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

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
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

Температурный коэффициент сопротивления 6 10032021 2101.png

См.также

Внешние ссылки