जसजसे तापमान कमी होते तसतसे धातूंचे विद्युत प्रतिकार वाढते. तापमानावर कंडक्टरच्या प्रतिकाराचे अवलंबन

धातूंचा प्रतिकार या वस्तुस्थितीमुळे होतो की कंडक्टरमध्ये फिरणारे इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल जाळीच्या आयनांशी संवाद साधतात आणि त्याद्वारे विद्युत क्षेत्रात प्राप्त केलेल्या ऊर्जेचा काही भाग गमावतात.

अनुभव दर्शवितो की धातूंचा प्रतिकार तापमानावर अवलंबून असतो. प्रत्येक पदार्थ त्याच्या स्थिर मूल्याद्वारे दर्शविला जाऊ शकतो, ज्याला म्हणतात प्रतिरोधक तापमान गुणांक α. हे गुणांक कंडक्टरच्या प्रतिरोधकतेतील सापेक्ष बदलाच्या बरोबरीचे असते जेव्हा ते 1 K ने गरम केले जाते: α =

जेथे ρ 0 ही तापमान T 0 = 273 K (0°C) वरील प्रतिरोधकता आहे, ρ ही दिलेल्या तापमानात प्रतिरोधकता आहे. रेखीय कार्य: ρ = ρ 0 (1+ αT).

तपमानावरील प्रतिकाराचे अवलंबन समान कार्याद्वारे व्यक्त केले जाते:

R = R 0 (1+ αT).

शुद्ध धातूंच्या प्रतिकाराचे तापमान गुणांक एकमेकांपासून तुलनेने थोडे वेगळे असतात आणि ते अंदाजे 0.004 K -1 च्या समान असतात. तापमानातील बदलासह कंडक्टरच्या प्रतिकारातील बदलामुळे त्यांचे वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्य रेषीय नाही हे तथ्य ठरते. हे विशेषतः अशा प्रकरणांमध्ये लक्षात येते जेव्हा कंडक्टरचे तापमान लक्षणीय बदलते, उदाहरणार्थ इनॅन्डेन्सेंट दिवा चालवताना. आकृती त्याचे व्होल्ट-अँपिअर वैशिष्ट्य दर्शवते. आकृतीवरून पाहिल्याप्रमाणे, या प्रकरणात सध्याची ताकद व्होल्टेजच्या थेट प्रमाणात नाही. तथापि, एखाद्याने असा विचार करू नये की हा निष्कर्ष ओमच्या नियमाच्या विरोधात आहे. ओमच्या नियमात तयार केलेले अवलंबन केवळ वैध आहे सतत प्रतिकार सह.तपमानावर मेटल कंडक्टरच्या प्रतिकाराची अवलंबित्व विविध मापन आणि स्वयंचलित उपकरणांमध्ये वापरली जाते. त्यापैकी सर्वात महत्वाचे आहे प्रतिरोधक थर्मामीटर. प्रतिरोधक थर्मामीटरचा मुख्य भाग सिरेमिक फ्रेमवर प्लॅटिनम वायर जखमेच्या आहे. वायर एका माध्यमात ठेवली जाते ज्याचे तापमान निश्चित करणे आवश्यक आहे. या वायरचा प्रतिकार मोजून आणि त्याचा प्रतिकार t 0 = 0 °C (म्हणजे. आर 0),शेवटचे सूत्र वापरून माध्यमाचे तापमान मोजा.

सुपरकंडक्टिव्हिटी.तथापि, आधी उशीरा XIXव्ही. कंडक्टरचा प्रतिकार अत्यंत कमी तापमानाच्या प्रदेशात तापमानावर कसा अवलंबून असतो हे तपासणे अशक्य होते. केवळ 20 व्या शतकाच्या सुरूवातीस. डच शास्त्रज्ञ जी. कॅमरलिंग ओनेस यांनी घनरूप होण्यास सर्वात कठीण वायू - हेलियम - द्रव अवस्थेत रूपांतरित केले. द्रव हीलियमचा उत्कलन बिंदू 4.2 K आहे. यामुळे काही शुद्ध धातू अत्यंत कमी तापमानाला थंड झाल्यावर त्यांची प्रतिकारशक्ती मोजणे शक्य झाले.

