на проводимост, така че фазовото преобразуване може да бъде открито по същия начин. Този метод е удобен за използване, когато поради крехкост или по други причини е невъзможно да се направят проби, подходящи за измерване на проводимостта.
На практика средният температурен коефициент между две температури се определя чрез измерване на електрическото съпротивление на сплавта при тези температури. Ако в разглеждания температурен диапазон не настъпи фазова трансформация, тогава коефициентът се определя по формулата:
ще има същото значение, сякаш интервалът е малък. За закалени сплави като температури и
Удобно е да се вземат съответно 0 ° и 100 ° и измерванията ще дадат фазовите области при температурата на втвърдяване. Въпреки това, ако измерванията се извършват при високи температури, интервалът трябва да бъде много по -малък от 100 °, ако границата на фазата може да бъде някъде между температурите
Ориз. 158. (вижте сканирането) Електрическа проводимост и температурен коефициент на електрическо съпротивление в сребърно-магическата система (Тамман)
Голямото предимство на този метод е, че коефициентът a зависи от относителното съпротивление на пробата при две температури и по този начин не се влияе от обвивки и други металургични дефекти в пробата. Криви на проводимост и температурен коефициент
съпротивленията в някои сплавни системи се повтарят взаимно. Ориз. 158 е взет от ранната работа на Тамман (кривите се отнасят до сплави на сребро с магнезий); по -късната работа показа, че областта на твърдия разтвор намалява с понижаване на температурата и в областта на фазата съществува надстройка. Наскоро някои други фазови граници също са претърпели промени, така че диаграмата, показана на фиг. 158 е от исторически интерес и не може да се използва за точни измервания.
Съпротивлението на проводника (R) (съпротивление) () зависи от температурата. Тази зависимост с незначителни промени в температурата () се представя като функция:
където е съпротивлението на проводника при температура 0 o C; - температурен коефициент на съпротивление.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Температурен коефициент на електрическо съпротивление() се нарича физическа величина, равна на относителния прираст (R) на сечението на веригата (или специфичното съпротивление на средата ()), което се получава, когато проводникът се нагрява с 1 o C. Математически, определянето на температурата Коефициентът на съпротивление може да бъде представен като:
Количеството служи като характеристика на връзката между електрическото съпротивление и температурата.
При температури в рамките на диапазона за повечето метали разглежданият коефициент остава постоянен. За чистите метали температурният коефициент на съпротивление често се приема равен на
Понякога те говорят за средния температурен коефициент на съпротивление, определяйки го като:
където е средната стойност на температурния коефициент в даден температурен диапазон ().
Температурен коефициент на устойчивост за различни вещества
Повечето метали имат температурен коефициент на съпротивление по -голям от нула. Това означава, че устойчивостта на металите се увеличава с повишаване на температурата. Това се случва в резултат на разсейването на електрони върху кристалната решетка, което усилва топлинните вибрации.
При температури, близки до абсолютната нула (-273 o C), съпротивлението на голям брой метали пада рязко до нула. Казват, че металите стават свръхпроводящи.
Полупроводниците без примеси имат отрицателен температурен коефициент на съпротивление. Съпротивлението им намалява с повишаване на температурата. Това се дължи на факта, че броят на електроните, които преминават в зоната на проводимост, се увеличава, което означава, че броят на дупките на единица обем на полупроводника се увеличава.
Електролитните разтвори имат. Съпротивлението на електролита намалява с повишаване на температурата. Това е така, защото увеличаването на броя на свободните йони в резултат на дисоциацията на молекулите надвишава увеличаването на разсейването на йони в резултат на сблъсъци с молекули разтворител. Трябва да се каже, че температурният коефициент на съпротивление за електролити е постоянен само в малък температурен диапазон.
Единици
Основната мерна единица за температурния коефициент на съпротивление в системата SI е:
Примери за решаване на проблеми
| Упражнение | Лампа с нажежаема жичка с волфрамова спирала е свързана към мрежа с напрежение В, през нея протича ток А. Каква ще бъде температурата на спиралата, ако при температура o C има съпротивление Ом? Температурен коефициент на съпротивление на волфрам  .
|
| Решение | Като основа за решаване на проблема използваме формулата за зависимостта на съпротивлението от температурата на формата: където е съпротивлението на волфрамовата нишка при температура 0 o C. Изразявайки се от израза (1.1), имаме: Според закона на Ом за част от веригата имаме:
Нека изчислим
Нека напишем уравнението, свързващо съпротивлението и температурата: Нека направим изчисленията: |
| Отговор | К |
При нагряване се увеличава в резултат на увеличаване на скоростта на движение на атомите в материала на проводника с повишаване на температурата. Напротив, съпротивлението на електролитите и въглищата намалява при нагряване, тъй като в тези материали, в допълнение към увеличаването на скоростта на движение на атомите и молекулите, броят на свободните електрони и йони на единица обем се увеличава.
Някои сплави, които имат повече от съставните си метали, почти не променят съпротивлението при нагряване (константан, манганин и др.). Това се дължи на неправилната структура на сплавите и малкия среден свободен път на електроните.
