-->
|
|
|
Ãëàâà 2. Ïîñòîÿííûé ýëåêòðè÷åñêèé òîê § 2.5. Çàâèñèìîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ îò òåìïåðàòóðû
Èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ïðîâîäíèêà âûçûâàåò èçìåíåíèå åãî ñîïðîòèâëåíèÿ. Âîò íåêîòîðûå ïðåäâàðèòåëüíûå ñîîáðàæåíèÿ. Ñ îäíîé ñòîðîíû, ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïðîâîäíèêîâ ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ÷èñëà ñòîëêíîâåíèé óïîðÿäî÷åííî äâèæóùèõñÿ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö ñ ÷àñòèöàìè, ñîñòàâëÿþùèìè ïðîâîäíèê.  ðåçóëüòàòå óìåíüøàåòñÿ ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü íàïðàâëåííîãî äâèæåíèÿ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö, è ñîîòâåòñòâåííî óìåíüøàåòñÿ ñèëà òîêà. Ñëåäîâàòåëüíî, óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû ìîæåò ïðèâåñòè ê óâåëè÷åíèþ ñîïðîòèâëåíèÿ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ìîæåò ïðèâåñòè ê óâåëè÷åíèþ ÷èñëà ñâîáîäíûõ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö ïðîâîäíèêà â åäèíèöå îáúåìà (íàïðèìåð, ÷èñëî èîíîâ ðàñòâîðà ýëåêòðîëèòà ðàñòåò ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû). Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ñïîñîáñòâóåò óâåëè÷åíèþ ñèëû òîêà. Ñëåäîâàòåëüíî, ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ìîæåò ïðèâåñòè è ê óìåíüøåíèþ ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîâîäíèêà.  çàâèñèìîñòè îò ïðåîáëàäàíèÿ òîãî èëè äðóãîãî ôàêòîðà ñ óâåëè÷åíèåì òåìïåðàòóðû ñîïðîòèâëåíèå ïðîâîäíèêà ìîæåò èëè óâåëè÷èâàòüñÿ (ìåòàëëû), èëè óìåíüøàòüñÿ (ðàñòâîðû ýëåêòðîëèòîâ, óãîëü), èëè îñòàâàòüñÿ ïðàêòè÷åñêè íåèçìåííûì (ñïåöèàëüíûå ñïëàâû). Âñå ýòî ïîäòâåðæäàåòñÿ íà îïûòå. Âêëþ÷èì â öåïü ïîñëåäîâàòåëüíî ýëåêòðè÷åñêóþ ëàìïó è æåëåçíóþ ïðîâîëîêó, ñâåðíóòóþ ñïèðàëüþ. Íàãðåâàÿ ñïèðàëü íà ãîðåëêå, ìû óâèäèì, ÷òî ñâå÷åíèå ëàìïû ñòàíîâèòñÿ ìåíåå ÿðêèì. Åñëè â öåïü âìåñòî ëàìïû âêëþ÷èòü àìïåðìåòð, òî îí ïîêàæåò, ÷òî ïðè íàãðåâàíèè æåëåçíîé ñïèðàëè ñèëà òîêà â öåïè óìåíüøàåòñÿ. Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ïðè íàãðåâàíèè ïðîâîëîêè åå ñîïðîòèâëåíèå óâåëè÷èâàåòñÿ. Òî÷íî òàêèì æå îáðàçîì ìîæíî ïðîâåñòè îïûòû ñ äðóãèìè ìåòàëëàìè, ñïëàâàìè ìåòàëëîâ, ðàñòâîðàìè ýëåêòðîëèòîâ. Åñëè ïðè 0 °Ñ ñîïðîòèâëåíèå ïðîâîäíèêà ðàâíî R0, à ïðè òåìïåðàòóðå t îíî ðàâíî R, òî îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ" êàê ïîêàçûâàåò îïûò, ñ áîëüøîé ñòåïåíüþ òî÷íîñòè ìîæíî ñ÷èòàòü ïðîïîðöèîíàëüíûì èçìåíåíèþ òåìïåðàòóðû Δt:
Êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè α íàçûâàþò òåìïåðàòóðíûì êîýôôèöèåíòîì ñîïðîòèâëåíèÿ. Îí õàðàêòåðèçóåò çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ âåùåñòâà îò òåìïåðàòóðû. Òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ñîïðîòèâëåíèÿ ÷èñëåííî ðàâåí îòíîñèòåëüíîìó èçìåíåíèþ ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîâîäíèêà ïðè íàãðåâàíèè íà 1 Ê. Äëÿ âñåõ ìåòàëëè÷åñêèõ ïðîâîäíèêîâ à > 0 è íåçíà÷èòåëüíî ìåíÿåòñÿ ñ èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû. Åñëè èíòåðâàë èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû íåâåëèê, òî òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ìîæíî ñ÷èòàòü ïîñòîÿííûì è ðàâíûì åãî ñðåäíåìó çíà÷åíèþ íà ýòîì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð. Ó ÷èñòûõ (íå èìåþùèõ ïðèìåñåé) ìåòàëëîâ
