Зависимость сопротивления металлов и полупроводников от температуры
При изменении температуры изменяется проводимость чистых металлов, сплавов и полупроводников.
Экспериментально установлено, что при повышении температуры сопротивление металлов увеличивается. При не слишком низких температурах сопротивление металлов растет пропорционально абсолютной температуре Т:
где – сопротивление при температуре , — постоянный коэффициент, приблизительно равный 1/273 К -1 .
Соотношение (1) можно представить в виде
где – температура в o С, т.е. температурная зависимость сопротивления металлов линейна (рис.2).
Причинами электрического сопротивления в металлах являются посторонние примеси и физические дефекты кристаллической решетки металла, а также тепловое движение атомов металла, амплитуда колебаний которых зависит от температуры. Подвижность свободных носителей заряда (электронов) уменьшается при повышении температуры из-за возрастания числа столкновений с атомами кристаллической решетки металла, что приводит к росту сопротивления.
У полупроводников с ростом температуры подвижности носителей заряда (электронов и дырок) тоже падают, но это не играет заметной роли, т.к. рост концентрации является преобладающим. В результате сопротивление полупроводников с увеличением температуры Т практически уменьшается по экспоненциальному закону (рис.2):
где R0 , b – константы, зависящие от природы полупроводника, e – основание натуральных логарифмов.
На рис.2 приведена зависимость электрического сопротивления полупроводников от температуры, эта зависимость носит резко выраженный характер.
1)Как и почему изменяется электрическое сопротивление металлов при увеличении температуры?
1)Как и почему изменяется электрическое сопротивление металлов при увеличении температуры?
2)В результате какого процесса в основном возникают свободные заряженные частицы при развитии грозового электрического разряда — молний?
1. При увеличении температуры Сопротивление увеличивается
Почему При повышении температуры увеличивается скорость Хаотического движения электронов, тем самым скорость упорядоченного движения уменьшается , а сопротивление увеличивается.
2 . В результате Ионизации.
Из заряженного металлического сосуда на землю падают капли воды?
Из заряженного металлического сосуда на землю падают капли воды.
Возникает ли при этом электрический ток?
Как определяется работа силы, действующей на заряженую частицу в электрическом поле?
Как определяется работа силы, действующей на заряженую частицу в электрическом поле?
Какие частицы являются носителями электрического тока металлах?
Какие частицы являются носителями электрического тока металлах.
Каким свойством обладают монокристаллы?
Каким свойством обладают монокристаллы?
Какие электроны называют » свободными»?
С перемещением каких частиц связано протикание электрического тока в металлах?
Магнитное электрическое поля одновременно можно обнаружить : А?
Магнитное электрическое поля одновременно можно обнаружить : А.
Возле неподвижной заряженной частицы Б.
Только вблизи движущейся заряженной частицы В.
Только вблизи потока заряженных частиц Г.
Возле неподвижной заряженной частицы и потока заряженных частиц.
Что представляет собой электрический ток?
Что представляет собой электрический ток?
А) движение по проводнику заряженных частиц б) упорядоченное движение частиц тела в) упорядоченное (однонаправленное) движение заряженных частиц.
Элементарная частица носящая наименьший электрический разряд?
Элементарная частица носящая наименьший электрический разряд?
1. частицы участвующие в создании электрического тока в металлах, — это : а)протоны б)нейтроны в)свободные электроны г)положительные и отрицательные ионны 2?
1. частицы участвующие в создании электрического тока в металлах, — это : а)протоны б)нейтроны в)свободные электроны г)положительные и отрицательные ионны 2.
В источниках тока происходит : а)разделение положительно и отрицательно заряженных частиц б)возникновение положительно и отрицательно заряженных частиц в)возникновение электрического тока г)разделение свободных електронов.
ПОМОГИТЕ?
Нижняя часть грозового облака имела отрицательный заряд.
Между облаками и Землей произошел разряд молнии.
Удар молнии длился 50 мкс, сила тока была равна 20 кА.
Какой электрический заряд получила земля в результате этого удара молнии?