Извиква се стойност, която показва относителното увеличение на съпротивлението, когато материалът се нагрява с 1 ° (или намаление, когато се охлажда с 1 °).
Ако температурният коефициент се обозначава с α, съпротивлението при до = 20 приблизително през ρ o, тогава когато материалът се нагрее до температурата t1, неговото съпротивление е p1 = ρ o + αρ o (t1 - до) = ρ o ( 1 + (α (t1 - до))
и съответно R1 = Ro (1 + (α (t1 - до))
Температурен коефициент a за мед, алуминий, волфрам е 0,004 1 / град. Следователно, при нагряване до 100 °, тяхната устойчивост се увеличава с 40%. За желязо α = 0,006 1 / deg, за месинг α = 0,002 1 / deg, за фехрал α = 0,0001 1 / deg, за нихром α = 0,0002 1 / deg, за константан α = 0,00001 1 / deg, за манганин α = 0,00004 1 / град. Въглищата и електролитите имат отрицателен температурен коефициент на съпротивление. Температурният коефициент за повечето електролити е приблизително 0,02 1 / град.
Използва се свойството на проводниците да променят съпротивлението си в зависимост от температурата съпротивителни термометри... Чрез измерване на съпротивлението температурата на околната среда се определя чрез изчисление.Константан, манганин и други сплави с много нисък температурен коефициент на съпротивление се използват за направата на шунтове и допълнителни съпротивления на измервателните уреди.
Пример 1. Как ще се промени съпротивлението Ro на желязна тел, когато се нагрее с 520 °? Температурен коефициент a на желязо 0,006 1 / град. Съгласно формулата R1 = Ro + Ro α (t1 - to) = Ro + Ro 0,006 (520 - 20) = 4Ro, тоест съпротивлението на железния проводник при нагряване с 520 ° ще се увеличи 4 пъти.
Пример 2. Алуминиевите проводници при температура -20 ° имат съпротивление 5 ома. Необходимо е да се определи тяхното съпротивление при температура 30 °.
R2 = R1 - α R1(t2 - t1) = 5 + 0,004 x 5 (30 - (-20)) = 6 ома.
Свойството на материалите да променят електрическото си съпротивление при нагряване или охлаждане се използва за измерване на температурите. Така, термоустойчивост, които са проводници от платина или чист никел, слети в кварц, се използват за измерване на температури от -200 до + 600 °. Полупроводникови RTD с голям отрицателен коефициент се използват за точно определяне на температурите в по -тесни диапазони.
Полупроводниковите RTD, използвани за измерване на температурите, се наричат термистори.
Термисторите имат висок отрицателен температурен коефициент на съпротивление, тоест при нагряване съпротивлението им намалява. изработени от оксидни (окислени) полупроводникови материали, състоящи се от смес от два или три метални оксида. Най-широко разпространени са медно-манганови и кобалт-манганови термистори. Последните са по -чувствителни към температурата.
Температурен коефициент на съпротивление(α) - относителната промяна в съпротивлението на участъка от електрическата верига или специфичното електрическо съпротивление на материала при промяна на температурата с 1, изразено в K -1. В електрониката по -специално се използват резистори, изработени от специални метални сплави с ниска α стойност, като сплави от манганин или константан, и полупроводникови компоненти с големи положителни или отрицателни α стойности (термистори). Физическият смисъл на температурния коефициент на съпротивление се изразява с уравнението:
където dR- промяна в електрическото съпротивление Rкогато температурата се промени с dT.
Диригенти
Температурната зависимост на съпротивлението за повечето метали е близка до линейна за широк температурен диапазон и се описва с формулата:
R T R 0- електрическо съпротивление при начална температура T 0 [Ohm]; α - температурен коефициент на съпротивление; ΔT- температурната промяна е TT 0 [K].При ниски температури зависимостта на съпротивлението на проводниците от температурата се определя от правилото на Матисен.
Полупроводници
Съпротивлението на термистора на NTC спрямо температурата
За полупроводникови устройства като термистори, температурната зависимост на съпротивлението се определя главно от зависимостта на концентрацията на носители на заряд от температурата. Това е експоненциална връзка:
R T- електрическо съпротивление при температура T [Ohm]; R ∞- електрическо съпротивление при температура T = ∞ [Ом]; W g- лентова пролука - диапазонът от енергийни стойности, които един електрон няма в идеален (без дефекти) кристал [eV]; ке константата на Болцман [eV / K].Като вземем логаритъма на лявата и дясната страна на уравнението, получаваме:
Където е материална константа.Температурният коефициент на съпротивление на термистор се определя от уравнението:
От зависимостта на R T от T имаме:
Източници на
- Теоретични основи на електротехниката: Учебник: В 3 тома / В. С. Бойко, В. В. Бойко, Ю. Ф. Видолоб и др .; Под общо. изд. И. М. Чиженко, В. С. Бойко. - М.: ШЦ "Издателство" Политехника ", 2004. - Т. 1: стабилни режими на линейни електрически вериги с паралелни параметри. - 272 с: ил. ISBN 966-622-042-3
- Шегедин А.И. Маляр В.С. Теоретични основи на електротехниката. Част 1: Учебник за студенти от дистанционно обучение по електрически и електромеханични специалности на висшите учебни заведения. - М.: Магнолия плюс, 2004.- 168 с.
