Электроника:Постоянный ток/Физика проводников и диэлектриков/Температурный коэффициент сопротивления: различия между версиями

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску
Нет описания правки
Нет описания правки
Строка 5: Строка 5:
=Температурный коэффициент сопротивления<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-12/temperature-coefficient-resistance/ www.allaboutcircuits.com - Temperature Coefficient of Resistance]</ref>=
=Температурный коэффициент сопротивления<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-12/temperature-coefficient-resistance/ www.allaboutcircuits.com - Temperature Coefficient of Resistance]</ref>=


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!
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:
Значения [[сопротивления]] для проводов при любой температуре, отличной от стандартной (обычно указываемой на уровне 20 градусов Цельсия) определяются по такой формуле:


[[File:Формула нахождения удельного сопротивления при температуре, отличающейся от 20°C_1_10032021_2059.png|frame|center|Рис. 1. Формула нахождения удельного сопротивления при температуре, отличающейся от 20°C.]]
[[File:Формула нахождения удельного сопротивления при температуре, отличающейся от 20°C_1_10032021_2059.png|frame|center|'''Рис. 1.''' Формула нахождения удельного сопротивления при температуре, отличающейся от 20°C.|alt=Рис. 1. Формула нахождения удельного сопротивления при температуре, отличающейся от 20°C.]]


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:
[[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 [[металл]]ов 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 [[металл]]ов, как чистых, так и [[легированных]]:


{|class="wikitable" style="margin:0 auto"
{|class="wikitable" style="margin:0 auto"
Строка 82: Строка 82:
|}
|}


<nowiki>*</nowiki> = Стальной сплав с содержанием железа 99,5% и углерода 0,5%.
'''<nowiki>*</nowiki>''' = Стальной сплав с содержанием [[железа]] 99,5% и [[углерод]]а 0,5%.


{{ads2}}
{{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:


[[File:Пример схемы, работоспособность которой рассчитаем при разных температурах внешней среды_2_10032021_2100.png|frame|center|Рис. 2. Пример схемы, работоспособность которой рассчитаем при разных температурах внешней среды.]]
[[File:Пример схемы, работоспособность которой рассчитаем при разных температурах внешней среды_2_10032021_2100.png|frame|center|'''Рис. 2.''' Пример схемы, работоспособность которой рассчитаем при разных температурах внешней среды.|alt=Рис. 2. Пример схемы, работоспособность которой рассчитаем при разных температурах внешней среды.]]


Эта схема имеет полное сопротивление проводов (провод 1 + провод 2) в 30 Ом при стандартной температуре. Составив таблицу значений напряжения, тока и сопротивления, получим:
Эта схема имеет полное [[сопротивление]] проводов (провод 1 + провод 2) в 30 Ом при стандартной температуре. Составив таблицу значений напряжения, тока и сопротивления, получим:


[[File:Табличным методом рассчитаем напряжение и силу тока для каждого элемента цепи_3_10032021_2100.png|frame|center|Рис. 3. Табличным методом рассчитаем напряжение и силу тока для каждого элемента цепи.]]
[[File:Табличным методом рассчитаем напряжение и силу тока для каждого элемента цепи_3_10032021_2100.png|frame|center|'''Рис. 3.''' Табличным методом рассчитаем напряжение и силу тока для каждого элемента цепи.|alt=Рис. 3. Табличным методом рассчитаем напряжение и силу тока для каждого элемента цепи.]]


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:
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 [[резистор]]ами). 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:


[[File:Изменение сопротивления для обоих участков провода при повышении температуры от 35°C до 20°C_4_10032021_2100.png|frame|center|Рис. 4. Изменение сопротивления для обоих участков провода при повышении температуры от 35°C до 20°C.]]
[[File:Изменение сопротивления для обоих участков провода при повышении температуры от 35°C до 20°C_4_10032021_2100.png|frame|center|'''Рис. 4.''' Изменение сопротивления для обоих участков провода при повышении температуры от 35°C до 20°C.|alt=Рис. 4. Изменение сопротивления для обоих участков провода при повышении температуры от 35°C до 20°C.]]


Пересчитав значения в таблице нашей схемы, увидим, какие изменения принесёт это повышение температуры:
Пересчитав значения в таблице нашей схемы, увидим, какие изменения принесёт это повышение температуры:


[[File:Изменилась температура – изменилось сопротивление проводов_5_10032021_2101.png|frame|center|Рис. 5. Изменилась температура – изменилось сопротивление проводов. Пересчитаем в таблице значения для напряжения и силы тока всех элементов схемы.]]
[[File:Изменилась температура – изменилось сопротивление проводов_5_10032021_2101.png|frame|center|'''Рис. 5.''' Изменилась температура – изменилось сопротивление проводов. Пересчитаем в таблице значения для напряжения и силы тока всех элементов схемы.|alt=Рис. 5. Изменилась температура – изменилось сопротивление проводов. Пересчитаем в таблице значения для напряжения и силы тока всех элементов схемы.]]


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.
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 [[электростанция]]ми и [[подстанция]]ми, [[подстанция]]ми и [[нагрузка]]ми. Фактически, [[электроэнергетические компании]] часто должны учитывать изменения [[сопротивления]] линии в результате сезонных колебаний [[температуры]] при расчёте допустимой нагрузки системы.


== Итог ==
== 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).
* 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).
* 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.
* Положительный коэффициент для материала означает, что его [[сопротивление]] увеличивается с повышением температуры. Чистые [[металл]]ы обычно имеют положительный [[температурный коэффициент сопротивления]]. Коэффициенты, приближающиеся к нулю, могут быть получены путем [[легирования]] некоторых [[металл]]ов.
* Отрицательный коэффициент для материала означает, что его сопротивление уменьшается с повышением температуры. Полупроводниковые материалы (углерод, кремний, германий) обычно имеют отрицательные температурные коэффициенты сопротивления.
* 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:
* Формула, используемая для определения сопротивления проводника при температуре, отличной от указанной в таблице сопротивлений, выглядит следующим образом:


Строка 124: Строка 124:
{{Навигационная таблица/Электроника}}
{{Навигационная таблица/Электроника}}
{{Навигационная таблица/Телепорт}}
{{Навигационная таблица/Телепорт}}
[[Категория:Теория]]
[[Категория:Теория по электронике]]
[[Категория:Постоянный ток]]
[[Категория:Температурный коэффициент сопротивления]]
[[Категория:Физика проводников и диэлектриков]]

Версия от 13:18, 21 мая 2022

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


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.
Рис. 1. Формула нахождения удельного сопротивления при температуре, отличающейся от 20°C.

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:

Рис. 2. Пример схемы, работоспособность которой рассчитаем при разных температурах внешней среды.
Рис. 2. Пример схемы, работоспособность которой рассчитаем при разных температурах внешней среды.

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.
Рис. 3. Табличным методом рассчитаем напряжение и силу тока для каждого элемента цепи.

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.
Рис. 4. Изменение сопротивления для обоих участков провода при повышении температуры от 35°C до 20°C.

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.
Рис. 5. Изменилась температура – изменилось сопротивление проводов. Пересчитаем в таблице значения для напряжения и силы тока всех элементов схемы.

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

См.также

Внешние ссылки