Ребят помогите?
Нижняя часть грозового облака имела отрицательный электрический заряд.
Между облаками и Землёй произошёл разряд молнии.
Удар молнии длился 50мкс, сила тока была равна 20кА.
Какой электрический заряд получила Земля в результате этого удара молнии?
Ответ я знаю ( — 1 Кл), но мне нужно полное решение, со всеми формулами.
Заранее огромное спасибо!
На этой странице находится вопрос 1)Как и почему изменяется электрическое сопротивление металлов при увеличении температуры?. Здесь же – ответы на него, и похожие вопросы в категории Физика, которые можно найти с помощью простой в использовании поисковой системы. Уровень сложности вопроса соответствует уровню подготовки учащихся 10 — 11 классов. В комментариях, оставленных ниже, ознакомьтесь с вариантами ответов посетителей страницы. С ними можно обсудить тему вопроса в режиме on-line. Если ни один из предложенных ответов не устраивает, сформулируйте новый вопрос в поисковой строке, расположенной вверху, и нажмите кнопку.
Q1 = cmΔt Q2 = λm Q1 = 920 * 10 * (660 — 100) = 5 152 000 Дж Q2 = 3. 9 * 100000 * 10 = 3 900 000 Дж Q = Q1 + Q2 = 9 052 000 Дж Ответ : 1) 3. 9 МДж ; 2) 9052 кДж.
Название какой из этих стран содержит информацию о её географическом положении : 1) Аргентина 2)Венесуела 3)Колумбия 4)Панама 5)Эквадор Ответ : Эквадор.
В си переводим массу и расстояние получаем масса 1 и 2 вагонов равна 8 * 10 ^ 4 , расстояние 2 * 10 ^ 4. Затем по закону всемирного тяготения находим, что F = G * m * m / R ^ 2 ; подставляет : 6, 67 * 10 ^ — 11 * 8 * 10 ^ 4 * 8 * 10 ^ 4 / 4 * 10 ^ 6..
Воооооооот. Держи. Обращайся ещё.
Когда переходишь дорогу.
При нагреве вещества атомы начинают двигаться хаотично Броуновское движение.
Больше внутреннюю энергию имеет вода при 0С чем лед при 0C так как при плавлении льда он поглощает тепло Q = л * m.
E = A + Ek Ek = E — A = 6, 2 — 2, 5 = 3, 7 эВ.
Дано : Решение : Q = mL m = 0. 005 кг. Q = 0. 005 x 2300000 = 11500 Дж t = 100 °C L = 2300000 Дж / кг Найти : Q — ? Ответ : 11. 5 кДж.
V = abc = (4. 5 * 3. 5 * 2. 5) * 1 000 000 = 39375000 см3 Погрешность измерений равна половине цены деления, то есть 5 / 2 = 2. 5 см, тогда Погрешность в измерении высоты равна (450 / 5) * 2. 5 = 225см.
Зависимость электрического сопротивления от температуры
При проектировании электрических схем, инженеры сталкиваются с тем, что проводники обладают определенным сопротивлением, на которое оказывают влияния температурные колебания. Статья даст подробное описание, что такое зависимость сопротивления от температуры и как температура влияет на проводимость различных веществ — металлов, газов и жидкостей. Дополнительно будет приведена формула расчета такой зависимости.
Сопротивление
Сопротивлением называется способность проводника пропускать через себя электрический ток. Единицей измерения данной физической величины является Ом. На принципиальных схемах эта величина обозначается буквой «R». На величину сопротивления любого проводника электрическому току влияет его структура. Двигаясь внутри структуры, свободные электроны сталкиваются с атомами и электронами, которые замедляют их движение. Чем их концентрация больше, тем выше будет само электрическое сопротивление.
О способности проводников проводит электрический ток судят по величине его удельного сопротивления. Удельное сопротивление проводника — это сопротивление протеканию тока через проводник из любого вещества с площадью поперечного сечения 1 м² и длиной один метр. Обозначается в физике данная величина буквой «ρ». Данный параметр является табличной величиной и измеряется в системе СИ как Ом×м (может также измеряться в Ом×см и Ом×мм²/м).