- И. М. Кучерук, И. Т. Горбачук, П. П. Луцик (2006). Общ курс по физика: Учебник в 3 тома. Електричество и магнетизъм.Киев: Техника.
Температурен коефициент на електрическо съпротивление
Температурен коефициент на електрическо съпротивление- стойност, равна на относителната промяна в електрическото съпротивление на участъка от електрическата верига или специфичното съпротивление на веществото, когато температурата се промени с една единица.
Температурният коефициент на съпротивление характеризира зависимостта на електрическото съпротивление от температурата и се измерва в келвин до минус първа мощност (K -1).
Терминът също се използва често "Температурен коефициент на проводимост"... Той е равен на реципрочния коефициент на съпротивление.
Температурна зависимост на съпротивлението на метала сплави, газове, легирани полупроводниции електролитие по -сложно.
Фондация Уикимедия. 2010 г.
Вижте какъв е „Температурният коефициент на електрическо съпротивление“ в други речници:
температурен коефициент на електрическо съпротивление на проводящ материал- Съотношението на производното на електрическото съпротивление на проводящ материал по отношение на температурата към това съпротивление. [ГОСТ 22265 76] Субекти проводникови материали ... Ръководство за технически преводач
Температурен коефициент на електрическо съпротивление на проводим материал- 29. Температурен коефициент на електрическото съпротивление на проводим материал Съотношението на производното на електрическото съпротивление на проводящ материал по отношение на температурата към това съпротивление Източник: ГОСТ 22265 76: ... ...
ГОСТ 6651-2009: Държавно устройствоосигуряване на еднаквост на измерванията. Термични преобразуватели на устойчивост от платина, мед и никел. Общи технически изисквания и методи за изпитване - Терминология ГОСТ 6651 2009: Държавна система за осигуряване на еднаквост на измерванията. Термични преобразуватели на устойчивост от платина, мед и никел. Общи технически изисквания и методи на изпитване оригинален документ: 3.18 време на термична реакция ...
ГОСТ Р 8.625-2006: Държавна система за осигуряване на еднаквост на измерванията. Устойчиви термометри от платина, мед и никел. Общи технически изисквания и методи за изпитване - Терминология GOST R 8.625 2006: Държавна система за осигуряване на еднаквост на измерванията. Устойчиви термометри от платина, мед и никел. Общи технически изисквания и методи на изпитване оригинален документ: 3.18 време на термична реакция: Време ... Речник-справочник на нормативната и техническата документация
Условно графично обозначение на термометър за съпротивление Термометърът за съпротивление е електронно устройство, предназначено за измерване на температурата и въз основа на зависимостта на електрическото съпротивление ... Уикипедия
Устройство за измерване на температурата (виж Температура), чийто принцип на действие се основава на промяна в електрическото съпротивление на чисти метали, сплави и полупроводници с температура (при увеличаване на съпротивлението R с увеличаване ...
Алуминий- (Алуминий) Сплави и производство на алуминий, основни характеристикиАл Физически и Химични свойстваалуминий, производство и поява на Al в природата, използване на алуминий Съдържание Съдържание Раздел 1. Име и история на откритието. Раздел 2. Общи ... ... Енциклопедия на инвеститорите
Измервателят на топлинен дебит е разходомер, при който ефектът на пренос на топлина от нагрято тяло от подвижна среда се използва за измерване на дебита на течност или газ. Правете разлика между калориметрични и горещи проводници. Съдържание 1 ... ... Уикипедия
13 Магнезий ← Алуминий → Силиций B Al ↓ Ga ... Уикипедия
- (латински Ferrum) Fe, химичен елемент от група VIII на периодичната система на Менделеев; атомен номер 26, атомна маса 55,847; лъскав сребристо-бял метал. Елемент в природата се състои от четири стабилни изотопа: 54Fe (5.84%), ... ... Велика съветска енциклопедия
Концентрация на свободни електрони нв метален проводник, с повишаване на температурата, той остава практически непроменен, но средната им скорост на топлинно движение се увеличава. Вибрациите на местата на кристалната решетка също се увеличават. Квантът на еластичните вибрации на средата обикновено се нарича фонон... Малките топлинни вибрации на кристалната решетка могат да се разглеждат като набор от фонони. С повишаване на температурата амплитудите на топлинни вибрации на атомите се увеличават; сечението на сферичния обем, който е зает от вибриращия атом, се увеличава.
