ความต้านทานขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

ในการปฏิบัติงาน ช่างไฟฟ้าทุกคนต้องเผชิญกับสภาวะที่แตกต่างกันสำหรับการผ่านของตัวพาประจุในโลหะ สารกึ่งตัวนำ ก๊าซ และของเหลว ขนาดของกระแสไฟฟ้าได้รับผลกระทบจากความต้านทานไฟฟ้าซึ่งเปลี่ยนแปลงได้หลายวิธีภายใต้อิทธิพลของสิ่งแวดล้อม

หนึ่งในปัจจัยเหล่านี้คือการสัมผัสกับอุณหภูมิ เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขของกระแสอย่างมีนัยสำคัญนักออกแบบจึงนำมาพิจารณาในการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า บุคลากรด้านไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาและการทำงานของการติดตั้งระบบไฟฟ้าจะต้องใช้ฟังก์ชันเหล่านี้อย่างเชี่ยวชาญในการปฏิบัติงานจริง

ผลของอุณหภูมิต่อความต้านทานไฟฟ้าของโลหะ

ในหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนมีการเสนอให้ทำการทดลองดังกล่าว: ใช้แอมมิเตอร์, แบตเตอรี่, สายไฟ, สายเชื่อมต่อและไฟฉาย แทนที่จะใช้แอมมิเตอร์กับแบตเตอรี่ คุณสามารถต่อโอห์มมิเตอร์หรือใช้โหมดของมันในมัลติมิเตอร์ได้

ถัดไป คุณต้องประกอบวงจรไฟฟ้าที่แสดงในภาพและวัดกระแสในวงจรค่าของมันจะแสดงในระดับมิลลิแอมป์มิเตอร์ด้วยลูกศรสีดำ

ตอนนี้เรานำเปลวไฟของเตาไปที่ลวดและเริ่มให้ความร้อน หากคุณดูที่แอมมิเตอร์ คุณจะเห็นว่าเข็มจะเลื่อนไปทางซ้ายและถึงตำแหน่งที่ทำเครื่องหมายด้วยสีแดง

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อโลหะได้รับความร้อน ค่าการนำไฟฟ้าจะลดลงและความต้านทานจะเพิ่มขึ้น

เหตุผลทางคณิตศาสตร์ของปรากฏการณ์นี้กำหนดโดยสูตรในภาพ ในนิพจน์ด้านล่าง เห็นได้ชัดว่าความต้านทานไฟฟ้า «R» ของตัวนำโลหะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิ «T» และขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์อื่นๆ อีกหลายอย่าง

โลหะที่ให้ความร้อนจำกัดกระแสไฟฟ้าในทางปฏิบัติอย่างไร

หลอดไส้

ทุกวันเมื่อเปิดไฟ เราจะพบกับการแสดงคุณสมบัตินี้ในหลอดไส้ มาทำการวัดง่ายๆ กับหลอดไฟ 60 วัตต์กัน

ด้วยโอห์มมิเตอร์ที่ง่ายที่สุดซึ่งใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แรงดันต่ำ 4.5 V เราวัดความต้านทานระหว่างหน้าสัมผัสของฐานและดูค่า 59 โอห์ม ค่านี้เป็นของกระทู้เย็น

เราจะขันหลอดไฟเข้ากับซ็อกเก็ตและเชื่อมต่อผ่านแอมป์มิเตอร์ แรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายในบ้าน 220 โวลต์ เข็มของแอมมิเตอร์จะอ่านค่าได้ 0.273 แอมป์ จาก กฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร กำหนดความต้านทานของเธรดในสถานะร้อน จะเป็น 896 โอห์ม และเกินการอ่านค่าโอห์มมิเตอร์ก่อนหน้า 15.2 เท่า

ส่วนที่เกินนี้ช่วยปกป้องโลหะของตัวเรืองแสงจากการไหม้และการถูกทำลาย ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานระยะยาวภายใต้แรงดันไฟฟ้า

