Как объяснить увеличение сопротивления металлов при нагревании
Нужна помощь эксперта?
Мы здесь, чтобы помочь вам!
Теоретические вопросы
Сообщений 2
Как объяснить увеличение сопротивления металлов при нагревании
Удельное сопротивление металлов при нагревании увеличивается в результате увеличения скорости движения атомов в материале проводника с возрастанием температуры.
Некоторые сплавы, обладающие большим удельным сопротивлением, чем составляющие их металлы, почти не меняют удельного сопротивления с нагревом (константан, манганин и др.). Это объясняется неправильной структурой сплавов и малым средним временем свободного пробега электронов.
Поделиться
Согласие на обработку персональных данных
Данные, которые вы предоставляете, будут использованы Обществом с ограниченной ответственностью «Электропоставщик» (ИНН 9710008385) (далее – Оператор) для достижения следующих целей обработки персональных данных: обеспечение соблюдения требований законодательства Российской Федерации; ведение переговоров; заключение и исполнение договора; информирование о статусе заказа; осуществление доставки продукции; возврат продукции; предоставление актуальной информации по продукции, проходящим акциям и специальным предложениям; анализ качества предоставляемого Оператором сервиса и улучшению качества обслуживания клиентов Оператора.
Совокупность операций обработки включает сбор, запись, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передачу (предоставление, доступ), обезличивание, блокирование, удаление, уничтожение Данных.
Перечень персональных данных, на обработку которых дается согласие субъекта персональных данных, отражено в Политике в отношении обработки персональных данных Оператора.
Обработка вышеуказанных персональных данных будет осуществляться путем смешанной обработки персональных данных.
Оператор вправе поручить обработку Данных субъектов Данных третьим лицам с согласия субъекта Данных, на основании заключаемого с этими лицами договора. Лица, осуществляющие обработку Данных на основании заключаемого с Оператором договора (поручения оператора), обязуются соблюдать принципы и правила обработки и защиты Данных, предусмотренные Законом. Для каждого третьего лица в договоре определяются перечень действий (операций) с Данными, которые будут совершаться третьим лицом, осуществляющим обработку Данных, цели обработки, устанавливается обязанность такого лица соблюдать конфиденциальность и обеспечивать безопасность Данных при их обработке, указываются требования к защите обрабатываемых Данных в соответствии с Законом.
Настоящее согласие на обработку персональных данных действует с момента его представления оператору на период исполнения обязательств по Договору и может быть отозвано в любое время путем подачи оператору заявления в простой письменной форме. Сроки обработки (хранения) персональных данных определяются исходя из целей обработки персональных данных, в соответствии со сроком действия договора с субъектом персональных данных, требованиями федеральных законов, требованиями операторов персональных данных, по поручению которых Оператор осуществляет обработку персональных данных, основными правилами работы архивов организаций, сроками исковой давности.
Персональные данные субъекта подлежат хранению в течение сроков, установленных законодательством Российской Федерации.
Персональные данные субъекта подлежат хранению в течение сроков, установленных законодательством Российской Федерации. Персональные данные уничтожаются: по достижению целей обработки персональных данных; при ликвидации или реорганизации оператора; на основании письменного обращения субъекта персональных данных с требованием о прекращении обработки его персональных данных (оператор прекратит обработку таких персональных данных в течение 3 (трех) рабочих дней, о чем будет направлено письменное уведомление субъекту персональных данных в течение 10 (десяти) рабочих дней.
Согласие на получение рассылки рекламно-информационных материалов
В соответствии с Федеральным законом от 13.03.2006 № 38-ФЗ «О рекламе» и Федеральным законом от 07.07.2003 г. № 126-ФЗ «О связи», настоящим я, действуя по своей волей и в своем интересе, даю свое согласие Обществу с ограниченной ответственностью «Электропоставщик» (ИНН 9710008385) (далее – Компания) на направление мне на указанные мной на сайте https://cable.ru/ контактные данные (номер телефона и/или электронную почту) сообщений в информационных, рекламно-информационных целях об услугах (сервисах) Компании, а именно: рассылок уведомлений об изменении заказов, предложений и другой информации; новостной рассылки и иных сведений от имени Компании, в виде sms-сообщений, и/или электронных писем, и/или сообщений в мессенджерах, и/или push-уведомлений, и/или посредством телефонных звонков.