По този начин, с повишаване на температурата, все повече и повече препятствия се появяват по пътя на дрейфа на електроните под действието на електрическо поле. Това води до факта, че средният свободен път на електрон λ намалява, подвижността на електроните намалява и вследствие на това специфичната проводимост на металите намалява и специфичното съпротивление се увеличава (фигура 3.3). Промяната в съпротивлението на проводник, когато температурата му се промени с 3K, отнасяща се до стойността на съпротивлението на този проводник при дадена температура, се нарича температурен коефициент на съпротивление TK ρили. Температурният коефициент на съпротивление се измерва в K -3. Температурният коефициент на съпротивление на металите е положителен. Както следва от горното определение, диференциалният израз за TK ρизглежда като:
Според заключенията на електронната теория на металите стойностите на чистите метали в твърдо състояние трябва да са близки до температурния коефициент (TK) на разширяване на идеалните газове, т.е. 3: 273 = 0,0037. Всъщност за повечето метали ≈ 0.004 Някои метали имат повишени стойности, включително феромагнитни метали като желязо, никел и кобалт.
Имайте предвид, че всяка температура има своя собствена стойност за температурния коефициент TK ρ... На практика за определен температурен интервал се използва средната стойност TK ρили:
където ρ3и ρ2- съпротивление на проводящия материал при температури Т3и Т2съответно (с T2> T3); има т.нар среден температурен коефициент на съпротивлениеот този материал в температурния диапазон от Т3преди Т2.
Съпротивлението на проводника (R) (съпротивление) () зависи от температурата. Тази зависимост с незначителни промени в температурата () се представя като функция:
където е съпротивлението на проводника при температура 0 o C; - температурен коефициент на съпротивление.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Температурен коефициент на електрическо съпротивление() повикване физическо количестворавно на относителния прираст (R) на сечението на веригата (или специфичното съпротивление на средата ()), което се получава, когато проводникът се нагрява с 1 o C. Математически определянето на температурния коефициент на съпротивление може да бъде представено като :
Количеството служи като характеристика на връзката между електрическото съпротивление и температурата.
При температури в рамките на диапазона за повечето метали разглежданият коефициент остава постоянен. За чистите метали температурният коефициент на съпротивление често се приема равен на
Понякога те говорят за средния температурен коефициент на съпротивление, определяйки го като:
където е средната стойност на температурния коефициент в даден температурен диапазон ().
Температурен коефициент на устойчивост за различни вещества
Повечето метали имат температурен коефициент на съпротивление по -голям от нула. Това означава, че устойчивостта на металите се увеличава с повишаване на температурата. Това се случва в резултат на разсейването на електрони върху кристалната решетка, което усилва топлинните вибрации.
При температури, близки до абсолютната нула (-273 o C), съпротивлението на голям брой метали пада рязко до нула. Казват, че металите стават свръхпроводящи.
Полупроводниците без примеси имат отрицателен температурен коефициент на съпротивление. Съпротивлението им намалява с повишаване на температурата. Това се дължи на факта, че броят на електроните, които преминават в зоната на проводимост, се увеличава, което означава, че броят на дупките на единица обем на полупроводника се увеличава.
Електролитните разтвори имат. Съпротивлението на електролита намалява с повишаване на температурата. Това е така, защото увеличаването на броя на свободните йони в резултат на дисоциацията на молекулите надвишава увеличаването на разсейването на йони в резултат на сблъсъци с молекули разтворител. Трябва да се каже, че температурният коефициент на съпротивление за електролити е постоянен само в малък температурен диапазон.
Единици
Основната мерна единица за температурния коефициент на съпротивление в системата SI е:
Примери за решаване на проблеми
| Упражнение | Лампа с нажежаема жичка с волфрамова спирала е свързана към мрежа с напрежение В, през нея протича ток А. Каква ще бъде температурата на спиралата, ако при температура o C има съпротивление Ом? Температурен коефициент на съпротивление на волфрам. |
| Решение | Като основа за решаване на проблема използваме формулата за зависимостта на съпротивлението от температурата на формата: където е съпротивлението на волфрамовата нишка при температура 0 o C. Изразявайки се от израза (1.1), имаме: Според закона на Ом за част от веригата имаме: Нека изчислим Нека напишем уравнението, свързващо съпротивлението и температурата: Нека направим изчисленията: |
| Отговор | К |
|
Метални |
Съпротивление ρ при 20 ºС, Ом * mm² / m |
Температурен коефициент на съпротивление α, ºС -1 |
|
Алуминий | ||
|
Желязо (стомана) | ||
|
Константан | ||
|
Манганин | ||
Температурният коефициент на съпротивление α показва колко се увеличава съпротивлението на проводника в 1 Ohm с повишаване на температурата (нагряване на проводника) с 1 ºС.
Съпротивлението на проводника при температура t се изчислява по формулата:
r t = r 20 + α * r 20 * (t - 20 ºС)
където r 20 е съпротивлението на проводника при температура 20 ºС, r t е съпротивлението на проводника при температура t.
Плътност на тока
През меден проводник с площ на напречното сечение S = 4 mm² тече ток I = 10 А. Каква е плътността на тока?
Плътност на тока J = I / S = 10 A / 4 mm² = 2,5 A / mm².
