Współczynnik temperaturowy oporu (Wzór i przykłady)
Co to jest współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego?
Współczynnik temperaturowy oporu mierzy zmiany oporu elektrycznego jakiegokolwiek materiału na stopień zmiany temperatury.
Weźmy przewodnik o oporze R0 przy 0oC i Rt przy toC, odpowiednio.
Z równania zmiany oporu w zależności od temperatury, otrzymujemy
Ten αo nazywany jest współczynnikiem temperaturowym oporu tego materiału przy 0oC.
Z powyższego równania wynika, że zmiana oporu elektrycznego dowolnego materiału z powodu temperatury zależy głównie od trzech czynników –
wartości oporu przy temperaturze początkowej,
wzrostu temperatury oraz
współczynnika temperaturowego oporu αo.
Ten αo różni się dla różnych materiałów, więc różne temperatury są różne w różnych materiałach.
Więc współczynnik temperaturowy oporu przy 0oC każdego materiału to odwrotność temperatury, przy której opór tego materiału wynosi zero.
Dotychczas omówiliśmy materiały, których opór rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Istnieją jednak wiele materiałów, których opór elektryczny maleje wraz ze spadkiem temperatury.
Faktycznie, w metalu, jeśli temperatura wzrasta, losowe ruchy swobodnych elektronów i drgania międzycząsteczkowe w metalu zwiększają się, co prowadzi do większej liczby zderzeń.
Większa liczba zderzeń hamuje płynny przepływ elektronów przez metal, dlatego opór metali wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Dlatego uznajemy współczynnik temperaturowy oporu za dodatni dla metali.
Ale w półprzewodnikach lub innych niemetali, liczba swobodnych elektronów zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury.
Ponieważ przy wyższej temperaturze, dzięki dostarczeniu wystarczającej ilości ciepła do kryształu, znaczna liczba wiązań koordynacyjnych zostaje zerwana, a stąd powstaje więcej swobodnych elektronów.
Oznacza to, że jeśli temperatura wzrasta, znaczna liczba elektronów przechodzi z pasma walencyjnego do pasma przewodzenia, przekraczając zabronioną lukę energetyczną.
Gdy liczba swobodnych elektronów zwiększa się, opór tego typu niemetalicznych substancji maleje wraz ze wzrostem temperatury. Dlatego współczynnik temperaturowy oporu jest ujemny dla niemetalicznych substancji i półprzewodników.
Jeśli nie ma prawie żadnej zmiany oporu wraz z temperaturą, możemy uznać wartość tego współczynnika za zero. Stop manganinu i konstantanu ma współczynnik temperaturowy oporu bliski zera.
Wartość tego współczynnika nie jest stała, zależy ona od temperatury początkowej, na której opiera się przyrost oporu.
Gdy przyrost oporu opiera się na temperaturze początkowej 0oC, wartość tego współczynnika to αo, co jest niczym innym jak odwrotnością temperatury, przy której opór tej substancji wynosi zero.
Ale przy innej temperaturze, współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego nie jest taki sam jak ten αo. Faktycznie, dla każdego materiału, wartość tego współczynnika jest maksymalna przy temperaturze 0oC.
Mówiąc o wartości tego współczynnika dowolnego materiału przy dowolnej toC, która to jest αt, jej wartość można określić za pomocą następującego równania,
Wartość tego współczynnika przy temperaturze t2oC w terminach tego samego przy t1oC jest podana jako,
Przegląd pojęcia współczynnika temperaturowego oporu
Opór elektryczny przewodników takich jak srebro, miedź, złoto, aluminium itp., zależy od procesu zderzeń elektronów w materiale.
Gdy temperatura wzrasta, ten proces zderzeń elektronów staje się szybszy, co prowadzi do zwiększenia oporu wraz ze wzrostem temperatury przewodnika. Opór przewodników zwykle rośnie wraz ze wzrostem temperatury.
Jeśli przewodnik ma opór R1 przy t1oC, a temperatura wzrasta, jego opór staje się R