การเปิดเครื่องชั่วคราว

เมื่อด้ายทำงาน ความสมดุลทางความร้อนจะถูกสร้างขึ้นระหว่างการให้ความร้อนโดยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านและการกำจัดส่วนหนึ่งของความร้อนสู่สิ่งแวดล้อม แต่ในระยะเริ่มต้นของการเปิดสวิตช์ เมื่อมีการใช้แรงดันไฟฟ้า จะเกิดภาวะชั่วคราวขึ้น ทำให้เกิดกระแสไหลเข้า ซึ่งอาจทำให้ไส้หลอดไหม้ได้

กระบวนการชั่วคราวเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้น ๆ และเกิดจากความจริงที่ว่าอัตราการเพิ่มขึ้นของความต้านทานไฟฟ้าเมื่อให้ความร้อนแก่โลหะนั้นไม่สอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้า หลังจากเสร็จสิ้นโหมดการทำงานจะถูกสร้างขึ้น

เมื่อหลอดไฟส่องสว่างเป็นเวลานานความหนาของไส้หลอดจะค่อย ๆ เข้าสู่สภาวะวิกฤตซึ่งนำไปสู่การลุกไหม้ ส่วนใหญ่แล้ว ช่วงเวลานี้จะเกิดขึ้นเมื่อเปิดสวิตช์ใหม่ครั้งถัดไป

เพื่อยืดอายุหลอด กระแสไหลเข้านี้จะลดลงด้วยวิธีต่างๆ โดยใช้:

1. อุปกรณ์ที่ให้การจ่ายและคลายความตึงเครียดอย่างราบรื่น

2. วงจรสำหรับต่อแบบอนุกรมกับไส้หลอดของตัวต้านทาน สารกึ่งตัวนำ หรือเทอร์มิสเตอร์ (เทอร์มิสเตอร์)

ตัวอย่างของวิธีหนึ่งในการจำกัดกระแสไฟเข้าสำหรับโคมไฟรถยนต์แสดงอยู่ในรูปภาพด้านล่าง

ที่นี่กระแสจ่ายให้กับหลอดไฟหลังจากเปิดสวิตช์ SA ผ่านฟิวส์ FU และถูกจำกัดโดยตัวต้านทาน R ซึ่งเป็นค่าเล็กน้อยที่ถูกเลือกเพื่อให้กระแสไหลเข้าระหว่างช่วงชั่วคราวไม่เกินค่าเล็กน้อย

เมื่อไส้หลอดได้รับความร้อน ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความต่างศักย์ระหว่างหน้าสัมผัสและขดลวดที่เชื่อมต่อแบบขนานของรีเลย์ KL1เมื่อแรงดันไฟฟ้าถึงค่าการตั้งค่ารีเลย์ หน้าสัมผัสที่เปิดตามปกติของ KL1 จะปิดและบายพาสตัวต้านทาน กระแสการทำงานของโหมดที่กำหนดไว้แล้วจะเริ่มไหลผ่านหลอดไฟ

เครื่องวัดอุณหภูมิความต้านทาน

ผลกระทบของอุณหภูมิของโลหะที่มีต่อความต้านทานไฟฟ้านั้นถูกนำมาใช้ในการทำงานของเครื่องมือวัด พวกเขาถูกเรียกว่า เครื่องวัดอุณหภูมิความต้านทาน.

ส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนทำจากลวดโลหะบางซึ่งมีการวัดค่าความต้านทานอย่างระมัดระวังที่อุณหภูมิหนึ่งๆ เกลียวนี้ติดตั้งในตัวเรือนที่มีคุณสมบัติทางความร้อนคงที่และหุ้มด้วยฝาครอบป้องกัน โครงสร้างที่สร้างขึ้นจะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ต้องตรวจสอบอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง

ตัวนำของวงจรไฟฟ้าติดตั้งอยู่ที่ขั้วขององค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนซึ่งเชื่อมต่อวงจรการวัดความต้านทาน ค่าของมันถูกแปลงเป็นค่าอุณหภูมิตามการสอบเทียบอุปกรณ์ที่ทำไว้ก่อนหน้านี้