[Ток I = 2,5 A тече върху площ на напречното сечение 1 mm²; по цялото напречно сечение S] тече ток I = 10 A.
През разпределителната шина с правоъгълно сечение (20x80) mm² тече ток I = 1000 A. Каква е плътността на тока в шината?
Площта на напречното сечение на шината е S = 20x80 = 1600 mm². Плътност на тока
J = I / S = 1000 A / 1600 mm² = 0,625 A / mm².
В бобината проводникът има кръгло напречно сечение с диаметър 0,8 mm и позволява плътност на тока 2,5 A / mm². Какъв допустим ток може да премине през проводника (нагряването не трябва да надвишава допустимото)?
Площ на напречното сечение на проводника S = π * d² / 4 = 3/14 * 0.8² / 4 ≈ 0,5 mm².
Допустим ток I = J * S = 2,5 A / mm² * 0,5 mm² = 1,25 A.
Допустимата плътност на тока за намотката на трансформатора е J = 2,5 A / mm². През намотката преминава ток I = 4 А. Какво трябва да бъде напречното сечение (диаметър) на кръговото напречно сечение на проводника, така че намотката да не прегрее?
Площ на напречното сечение S = I / J = (4 A) / (2,5 A / mm²) = 1,6 mm²
Този участък съответства на диаметър на тел 1.42 мм.
Изолиран меден проводник с напречно сечение 4 mm² носи максимално допустимия ток от 38 A (виж таблицата). Каква е допустимата плътност на тока? Какви са допустимите плътности на тока за медни проводници със сечение 1, 10 и 16 mm²?
1). Допустима плътност на тока
J = I / S = 38 A / 4 mm² = 9,5 A / mm².
2). За напречно сечение от 1 mm², допустимата плътност на тока (виж таблицата)
J = I / S = 16 A / 1 mm² = 16 A / mm².
3). За напречно сечение 10 mm² допустима плътност на тока
J = 70 A / 10 mm² = 7,0 A / mm²
4). За напречно сечение от 16 mm² допустима плътност на тока
J = I / S = 85 A / 16 mm² = 5,3 A / mm².
Допустимата плътност на тока намалява с увеличаване на напречното сечение. Раздел. важи за електрически проводници с изолация от клас В.
Задачи за независимо решение
През намотката на трансформатора трябва да тече ток I = 4 А. Какво трябва да бъде напречното сечение на проводника на намотката за допустима плътност на тока J = 2,5 A / mm²? (S = 1,6 мм²)
Ток от 100 mA протича през проводник с диаметър 0,3 mm. Каква е плътността на тока? (J = 1.415 A / mm²)
По протежение на намотката на електромагнит, изработен от изолиран проводник с диаметър
d = 2,26 мм (без изолация) преминава ток от 10 А. Каква е плътността
текущ? (J = 2,5 A / mm²).
4. Намотката на трансформатора позволява плътност на тока от 2,5 A / mm². Токът в намотката е 15 А. Кое е най-малкото напречно сечение и диаметър, които може да има кръгъл проводник (с изключение на изолацията)? (в мм²; 2,76 мм).
Вероятно всеки знае за ефекта на свръхпроводимостта. Както и да е, чували сте за него. Същността на този ефект е, че при минус 273 ° C изчезва съпротивлението на проводника към протичащия ток. Само този пример е достатъчен, за да се разбере, че има зависимост от температурата. А описва специален параметър - температурния коефициент на съпротивление.
Всеки проводник възпрепятства протичащия през него ток. Тази реакция е различна за всеки проводящ материал, определя се от много фактори, присъщи на определен материал, но това няма да бъде обсъждано допълнително. Интерес в момента е неговата зависимост от температурата и естеството на тази зависимост.
Металите обикновено действат като проводници на електрически ток, съпротивлението им нараства с повишаване на температурата, а с понижаването му намалява. Величината на такава промяна на 1 ° C се нарича температурен коефициент на съпротивление или накратко TKS.
Стойността на TCS може да бъде положителна или отрицателна. Ако е положително, то се увеличава с повишаване на температурата, ако е отрицателно, то намалява. За повечето метали, използвани като проводници на електрически ток, TCS е положителен. Един от най -добрите проводници е медта, температурният коефициент на съпротивление на медта не е точно най -добрият, но в сравнение с други проводници той е по -нисък. Просто трябва да запомните, че стойността на TCR определя каква ще бъде стойността на съпротивлението при промяна на параметрите на околната среда. Промяната му ще бъде толкова по -значима, колкото по -голям е този коефициент.
Тази температурна зависимост на съпротивлението трябва да се вземе предвид при проектирането на радиоелектронно оборудване. Факт е, че оборудването трябва да работи при всякакви условия на околната среда, същите автомобили се експлоатират от минус 40 ° С до плюс 80 ° С. И в колата има много електроника и ако не вземете предвид влиянието на околната среда върху работата на елементите на веригата, тогава може да срещнете ситуация, при която електронният блок работи добре при нормални условия, но отказва да работи при излагане на ниски или високи температури.
