Электроника:Постоянный ток/Физика проводников и диэлектриков/Температурный коэффициент сопротивления: различия между версиями
Myagkij (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
Нет описания правки |
||
Строка 116: | Строка 116: | ||
=См.также= | =См.также= | ||
=Внешние ссылки= | =Внешние ссылки= | ||
Строка 122: | Строка 122: | ||
<references /> | <references /> | ||
{{Навигационная таблица/Электроника}} | {{Навигационная таблица/Портал/Электроника}} | ||
[[Категория:Теория]] | [[Категория:Теория]] | ||
[[Категория:Теория по электронике]] | [[Категория:Теория по электронике]] |
Текущая версия от 21:49, 22 мая 2023
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:
![Рис. 1. Формула нахождения удельного сопротивления при температуре, отличающейся от 20°C.](/ruwiki/images/c/c5/%D0%A4%D0%BE%D1%80%D0%BC%D1%83%D0%BB%D0%B0_%D0%BD%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%B6%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D1%83%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%BF%D1%80%D0%B8_%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B5%2C_%D0%BE%D1%82%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B0%D1%8E%D1%89%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%8F_%D0%BE%D1%82_20%C2%B0C_1_10032021_2059.png)
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:
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:
![Рис. 2. Пример схемы, работоспособность которой рассчитаем при разных температурах внешней среды.](/ruwiki/images/a/a0/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D1%80_%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D1%8B%2C_%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%BA%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B9_%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%81%D1%87%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%B5%D0%BC_%D0%BF%D1%80%D0%B8_%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D1%85_%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0%D1%85_%D0%B2%D0%BD%D0%B5%D1%88%D0%BD%D0%B5%D0%B9_%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%8B_2_10032021_2100.png)
Эта схема имеет полное сопротивление проводов (провод 1 + провод 2) в 30 Ом при стандартной температуре. Составив таблицу значений напряжения, тока и сопротивления, получим:
![Рис. 3. Табличным методом рассчитаем напряжение и силу тока для каждого элемента цепи.](/ruwiki/images/b/bc/%D0%A2%D0%B0%D0%B1%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%BC_%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D0%BC_%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%81%D1%87%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%B5%D0%BC_%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%B8_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%83_%D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%B0_%D0%B4%D0%BB%D1%8F_%D0%BA%D0%B0%D0%B6%D0%B4%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B0_%D1%86%D0%B5%D0%BF%D0%B8_3_10032021_2100.png)
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:
![Рис. 4. Изменение сопротивления для обоих участков провода при повышении температуры от 35°C до 20°C.](/ruwiki/images/e/e0/%D0%98%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%B4%D0%BB%D1%8F_%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B8%D1%85_%D1%83%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BA%D0%BE%D0%B2_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B0_%D0%BF%D1%80%D0%B8_%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D1%88%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B8_%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B_%D0%BE%D1%82_35%C2%B0C_%D0%B4%D0%BE_20%C2%B0C_4_10032021_2100.png)
Пересчитав значения в таблице нашей схемы, увидим, какие изменения принесёт это повышение температуры:
![Рис. 5. Изменилась температура – изменилось сопротивление проводов. Пересчитаем в таблице значения для напряжения и силы тока всех элементов схемы.](/ruwiki/images/b/b3/%D0%98%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%8C_%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%E2%80%93_%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%BB%D0%BE%D1%81%D1%8C_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D0%B2_5_10032021_2101.png)
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:
![](/ruwiki/images/6/64/%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_6_10032021_2101.png)
См.также
Внешние ссылки
- Электроника
- Перевод:valemak
- Перевод от valemak
- Перевёл valemak
- Проверка:myagkij
- Оформление:myagkij
- Редактирование:myagkij
- Страницы, где используется шаблон "Навигационная таблица/Телепорт"
- Страницы с телепортом
- Теория
- Теория по электронике
- Постоянный ток
- Температурный коэффициент сопротивления
- Физика проводников и диэлектриков