Коэффициент сопротивления
Во время работы электрических цепей прослеживается прямая зависимость сопротивления металлов от температуры. Это явление называют коэффициентом температурного сопротивления. Оно определяет соотношение сопротивления к температурным изменениям. Объясняется это явление следующим образом: с повышением температуры структура проводника получает долю тепловой энергии, вследствие чего эта энергия увеличивает скорость движения атомов. В результате повышается вероятность их столкновения со свободными электронами. Чем чаще происходят эти столкновения, тем ниже будет проводимость.
Можно провести простой опыт: в электрическую схему из аккумулятора и омметра подключим кусок медной проволоки. При таком подключении схема будет иметь строго определенное значение сопротивления. Далее надо будет нагреть медную проволоку. В момент нагрева можно заметить, что сопротивление всей схемы растет, а после остывания проводника оно наоборот уменьшается. На основании такого опыта довольно просто прослеживается температурная зависимость сопротивления проводника.
Температурный коэффициент отображает увеличение сопротивления при изменении температуры вещества на 1 градус. Для максимально чистого металла это значение равняется 0.004 °С -1 . То есть, при увеличении температуры на 10 градусов, электрическая проводимость в металлах изменится на 4 % в большую сторону. Данная величина обозначается буквой «α». При расчете сопротивления через удельное сопротивление используется такая формула:
В данной зависимости:
- «R» — сопротивление, Ом;
- «l» — длина проводника, м;
- «s» — поперечное сечение проводника, м²;
- «ρ» — значение удельного сопротивления, Ом×м.
Зависимость проводимости металлического проводника от температуры можно проследить с помощью таких выражений:
Для металлов все предельно просто — изменение температуры приводит к увеличению его сопротивления. Ниже будет дано описание этой зависимости для газов, которые по своей природе являются диэлектриками.
Для закрепления материала, решим следующую задачу:
Имеется стальной проводник, диаметр которого равен один миллиметр, а длина его составляет 100 метров. Определите сопротивление такого проводника из стали, если величина удельного сопротивления стального проводника составляет 12×10 -8 Ом×м.
Определяем сопротивление проводника по формуле:
где S является площадью поперечного сечения. Определить площадь можно с помощью формулы:
S= π×r 2 = π×d 2 /2 2 =3.14×(1×10 -3 ) 2 /4=3.14×10 -6 /4=0.785×10 -6 м 2
После этого можно определить сопротивление:
R=12×10 -8 ×100/(0.785×10 -6 )=15.287 Ом
Газы не являются проводниками, но их проводимость так же зависит от температуры. Происходит это за счет так называемого эффекта ионизации. Ионизация в газах происходит за счет насыщения их жидкостью или иными веществами, которые способны проводить электрический ток. Проследить то, как увеличивается сопротивление при повышении температуры газа можно на таком опыте.
К схеме с амперметром и аккумулятором добавим 2 металлические пластины, которые не соприкасаются друг с другом. Такая электрическая цепь является разомкнутой. Между пластинами поместим зажженную горелку. При нагреве происходит смещение стрелки амперметра в сторону увеличения. То есть такую цепь можно считать замкнутой. На основании этого можно сделать вывод, что с ростом температуры воздух ионизируется, происходит снижение его сопротивления и увеличение проводимости заряженных электронов. Данный эффект называют пробоем изоляционного слоя газа, зависящий от степени их ионизации и величины протекающего напряжения. Подобное явление знакомо каждому из нас — это грозовой разряд.
Жидкости
В жидкостях прослеживается обратная зависимость. С увеличением температуры, сопротивление жидкого проводника уменьшается. Для электролита свойственно правило отрицательного значения температурного коэффициента — а˂0. Удельное сопротивление электролита рассчитывается следующим образом:
При этом увеличившееся значение температуры электролита сопровождается уменьшением сопротивления и ростом его проводимости.