Ó ðàñòâîðîâ ýëåêòðîëèòîâ à < 0, òàê êàê ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû èõ ñîïðîòèâëåíèå óìåíüøàåòñÿ. Íàïðèìåð, äëÿ 10%-íîãî ðàñòâîðà ïîâàðåííîé ñîëè α = -0,02 Ê-1. Ïðè íàãðåâàíèè ãåîìåòðè÷åñêèå ðàçìåðû ïðîâîäíèêà ìåíÿþòñÿ ìàëî. Ñîïðîòèâëåíèå ïðîâîäíèêà ìåíÿåòñÿ â îñíîâíîì çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ óäåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ. Çàâèñèìîñòü óäåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ îò òåìïåðàòóðû ëåãêî íàéòè, åñëè â ôîðìóëó (2.5.1) ïîäñòàâèòü çíà÷åíèÿ ρ = ρ0(1 + αΔt) (2.5.2) Òàêèì îáðàçîì, óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ëèíåéíî çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû. Íà ðèñóíêå 2.14 ýòà çàâèñèìîñòü èçîáðàæåíà äëÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïðîâîäíèêîâ, à íà ðèñóíêå 2.15 — äëÿ ðàñòâîðîâ ýëåêòðîëèòîâ. Õîòÿ êîýôôèöèåíò α äîâîëüíî ìàë, ó÷åò çàâèñèìîñòè ñîïðîòèâëåíèÿ îò òåìïåðàòóðû ïðè ðàñ÷åòå íàãðåâàòåëüíûõ ïðèáîðîâ ñîâåðøåííî íåîáõîäèì. Òàê, ñîïðîòèâëåíèå âîëüôðàìîâîé íèòè îáûêíîâåííîé ëàìïû íàêàëèâàíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè ïðîõîæäåíèè òîêà ïî íåé áîëåå ÷åì â 10 ðàç! Ó íåêîòîðûõ ñïëàâîâ, íàïðèìåð ó ñïëàâà ìåäè ñ íèêåëåì — êîíñòàíòàíà, òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ñîïðîòèâëåíèÿ î÷åíü ìàë: α ≈ 10-5 Ê-1. Åùå ìåíüøå òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ñîïðîòèâëåíèÿ ó ìàíãàíèíà. Ýòè ñïëàâû îäíîâðåìåííî îáëàäàþò áîëüøèì óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì. Ïîýòîìó îíè èñïîëüçóþòñÿ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ýòàëîííûõ ñîïðîòèâëåíèé, ìàãàçèíîâ ñîïðîòèâëåíèé, ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ øóíòîâ è äîáàâî÷íûõ ñîïðîòèâëåíèé ê èçìåðèòåëüíûì ïðèáîðàì (ñì. § 2.8) è ò. ä., ò. å. â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ñîïðîòèâëåíèå íå äîëæíî èçìåíÿòüñÿ ïðè êîëåáàíèÿõ òåìïåðàòóðû.  òàáëèöå 4 ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðíîãî êîýôôèöèåíòà ñîïðîòèâëåíèÿ äëÿ íåêîòîðûõ ÷èñòûõ âåùåñòâ è ñïëàâîâ.
Çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ ìåòàëëîâ îò òåìïåðàòóðû èñïîëüçóåòñÿ â òåðìîìåòðàõ ñîïðîòèâëåíèÿ. Ñàìûé ïðîñòîé òåðìîìåòð ñîïðîòèâëåíèÿ — ýòî íàìîòàííàÿ íà ñëþäÿíóþ ïëàñòèíêó òîíêàÿ ïëàòèíîâàÿ ïðîâîëîêà (ðèñ. 2.16), çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ êîòîðîé îò òåìïåðàòóðû õîðîøî èçâåñòíà. Òåðìîìåòð ñîïðîòèâëåíèÿ ïðèâîäÿò â òåïëîâîé êîíòàêò ñ òåëîì, òåìïåðàòóðó êîòîðîãî æåëàþò èçìåðèòü (íàïðèìåð, ïîìåùàþò â ïå÷ü), à êîíöû îáìîòêè âêëþ÷àþò â öåïü. Èçìåðÿÿ ñîïðîòèâëåíèå îáìîòêè, ìîæíî îïðåäåëèòü òåìïåðàòóðó. Òàêèå òåðìîìåòðû ïîçâîëÿþò èçìåðÿòü î÷åíü íèçêèå è î÷åíü âûñîêèå òåìïåðàòóðû, êîãäà îáû÷íûå æèäêîñòíûå òåðìîìåòðû íåïðèãîäíû.
Ïëàòèíîâûìè òåðìîìåòðàìè ìîæíî èçìåðÿòü òåìïåðàòóðó îò -200 äî +600 °Ñ ñ ïîãðåøíîñòüþ äî 0,0001 °Ñ.
|
|
|