Wie hängt der Widerstand eines Leiters von der Temperatur ab?
Metalle
Wie wirkt sich die Temperatur auf Metalle aus? Um diese Abhängigkeit herauszufinden, wurde ein Experiment durchgeführt: Batterie, Amperemeter, Draht und Brenner sind über Drähte miteinander verbunden. Dann müssen Sie den Strom in der Schaltung messen. Nachdem die Messwerte erfasst wurden, müssen Sie den Brenner an den Draht bringen und ihn erhitzen. Wenn der Draht erhitzt wird, ist zu sehen, dass der Widerstand zunimmt und die Leitfähigkeit des Metalls abnimmt.
wo:
- Metalldraht
- Batterie
- Amperemeter
Die Abhängigkeit wird durch die folgenden Formeln angezeigt und gerechtfertigt:
Aus diesen Formeln folgt, dass R des Leiters durch die Formel bestimmt wird:
Ein Beispiel für die Abhängigkeit des Metallwiderstands von der Temperatur finden Sie im Video:
Es ist auch notwendig, auf eine Eigenschaft wie die Supraleitung zu achten. Wenn die Umgebungsbedingungen normal sind, verringern die Leiter beim Abkühlen ihren Widerstand. Die folgende Grafik zeigt, wie Temperatur und spezifischer Widerstand in Quecksilber abhängen.
Supraleitung ist ein Phänomen, das auftritt, wenn ein Material eine kritische Temperatur (Kelvin näher an Null) erreicht, bei der der Widerstand stark auf Null abfällt.
Gase
Gase spielen die Rolle eines Dielektrikums und können keinen elektrischen Strom leiten. Und damit es sich bildet, werden Ladungsträger benötigt. Ionen spielen in ihrer Rolle und entstehen durch den Einfluss externer Faktoren.
Die Abhängigkeit kann als Beispiel betrachtet werden. Für das Experiment wird das gleiche Design wie im vorherigen Experiment verwendet, nur die Leiter werden durch Metallplatten ersetzt. Zwischen ihnen sollte ein kleiner Abstand sein. Das Amperemeter sollte einen Strommangel anzeigen. Wenn Sie den Brenner zwischen die Platten stellen, zeigt das Gerät den Strom an, der durch das Gasmedium fließt.
Unten ist ein Diagramm der Strom-Spannungs-Charakteristik einer Gasentladung dargestellt, wobei zu sehen ist, dass die Zunahme der Ionisation im Anfangsstadium zunimmt, dann die Abhängigkeit des Stroms von der Spannung unverändert bleibt (dh wenn die Spannung ansteigt, bleibt der Strom gleich) und ein starker Anstieg des Stroms, was zum Zusammenbruch der dielektrischen Schicht führt .
Berücksichtigen Sie die Leitfähigkeit von Gasen in der Praxis. Der Durchgang von elektrischem Strom in Gasen wird in Leuchtstofflampen und Lampen verwendet. In diesem Fall sind die Kathode und die Anode zwei Elektroden in einem Kolben angeordnet, in dem sich ein Inertgas befindet. Wie hängt dieses Phänomen von Gas ab? Wenn die Lampe eingeschaltet wird, werden zwei Filamente erwärmt und eine thermionische Emission erzeugt.Im Inneren der Glühbirne befindet sich ein Leuchtstoff, der das Licht abgibt, das wir sehen. Wie hängt Quecksilber vom Leuchtstoff ab? Quecksilberdämpfe bilden beim Beschuss mit Elektronen Infrarotstrahlung, die wiederum Licht emittiert.
Wenn zwischen der Kathode und der Anode eine Spannung angelegt wird, tritt eine Gasleitfähigkeit auf.
Flüssigkeiten
Stromleiter in Flüssigkeiten sind Anionen und Kationen, die sich aufgrund eines externen elektrischen Feldes bewegen. Elektronen bieten eine vernachlässigbare Leitfähigkeit. Berücksichtigen Sie die Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur in Flüssigkeiten.
wo:
- Elektrolyt
- Batterie
- Amperemeter
Die Abhängigkeit der Wirkung von Elektrolyten von der Erwärmung wird durch die Formel vorgegeben:
Wobei a der negative Temperaturkoeffizient ist.
Wie R von der Erwärmung (t) abhängt, ist in der folgenden Grafik dargestellt:
Diese Beziehung sollte beim Laden von Batterien und Batterien berücksichtigt werden.
Halbleiter
Und wie hängt der Widerstand von der Erwärmung in Halbleitern ab? Lassen Sie uns zunächst über Thermistoren sprechen. Dies sind Geräte, die ihren elektrischen Widerstand unter dem Einfluss von Wärme ändern. Dieser Halbleiter hat einen um eine Größenordnung höheren Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCS) als Metalle. Sowohl positive als auch negative Leiter haben bestimmte Eigenschaften.
Wobei: 1 - dies ist TCS kleiner als Null; 2 - TCS ist größer als Null.
Damit Leiter wie Thermistoren ihre Arbeit aufnehmen können, sollten Sie einen beliebigen Punkt der I-V-Kennlinie zugrunde legen:
- Wenn die Temperatur des Elements kleiner als Null ist, werden solche Leiter als Relais verwendet.
- Verwenden Sie einen linearen Abschnitt, um den sich ändernden Strom sowie die Temperatur und Spannung zu steuern.
Thermistoren werden zur Überprüfung und Messung elektromagnetischer Strahlung verwendet, die bei ultrahohen Frequenzen durchgeführt wird. Aus diesem Grund werden diese Leiter in Systemen wie Feuermeldern, Wärmeüberprüfung und Kontrolle der Verwendung von Massenmedien und Flüssigkeiten verwendet. Diejenigen Thermistoren, bei denen der TCS kleiner als Null ist, werden in Kühlsystemen verwendet.
Nun zu den Thermoelementen. Wie wirkt sich das Seebeck-Phänomen auf Thermoelemente aus? Die Abhängigkeit besteht darin, dass solche Leiter auf der Grundlage dieses Phänomens arbeiten. Wenn die Temperatur der Verbindungsstelle mit der Erwärmung ansteigt, erscheint eine EMK an der Verbindungsstelle des geschlossenen Stromkreises. Dadurch manifestiert sich ihre Abhängigkeit und Wärmeenergie wird in Elektrizität umgewandelt. Um den Prozess vollständig zu verstehen, empfehle ich Ihnen, unsere Anweisungen zu lesenwie man selbst einen thermoelektrischen Generator herstellt.
Ein solches Gerät wird als Thermoelement bezeichnet. Thermoelemente werden als Stromquellen mit geringem Stromverbrauch sowie zur Messung der Temperaturen eines digitalen Computergeräts verwendet, bei dem die Abmessungen klein und die Messwerte genau sein sollten.
Weitere Details zu Halbleitern und der Auswirkung der Erwärmung auf ihren Widerstand werden im Video beschrieben:
Nun, das Letzte, worüber ich sprechen möchte, sind Kühlschränke und Halbleiterheizungen. Halbleiterübergänge bieten einen Temperaturunterschied von bis zu 60 Grad im Design. Dank dessen wurde ein Kühlschrank entworfen. Die Kühltemperatur in einer solchen Kammer erreicht - 16 Grad. Die Grundlage für den Betrieb der Elemente ist die Verwendung von Thermoelementen, durch die elektrischer Strom fließt.
Deshalb haben wir die Abhängigkeit des Widerstands des Leiters von der Temperatur untersucht. Wir hoffen, dass die bereitgestellten Informationen für Sie verständlich und nützlich waren!
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