Именно тази зависимост от условията на външната среда, която разработчиците на оборудването вземат предвид при проектирането му, използвайки за това температурния коефициент на съпротивление при изчисляване на параметрите на веригата. Има таблици с TCS данни за използваните материали и изчислителни формули, според които, познавайки TCS, е възможно да се определи стойността на съпротивлението при всякакви условия и да се вземе предвид евентуалната му промяна в режимите на работа на веригата. Но за да се разбере, че TCS, сега не са необходими нито формули, нито таблици.
Трябва да се отбележи, че има метали с много малка стойност на TCR и именно те се използват при производството на резистори, чиито параметри са слабо зависими от промените в околната среда.
Температурният коефициент на съпротивление може да се използва не само за отчитане на влиянието на колебанията в параметрите на околната среда, но и за това какво е достатъчно. Познавайки материала, който е бил изложен, таблиците могат да се използват за определяне на каква температура е измереното съпротивление съответства на. Като такъв метър може да се използва обикновена медна жица, но трябва да я използвате много и да я навивате под формата на намотка например.
Всичко по -горе не обхваща напълно всички въпроси, свързани с използването на температурния коефициент на съпротивление. Съществуват много интересни възможности за приложение, свързани с този коефициент в полупроводници, в електролити, но това, което е посочено, е достатъчно, за да се разбере концепцията за TCS.
Съпротивлението на проводника (R) (съпротивление) () зависи от температурата. Тази зависимост с незначителни промени в температурата () се представя като функция:
където е съпротивлението на проводника при температура 0 o C; - температурен коефициент на съпротивление.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Температурен коефициент на електрическо съпротивление() се нарича физическа величина, равна на относителния прираст (R) на сечението на веригата (или специфичното съпротивление на средата ()), което се получава, когато проводникът се нагрява с 1 o C. Математически, определянето на температурата Коефициентът на съпротивление може да бъде представен като:
Количеството служи като характеристика на връзката между електрическото съпротивление и температурата.
При температури в рамките на диапазона за повечето метали разглежданият коефициент остава постоянен. За чистите метали температурният коефициент на съпротивление често се приема равен на
Понякога те говорят за средния температурен коефициент на съпротивление, определяйки го като:
където е средната стойност на температурния коефициент в даден температурен диапазон ().
Температурен коефициент на устойчивост за различни вещества
Повечето метали имат температурен коефициент на съпротивление по -голям от нула. Това означава, че устойчивостта на металите се увеличава с повишаване на температурата. Това се случва в резултат на разсейването на електрони върху кристалната решетка, което усилва топлинните вибрации.
При температури, близки до абсолютната нула (-273 o C), съпротивлението на голям брой метали пада рязко до нула. Казват, че металите стават свръхпроводящи.
Полупроводниците без примеси имат отрицателен температурен коефициент на съпротивление. Съпротивлението им намалява с повишаване на температурата. Това се дължи на факта, че броят на електроните, които преминават в зоната на проводимост, се увеличава, което означава, че броят на дупките на единица обем на полупроводника се увеличава.
Електролитните разтвори имат. Съпротивлението на електролита намалява с повишаване на температурата. Това е така, защото увеличаването на броя на свободните йони в резултат на дисоциацията на молекулите надвишава увеличаването на разсейването на йони в резултат на сблъсъци с молекули разтворител. Трябва да се каже, че температурният коефициент на съпротивление за електролити е постоянен само в малък температурен диапазон.
Единици
Основната мерна единица за температурния коефициент на съпротивление в системата SI е:
Примери за решаване на проблеми
| Упражнение | Лампа с нажежаема жичка с волфрамова спирала е свързана към мрежа с напрежение В, през нея протича ток А. Каква ще бъде температурата на спиралата, ако при температура o C има съпротивление Ом? Температурен коефициент на съпротивление на волфрам  .
|
| Решение | Като основа за решаване на проблема използваме формулата за зависимостта на съпротивлението от температурата на формата: където е съпротивлението на волфрамовата нишка при температура 0 o C. Изразявайки се от израза (1.1), имаме: Според закона на Ом за част от веригата имаме:
Нека изчислим
Нека напишем уравнението, свързващо съпротивлението и температурата: Нека направим изчисленията: |
| Отговор | К |
|
Метални |
Съпротивление ρ при 20 ºС, Ом * mm² / m |
Температурен коефициент на съпротивление α, ºС -1 |
|
Алуминий | ||
|
Желязо (стомана) | ||
|
Константан | ||
|
Манганин | ||
Температурният коефициент на съпротивление α показва колко се увеличава съпротивлението на проводника в 1 Ohm с повишаване на температурата (нагряване на проводника) с 1 ºС.
Съпротивлението на проводника при температура t се изчислява по формулата:
r t = r 20 + α * r 20 * (t - 20 ºС)
където r 20 е съпротивлението на проводника при температура 20 ºС, r t е съпротивлението на проводника при температура t.
Плътност на тока
През меден проводник с площ на напречното сечение S = 4 mm² тече ток I = 10 А. Каква е плътността на тока?
