Электроника:Постоянный ток/Физика проводников и диэлектриков/Температурный коэффициент сопротивления: различия между версиями
Myagkij (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
Myagkij (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
||
Строка 84: | Строка 84: | ||
<nowiki>*</nowiki> = Стальной сплав с содержанием железа 99,5% и углерода 0,5%. | <nowiki>*</nowiki> = Стальной сплав с содержанием железа 99,5% и углерода 0,5%. | ||
{{ads2}} | |||
Давайте посмотрим на пример схемы, чтобы увидеть, как температура может повлиять на сопротивление провода и, следовательно, на производительность всей схемы: | Давайте посмотрим на пример схемы, чтобы увидеть, как температура может повлиять на сопротивление провода и, следовательно, на производительность всей схемы: |
Версия от 17:59, 7 мая 2022
Температурный коэффициент сопротивления[1]
Вы могли заметить, что в таблице удельных сопротивлений все значения указаны для температуры 20°C. Если вы подозреваете, что удельное сопротивление материала может изменяться с температурой, то вы правы, так оно и есть!
Значения сопротивления для проводов при любой температуре, отличной от стандартной (обычно указываемой на уровне 20 градусов Цельсия) определяются по такой формуле:
Константа «альфа» (α) известна как температурный коэффициент сопротивления. Это коэффициент изменения сопротивления на каждый градус изменения температуры. Так же, как все материалы имеют определённое удельное сопротивление (при стандартных 20°C), их удельное сопротивление в зависимости от температуры также меняется на определенную величину для каждого материала. Для чистых металлов этот коэффициент является положительным числом, что означает, что с повышением температуры сопротивление увеличивается. Для таких элементов как углерод, кремний и германий этот коэффициент является отрицательным числом, что означает что с повышением температуры сопротивление уменьшается. Для некоторых металлических сплавов температурный коэффициент сопротивления очень близок к нулю, это означает, что при изменении температуры сопротивление практически не меняется (между прочим, крайне полезное свойство, если вы хотите построить прецизионный резистор из металлической проволоки!). В следующей таблице приведены температурные коэффициенты сопротивления для нескольких распространенных металлов, как чистых, так и легированных:
Температурные коэффициенты сопротивления при 20°C
Материал | Элемент/Сплав | «Альфа» на градус Цельсия |
Никель | Элемент | 0,005866 |
Железо | Элемент | 0,005671 |
Молибден | Элемент | 0,004579 |
Вольфрам | Элемент | 0,004403 |
Алюминий | Элемент | 0,004308 |
Медь | Элемент | 0,004041 |
Серебро | Элемент | 0,003819 |
Платина | Элемент | 0,003729 |
Золото | Элемент | 0,003715 |
Цинк | Элемент | 0,003847 |
Сталь* | Сплав | 0,003 |
Нихром | Сплав | 0,00017 |
Нихром V | Сплав | 0,00013 |
Манганин | Сплав | +/- 0,000015 |
Константан | Сплав | -0,000074 |
* = Стальной сплав с содержанием железа 99,5% и углерода 0,5%.
Давайте посмотрим на пример схемы, чтобы увидеть, как температура может повлиять на сопротивление провода и, следовательно, на производительность всей схемы:
Эта схема имеет полное сопротивление проводов (провод 1 + провод 2) в 30 Ом при стандартной температуре. Составив таблицу значений напряжения, тока и сопротивления, получим:
При 20°C мы получаем 12,5 В на нагрузке и 1,5 В (0,75 + 0,75) падения напряжения на проводах (являющихся своего рода резисторами). Если бы температура проводки поднялась до 35°C, мы могли бы легко определить изменение сопротивления для каждого отрезка провода. Предполагая использование медной проволоки (α = 0,004041), получаем:
Пересчитав значения в таблице нашей схемы, увидим, какие изменения принесёт это повышение температуры:
Как видите, в результате повышения температуры напряжение на нагрузке снизилось (с 12,5 до 12,42 В), а на проводах увеличилось (с 0,75 до 0,79 В). Хотя изменения могут показаться несущественными, они могут быть значительными для линий электропередач, протянутых на несколько километров между электростанциями и подстанциями, подстанциями и нагрузками. Фактически, электроэнергетические компании часто должны учитывать изменения сопротивления линии в результате сезонных колебаний температуры при расчёте допустимой нагрузки системы.
Итог
- Большинство проводящих материалов изменяют удельное сопротивление при изменении температуры проводника. Поэтому значения удельного сопротивления всегда указываются для стандартной температуры (обычно 20°C или 25°C, иногда бывает что и 0°C).
- Коэффициент изменения сопротивления на каждый градус Цельсия изменения температуры называется температурным коэффициентом сопротивления. Этот коэффициент представлен греческой строчной буквой «альфа» (α).
- Положительный коэффициент для материала означает, что его сопротивление увеличивается с повышением температуры. Чистые металлы обычно имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Коэффициенты, приближающиеся к нулю, могут быть получены путем легирования некоторых металлов.
- Отрицательный коэффициент для материала означает, что его сопротивление уменьшается с повышением температуры. Полупроводниковые материалы (углерод, кремний, германий) обычно имеют отрицательные температурные коэффициенты сопротивления.
- Формула, используемая для определения сопротивления проводника при температуре, отличной от указанной в таблице сопротивлений, выглядит следующим образом:
См.также
Внешние ссылки