저항의 온도 계수

도체의 전기 저항은 일반적으로 도체의 재료, 길이 및 단면적, 또는 간단히 말해서 저항 및 도체의 기하학적 치수에 따라 달라집니다. 이 종속성은 잘 알려져 있으며 다음 공식으로 표현됩니다.

모두에게 알려져 있으며 전기 회로의 균질 부분에 대한 옴의 법칙, 저항이 높을수록 전류가 낮다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 전선의 저항이 일정하면 인가된 전압이 증가함에 따라 전류는 선형적으로 증가해야 합니다. 그러나 실제로는 그렇지 않습니다. 전선의 저항은 일정하지 않습니다.

예를 들어 멀리 갈 필요가 없습니다. 전구를 조정 가능한 전원 공급 장치(전압계와 전류계 포함)에 연결하고 점차 전압을 증가시켜 공칭 값으로 가져오면 전류가 선형으로 증가하지 않는다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 램프의 공칭 값, 코일을 통한 전류는 점점 더 천천히 증가하고 빛은 점점 더 밝아집니다.

코일에 인가되는 전압이 2배가 되면 전류가 2배가 되는 것은 없습니다. 옴의 법칙은 성립하지 않는 것 같습니다. 실제로 옴의 법칙이 충족되고 정확히 램프 필라멘트의 저항은 일정하지 않고 온도에 따라 달라집니다.

금속의 전기 전도성이 높은 이유가 무엇인지 생각해 봅시다. 그것은 많은 수의 전하 운반체(현재 구성 요소)의 금속 존재와 관련이 있습니다. 전도 전자… 이들은 전체 전도체에 공통인 금속 원자의 원자가 전자에 의해 형성된 전자이며, 개별 원자 각각에 속하지 않습니다.

도체에 전기장이 가해지면 자유 전도 전자가 혼돈 상태에서 다소 규칙적인 움직임으로 이동하여 전류가 형성됩니다. 그러나 전자는 열 진동으로 인해 발생하는 불균일한 구조인 격자 결함과 같은 이온 격자의 불균질성 등 방해물에 직면하게 됩니다.

전자는 이온과 상호 작용하고 운동량을 잃고 에너지가 격자 이온으로 전달되어 격자 이온 진동으로 변환되며 전자 자체의 열 이동 혼돈이 증가하여 전류가 통과하면 도체가 가열됩니다.

유전체, 반도체, 전해질, 가스, 비극성 액체에서 저항의 원인은 다를 수 있지만 옴의 법칙은 분명히 영구적으로 선형으로 유지되지 않습니다.

따라서 금속의 경우 온도가 상승하면 결정 격자의 열 진동이 훨씬 더 증가하고 전도 전자의 이동에 대한 저항이 증가합니다.이것은 램프 실험에서 볼 수 있습니다. 글로우의 밝기는 증가하지만 전류는 덜 증가합니다. 이는 온도 변화가 램프 필라멘트의 저항에 영향을 미쳤음을 의미합니다.

그 결과 저항이 명확해진다. 금속 와이어 온도에 거의 선형적으로 의존합니다. 가열되면 와이어의 기하학적 치수가 약간 변한다는 점을 고려하면 전기 저항도 온도에 거의 선형으로 의존합니다. 이러한 종속성은 다음 공식으로 표현할 수 있습니다.

확률에 주목합시다. 0 ° C에서 도체의 저항이 R0이고 온도 t ° C에서 값 R (t)을 취하고 저항의 상대적 변화는 α * t ° C와 같다고 가정합니다. 이 비례 계수 α는 저항의 온도 계수... 현재 온도에 대한 물질의 전기 저항의 의존성을 특징으로합니다.

이 계수는 도체의 온도가 1K(켈빈 1도, 이는 섭씨 1도의 온도 변화에 해당)만큼 변할 때 도체의 전기 저항의 상대적인 변화와 수치적으로 동일합니다.

금속의 경우 TCR(저항 온도 계수 α)은 비교적 작지만 항상 0보다 큽니다. 전류가 흐를 때 전자가 결정 격자의 이온과 더 자주 충돌하기 때문에 온도가 높을수록 열 혼돈 운동이 높을수록 속도가 빨라집니다.격자 이온과 무질서한 운동으로 충돌하면서 금속의 전자는 에너지를 잃고 결과적으로 와이어가 가열됨에 따라 저항이 증가합니다. 이 현상은 기술적으로 저항 온도계.

따라서 저항 온도 계수 α는 온도에 대한 물질의 전기 저항의 의존성을 특성화하고 1 / K - 켈빈에서 -1의 거듭 제곱으로 측정됩니다. 부호가 반대인 값을 온도 전도 계수라고 합니다.

순수한 반도체의 경우 TCS는 음수입니다. 즉, 온도가 증가함에 따라 저항이 감소합니다. 이는 온도가 증가함에 따라 점점 더 많은 전자가 전도 영역으로 전달되는 반면 정공의 농도도 증가하기 때문입니다. . 동일한 메커니즘이 액체 비극성 및 고체 유전체의 특징입니다.

극성 액체는 점도 감소 및 해리 증가로 인해 온도가 증가함에 따라 저항이 급격히 감소합니다. 이 속성은 높은 돌입 전류의 파괴적인 영향으로부터 전자관을 보호하는 데 사용됩니다.

합금, 도핑된 반도체, 가스 및 전해질의 경우 저항의 열 의존성은 순수 금속보다 더 복잡합니다. 망가닌 및 콘스탄탄과 같이 TCS가 매우 낮은 합금은 다음과 같은 용도로 사용됩니다. 전기 측정기.