Barretter - ตัวกันโคลงในปัจจุบัน

นี่คือชื่อของอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยกระบอกแก้วปิดผนึกด้วยก๊าซไฮโดรเจนและลวดโลหะเป็นเกลียวทำด้วยเหล็ก ทังสเตน หรือทองคำขาว การออกแบบนี้มีลักษณะคล้ายกับหลอดไฟแบบหลอดไส้ แต่มีลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟฟ้าที่ไม่เป็นเชิงเส้น

ในลักษณะ I - V ในบางช่วงจะมีการสร้างโซนการทำงานซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับองค์ประกอบความร้อน ในพื้นที่นี้ baret ชดเชยการกระเพื่อมของแหล่งจ่ายไฟได้ดีและทำงานเป็นตัวปรับกระแสไฟฟ้าสำหรับโหลดที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรมด้วย

การทำงานของ barrette นั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของความเฉื่อยทางความร้อนของตัวเส้นใยซึ่งได้จากส่วนตัดขวางขนาดเล็กของเส้นใยและการนำความร้อนสูงของไฮโดรเจนที่ล้อมรอบ ดังนั้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ลดลง การกำจัดความร้อนออกจากไส้หลอดจะเร่งขึ้น

นี่คือข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างหลอดไส้และหลอดไส้ ซึ่งเพื่อรักษาความสว่างของแสง พวกเขาพยายามลดการสูญเสียความร้อนจากการพาความร้อนจากไส้หลอด

ตัวนำยิ่งยวด

ภายใต้สภาพแวดล้อมปกติ เมื่อตัวนำโลหะเย็นลง ความต้านทานไฟฟ้าจะลดลง

เมื่อถึงอุณหภูมิวิกฤตใกล้ศูนย์องศาตามระบบการวัดเคลวิน ความต้านทานจะลดลงอย่างรวดเร็วจนถึงศูนย์ ภาพขวาแสดงการพึ่งพาสารปรอท

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าตัวนำยิ่งยวดถือเป็นพื้นที่ที่มีแนวโน้มของการวิจัยเพื่อสร้างวัสดุที่สามารถลดการสูญเสียไฟฟ้าได้อย่างมากระหว่างการส่งสัญญาณในระยะทางไกล

อย่างไรก็ตาม การศึกษาอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับตัวนำยิ่งยวดเผยให้เห็นรูปแบบต่างๆ ที่ปัจจัยอื่นๆ ส่งผลต่อความต้านทานไฟฟ้าของโลหะในบริเวณอุณหภูมิวิกฤต โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อกระแสสลับผ่านไปพร้อมกับความถี่ของการสั่นที่เพิ่มขึ้น ความต้านทานจะเกิดขึ้น ค่าที่ถึงช่วงของค่าปกติสำหรับฮาร์มอนิกที่มีช่วงคลื่นแสง

ผลของอุณหภูมิต่อความต้านทานไฟฟ้า / การนำไฟฟ้าของก๊าซ

ก๊าซและอากาศปกติเป็นไดอิเล็กตริกและไม่นำไฟฟ้าการก่อตัวของมันต้องการตัวพาประจุซึ่งเป็นไอออนที่เกิดขึ้นจากปัจจัยภายนอก

การให้ความร้อนอาจทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนและการเคลื่อนที่ของไอออนจากขั้วหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่ง คุณสามารถตรวจสอบได้ด้วยตัวอย่างการทดสอบอย่างง่าย ลองใช้อุปกรณ์เดียวกันกับที่ใช้ในการพิจารณาผลกระทบของความร้อนต่อความต้านทานของตัวนำโลหะ แต่แทนที่จะเป็นตัวนำเราเชื่อมต่อแผ่นโลหะสองแผ่นที่คั่นด้วยช่องว่างอากาศเข้ากับตัวนำ

แอมมิเตอร์ที่ต่อกับวงจรจะไม่แสดงกระแส หากวางเปลวไฟของหัวเผาระหว่างจานลูกศรของอุปกรณ์จะเบี่ยงเบนจากศูนย์และแสดงค่าของกระแสที่ไหลผ่านตัวกลางของก๊าซ