1911 मध्ये, कॅमरलिंग ओनेसचे कार्य एका मोठ्या शोधात संपले. पारा सतत थंड होताना त्याच्या प्रतिकारशक्तीचा अभ्यास केल्यावर त्याने शोधून काढले की 4.12 के तापमानात पाराचा प्रतिकार अचानक शून्यावर आला. त्यानंतर, निरपेक्ष शून्याच्या जवळ तापमानात थंड झाल्यावर इतर अनेक धातूंमध्ये तो समान घटना पाहण्यास सक्षम होता. विशिष्ट तापमानात धातूचा विद्युत प्रतिकार पूर्णतः नष्ट होण्याच्या घटनेला सुपरकंडक्टिव्हिटी म्हणतात.

सर्व साहित्य सुपरकंडक्टर होऊ शकत नाहीत, परंतु त्यांची संख्या खूप मोठी आहे. तथापि, त्यांच्यापैकी बऱ्याच जणांकडे अशी मालमत्ता असल्याचे आढळून आले ज्यामुळे त्यांच्या वापरात लक्षणीय अडथळा निर्माण झाला. असे दिसून आले की बहुतेक शुद्ध धातूंसाठी, जेव्हा ते मजबूत चुंबकीय क्षेत्रात असतात तेव्हा सुपरकंडक्टिव्हिटी अदृश्य होते. म्हणून, जेव्हा सुपरकंडक्टरमधून महत्त्वपूर्ण प्रवाह वाहतो तेव्हा ते स्वतःभोवती एक चुंबकीय क्षेत्र तयार करते आणि त्यात सुपरकंडक्टिव्हिटी अदृश्य होते. तरीसुद्धा, हा अडथळा पार करता येण्याजोगा ठरला: असे आढळून आले की काही मिश्रधातू, उदाहरणार्थ, निओबियम आणि झिरकोनियम, निओबियम आणि टायटॅनियम, इत्यादींमध्ये त्यांची सुपरकंडक्टिव्हिटी राखण्याची मालमत्ता आहे. मोठी मूल्येवर्तमान शक्ती. यामुळे सुपरकंडक्टिव्हिटीचा अधिक व्यापक वापर करण्याची परवानगी मिळाली.

कंडक्टरचे तापमान जसजसे वाढते तसतसे मुक्त इलेक्ट्रॉन आणि अणू यांच्यातील टक्करांची संख्या वाढते. परिणामी, इलेक्ट्रॉनच्या दिशात्मक हालचालीची सरासरी गती कमी होते, जी कंडक्टरच्या प्रतिकारशक्तीच्या वाढीशी संबंधित आहे.

दुसरीकडे, जसजसे तापमान वाढते, कंडक्टरच्या प्रति युनिट व्हॉल्यूममध्ये मुक्त इलेक्ट्रॉन आणि आयनांची संख्या वाढते, ज्यामुळे कंडक्टरचा प्रतिकार कमी होतो.

एका किंवा दुसऱ्या घटकाच्या वर्चस्वानुसार, वाढत्या तापमानासह, प्रतिकार एकतर वाढतो (धातू), किंवा कमी होतो (कोळसा, इलेक्ट्रोलाइट्स), किंवा जवळजवळ अपरिवर्तित राहतो (मेटल मिश्र धातु, उदाहरणार्थ मॅनगेन).

तापमानातील किरकोळ बदलांसह (0-100°C), 1°C ने गरम होण्याशी संबंधित प्रतिकारातील सापेक्ष वाढ, ज्याला प्रतिरोधक तापमान गुणांक म्हणतात, बहुतेक धातूंसाठी स्थिर राहते.

तपमानावरील प्रतिकार - नियुक्त केल्यावर, तापमान वरून वाढते म्हणून आम्ही प्रतिकारातील सापेक्ष वाढीसाठी अभिव्यक्ती लिहू शकतो:

मूल्ये तापमान गुणांकसाठी प्रतिकार विविध साहित्यटेबलमध्ये दिले आहेत. 2-2.

अभिव्यक्ती (2-18) पासून ते खालीलप्रमाणे आहे

परिणामी फॉर्म्युला (2-20) दिलेल्या किंवा ज्ञात मूल्यांवर त्याचा प्रतिकार मोजून वायरचे तापमान (वाइंडिंग) निर्धारित करणे शक्य करते.