Плътност на тока J = I / S = 10 A / 4 mm² = 2,5 A / mm².
[Ток I = 2,5 A тече върху площ на напречното сечение 1 mm²; по цялото напречно сечение S] тече ток I = 10 A.
През разпределителната шина с правоъгълно сечение (20x80) mm² тече ток I = 1000 A. Каква е плътността на тока в шината?
Площта на напречното сечение на шината е S = 20x80 = 1600 mm². Плътност на тока
J = I / S = 1000 A / 1600 mm² = 0,625 A / mm².
В бобината проводникът има кръгло напречно сечение с диаметър 0,8 mm и позволява плътност на тока 2,5 A / mm². Какъв допустим ток може да премине през проводника (нагряването не трябва да надвишава допустимото)?
Площ на напречното сечение на проводника S = π * d² / 4 = 3/14 * 0.8² / 4 ≈ 0,5 mm².
Допустим ток I = J * S = 2,5 A / mm² * 0,5 mm² = 1,25 A.
Допустимата плътност на тока за намотката на трансформатора е J = 2,5 A / mm². През намотката преминава ток I = 4 А. Какво трябва да бъде напречното сечение (диаметър) на кръговото напречно сечение на проводника, така че намотката да не прегрее?
Площ на напречното сечение S = I / J = (4 A) / (2,5 A / mm²) = 1,6 mm²
Този участък съответства на диаметър на тел 1.42 мм.
Изолиран меден проводник с напречно сечение 4 mm² носи максимално допустимия ток от 38 A (виж таблицата). Каква е допустимата плътност на тока? Какви са допустимите плътности на тока за медни проводници със сечение 1, 10 и 16 mm²?
1). Допустима плътност на тока
J = I / S = 38 A / 4 mm² = 9,5 A / mm².
2). За напречно сечение от 1 mm², допустимата плътност на тока (виж таблицата)
J = I / S = 16 A / 1 mm² = 16 A / mm².
3). За напречно сечение 10 mm² допустима плътност на тока
J = 70 A / 10 mm² = 7,0 A / mm²
4). За напречно сечение от 16 mm² допустима плътност на тока
J = I / S = 85 A / 16 mm² = 5,3 A / mm².
Допустимата плътност на тока намалява с увеличаване на напречното сечение. Раздел. важи за електрически проводници с изолация от клас В.
Задачи за независимо решение
През намотката на трансформатора трябва да тече ток I = 4 А. Какво трябва да бъде напречното сечение на проводника на намотката за допустима плътност на тока J = 2,5 A / mm²? (S = 1,6 мм²)
Ток от 100 mA протича през проводник с диаметър 0,3 mm. Каква е плътността на тока? (J = 1.415 A / mm²)
По протежение на намотката на електромагнит, изработен от изолиран проводник с диаметър
d = 2,26 мм (без изолация) преминава ток от 10 А. Каква е плътността
текущ? (J = 2,5 A / mm²).
4. Намотката на трансформатора позволява плътност на тока от 2,5 A / mm². Токът в намотката е 15 А. Кое е най-малкото напречно сечение и диаметър, които може да има кръгъл проводник (с изключение на изолацията)? (в мм²; 2,76 мм).
Страница 1
Отрицателният температурен коефициент на съпротивление в естествените материали се използва в термистори за преобразуване на промяната на температурата в електрически сигнал. Материалите, използвани в този случай, са най -често компресирани прахове от никел, мед, манган и цинкови оксиди. Възможно е също така да се използва германий или други полупроводници като нискотемпературен термометър.
Отрицателният температурен коефициент на съпротивление на такива полупроводници се наблюдава в температурни диапазони, когато не всички примеси са йонизирани или има собствена електропроводимост. И в двата случая зависимостта на съпротивлението на полупроводник се определя главно от промяна в концентрацията на носители на заряд, тъй като относително слабата промяна в тяхната подвижност в този случай може да бъде пренебрегната.
Отрицателният температурен коефициент на съпротивление на металокерамичните филми ( - 200 - 10 - b deg 1) показва, че металният механизъм на електрическата проводимост не преобладава в тях. Електрическото съпротивление на металокерамичния филм зависи от формулировката и разсейването при изпаряване, но може лесно да се регулира чрез промяна на температурата и времето на задържане по време на окончателното отгряване. В резултат на отгряване се променя не само съпротивлението, но и температурният му коефициент.
Полупроводниците имат отрицателен температурен коефициент на съпротивление, който по абсолютна стойност е 10 до 20 пъти по -голям от този на металите. Това свойство на полупроводниците се използва в технологията за различни цели, например за производството на термистори, чието съпротивление рязко се променя с леки промени в температурата.
Полупроводниците имат отрицателен температурен коефициент на съпротивление, който по абсолютна стойност е 10 до 20 пъти по -голям от този на металите. Това свойство на полупроводниците се използва в технологията за различни цели, например за производството на термистори, стойността на съпротивлението на които се променя рязко с незначителни температурни промени.
