Коефіцієнт температурного опору (Формула та приклади)
Що таке температурний коефіцієнт опору?
Температурний коефіцієнт опору вимірює зміни електричного опору будь-якої речовини на один градус зміни температури.
Нехай у нас є провідник, який має опір R0 при 0oC і Rt при toC відповідно.
З рівняння залежності опору від температури ми отримуємо
Цей αo називається температурним коефіцієнтом опору цієї речовини при 0oC.
З вищенаведеного рівняння видно, що зміна електричного опору будь-якої речовини через температуру залежить від трьох факторів –
значення опору при початковій температурі,
підвищення температури та
температурний коефіцієнт опору αo.
Цей αo різний для різних матеріалів, тому різні температури різні в різних матеріалах.
Отже, температурний коефіцієнт опору при 0oC будь-якої речовини є оберненим значенням нульової температури опору цієї речовини.
До цього моменту ми обговорили матеріали, опір яких зростає з підвищенням температури. Але існує багато матеріалів, опір яких спадає з підвищенням температури.
Насправді, у металі, коли температура підвищується, хаотичний рух вільних електронів та внутрішньоатомне вібраційне коливання всередині металу збільшуються, що призводить до більшої кількості зіткнень.
Більше зіткнень заважають гладкому потоку електронів через метал, тому опір металу зростає з підвищенням температури. Тому ми вважаємо температурний коефіцієнт опору додатнім для металів.
Але в полупровідниках або інших неметалів, кількість вільних електронів зростає з підвищенням температури.
Оскільки при високій температурі, завдяки достатньому надходженню теплової енергії до кристалу, значна кількість ковалентних зв'язків розривається, і таким чином створюється більше вільних електронів.
Це означає, що при підвищенні температури значна кількість електронів переходить з валентних зон до зон провідності, перетнувши заборонений енергетичний проміжок.
Оскільки кількість вільних електронів зростає, опір цих типів неметалів зменшується з підвищенням температури. Тому температурний коефіцієнт опору є від'ємним для неметалів і полупровідників.
Якщо зміна опору з температурою приблизно не змінюється, ми можемо вважати значення цього коефіцієнта рівним нулю. Сплав константану і манганіну має температурний коефіцієнт опору, який майже дорівнює нулю.
Значення цього коефіцієнта не є сталим; воно залежить від початкової температури, на основі якої базується збільшення опору.
Коли збільшення базується на початковій температурі 0oC, значення цього коефіцієнта становить αo – що нічого іншого, як обернене значення відповідної нульової температури опору речовини.
Але при будь-якій іншій температурі, температурний коефіцієнт електричного опору не такий самий, як цей αo. Насправді, для будь-якого матеріалу, значення цього коефіцієнту максимальне при 0oC температурі.
Скажімо, значення цього коефіцієнту будь-якого матеріалу при будь-якій toC є αt, тоді його значення можна визначити за допомогою наступного рівняння,
Значення цього коефіцієнту при температурі t2oC в термінах того ж при t1oC задається як,
Перегляд поняття температурного коефіцієнту опору
Електричний опір провідників, таких як срібло, мідь, золото, алюміній тощо, залежить від процесу зіткнень електронів всередині матеріалу.
З підвищенням температури цей процес зіткнень електронів стає швидшим, що призводить до збільшення опору з підвищенням температури провідника. Опір провідників загалом зростає з підвищенням температури.
