Конспект по теме "Зависимость сопротивления от температуры"

Предпросмотр материала:

№ 44. Зависимость электрического сопротивления проводника от его геометрических размеров и от температуры.

ВСПОМНИМ: Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника.

Аналогично тому, как трение в механике препятствует движению, сопротивление проводника создает противодействие направленному движению зарядов и определяет превращение электрической энергии во внутреннюю энергию проводника. Причина сопротивления: столкновение свободно движущихся зарядов с ионами кристаллической решетки.

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом]. Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А.

Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала, из которого изготовлен проводник.

S – площадь поперечного сечения проводника
l – длина проводника
ρ – удельное сопротивление проводника.

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения.

Величину ρ, характеризующую зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют удельным сопротивлением проводника. Оно численно равно сопротивлению проводника длиной 1 м и площадью сечения 1 мм², изготовленного из данного вещества. Единица удельного сопротивления в СИ [1 Ом*м = 1 Ом*мм²/м]

Сопротивление проводника зависит и от его состояния, а именно от температуры.

Увеличение сопротивления можно объяснить тем, что при повышении температуры увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решетки, поэтому свободные электроны сталкиваются с ними чаще, теряя при этом направленность движения.

Изменение сопротивления проводника при его нагревании, приходящееся на 1 Ом первоначального сопротивления и на 1⁰ температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления и обозначается буквой α (альфа). Если при температуре t₀ сопротивление проводника равно R₀, а при температуре t равно R, то температурный коэффициент сопротивления:

α=

Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200° С).

Из формулы для температурного коэффициента сопротивления определим R^

R= α+=(α+1)

Зная, как зависит сопротивление металлического проводника от температуры, можно, измерив сопротивление проводника, определить его температуру. Этот факт положен в основу работы так называемых термометров сопротивления. Датчик размещают в среде, температуру которой надо измерить. Сопротивление провода измеряется специальным прибором, и по известному сопротивлению определяют температуру среды. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи. Шкалу данного прибора градуируют в единицах температур.

При нагревании размеры проводника меняются мало, а в основном меняется удельное сопротивление.

Удельное сопротивление проводника зависит от температуры:

где ρ₀ - удельное сопротивление при 0 градусов,

t - температура,

α - температурный коэффициент сопротивления

( т.е. относительное изменение удельного сопротивления проводника при нагревании его на один градус)

Для металлов и сплавов

Обычно для чистых металлов принимается

Таким образом, для металлических проводников с ростом температуры

увеличивается удельное сопротивление, увеличивается сопротивление проводника и уменьшается электрический ток в цепи.

Хотя коэффициент α довольно мал, учет зависимости сопротивления от температуры при расчете нагревательных приборов совершенно необходим. Так, сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания увеличивается при прохождении по ней тока более чем в 10 раз.

У некоторых сплавов, например, у сплава меди с никелем (константан), температурный коэффициент сопротивления очень мал: α ≈ 10^-5 K^-1. Удельное сопротивление константана велико: ρ ≈ 10^-6 Ом∙м. Такие сплавы используют для изготовления эталонных сопротивлений и добавочных сопротивлений к измерительным приборам, т. е. в тех случаях, когда требуется, чтобы сопротивление заметно не менялось при колебаниях температуры.

Вывод. Удельное сопротивление (соответственно и сопротивление) металлов растет линейно с увеличением температуры.

Сверхпроводимость металлов и сплавов. У многих металлов и сплавов при температурах, близких с T=0 К, наблюдается резкое уменьшение удельного сопротивления – это явление называется сверхпроводимостью металлов. Оно было обнаружено голландским физиком Х.Камерлингом – Онессом в 1911 году у ртути (Ткр=4,2К). Разработали квантовую теорию сверхпроводимости Д.Бардин, л.Купер, Д.Шриффер и Н.Н.Боголюбов

Реакция на примеси. Введение примеси в сверхпроводник уменьшает резкость перехода в сверхпроводящее состояние. В нормальных металлах ток исчезает примерно через 10-12 с. В сверхпроводнике ток, может циркулировать годами (теоретически 105 лет!).

Применение сверхпроводимости . 1.Сооружаются мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой, которые создают магнитное поле без затрат электроэнергии на длительном интервале времени, т.к. выделения теплоты не происходит. 2.Сверхпроводящие магниты используются в ускорителях элементарных частиц, магнитогидродинамических генераторах, преобразующих энергию струи раскаленного ионизированного газа, движущегося в магнитном поле, в электрическую энергию. 3.Высокотемпературная сверхпроводимость в недалеком будущем приведет к технической революции в радиоэлектронике, радиотехнике. 4. Если удастся создать сверхпроводники при комнатной температуре, то генераторы и электродвигатели станут исключительно компактны и передавать электроэнергию будет возможно на большие расстояния без потерь.

1. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°С, если сопротивление ее при 0° было 100 Ом. Температурный коэффициент железа 0,0066:

Rt=R0(1+ α(t-t0)=100(1+0.0066*200)=232(Ом)

2. Определить сопротивление медного провода двухпроводной линии передачи при + 20°С и +40 °С, если сечение провода S =

= 120 мм, а длина линии l = 10 км.

Решение

По справочным таблицам находим удельное сопротивление меди при + 20 °С и температурный коэффициент сопротивления :

3. = 0,0175 Ом • мм/м;= 0,004 град.

+Определим сопротивление провода при Т1 = +20 °С по формуле R = , учитывая длину прямого и обратного проводов линии:

4. R1 = 0, 0175 2 = 2,917 Ом.

Сопротивление проводов при температуре + 40°С найдем по формуле (2.1.2)

5. R2 = 2,917= 3,15 Ом.

Задача	Длина линии L, км	Марка провода	Температура провода Т, °С	Сопротивление провода R_Т при температуре Т, Ом
1	5	А-50	-30	1,52
2	5	М-50	+35	2,052
3	?	А-35	+40	1,5
4	4	М-35	+45	?
5	10	А-70	+30	?
6	10	М-70	+35	?
7	15	А-95	+40	?
8	?	М-95	+45	2,5
9	1,5	А-25	+40	?
10	?	М-25	+40	0,6
11	?	М-120	+30	3,1
12	?	А-120	+35	4,0
13	10	М-120	?	1,6
14	15	А-50	+45	?
15	11	М-120	?	1,6
16	5	М-120	?	0,8
17	5	М-120	+45	?
18	?	А-95	+40	1,55
19	5	А-95	?	1,61
20	5	А-95	+45	?
21	10	М-70	?	2,75
22	6	М-70	?	1,62
23	?	М-70	+40	2,6
24	8	А-50	+35	?
25	0,5	А-16	-20	?
26	2	А-25	-10	?
27	10	М-120	-20	?
28	?	М-120	-20	2,9
29	?	А-120	-30	1,0
30	8	А-70	-30	?

Конспект по теме "Зависимость сопротивления от температуры"

Физика

10 класс

Конспекты

DOCX

14.02.2022

12035

145

Физика

10 класс

Конспекты

Файл будет скачан в формате:

DOCX

Автор материала

Немкова Надежда Вячеславовна

учитель физики, математики

На сайте: 9 лет
Всего просмотров: 603899
Подписчики: 1
Всего материалов: 753

603899
просмотров
753
материалов
1
подписчиков

Настоящий материал опубликован пользователем Немкова Надежда Вячеславовна.
Инфоурок является информационным посредником. Всю ответственность за опубликованные материалы несут пользователи, загрузившие материал на сайт. Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете на материал.