उदाहरण 2-3. जर रेषेची लांबी 400 मीटर असेल आणि क्रॉस-सेक्शन असेल तर तापमानात एअर लाइन वायरचा प्रतिकार निश्चित करा तांब्याच्या तारा

तपमानावर लाइन वायर्सचा प्रतिकार

कोणत्याही विद्युतीय प्रवाहक सामग्रीच्या वैशिष्ट्यांपैकी एक म्हणजे तापमानावरील प्रतिकाराचे अवलंबन. आडव्या अक्षावर वेळेचे अंतर (t) चिन्हांकित केले असल्यास आणि ओमिक रेझिस्टन्स (R) चे मूल्य उभ्या अक्षावर चिन्हांकित केलेल्या आलेखाच्या स्वरूपात चित्रित केल्यास, तुम्हाला तुटलेली रेषा मिळेल. तपमानावरील प्रतिकाराच्या अवलंबनामध्ये योजनाबद्धपणे तीन विभाग असतात. प्रथम किंचित गरम होण्याशी संबंधित आहे - यावेळी प्रतिकार खूपच किंचित बदलतो. हे एका विशिष्ट बिंदूपर्यंत होते, त्यानंतर आलेखावरील ओळ झपाट्याने वर जाते - हा दुसरा विभाग आहे. तिसरा आणि अंतिम घटक क्षैतिज अक्षाच्या तुलनेने लहान कोनात, R ची वाढ थांबलेल्या बिंदूपासून वरच्या दिशेने पसरलेली सरळ रेषा आहे.

या आलेखाचा भौतिक अर्थ खालीलप्रमाणे आहे: कंडक्टरच्या तपमानावरील प्रतिकाराचे अवलंबित्व सोप्या पद्धतीने वर्णन केले आहे जोपर्यंत गरम मूल्य विशिष्ट मूल्याच्या वैशिष्ट्यांपेक्षा जास्त होत नाही. या साहित्याचा. चला एक अमूर्त उदाहरण देऊ: जर +10°C तापमानात पदार्थाचा प्रतिकार 10 Ohms असेल, तर 40°C पर्यंत R चे मूल्य व्यावहारिकरित्या बदलत नाही, मोजमाप त्रुटीमध्येच राहते. पण आधीच 41°C वर 70 Ohms च्या प्रतिकारात उडी असेल. जर तापमानात आणखी वाढ थांबली नाही, तर त्यानंतरच्या प्रत्येक डिग्रीसाठी अतिरिक्त 5 ओहम असतील.

या गुणधर्माचा वापर विविध विद्युत उपकरणांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो, त्यामुळे तांब्यावरील डेटा प्रदान करणे स्वाभाविक आहे So, तांबे कंडक्टरसाठी, प्रत्येक अतिरिक्त डिग्रीसाठी गरम केल्याने प्रतिकारशक्ती अर्ध्या टक्क्यांनी वाढते. विशिष्ट मूल्य (संदर्भ तक्त्यामध्ये आढळू शकते, 20°C साठी दिलेले, 1 चौ. मि.मी.च्या क्रॉस सेक्शनसह 1 मीटर लांबी).

जेव्हा ते मेटल कंडक्टरमध्ये उद्भवते तेव्हा विद्युत प्रवाह दिसून येतो - चार्जसह प्राथमिक कणांची निर्देशित हालचाल. मेटल नोड्समध्ये स्थित आयन त्यांच्या बाह्य कक्षामध्ये जास्त काळ इलेक्ट्रॉन ठेवण्यास सक्षम नसतात, म्हणून ते सामग्रीच्या संपूर्ण व्हॉल्यूममध्ये एका नोडपासून दुसऱ्या नोडमध्ये मुक्तपणे फिरतात. ही गोंधळलेली हालचाल बाह्य उर्जेमुळे होते - उष्णता.

जरी हालचालीची वस्तुस्थिती स्पष्ट आहे, ती दिशात्मक नाही आणि म्हणून ती प्रवाह मानली जात नाही. जेव्हा विद्युत क्षेत्र दिसून येते, तेव्हा इलेक्ट्रॉन त्याच्या कॉन्फिगरेशननुसार निर्देशित केले जातात, निर्देशित हालचाली तयार करतात. परंतु थर्मल इफेक्ट कुठेही नाहीसा झाला नसल्यामुळे, अव्यवस्थितपणे हलणारे कण निर्देशित फील्डवर आदळतात. तपमानावरील धातूच्या प्रतिकाराचे अवलंबित्व विद्युत् प्रवाहाच्या मार्गात व्यत्यय आणण्याचे प्रमाण दर्शवते. तापमान जितके जास्त असेल तितका कंडक्टरचा आर.

