Coeficient de resistència a la temperatura

La resistència elèctrica d'un conductor sol depèn del material del conductor, de la seva longitud i secció o, més breument, de la resistència i de les dimensions geomètriques del conductor. Aquesta dependència és ben coneguda i s'expressa amb la fórmula:

Conegut per tothom i Llei d'Ohm per a una secció homogènia d'un circuit elèctric, de la qual es pot veure que com més gran és la resistència, menor és el corrent. Així, si la resistència del cable és constant, a mesura que augmenta la tensió aplicada, el corrent hauria d'augmentar linealment. Però en realitat aquest no és el cas. La resistència dels cables no és constant.

No cal anar lluny per buscar exemples. Si connecteu una bombeta a una font d'alimentació ajustable (amb un voltímetre i un amperímetre) i augmenteu gradualment la tensió d'aquesta, portant-la al valor nominal, veureu fàcilment que el corrent no creix linealment: la tensió s'aproxima al valor nominal de la làmpada, el corrent a través de la seva bobina creix cada cop més lentament i la llum es torna cada cop més brillant.

No hi ha tal cosa com duplicar la tensió aplicada a la bobina duplicarà el corrent. La llei d'Ohm sembla que no es compleix. De fet, es compleix la llei d'Ohm i exactament la resistència del filament de la làmpada no és constant, depèn de la temperatura.

Recordem quina és la raó de l'alta conductivitat elèctrica dels metalls. S'associa amb la presència en els metalls d'un gran nombre de portadors de càrrega —components actuals— electrons de conducció… Són electrons formats pels electrons de valència dels àtoms metàl·lics, que són comuns a tot el conductor, no pertanyen a cada àtom individual.

Sota l'acció d'un camp elèctric aplicat al conductor, els electrons de conducció lliure passen d'un moviment caòtic a un moviment més o menys ordenat: es forma un corrent elèctric. Però els electrons troben obstacles en el seu camí, deshomogeneïtats de la xarxa iònica, com ara defectes de la xarxa, una estructura no homogènia causada per les seves vibracions tèrmiques.

Els electrons interaccionen amb els ions, perden impuls, la seva energia es transfereix als ions de gelosia, es transforma en vibracions d'ions de gelosia i augmenta el caos del moviment tèrmic dels propis electrons, a partir del qual el conductor s'escalfa quan el corrent passa per ell.

En dielèctrics, semiconductors, electròlits, gasos, líquids no polars, el motiu de la resistència pot ser diferent, però la llei d'Ohm, òbviament, no es manté permanentment lineal.

Així, per als metalls, un augment de la temperatura comporta un augment encara més gran de les vibracions tèrmiques de la xarxa cristal·lina i augmenta la resistència al moviment dels electrons de conducció.Això es pot veure a partir de l'experiment amb la làmpada: la brillantor de la resplendor augmenta, però el corrent augmenta menys. Això vol dir que el canvi de temperatura va afectar la resistència del filament de la làmpada.

Com a resultat, queda clar que la resistència filferros metàl·lics depèn gairebé linealment de la temperatura. I si tenim en compte que quan s'escalfa, les dimensions geomètriques del cable canvien lleugerament, llavors la resistència elèctrica també depèn gairebé linealment de la temperatura. Aquestes dependències es poden expressar amb les fórmules:

Fixem-nos en les probabilitats. Suposem que a 0 °C la resistència del conductor és R0, aleshores a una temperatura t °C prendrà el valor R (t), i el canvi relatiu de la resistència serà igual a α * t ° C. Aquest factor de proporcionalitat α s'anomena coeficient de temperatura de resistència... Caracteritza la dependència de la resistència elèctrica de la substància de la seva temperatura actual.

Aquest coeficient és numèricament igual al canvi relatiu de la resistència elèctrica d'un conductor quan la seva temperatura canvia en 1 K (un grau Kelvin, que equival a un canvi d'un grau Celsius de temperatura).

Per als metalls, el TCR (coeficient de temperatura de resistència α), encara que relativament petit, és sempre superior a zero, perquè quan passa el corrent, els electrons xoquen més sovint amb ions de la xarxa cristal·lina, com més alta és la temperatura, t .is. com més gran és el seu moviment caòtic tèrmic i més gran és la seva velocitat.En xocar en moviment caòtic amb ions de gelosia, els electrons del metall perden energia, cosa que veiem com a resultat: la resistència augmenta a mesura que el cable s'escalfa. Aquest fenomen s'utilitza tècnicament en termòmetres de resistència.

Així, el coeficient de temperatura de resistència α caracteritza la dependència de la resistència elèctrica de la substància de la temperatura i es mesura en 1 / K — kelvin a la potència de -1. El valor de signe oposat s'anomena coeficient de conductivitat de temperatura.

Pel que fa als semiconductors purs, el TCS és negatiu per a ells, és a dir, la resistència disminueix amb l'augment de la temperatura, això es deu al fet que a mesura que augmenta la temperatura, més i més electrons passen a la zona de conducció, mentre que la concentració de forats també augmenta. . El mateix mecanisme és característic dels dielèctrics líquids no polars i sòlids.

Els líquids polars disminueixen bruscament la seva resistència amb l'augment de la temperatura a causa d'una disminució de la viscositat i un augment de la dissociació. Aquesta propietat s'utilitza per protegir els tubs electrònics dels efectes destructius dels alts corrents d'entrada.

Per als aliatges, els semiconductors dopats, els gasos i els electròlits, la dependència tèrmica de la resistència és més complexa que per als metalls purs. S'utilitzen aliatges amb TCS molt baix, com ara manganina i constantan instruments elèctrics de mesura.