Я согласен(а) с тем, что текст данного мной по собственной воле и в моих интересах согласия хранится в электронном виде в базе данных и подтверждает факт согласия на обработку персональных данных в соответствии с вышеизложенными положениями и беру на себя ответственность за достоверность предоставления персональных данных
Я подтверждаю, что владею информацией о том, что в любой момент в течение всего срока действия настоящего согласия, я вправе отозвать согласие и отписаться от получения рассылок путем перехода по соответствующей ссылке, существующей в любом письме
Также я информирован(-а), что при возникновении вопросов относительно отказа от рассылки, я могу обратиться за помощью, отправив письмо в службу технической поддержки Компании.
Настоящее согласие предоставляется на неограниченный срок при отсутствии сведений о его отзыве.
Настоящим подтверждаю, что мои конклюдентные действия является достаточной формой согласия и позволяет подтвердить сторонам факт получения такого согласия, при этом иных доказательств для дополнительного подтверждения моего свободного волеизъявления не потребуется.
Физика. 10 класс
§ 34. Электрический ток в металлах. Сверхпроводимость
Типичными представителями класса проводников являются металлы. Какова природа электрического тока в металлах?
Природа электрического тока в металлах. В металлических проводниках носители электрического заряда — свободные электроны. Под действием внешнего электрического поля свободные электроны упорядоченно движутся, создавая электрический ток ( рис. 194 ).
Электронная проводимость металлов была впервые экспериментально подтверждена немецким физиком К. Рикке ( 1845–1915 ) в 1901 г. Суть опыта Рикке заключалась в следующем: по проводнику, состоявшему из трёх отполированных и плотно прижатых друг к другу цилиндров — двух медных и одного алюминиевого ( рис. 195 ), в течение года проходил ток одного и того же направления. За этот промежуток времени через проводник прошёл заряд более 3,5 МКл. После завершения опыта взвешивание показало, что массы цилиндров остались неизменными. Это явилось экспериментальным доказательством того, что перенос заряда при прохождении тока в металлах не сопровождается химическими процессами и переносом вещества, а осуществляется частицами, которые являются одинаковыми для всех металлов, т. е. электронами.
В 1916 г. американский физик Р. Толмен ( 1881—1948 ) и шотландский физик Т. Стюарт усовершенствовали методику этих опытов и выполнили количественные измерения, неопровержимо доказавшие, что ток в металлических проводниках обусловлен движением свободных электронов.
В этих опытах катушку с большим числом витков тонкой проволоки подключали к гальванометру и приводили в быстрое вращение вокруг своей оси ( рис. 195.1 ). При резком торможении катушки в цепи возникал кратковременный ток, обусловленный инерцией носителей заряда. По направлению отклонения стрелки гальванометра было установлено, что электрический ток создают отрицательно заряженные частицы. При этом экспериментально полученное отношение заряда каждой из этих частиц к её массе (удельный заряд) близко к удельному заряду электрона, полученному из других опытов. Так было экспериментально доказано, что носителями свободных зарядов в металлах являются электроны.
Вещества, обладающие электронной проводимостью, называют проводниками первого рода.
В соответствии с классической электронной теорией проводимости металлов, созданной немецким физиком П. Друде ( 1863–1906 ) в 1900 г., металлический проводник можно рассматривать как физическую систему, состоящую из свободных электронов и положительно заряженных ионов, колеблющихся около положений равновесия ( рис. 196 ).