स्पष्ट निष्कर्ष: हीटिंगची डिग्री कमी करून, आपण प्रतिकार कमी करू शकता. (सुमारे 20°K) हे पदार्थाच्या संरचनेतील कणांच्या थर्मल अराजक हालचालीमध्ये लक्षणीय घट द्वारे दर्शविले जाते.

विद्युत अभियांत्रिकीमध्ये प्रवाहकीय सामग्रीच्या या गुणधर्माचा विस्तृत वापर आढळला आहे. उदाहरणार्थ, तपमानावर कंडक्टरच्या प्रतिकाराची अवलंबित्व इलेक्ट्रॉनिक सेन्सर्समध्ये वापरली जाते. कोणत्याही सामग्रीसाठी त्याचे मूल्य जाणून घेतल्यास, आपण थर्मिस्टर बनवू शकता, त्यास डिजिटल किंवा ॲनालॉग वाचन डिव्हाइसशी कनेक्ट करू शकता, योग्य प्रमाणात कॅलिब्रेशन करू शकता आणि ते पर्याय म्हणून वापरू शकता, बहुतेक आधुनिक तापमान सेन्सर या तत्त्वावर आधारित आहेत, कारण विश्वासार्हता आहे उच्च आणि डिझाइन सोपे आहे.

याव्यतिरिक्त, तापमानावरील प्रतिरोधकतेचे अवलंबित्व इलेक्ट्रिक मोटर विंडिंग्सच्या हीटिंगची गणना करणे शक्य करते.

लक्षात ठेवा भौतिक प्रमाण कशाला प्रतिकार म्हणतात.

मेटल कंडक्टरचा प्रतिकार कशावर आणि कसा अवलंबून असतो?

वेगवेगळ्या पदार्थांमध्ये भिन्न प्रतिरोधकता असते (§ 101 पहा). प्रतिकार कंडक्टरच्या स्थितीवर अवलंबून असतो का? त्याच्या तापमानावर? याचे उत्तर अनुभवाने द्यावे.

जर तुम्ही स्टीलच्या सर्पिलमधून बॅटरीमधून विद्युतप्रवाह पास केला आणि नंतर बर्नरच्या ज्वालामध्ये गरम करण्यास सुरुवात केली, तर ॲमीटर वर्तमान ताकद कमी दर्शवेल. याचा अर्थ तापमानात बदल झाल्यामुळे कंडक्टरचा प्रतिकार बदलतो.

जर ० डिग्री सेल्सिअस तापमानात, कंडक्टरचा प्रतिकार R 0 च्या बरोबरीचा असेल आणि t तापमानात तो R बरोबर असेल, तर अनुभव दर्शविल्याप्रमाणे, प्रतिकारातील सापेक्ष बदल, तापमानातील बदलाच्या थेट प्रमाणात आहे. t:

आनुपातिकता गुणांक α ला प्रतिरोधक तापमान गुणांक म्हणतात.

हे तापमानावरील पदार्थाच्या प्रतिकारशक्तीचे अवलंबित्व दर्शवते.

सर्व मेटल कंडक्टर गुणांक α > साठी

जेव्हा कंडक्टर गरम केला जातो तेव्हा त्याचे भौमितिक परिमाण थोडेसे बदलतात. कंडक्टरचा प्रतिकार मुख्यतः त्याच्या प्रतिरोधकतेतील बदलामुळे बदलतो. जर तुम्ही मूल्यांना फॉर्म्युलामध्ये बदलले तर तुम्ही तापमानावर या प्रतिरोधकतेचे अवलंबित्व शोधू शकता (16.1) गणनेमुळे पुढील परिणाम मिळतात:

ρ = ρ 0 (1 + αt), किंवा ρ = ρ 0 (1 + αΔТ), (16.2)

जेथे ΔT हा निरपेक्ष तापमानातील बदल आहे.

प्रतिकारशक्तीतील वाढ हे या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते की वाढत्या तापमानासह, क्रिस्टल जाळीच्या नोड्सवरील आयनच्या कंपनांचे मोठेपणा वाढते, म्हणून मुक्त इलेक्ट्रॉन त्यांच्याशी अधिक वेळा आदळतात, ज्यामुळे हालचालीची दिशा गमावली जाते. गुणांक a अगदी लहान असला तरी, हीटिंग डिव्हाइसेसच्या पॅरामीटर्सची गणना करताना तापमानावरील प्रतिकाराचे अवलंबित्व लक्षात घेणे पूर्णपणे आवश्यक आहे. अशाप्रकारे, जेव्हा गरम झाल्यामुळे विद्युत प्रवाह त्यामधून जातो तेव्हा तापलेल्या दिव्याच्या टंगस्टन फिलामेंटचा प्रतिकार 10 पटीने वाढतो.