Сверхпроводимость
Снижение температуры металлических проводников сильно увеличивает их проводимость. Это связано с тем, что в структуре вещества замедляется движение атомов и электронов, благодаря чему снижается вероятность их столкновения со свободными электронами. При температуре абсолютного 0 (–273 градуса Цельсия) возникает явление падения до нуля сопротивления проводника. Зависимость сопротивления проводника от температуры при абсолютном 0 — сверхпроводимость.
Температура, при которой обычный проводник становится сверхпроводником, называется критической. Она будет разной для различных чистых металлов и сплавов. Все будет зависеть от их структуры, химического состава и структуры кристаллов. Например, серое олово с алмазной структурой является полупроводником. Но белое олово при своей тетрагональной кристаллической ячейке, мягкости и плавкости, переходит в состояние сверхпроводника при температуре 3.70 К. Также при критической температуре прослеживается целый ряд других способностей:
- Повышение частоты переменного тока вызывает рост сопротивления, значение гармоник с периодом световой волны.
- Способность удерживать величину силы тока ранее приложенного, а затем отключенного источника.
Металл или сплав может перейти в состояние сверхпроводника и при нагревании. Такое явление называют высокотемпературной проводимостью. Ответ на вопрос, почему от высокой температуры сопротивление металлов снижается, может довольно просто объяснить их кристаллическая структура. В момент нагрева до критических значений, электроны перестают хаотично перемещаться внутри структуры вещества. Они выстраиваются в цепочку. Такое построение не мешает движению свободных электронов, а значит падает общее сопротивление. Переход в состояние высокотемпературной проводимости начинается с порога 1000К и этот показатель выше, чем точка кипения азота.
Применение
Свойство проводников изменять сопротивление при определённой температуре используют для создания различных элементов электрических схем и измерительных приборов. О них будет рассказано далее в данной статье.
Резистор
Сопротивление устройств старого типа сильно зависело от их нагрева. При нагревании проводимость резистора пропорционально изменялась в меньшую сторону. Для электрических цепей требуется идеальный резистор, который обладает наивысшим коэффициентом проводимости. Для снижения нагрева при производстве данных устройств теперь используется материал, имеющий малую зависимость сопротивления от температуры нагрева. Это позволило применять резисторы с малым сопротивлением для цепей с большим напряжением.
Терморезистор
Существует отдельная группа резисторов, которые применяют для измерения температуры. Особенностью такого устройства является то, что он может снижать свою проводимость при нагреве. При этом он отключает цепь при достижении определенного порогового значения.
Термометр сопротивления
Это прибор был разработан для измерения температуры среды. Он состоит из тонкой платиновой проволоки, защитного чехла и корпуса. Прибор имеет стабильную реакцию на перепады температуры. Измеряемой величиной в данном устройстве служит сопротивление этой проволоки из платины. Чем выше будет температура, тем сопротивление соответственно будет больше. Понижение сопротивления так же фиксируется, так как в этот момент меняются проводимость и сопротивление. Для измерения температуры термометром сопротивления, в настоящее время применяются проволочные индикаторы из разнообразных металлов. В зависимости от свойств используемого металла, погрешность устройства может составлять не более 0.1 %. Благодаря этому достигается очень высокая точность измерения температуры.
Самый известный нам газовый проводник — это люминесцентная лампа. Газ нагревается за счет увеличения напряжения между анодом и катодом лампы.
Известным жидкостным проводником является щелочной аккумулятор. При понижении температуры нарушается структура жидкости и изменяется ее сопротивление.
Нагрев провоцирует движение атомов и электронов, увеличивая сопротивление и зарядный ток устройства.
Заключение
В данной статье мы рассмотрели, как зависит сопротивление от температуры. Металлы, газы и жидкости имеют свойства изменять свою проводимость и сопротивление при температурных перепадах. Это свойство изменения электрического сопротивления используются для измерения температуры среды. Наибольшая точность измерений температуры в настоящее время достигается за счет применения современных материалов, даже в бытовой технике.