ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน

ความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำมักจะขึ้นอยู่กับวัสดุของตัวนำ ตามความยาวและหน้าตัด หรือเรียกสั้น ๆ ว่าขึ้นอยู่กับความต้านทานและมิติทางเรขาคณิตของตัวนำ การพึ่งพานี้เป็นที่รู้จักกันดีและแสดงโดยสูตร:

รู้จักกันหมดและ กฎของโอห์มสำหรับส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของวงจรไฟฟ้าซึ่งจะเห็นได้ว่าค่าความต้านทานยิ่งสูงกระแสก็จะยิ่งต่ำลง ดังนั้น หากความต้านทานของเส้นลวดคงที่ เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เพิ่มขึ้น กระแสควรเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรง แต่ในความเป็นจริงไม่เป็นเช่นนั้น ความต้านทานของสายไฟไม่คงที่

คุณไม่จำเป็นต้องไปไกลสำหรับตัวอย่าง หากคุณเชื่อมต่อหลอดไฟเข้ากับแหล่งจ่ายไฟแบบปรับได้ (พร้อมโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์) และค่อยๆ เพิ่มแรงดันไฟฟ้าให้มีค่าเล็กน้อย คุณจะเห็นได้ง่ายว่ากระแสไม่เติบโตเชิงเส้น: แรงดันไฟฟ้าเข้าใกล้ ค่าเล็กน้อยของหลอดไฟ กระแสผ่านขดลวดจะเติบโตช้าลงเรื่อย ๆ และแสงจะสว่างมากขึ้นเรื่อย ๆ

ไม่มีสิ่งใดที่การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขดลวดเป็นสองเท่าจะเพิ่มกระแสเป็นสองเท่า กฎของโอห์มดูเหมือนจะไม่ถือ ในความเป็นจริงกฎของโอห์มเป็นจริงและความต้านทานของไส้หลอดไม่คงที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

ลองนึกถึงสาเหตุที่ทำให้โลหะมีค่าการนำไฟฟ้าสูง มีความเกี่ยวข้องกับโลหะของตัวพาประจุจำนวนมาก — ส่วนประกอบปัจจุบัน — การนำอิเล็กตรอน… อิเล็กตรอนเหล่านี้เกิดจากเวเลนต์อิเล็กตรอนของอะตอมโลหะ ซึ่งมีอยู่ทั่วไปในตัวนำทั้งหมด พวกมันไม่ได้เป็นของอะตอมแต่ละตัว

ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าที่ใช้กับตัวนำ อิเลคตรอนอิสระจะเปลี่ยนจากการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายไปสู่การเคลื่อนไหวที่เป็นระเบียบมากหรือน้อย - กระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้น แต่อิเล็กตรอนพบสิ่งกีดขวางระหว่างทาง นั่นคือความไม่สม่ำเสมอของไอออนแลตทิซ เช่น ความบกพร่องของแลตทิซ ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งเกิดจากการสั่นสะเทือนเนื่องจากความร้อน

อิเล็กตรอนทำปฏิกิริยากับไอออน สูญเสียโมเมนตัม พลังงานของพวกมันถูกถ่ายโอนไปยังแลตทิซไอออน เปลี่ยนเป็นการสั่นสะเทือนของแลตทิซไอออน และความโกลาหลของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอิเล็กตรอนเองก็เพิ่มขึ้น ซึ่งตัวนำจะร้อนขึ้นเมื่อกระแสไหลผ่าน

ในไดอิเล็กตริก สารกึ่งตัวนำ อิเล็กโทรไลต์ ก๊าซ ของเหลวไม่มีขั้ว สาเหตุของความต้านทานอาจแตกต่างกัน แต่เห็นได้ชัดว่ากฎของโอห์มไม่ได้คงอยู่เป็นเส้นตรงอย่างถาวร