काही मिश्र धातुंसाठी, उदाहरणार्थ, तांबे आणि निकेल (कॉन्स्टँटिन) च्या मिश्रधातूसाठी, प्रतिरोधक तापमान गुणांक खूप लहान आहे: α ≈ 10 -5 के -1; कॉन्स्टँटिनची प्रतिरोधकता जास्त आहे: ρ ≈ 10 -6 Ohm m अशा मिश्रधातूंचा वापर मानक प्रतिरोधकांच्या निर्मितीसाठी आणि मोजमाप यंत्रांसाठी अतिरिक्त प्रतिरोधकांसाठी केला जातो, म्हणजे जेव्हा तापमान चढउतारांसह प्रतिकार लक्षणीय बदलत नाही.

धातू देखील आहेत, उदाहरणार्थ निकेल, कथील, प्लॅटिनम इत्यादी, ज्यांचे तापमान गुणांक लक्षणीयरीत्या जास्त आहे: α ≈ 10 -3 के -1. तापमानावरील त्यांच्या प्रतिकाराचे अवलंबित्व हे तापमान मोजण्यासाठी वापरले जाऊ शकते, जे मध्ये केले जाते प्रतिरोधक थर्मामीटर.

सेमीकंडक्टर सामग्रीपासून बनविलेले उपकरण देखील तापमानावरील प्रतिकाराच्या अवलंबनावर आधारित असतात - थर्मिस्टर्स. ते मोठ्या तापमानाच्या प्रतिरोधक गुणांकाने (धातूंच्या तुलनेत दहापट जास्त) आणि कालांतराने वैशिष्ट्यांची स्थिरता दर्शवतात. थर्मिस्टर रेटिंग मेटल रेझिस्टन्स थर्मोमीटरपेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त आहेत, सामान्यत: 1, 2, 5, 10, 15 आणि 30 kΩ.

>> भौतिकशास्त्र: तापमानावर कंडक्टरच्या प्रतिकाराचे अवलंबन

वेगवेगळ्या पदार्थांमध्ये भिन्न प्रतिरोधकता असते (§ 104 पहा). प्रतिकार कंडक्टरच्या स्थितीवर अवलंबून असतो का? त्याच्या तापमानावर? याचे उत्तर अनुभवाने द्यावे.
जर तुम्ही स्टीलच्या कॉइलमधून बॅटरीमधून विद्युतप्रवाह पास केला आणि नंतर बर्नरच्या ज्वालामध्ये गरम करणे सुरू केले, तर ॲमीटर विद्युत प्रवाह कमी दर्शवेल. याचा अर्थ तापमानात बदल झाल्यामुळे कंडक्टरचा प्रतिकार बदलतो.
जर तापमान 0 डिग्री सेल्सिअसच्या समान असेल, तर कंडक्टरचा प्रतिकार समान असेल R0, आणि तापमानात tते समान आहे आर, नंतर प्रतिकारातील सापेक्ष बदल, अनुभव दर्शविल्याप्रमाणे, तापमानातील बदलाच्या थेट प्रमाणात आहे t:

आनुपातिकता घटक α म्हणतात प्रतिरोधक तापमान गुणांक. हे तापमानावरील पदार्थाच्या प्रतिकारशक्तीचे अवलंबित्व दर्शवते. प्रतिकाराचे तापमान गुणांक 1 K ने गरम केल्यावर कंडक्टरच्या प्रतिकारातील सापेक्ष बदलाप्रमाणे संख्यात्मकदृष्ट्या समान असते. सर्व धातूच्या कंडक्टरसाठी, गुणांक α > ० आणि तापमानानुसार किंचित बदलते. जर तापमान बदलांची श्रेणी लहान असेल, तर तापमान गुणांक स्थिर मानला जाऊ शकतो आणि या तापमान श्रेणीपेक्षा त्याच्या सरासरी मूल्याच्या समान आहे. शुद्ध धातूंसाठी α ≈ 1/273 K -1 . यू इलेक्ट्रोलाइट सोल्यूशन्सचा, प्रतिकार वाढत्या तापमानाने वाढत नाही, परंतु कमी होतो. त्यांच्यासाठी α α ≈ -0.02 K -1 .
जेव्हा कंडक्टर गरम केला जातो तेव्हा त्याचे भौमितिक परिमाण थोडेसे बदलतात. कंडक्टरचा प्रतिकार मुख्यतः त्याच्या प्रतिरोधकतेतील बदलांमुळे बदलतो. जर तुम्ही फॉर्म्युला (16.1) मध्ये मूल्ये बदलली तर तुम्ही तापमानावरील या प्रतिरोधकतेचे अवलंबित्व शोधू शकता.