Появление свободных электронов при образовании металлического кристалла из нейтральных атомов можно упрощённо объяснить следующим образом. Электроны, находящиеся на внешних оболочках атомов, слабо связаны со своими ядрами. При образовании кристалла атомы сближаются на расстояние r 0,1 нм , и электроны начинают взаимодействовать не только со своими ядрами, но и с ядрами соседних атомов. В результате этого их взаимодействие с собственными ядрами значительно ослабевает, вследствие чего они теряют с ними связь и могут двигаться по всему кристаллу в любом направлении как свободные частицы. Атомы превращаются при этом в положительно заряженные ионы. В пространстве между ионами беспорядочно движутся подобно частицам идеального газа свободные электроны. Поэтому для описания движения электронов используют модель «электронный газ» — совокупность свободных электронов в кристаллической решётке металла. На рисунке 196.1 пунктирной линией изображена траектория движения одного из электронов.
В этой модели электроны, упорядоченное движение которых является током проводимости, рассматривают как материальные точки, модуль потенциальной энергии взаимодействия которых пренебрежимо мал по сравнению с их кинетической энергией. Считают, что движение электронов под действием электрического поля подчиняется законам классической механики, а их столкновения с ионами кристаллической решётки металла являются неупругими, т. е. при столкновениях электроны полностью передают ионам кинетическую энергию своего упорядоченного движения. В промежутках между столкновениями свободные электроны совершают беспорядочное тепловое движение и в то же время движутся упорядоченно и равноускоренно под воздействием электрического поля.
Интересно знать
Модель электронного газа позволяет теоретически объяснить природу сопротивления и обосновать закон Ома для участка цепи, не содержащего источника тока, на основе классической электронной теории проводимости металлов. Проанализируем упорядоченное движение электронов проводимости.
Пусть электрон движется с ускорением в направлении, противоположном направлению напряжённости электрического поля ( рис. 196.2 ): где m0 — масса электрона, e — элементарный электрический заряд (модуль заряда электрона).
Тогда модуль средней скорости его направленного движения: , где — усреднённый промежуток времени между двумя последовательными столкновениями электрона с ионами кристаллической решётки.
Поскольку электрическое поле внутри однородного прямолинейного проводника с током однородное, то модуль напряжённости этого поля где l — длина проводника, U — напряжение между его концами. Тогда модуль средней скорости направленного движения электронов пропорционален напряжению между концами проводника .
Сила тока в проводнике пропорциональна модулю средней скорости направленного движения электронов:
где q — модуль заряда электронов проводимости, находящихся в проводнике, — усреднённое время прохождения этих электронов по проводнику, N — количество электронов проводимости в проводнике, n — концентрация этих электронов, V = Sl — объём проводника. Следовательно, сила тока пропорциональна напряжению между концами проводника I U.
Как влияет нагрев на величину сопротивления
Удельное сопротивление металлов при нагревании увеличивается в результате увеличения скорости движения атомов в материале проводника с возрастанием температуры. Удельное сопротивление электролитов и угля при нагревании, наоборот, уменьшается, так как у этих материалов, кроме увеличения скорости движения атомов и молекул, возрастает число свободных электронов и ионов в единице объема.
Некоторые сплавы, обладающие большим удельным сопротивлением, чем составляющие их металлы, почти не меняют удельного сопротивления с нагревом (константан, манганин и др.). Это объясняется неправильной структурой сплавов и малым средним временем свободного пробега электронов.
Величина, показывающая относительное увеличение сопротивления при нагреве материала на 1° (или уменьшение при охлаждении на 1°), называется температурным коэффициентом сопротивления .
Если температурный коэффициент обозначить через α , удельное сопротивление при to =20 о через ρ o , то при нагреве материала до температуры t1 его удельное сопротивление p1 = ρ o + αρ o (t1 — to) = ρ o(1 + ( α (t1 — to))
и соответственно R1 = Ro (1 + ( α (t1 — to))
Температурный коэффициент а для меди, алюминия, вольфрама равен 0,004 1/град. Поэтому при нагреве на 100° их сопротивление возрастает на 40%. Для железа α = 0,006 1/град, для латуни α = 0,002 1/град, для фехрали α = 0,0001 1/град, для нихрома α = 0,0002 1/град, для константана α = 0,00001 1/град, для манганина α = 0,00004 1/град. Уголь и электролиты имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Температурный коэффициент для большинства электролитов равен примерно 0,02 1/град.