ดังนั้นจึงพบว่าการแตกตัวเป็นไอออนเกิดขึ้นในก๊าซเมื่อได้รับความร้อน ซึ่งนำไปสู่การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าและความต้านทานของตัวกลางลดลง

ค่าของกระแสได้รับผลกระทบจากพลังงานของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ภายนอกและความต่างศักย์ระหว่างหน้าสัมผัส สามารถทะลุผ่านชั้นฉนวนของก๊าซที่มีค่าสูงได้ ลักษณะทั่วไปของกรณีดังกล่าวในธรรมชาติคือการปล่อยสายฟ้าตามธรรมชาติในช่วงพายุฝนฟ้าคะนอง

มุมมองโดยประมาณของคุณลักษณะกระแส-แรงดันของกระแสในก๊าซแสดงไว้ในกราฟ

ในระยะเริ่มต้น ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิและความต่างศักย์ การเพิ่มขึ้นของไอออไนเซชันและการไหลของกระแสจะสังเกตได้ในลักษณะเชิงเส้นโดยประมาณ จากนั้นเส้นโค้งจะได้ทิศทางแนวนอนเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นไม่ได้ทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

ขั้นตอนที่สามของการทำลายเกิดขึ้นเมื่อพลังงานสูงของสนามที่ใช้เร่งไอออนเพื่อให้พวกมันเริ่มชนกับโมเลกุลที่เป็นกลาง ก่อตัวเป็นพาหะประจุใหม่จากพวกมันอย่างหนาแน่น เป็นผลให้กระแสเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้เกิดการสลายตัวของชั้นอิเล็กทริก

การใช้การนำก๊าซในทางปฏิบัติ

ปรากฏการณ์ของกระแสไหลผ่านก๊าซใช้ในหลอดเรดิโออิเล็กตรอนและหลอดฟลูออเรสเซนต์

เพื่อจุดประสงค์นี้ อิเล็กโทรดสองตัวจะถูกวางไว้ในกระบอกแก้วที่ปิดสนิทพร้อมกับก๊าซเฉื่อย:

1. ขั้วบวก;

2. แคโทด

ในหลอดฟลูออเรสเซนต์ พวกมันถูกสร้างขึ้นในรูปของเส้นใยที่ร้อนขึ้นเมื่อเปิดสวิตช์เพื่อสร้างรังสีความร้อน ผิวด้านในของขวดเคลือบด้วยชั้นฟอสฟอรัส มันปล่อยสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้ซึ่งเกิดจากรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากไอปรอทที่ถูกกระแสของอิเล็กตรอนโจมตี

กระแสคายประจุเกิดขึ้นเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าค่าหนึ่งระหว่างอิเล็กโทรดที่อยู่คนละปลายของกระเปาะ

เมื่อหนึ่งในไส้หลอดไหม้ การปล่อยอิเล็กตรอนของอิเล็กโทรดนี้จะถูกรบกวนและหลอดไฟจะไม่ไหม้ อย่างไรก็ตาม หากคุณเพิ่มความต่างศักย์ระหว่างแคโทดและแอโนด การปล่อยก๊าซจะปรากฏขึ้นอีกครั้งภายในกระเปาะและการเรืองแสงของฟอสเฟอร์จะกลับมาทำงานอีกครั้ง

ทำให้สามารถใช้หลอด LED ที่มีไส้หลอดชำรุดและยืดอายุการใช้งานได้ ควรระลึกไว้เสมอว่าในเวลาเดียวกันจำเป็นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าหลาย ๆ ครั้งซึ่งจะเป็นการเพิ่มการใช้พลังงานและความเสี่ยงในการใช้งานอย่างปลอดภัย

ผลของอุณหภูมิต่อความต้านทานไฟฟ้าของของเหลว

ทางเดินของกระแสในของเหลวส่วนใหญ่เกิดจากการเคลื่อนที่ของไอออนบวกและประจุลบภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอก อิเล็กตรอนให้ค่าการนำไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ผลกระทบของอุณหภูมิต่อความต้านทานไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์เหลวอธิบายได้จากสูตรที่แสดงในภาพ เนื่องจากค่าของสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ α ในนั้นมีค่าเป็นลบเสมอ เมื่อความร้อนเพิ่มขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นและความต้านทานจะลดลงดังที่แสดงในกราฟ