. गणनेमुळे खालील परिणाम होतात:

कारण α जेव्हा कंडक्टरचे तापमान बदलते तेव्हा थोडासा बदल होतो, तेव्हा आपण असे गृहीत धरू शकतो की कंडक्टरची प्रतिरोधकता तापमानावर रेषीयपणे अवलंबून असते ( अंजीर.16.2).

प्रतिकारशक्तीतील वाढ हे या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते की वाढत्या तापमानासह, क्रिस्टल जाळीच्या नोड्सवरील आयनच्या कंपनांचे मोठेपणा वाढते, म्हणून मुक्त इलेक्ट्रॉन त्यांच्याशी अधिक वेळा आदळतात, ज्यामुळे हालचालीची दिशा गमावली जाते. जरी गुणांक α खूपच लहान आहे, हीटिंग उपकरणांची गणना करताना तापमानावरील प्रतिकाराचे अवलंबित्व लक्षात घेणे पूर्णपणे आवश्यक आहे. अशा प्रकारे, इनॅन्डेन्सेंट दिव्याच्या टंगस्टन फिलामेंटचा प्रतिकार 10 पटीने वाढतो जेव्हा विद्युत प्रवाह त्यातून जातो.
तांबे-निकेल मिश्रधातू (कॉन्स्टंटन) सारख्या काही मिश्रधातूंमध्ये प्रतिरोधकता खूप लहान तापमान गुणांक असतो: α ≈ 10 -5 K -1 ; कॉन्स्टंटनची प्रतिरोधकता जास्त आहे: ρ ≈ 10 -6 Ohm m अशा मिश्रधातूंचा वापर मानक प्रतिरोधक आणि मोजमाप यंत्रांना अतिरिक्त प्रतिकार करण्यासाठी केला जातो, म्हणजे जेव्हा तापमान चढउतारांसह प्रतिकार लक्षणीय बदलत नाही.
तपमानावर धातूच्या प्रतिकारशक्तीचे अवलंबन वापरले जाते प्रतिरोधक थर्मामीटर. सामान्यतः, अशा थर्मामीटरचा मुख्य कार्यरत घटक म्हणजे प्लॅटिनम वायर, ज्याच्या तापमानावरील प्रतिकारावर अवलंबून आहे हे सर्वज्ञात आहे. तापमानातील बदल हे वायरच्या प्रतिकारातील बदलांद्वारे मोजले जातात, जे मोजले जाऊ शकतात.
असे थर्मामीटर आपल्याला खूप कमी आणि खूप मोजण्याची परवानगी देतात उच्च तापमानजेव्हा पारंपारिक द्रव थर्मामीटर योग्य नसतात.
वाढत्या तापमानासह धातूंची प्रतिरोधकता रेषीयपणे वाढते. इलेक्ट्रोलाइट सोल्यूशन्ससाठी ते वाढत्या तापमानासह कमी होते.

???
1. केव्हा प्रकाश बल्बखूप उर्जा वापरते: नेटवर्कमध्ये प्लग केल्यानंतर किंवा काही मिनिटांनंतर?
2. जर इलेक्ट्रिक स्टोव्ह सर्पिलचा प्रतिकार तापमानानुसार बदलला नाही, तर रेटेड पॉवरवर त्याची लांबी जास्त किंवा कमी असावी?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, भौतिकशास्त्र 10 वी इयत्ता

या धड्यासाठी तुमच्याकडे सुधारणा किंवा सूचना असल्यास,

त्याच्या व्यावहारिक क्रियाकलापांमध्ये, प्रत्येक इलेक्ट्रिशियनचा सामना होतो भिन्न परिस्थितीधातू, अर्धसंवाहक, वायू आणि द्रव मध्ये चार्ज वाहक पास. विद्युत् प्रवाहाच्या तीव्रतेवर विद्युतीय प्रतिकारशक्तीचा परिणाम होतो, जो पर्यावरणाच्या प्रभावाखाली विविध प्रकारे बदलतो.

