Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры. Температурный коэффициент сопротивления

Сопротивление проводников зависит от вещества, из которого они из­готовлены, и их геометрических размеров

R = ρ • l / S,

где ρ — удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник; l —длина проводника; S — площадь попереч­ного сечения проводника.

Сопротивление проводников входит в за­кон Ома для однородного участка цепи I = U / R, из которого и может быть определено R = U / I.

Из последней формулы выходит, что со­противление проводника постоянно, посколь­ку, в соответствии с законом Ома, во сколь­ко раз увеличиваем напряжение на концах проводника, во столько же раз возрастает и сила тока в нем.

Но на практике можно наблюдать и дру­гие явления. Составим электрическую цепь, схема которой показана на рис. 7.2. В этой цепи есть источник тока с регулированным напряжением, электрическая лампа, напри­мер автомобильная, вольтметр и амперметр, показывающие напряжение на лампе и силу тока в ней. Устанавливаем на лампе напря­жение U₁ и отмечаем силу тока I₁. Если теперь увеличить напряжение, например в 2 раза (U₂ = 2U₁), то по закону Ома и сила тока должна увеличиться в 2 раза (I₂ = 2I₁). Однако амперметр показывает силу тока значительно меньшую, чем 2I₁. Следова­тельно, в данном случае закон Ома не вы­полняется.

Рис. 7.2. Электрическая цепь с лампой накала

Возникло несоответствие между вашими предшествующими знаниями и новым для вас фактом — закон Ома не всегда справед­лив. Такое несоответствие в науке назы­вается проблемой.

Проблема (гр. — задача, затруд­нение) — сложный теоретиче­ский или практический вопрос, требующий решения.

Можно высказывать разные предположе­ния, что является попыткой объяснить на­блюдаемое явление. Однако в ходе опыта бро­сается в глаза, что при увеличенном напря­жении лампа светится ярче, чем в первом слу­чае. Это является свидетельством того, что тем­пература спирали лампы во втором случае вы­ше, чем в первом. Возможно, именно измене­ние температуры является причиной изменения сопротивления металлической спирали лампы.

Рис. 7.3. Исследование зависимости со­противления металлического проводни­ка от температуры

Как же можно проверить такое предпо­ложение (гипотезу)? Составляем электриче­скую цепь (рис. 7.3), в которой есть метал­лический проводник в виде спирали, на­пример пружинка от шариковой ручки, и устанавливаем в цепи ток определенной си­лы. Нагревая спираль в пламени свечи или спички, заметим:

при нагревании спирали и при постоянном напряжении сила тока в цепи уменьшается, что свидетельствует об увеличении сопротивления спирали при по­вышении ее температуры.

Тщательные исследования показывают, что сопротивление металлических проводников зависит от их температуры практически ли­нейно

R = R₀(1 + αt°),

где R₀ — сопротивле­ние проводника при 0 °C или +20 °C (это удобнее для техники). График такой зави­симости представлен на рис. 7.4.

Рис. 7.4. График зависимости сопротив­ления металлического проводника от тем­пературы

Если иметь в виду, что размеры металлов при нагревании изменяются мало, то со­ответствующую формулу можно записать и для удельного сопротивления металлических проводников

ρ = ρ₀(1 + αt°).

Рассмотрим, что означает коэффициент в полученных формулах. Если при 0°C со­противление проводника R₀, а при t° C со­противление его R, то относительное изме­нение сопротивления, как показывает эксперимент, (R — R₀) / R₀ = αt° C. Материал с сайта http://worldof.school

Коэффициент пропорциональности назы­вается температурным коэффициентом со­противления, который характеризует зави­симость сопротивления вещества от его тем­пературы.

Температурный коэффициент сопро­тивления равен относительному изменению сопротивления проводника при изменении его температуры на 1 К.

Для всех металлических проводников α > 0 и мало зависит от тем­пературы.

Почему же возрастает сопротивление ме­таллических проводников с повышением температуры? Дело в том, что при нагре­вании металла возрастает интенсивность ко­лебаний ионов кристаллической решетки и скорость хаотического движения электро­нов.

Электроны чаще сталкиваются с ионами, что и уменьшает скорость их направленного движения, которое и является электричес­ким током.

В технике зависимость сопротивления металлических проводников от температуры используется в термометрах сопротивления.

Датчик температуры (например, платиновая проволочка) устанавливается в тех точках, где необходимо измерять температуру, а его сопротивление измеряют омметром, шкала которого градуируется в единицах темпера­туры. Таких датчиков, при необходимости, может быть любое количество, а измери­тельный прибор — один.

На этой странице материал по темам:

• Формула температурный коэффициент сопротивления

• Электрический ток в вакууме зависимость сопротивления от температуры

• Зависимость сопротивления проводника от температуры

• Зависимость сопротивления в вакууме от температуры

• Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры

Вопросы по этому материалу:

• От чего и как зависит сопротивление металлических проводников при постоянной температуре?

• Как зависит сопротивление металлических проводников от тем­пературы?

• Где используется зависимость сопротивления металлических про­водников от температуры?