Залежність опору від температури

Одна з характеристик будь-якого проводить електричний струм матеріалу - це залежність опору від температури. Якщо її зобразити у вигляді графіка на координатної площині, де по горизонтальній осі відзначаються проміжки часу (t), а по вертикальній - значення омічного опору (R), то вийде ламана лінія. Залежність опору від температури схематично складається з трьох ділянок. Перший відповідає невеликому нагріванню - в цьому час опір змінюється дуже незначно. Так відбувається до певного моменту, після якого лінія на графіку різко йде вгору - це другий ділянку. Третя, остання складова - це пряма, що йде вгору від точки, на якій зупинився ріст R, під відносно невеликим кутом до горизонтальної осі.

Фізичний зміст даного графіка наступний: залежність опору від температури у провідника описується простим лінійним рівнянням до тих пір, поки величина нагрівання не перевищить якесь значення, характерне саме для даного матеріалу. Наведемо абстрактний приклад: якщо при температурі + 10 ° C опір речовини становить 10 Ом, то до 40 ° C значення R практично не зміниться, залишаючись в межах похибки вимірювань. Але вже при 41 ° C виникне стрибок опору до 70 Ом. Якщо ж подальше зростання температури не припиниться, то на кожний наступний градус припадуть додаткові 5 Ом.

Дана властивість широко використовується в різних електротехнічних пристроях, тому закономірно привести дані по міді як одного з найпоширеніших матеріалів у електричних машинах. Так, для мідного провідника нагрів на кожен додатковий градус призводить до зростання опору на піввідсотка від питомої значення (можна знайти в довідкових таблицях, наводиться для 20 ° C, 1 м довжини перетином 1 кв.мм).

При виникненні в металевому провіднику електрорушійної сили ЕРС з`являється електричний струм - спрямоване переміщення елементарних частинок, що володіють зарядом. Іони, що знаходяться у вузлах кристалічної решітки металу, не в змозі довго утримувати електрони на своїх зовнішніх орбітах, тому вони вільно переміщаються по всьому об`єму матеріалу від одного вузла до іншого. Це хаотичний рух обумовлено зовнішньої енергією - теплом.

Хоча факт переміщення в наявності, воно не є спрямованим, тому не розглядається в якості струму. При появі електричного поля електрони орієнтуються відповідно до його конфігурацією, формуючи спрямований рух. Але так як тепловий вплив нікуди не зникло, то хаотично переміщаються частинки стикаються з направленими полем. Залежність опору металів від температури показує величину перешкод проходженню струму. Чим більше температура, тим вище R провідника.

Очевидний висновок: знижуючи ступінь нагрівання, можна зменшити і опір. Явище надпровідності (близько 20 ° K) якраз і характеризується істотним зниженням теплового хаотичного руху частинок в структурі речовини.

Аналізованих властивість провідних матеріалів знайшло широке застосування в електротехніці. Наприклад, залежність опору провідника від температури використовується в електронних датчиках. Знаючи її значення для будь-якого матеріалу, можна виготовити терморезистор, підключити його до цифрового або аналогового зчитувального пристрою, виконати відповідну градуювання шкали і використовувати в якості альтернативи ртутним термометрам. В основі більшості сучасних термодатчиков закладений саме такий принцип, адже надійність вище, а конструкція простіше.

Крім того, залежність опору від температури дає можливість розраховувати нагрів обмоток електродвигунів.