या घटकांपैकी एक म्हणजे तापमान एक्सपोजर. ते विद्युत् प्रवाहाच्या परिस्थितीमध्ये लक्षणीय बदल करत असल्याने, इलेक्ट्रिकल उपकरणांच्या निर्मितीमध्ये डिझाइनरद्वारे ते विचारात घेतले जाते. इलेक्ट्रिकल इंस्टॉलेशन्सच्या देखभाल आणि ऑपरेशनमध्ये गुंतलेल्या इलेक्ट्रिकल कर्मचाऱ्यांनी व्यावहारिक कामात या वैशिष्ट्यांचा सक्षमपणे वापर करणे आवश्यक आहे.

धातूंच्या विद्युत् प्रतिकारशक्तीवर तापमानाचा प्रभाव

शालेय भौतिकशास्त्र अभ्यासक्रमात, खालील प्रयोग करण्याचा प्रस्ताव आहे: एक अँमीटर, एक बॅटरी, वायरचा तुकडा, कनेक्टिंग वायर आणि बर्नर घ्या. बॅटरीसह अँमीटरऐवजी, आपण ओममीटर कनेक्ट करू शकता किंवा मल्टीमीटरमध्ये त्याचा मोड वापरू शकता.

आता बर्नरची ज्योत वायरवर आणू आणि ती गरम करायला सुरुवात करू. तुम्ही ammeter बघितल्यास, तुम्हाला दिसेल की बाण डावीकडे जाईल आणि लाल रंगात चिन्हांकित केलेल्या स्थितीपर्यंत पोहोचेल.

प्रयोगाचा परिणाम असे दर्शवतो की जेव्हा धातू गरम होतात तेव्हा त्यांची चालकता कमी होते आणि त्यांचा प्रतिकार वाढतो.

या घटनेचे गणितीय औचित्य थेट चित्रातील सूत्रांद्वारे दिले जाते. खालच्या अभिव्यक्तीमध्ये हे स्पष्टपणे दिसून येते की मेटल कंडक्टरचा विद्युत प्रतिकार “R” त्याच्या तापमान “T” च्या थेट प्रमाणात असतो आणि इतर अनेक पॅरामीटर्सवर अवलंबून असतो.

धातू गरम केल्याने सरावामध्ये विद्युत प्रवाह कसा मर्यादित होतो

तप्त दिवे

दररोज, जेव्हा आपण लाइटिंग चालू करतो, तेव्हा आपल्याला या मालमत्तेचे प्रकटीकरण इनॅन्डेन्सेंट दिव्यांमध्ये आढळते. चला 60 वॅट्सच्या पॉवरच्या लाइट बल्बवर साधे मोजमाप करूया.

लो-व्होल्टेज 4.5 व्ही बॅटरीद्वारे समर्थित सर्वात सोपा ओममीटर वापरून, आम्ही बेसच्या संपर्कांमधील प्रतिकार मोजतो आणि 59 ओहमचे मूल्य पाहतो. थंड असताना फिलामेंटमध्ये हे मूल्य असते.

लाइट बल्ब सॉकेटमध्ये स्क्रू करा आणि 220 व्होल्ट होम नेटवर्क व्होल्टेजला ॲमीटरद्वारे कनेक्ट करा. ammeter सुई 0.273 ampere दर्शवेल. तापलेल्या अवस्थेत थ्रेडचा प्रतिकार ठरवू. ते 896 Ohms असेल आणि मागील ओममीटर रीडिंग 15.2 पटीने ओलांडेल.

हे अतिरेक फिलामेंट बॉडीच्या धातूचे बर्नआउट आणि नाश होण्यापासून संरक्षण करते, व्होल्टेज अंतर्गत दीर्घकालीन कार्यप्रदर्शन सुनिश्चित करते.