ดังนั้นสำหรับโลหะ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้การสั่นสะเทือนทางความร้อนของโครงตาข่ายคริสตัลเพิ่มขึ้นมากขึ้น และความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้าก็เพิ่มขึ้นสามารถเห็นได้จากการทดลองกับหลอดไฟ: ความสว่างของแสงเพิ่มขึ้น แต่กระแสไฟเพิ่มขึ้นน้อยลง ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิส่งผลต่อความต้านทานของไส้หลอด

เป็นผลให้มันชัดเจนว่าความต้านทาน สายโลหะ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเกือบเป็นเส้นตรง และถ้าเราคำนึงถึงว่าเมื่อถูกความร้อน ขนาดทางเรขาคณิตของเส้นลวดจะเปลี่ยนไปเล็กน้อย ความต้านทานไฟฟ้าก็ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเกือบเป็นเส้นตรงด้วย การพึ่งพาเหล่านี้สามารถแสดงได้ด้วยสูตร:

ให้ความสนใจกับอัตราต่อรอง สมมติว่าที่อุณหภูมิ 0 ° C ความต้านทานของตัวนำคือ R0 จากนั้นที่อุณหภูมิ t ° C จะใช้ค่า R (t) และการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของความต้านทานจะเท่ากับ α * t ° C ปัจจัยสัดส่วนนี้ α เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน... เป็นการระบุลักษณะการพึ่งพาความต้านทานไฟฟ้าของสารกับอุณหภูมิปัจจุบัน

ค่าสัมประสิทธิ์นี้เป็นตัวเลขเท่ากับการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 1K (หนึ่งองศาเคลวิน ซึ่งเทียบเท่ากับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหนึ่งองศาเซลเซียส)

สำหรับโลหะ TCR (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน α) แม้ว่าจะค่อนข้างเล็ก แต่ก็มีค่ามากกว่าศูนย์เสมอ เนื่องจากเมื่อกระแสผ่านไป อิเล็กตรอนมักจะชนกับไอออนของโครงตาข่ายคริสตัล ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น t .is ยิ่งการเคลื่อนไหววุ่นวายด้วยความร้อนสูงเท่าไรและความเร็วก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้นอิเล็กตรอนของโลหะจะสูญเสียพลังงานเมื่อชนกันในการเคลื่อนที่แบบวุ่นวายกับแลตทิซไอออน ซึ่งเป็นผลมาจากความต้านทานที่เพิ่มขึ้นเมื่อลวดร้อนขึ้น ปรากฏการณ์นี้ใช้ในทางเทคนิค เครื่องวัดอุณหภูมิความต้านทาน.

ดังนั้น ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน α แสดงลักษณะการพึ่งพาของความต้านทานไฟฟ้าของสารต่ออุณหภูมิ และวัดเป็น 1 / K — เคลวินยกกำลัง -1 ค่าที่มีเครื่องหมายตรงข้ามเรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการนำไฟฟ้า

สำหรับเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์ TCS นั้นเป็นค่าลบสำหรับพวกเขานั่นคือความต้านทานจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอิเล็กตรอนจะผ่านเข้าสู่เขตการนำไฟฟ้ามากขึ้นเรื่อย ๆ ในขณะที่ความเข้มข้นของรูก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน . กลไกเดียวกันนี้เป็นลักษณะของไดอิเล็กทริกแบบไม่มีขั้วและไดอิเล็กทริกที่เป็นของเหลว

ของเหลวที่มีขั้วจะลดความต้านทานลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเนื่องจากความหนืดลดลงและการแยกตัวเพิ่มขึ้น คุณสมบัตินี้ใช้เพื่อป้องกันหลอดอิเล็กตรอนจากการทำลายล้างของกระแสน้ำที่ไหลเข้าสูง

สำหรับโลหะผสม สารกึ่งตัวนำเจือ ก๊าซ และอิเล็กโทรไลต์ การพึ่งพาความร้อนของความต้านทานนั้นซับซ้อนกว่าโลหะบริสุทธิ์ โลหะผสมที่มี TCS ต่ำมาก เช่น แมงกานีสและคอนสแตนแทนถูกนำมาใช้ใน เครื่องมือวัดทางไฟฟ้า.