Полупроводниците имат отрицателен температурен коефициент на съпротивление, който по абсолютна стойност е 10 до 20 пъти по -висок от този на металите. Това свойство на полупроводниците се използва в технологията за различни цели, например за производството на термистори, чието съпротивление рязко се променя с леки промени в температурата.
Термисторите имат отрицателен температурен коефициент на съпротивление.
Полупроводниците имат отрицателен температурен коефициент на съпротивление, който по абсолютна стойност е 10 до 20 пъти по -голям от този на металите. Това свойство на полупроводниците се използва в технологията за различни цели, например за производството на термични съпротивления (термистори), чиято стойност рязко се променя с леки промени в температурата.
Варисторите имат отрицателен температурен коефициент на съпротивление. При стайна температура стойността на този коефициент варира от - 0 3 до - 0 5% X deg -1. С понижаване на температурата тя се увеличава, с повишаване на температурата намалява. Коефициентът на нелинейност p се променя малко с температурата.
Термисторът има голям отрицателен температурен коефициент на съпротивление, така че поставянето му в метална резисторна верига, която има положителен температурен коефициент (виж Фигура 8.8), може да направи характеристиките на веригата почти независими от температурата. Така с помощта на термистори е лесно да се осигури температурна компенсация за редица елементи на електрическата верига, термичен контрол на различни механизми и пожароизвестители.
Термисторът има голям отрицателен температурен коефициент на съпротивление, така че включването му във верига от метализирани резистори, които имат положителен температурен коефициент (виж Фигура 8.8), може да направи характеристиките на веригата почти независими от температурата. Така с помощта на термистори е лесно да се осигури температурна компенсация за редица елементи на електрическата верига, термичен контрол на различни механизми и пожароизвестители.
Измерванията на съпротивлението са силно повлияни от свиващи се кухини, газови мехурчета, включвания и други дефекти. Освен това, фиг. 155 показва, че малки количества примеси, влизащи в твърдия разтвор, също оказват голямо влияние върху измерената проводимост. Следователно е много по -трудно да се направят задоволителни проби за измерване на електрическо съпротивление, отколкото за
дилатометрично изследване. Това доведе до друг метод за начертаване на диаграми на състоянието, в който се измерва температурният коефициент на съпротивление.
Температурен коефициент на съпротивление
Електрическо съпротивление при температура
Матисен установява, че увеличаването на устойчивостта на метала поради наличието на малко количество от втория компонент в твърдия разтвор не зависи от температурата; откъдето следва, че за такъв твърд разтвор стойността не зависи от концентрацията. Това означава, че температурният коефициент на съпротивление е пропорционален, т.е.проводимост, а графиката на коефициента а, в зависимост от състава, е подобна на графиката на проводимостта на твърд разтвор. Има много изключения от това правило, особено за преходните метали, но в повечето случаи е приблизително правилно.
Температурният коефициент на съпротивление на междинните фази обикновено е от същия порядък, както при чистите метали, дори в случаите, когато самата връзка има високо съпротивление. Съществуват обаче междинни фази, чийто температурен коефициент в определен температурен диапазон е нулев или отрицателен.
Строго погледнато, правилото на Матисен се прилага само за твърди разтвори, но има много случаи, когато очевидно е валидно и за двуфазни сплави. Ако температурният коефициент на съпротивление е нанесен като функция от състава, кривата обикновено има същата форма като кривата на проводимост, така че фазовото преобразуване може да бъде открито по същия начин. Този метод е удобен за използване, когато поради крехкост или по други причини е невъзможно да се направят проби, подходящи за измерване на проводимостта.
На практика средният температурен коефициент между две температури се определя чрез измерване на електрическото съпротивление на сплавта при тези температури. Ако в разглеждания температурен диапазон не настъпи фазова трансформация, тогава коефициентът се определя по формулата:
ще има същото значение, сякаш интервалът е малък. За закалени сплави като температури и
Удобно е да се вземат съответно 0 ° и 100 ° и измерванията ще дадат фазовите области при температурата на втвърдяване. Въпреки това, ако измерванията се извършват при високи температури, интервалът трябва да бъде много по -малък от 100 °, ако границата на фазата може да бъде някъде между температурите
Ориз. 158. (вижте сканирането) Електрическа проводимост и температурен коефициент на електрическо съпротивление в сребърно-магическата система (Тамман)
Голямото предимство на този метод е, че коефициентът a зависи от относителното съпротивление на пробата при две температури и по този начин не се влияе от обвивки и други металургични дефекти в пробата. Криви на проводимост и температурен коефициент
съпротивленията в някои сплавни системи се повтарят взаимно. Ориз. 158 е взет от ранната работа на Тамман (кривите се отнасят до сплави на сребро с магнезий); по -късната работа показа, че областта на твърдия разтвор намалява с понижаване на температурата и в областта на фазата съществува надстройка. Наскоро някои други фазови граници също са претърпели промени, така че диаграмата, показана на фиг. 158 е от исторически интерес и не може да се използва за точни измервания.
