Wie sich Erwärmung auf den Widerstandswert auswirkt

Spezifisch Metallwiderstand Bei Erwärmung nimmt sie zu, da mit zunehmender Temperatur die Bewegungsgeschwindigkeit der Atome im Leitermaterial zunimmt. Im Gegenteil, der Widerstand von Elektrolyten und Kohle nimmt beim Erhitzen ab, da in diesen Materialien neben der Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit von Atomen und Molekülen auch die Anzahl freier Elektronen und Ionen pro Volumeneinheit zunimmt.

Einige Legierungen mit hoher WiderstandVon den Metallen, aus denen sie bestehen, verändern sie den Widerstand beim Erhitzen kaum (Konstantan, Manganin usw.). Dies ist auf die unregelmäßige Struktur der Legierungen und die kleine mittlere freie Weglänge der Elektronen zurückzuführen.

Als Wert wird ein Wert bezeichnet, der die relative Zunahme des Widerstands angibt, wenn das Material um 1° erwärmt wird (bzw. abnimmt, wenn es um 1° abgekühlt wird). Temperaturkoeffizient des Widerstands.

Wenn der Temperaturkoeffizient mit α bezeichnet wird, Widerstand bei se=20О durch ρo, dann beträgt sein Widerstand, wenn das Material auf die Temperatur t1 erhitzt wird, p1 = ρo + αρo (t1 — zu) = ρo (1 + (α(t1 — zu ))

und dementsprechend R1 = Ro (1 + (α(t1 — to))

Der Temperaturkoeffizient a für Kupfer, Aluminium, Wolfram beträgt 0,004 1 / Grad. Daher erhöht sich ihr Widerstand bei einer Erwärmung auf 100 ° um 40 %. Für Eisen α = 0,006 1 / Grad, für Messing α = 0,002 1 / Grad, für Fehral α = 0,0001 1 / Grad, für Nichrom α = 0,0002 1 / Grad, für Konstantan α = 0,00001 1 / Grad, für Manganin α = 0,00004 1 / Grad. Kohle und Elektrolyte haben einen negativen Temperaturkoeffizienten. Der Temperaturkoeffizient der meisten Elektrolyte beträgt etwa 0,02 1/Grad.

Die Eigenschaft von Drähten, ihren Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur zu ändern, wird genutzt Widerstandsthermometer... Durch Messung des Widerstands wird die Temperatur der Umgebung rechnerisch ermittelt. Es werden Konstantan, Manganin und andere Legierungen mit einem sehr niedrigen Temperaturkoeffizienten des Widerstands verwendet zur Herstellung von Nebenwiderständen und Zusatzwiderständen von Messgeräten.

Beispiel 1. Wie ändert sich der Widerstand von Ro-Eisendraht, wenn er auf 520 ° erhitzt wird? Temperaturkoeffizient a von Eisen 0,006 1 / Grad. Nach der Formel R1 = Ro + Roα(t1 — to) = Ro + Ro 0,006 (520 — 20) = 4Ro, d. h. der Widerstand des Eisendrahtes erhöht sich bei Erwärmung um 520 ° um das Vierfache.

Beispiel 2. Aluminiumdrähte haben bei -20° einen Widerstand von 5 Ohm. Es ist notwendig, ihren Widerstand bei einer Temperatur von 30 ° zu bestimmen.

R2 = R1 – αR1 (t2 – t1) = 5 + 0,004 x 5 (30 – (-20)) = 6 Ohm.

Die Eigenschaft von Materialien, bei Erwärmung oder Abkühlung ihren elektrischen Widerstand zu ändern, wird zur Messung von Temperaturen genutzt. So werden Thermowiderstände, bei denen es sich um in Quarz eingeschmolzene Drähte aus Platin oder reinem Nickel handelt, zur Messung von Temperaturen von -200 bis +600° eingesetzt.Festkörper-RTDs mit einem großen negativen Faktor werden verwendet, um Temperaturen in engeren Bereichen genau zu messen.

Halbleiter-RTDs zur Messung von Temperaturen werden Thermistoren genannt.

Thermistoren haben einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstands, d. h. bei Erwärmung nimmt ihr Widerstand ab. Thermistoren bestehen aus oxidischen (oxidierten) Halbleitermaterialien, die aus einer Mischung von zwei oder drei Metalloxiden bestehen. Am weitesten verbreitet sind Kupfer-Mangan- und Kobalt-Mangan-Thermistoren. Letztere sind temperaturempfindlicher.