Свойство проводников изменять свое сопротивления в зависимости от температуры используется в термометрах сопротивления . Измеряя сопротивление, определяют расчетным путем окружающую температуру.Константан, манганин и другие сплавы, имеющие очень небольшой температурный коэффициент сопротивления применяют для изготовления шунтов и добавочных сопротивлений к измерительным приборам.
Пример 1. Как изменится сопротивление Ro железной проволоки при нагреве ее на 520°? Температурный коэффициент а железа 0,006 1/град. По формуле R1 = Ro + Ro α (t1 — to) = Ro + Ro 0,006 ( 520 — 20 ) = 4 Ro , то есть сопротивление железной проволоки при нагреве ее на 520° возрастет в 4 раза.
Пример 2. Алюминиевые провода при температуре -20° имеют сопротивление 5 ом. Необходимо определить их сопротивление при температуре 30°.
R2 = R1 — α R1 (t2 — t1) = 5 + 0 , 004 х 5 (30 — (-20)) = 6 ом.
Свойство материалов изменять свое электрическое сопротивление при нагреве или охлаждении используется для измерения температур. Так, термосопротивления , представляющие собой проволоку из платины или чистого никеля, вплавленные в кварц, применяются для измерения температур от -200 до +600°. Полупроводниковые термосопротивления с большим отрицательным коэффициентом применяются для точного определения температур в более узких диапазонах.
Полупроводниковые термосопротивления, применяемые для измерения температур называют термисторами .
Термисторы имеют высокий отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть при нагреве их сопротивление уменьшается. Термисторы выполняют из оксидных (подвергнутых окислению) полупроводниковых материалов, состоящих из смеси двух или трех окислов металлов. Наибольшее распространение имеют медно-марганцевые и кобальто-марганцевые термисторы. Последние более чувствительны к температуре.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Зависимость сопротивления проводника от температуры
Практически в электротехнике выло выявлено, что с увеличением температуры сопротивление проводников из металла возрастает, а с понижением уменьшается. Для всех проводников из металла это изменение сопротивления почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1°С.
Если быть точным, то на самом деле при изменении температуры проводника изменяется его удельное сопротивление, которое имеет следующую зависимость:
где ρ и ρ0, R и R0 — соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при температурах t и 0°С (шкала Цельсия), α — температурный коэффициент сопротивления, [α] = град -1 .
Изменение удельного сопротивления проводника приводит к изменения самого сопротивления, что видно из следующего выражения:
Зная электронную теорию строения вещества можно дать следующее объяснение увеличению сопротивления металлических проводников с повышением температуры. При увеличении температуры проводник получает тепловую энергию, которая несомненно передается всем атомам вещества, в результате чего .возрастает их тепловое движение. Увеличившееся тепловое движение атомов создает большее сопротивление направленному движению свободных электронов (увеличивается вероятность столкновения свободных электронов с атомами), от этого и возрастает сопротивление проводника.
С понижением температуры направленное движение электронов облегчается (уменьшается возможность столкновения свободных электронов с атомами), и сопротивление проводника уменьшается. Этим объясняется интересное явление — сверхпроводимость металлов. Сверхпроводимость, т. е. уменьшение сопротивления металлов до нуля, наступает при огромной отрицательной температуре —273° С, называемой абсолютным нулем. При температуре абсолютного нуля атомы металла как бы застывают на месте, совершенно не препятствуя движению электронов.
График звисимости сопротивления металлического проводника от температуры представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления металлического проводника от температуры
Необходимо сказать, что сопротивление электролитов и полупроводников (уголь, селен и другие) с увеличением температуры уменьшается.
Температурная зависимость сопротивления электролита объясняется также в основном изменением удельного сопротивления,однако всегда температурный коэффициент сопротивления — α
Поэтому кривая зависимости сопротивленя электролита от температуры имеет вид, представленый на рисунке 2.
Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления электролита от температуры
Ддя полупроводников характер изменения удельного сопротивления от температуры будет схож с таковым для элетролитов.
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!