温度による抵抗値の変化

銀、銅、アルミニウムなどの金属は自由電子が豊富に存在するため、これらの材料は電流を容易に導くことができ、つまり抵抗が最も少ないです。しかし、比抵抗は温度によって大きく変動します。通常、金属は温度が上昇するとより多くの電気抵抗を示します。一方、非金属の物質は温度が上昇すると通常、抵抗が減少します。

純粋な金属の一部を取り、氷を使ってその温度を0oCにし、その後徐々に温度を0oCから100oCまで加熱します。

温度が上昇するにつれて定期的にその抵抗を測定すると、金属片の電気抵抗が温度とともに徐々に増加していることがわかります。もし、温度に対する抵抗の変化、すなわち抵抗対温度グラフを作成すると、下図のように直線が得られます。この直線を抵抗軸の後ろに延長すると、温度軸のある温度-t0oCで切断されます。グラフから明らかなように、この温度では金属の電気抵抗はゼロになります。この温度は推定零抵抗温度と呼ばれています。
実際には、どの物質でも完全なゼロ抵抗は不可能です。実際、温度に対する抵抗の変化率はすべての温度範囲で一定ではありません。実際のグラフも下図に示されています。
R1とR2が測定された抵抗であり、それぞれt1oCおよびt2oCでのものです。以下の方程式を書くことができます。

上記の方程式を使用して、異なる温度での任意の材料の抵抗を計算することができます。たとえば、ある金属のt1oCでの抵抗を測定し、これがR1であるとします。
特定の金属の推定零抵抗温度、すなわちt0を知っている場合、上記の方程式を使用して、任意の温度t2oCでの未知の抵抗R2を簡単に計算することができます。

温度に対する抵抗の変化は、電気機器の温度変動を決定するためにしばしば使用されます。たとえば、トランスフォーマーの油温・巻線温度上昇試験において、巻線温度上昇を決定するために上記の方程式が適用されます。トランスフォーマーの内部にある巻線に直接アクセスして温度を測定することは不可能ですが、幸いにも我々は手元に温度に対する抵抗の変化グラフがあります。トランスフォーマーの試運転の開始時と終了時に巻線の電気抵抗を測定することで、試運転中のトランスフォーマー巻線の温度上昇を簡単に決定することができます。

20oCは抵抗を表記する標準参照温度として採用されています。つまり、ある物質の抵抗が20Ωであると言った場合、これは20oCでの測定値であることを意味します。

出典: Electrical4u

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