ควรคำนึงถึงปรากฏการณ์นี้เมื่อทำการชาร์จแบตเตอรี่ยานยนต์ที่เป็นของเหลว (และไม่เพียงเท่านั้น)

ผลของอุณหภูมิต่อความต้านทานไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำ

การเปลี่ยนคุณสมบัติของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิทำให้สามารถใช้เป็น:

• ความต้านทานความร้อน;

• เทอร์โมคัปเปิล;

• ตู้เย็น;

• เครื่องทำความร้อน

เทอร์มิสเตอร์

ชื่อนี้หมายถึงอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่เปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าภายใต้อิทธิพลของความร้อน ของพวกเขา ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน (TCR) สูงกว่าโลหะอย่างมาก

ค่า TCR สำหรับเซมิคอนดักเตอร์อาจเป็นค่าบวกหรือค่าลบก็ได้ ตามพารามิเตอร์นี้ พวกมันถูกแบ่งออกเป็นเทอร์มิสเตอร์ «RTS» ที่เป็นบวก และเทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ «NTC» ที่เป็นลบ พวกเขามีลักษณะที่แตกต่างกัน

สำหรับการทำงานของเทอร์มิสเตอร์จะมีการเลือกจุดใดจุดหนึ่งของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน:

• ส่วนเชิงเส้นใช้สำหรับควบคุมอุณหภูมิหรือชดเชยกระแสหรือแรงดันที่เปลี่ยนแปลง

• สาขาจากมากไปหาน้อยของคุณสมบัติ I — V ขององค์ประกอบที่มี TCS <0 อนุญาตให้ใช้เซมิคอนดักเตอร์เป็นรีเลย์

การใช้เทอร์มิสเตอร์รีเลย์จะสะดวกสำหรับการตรวจสอบหรือวัดกระบวนการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ความถี่สูงพิเศษ สิ่งนี้ทำให้มั่นใจในการใช้งานในระบบ:

1. การควบคุมความร้อน

2. สัญญาณเตือนไฟไหม้

3. การควบคุมอัตราการไหลของสื่อและของเหลวจำนวนมาก

เทอร์มิสเตอร์ซิลิกอนที่มี TCR ขนาดเล็ก > 0 ใช้ในระบบระบายความร้อนและการรักษาอุณหภูมิของทรานซิสเตอร์

เทอร์โมคัปเปิล

เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ทำงานบนพื้นฐานของปรากฏการณ์ Seebeck: เมื่อจุดประสานของโลหะที่กระจายตัวสองตัวได้รับความร้อน EMF จะเกิดขึ้นที่จุดต่อของวงจรปิด ด้วยวิธีนี้ พวกเขาเปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า

โครงสร้างสององค์ประกอบดังกล่าวเรียกว่าเทอร์โมคัปเปิล ประสิทธิภาพอยู่ภายใน 7 ÷ 10%

เทอร์โมคัปเปิลใช้ในเทอร์โมมิเตอร์สำหรับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ดิจิทัลที่ต้องการขนาดที่เล็กและความแม่นยำในการอ่านสูง รวมถึงแหล่งกระแสไฟฟ้าที่มีพลังงานต่ำ

เครื่องทำความร้อนเซมิคอนดักเตอร์และตู้เย็น

พวกมันทำงานโดยการนำเทอร์โมคัปเปิลที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านกลับมาใช้ใหม่ ในกรณีนี้จะมีการให้ความร้อนที่จุดหนึ่งของทางแยกและอีกทางหนึ่งจะถูกทำให้เย็นลง

การเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ซีลีเนียม บิสมัท พลวง เทลลูเรียมช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแตกต่างของอุณหภูมิในเทอร์โมคัปเปิลสูงถึง 60 องศา สิ่งนี้ทำให้สามารถสร้างการออกแบบตู้เย็นจากเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอุณหภูมิในห้องเย็นถึง -16 องศา