पॉवर-ऑन ट्रान्सियंट्स

जेव्हा फिलामेंट कार्य करते, तेव्हा विद्युत प्रवाहातून गरम होणे आणि उष्णताचा काही भाग काढून टाकणे दरम्यान थर्मल संतुलन तयार केले जाते. वातावरण. परंतु, स्विचिंगच्या सुरुवातीच्या टप्प्यावर, जेव्हा व्होल्टेज लागू केले जाते, तेव्हा क्षणिक प्रक्रिया घडतात ज्यामुळे इनरश करंट तयार होतो, ज्यामुळे फिलामेंट बर्नआउट होऊ शकते.

क्षणिक प्रक्रिया होतात कमी वेळआणि हे या वस्तुस्थितीमुळे होते की धातू गरम करण्यापासून विद्युत प्रतिकार वाढण्याचा दर विद्युत् प्रवाहाच्या वाढीशी जुळत नाही. त्यांच्या पूर्ण झाल्यानंतर, ऑपरेटिंग मोड स्थापित केला जातो.

दिव्याच्या दीर्घकाळापर्यंत ल्युमिनेसेन्स दरम्यान, त्याच्या फिलामेंटची जाडी हळूहळू गंभीर स्थितीत पोहोचते, ज्यामुळे बर्नआउट होते. बर्याचदा, हा क्षण पुढील नवीन स्विच ऑन दरम्यान येतो.

दिव्याचे आयुष्य वाढवण्यासाठी विविध प्रकारेहे वापरून इनरश करंट कमी करा:

1. सुरळीत पुरवठा आणि तणाव मुक्त करणारी उपकरणे;

2. योजना सीरियल कनेक्शनरेझिस्टर, सेमीकंडक्टर किंवा थर्मिस्टर्स (थर्मिस्टर्स) च्या फिलामेंटला.

ऑटोमोटिव्ह दिव्यांसाठी इनरश करंट मर्यादित करण्याच्या एका मार्गाचे उदाहरण खालील चित्रात दर्शविले आहे.

येथे, फ्यूज FU द्वारे टॉगल स्विच SA चालू केल्यानंतर लाइट बल्बला करंट पुरवला जातो आणि रेझिस्टर R द्वारे मर्यादित असतो, ज्याचे मूल्य निवडले जाते जेणेकरून क्षणिक प्रक्रियेदरम्यान वर्तमान वाढ रेट केलेल्या मूल्यापेक्षा जास्त होणार नाही.

जेव्हा फिलामेंट गरम होते, तेव्हा त्याचा प्रतिकार वाढतो, ज्यामुळे त्याच्या संपर्कांमधील संभाव्य फरक आणि रिले KL1 च्या समांतर-कनेक्टेड विंडिंगमध्ये वाढ होते. जेव्हा व्होल्टेज रिले सेटिंग मूल्यापर्यंत पोहोचते, तेव्हा सामान्यपणे उघडलेला संपर्क KL1 बंद होईल आणि रेझिस्टर बंद करेल. आधीच स्थापित मोडचा ऑपरेटिंग प्रवाह लाइट बल्बमधून वाहू लागेल.

मेटलच्या तपमानाचा त्याच्या विद्युतीय प्रतिकारशक्तीवर होणारा परिणाम मोजमाप यंत्रांच्या ऑपरेशनमध्ये वापरला जातो. त्यांना म्हणतात.

त्यांचा संवेदनशील घटक पातळ धातूच्या वायरने बनलेला असतो, ज्याचा प्रतिकार विशिष्ट तापमानात काळजीपूर्वक मोजला जातो. हा धागा स्थिर थर्मल गुणधर्म असलेल्या घरामध्ये बसविला जातो आणि संरक्षक आवरणाने झाकलेला असतो. तयार केलेली रचना अशा वातावरणात ठेवली जाते ज्याचे तापमान सतत निरीक्षण केले पाहिजे.

इलेक्ट्रिकल सर्किटच्या तारा संवेदनशील घटकाच्या टर्मिनल्सवर बसविल्या जातात, जे प्रतिरोधक मापन सर्किटला जोडतात. डिव्हाइसच्या पूर्वी केलेल्या कॅलिब्रेशनच्या आधारावर त्याचे मूल्य तापमान मूल्यांमध्ये रूपांतरित केले जाते.

बॅरेटर - वर्तमान स्टॅबिलायझर

हे हायड्रोजन वायूसह सीलबंद काचेचे सिलेंडर आणि लोखंड, टंगस्टन किंवा प्लॅटिनमपासून बनविलेले धातूचे वायर सर्पिल असलेल्या उपकरणाचे नाव आहे. हे डिझाइन दिसण्यात इनॅन्डेन्सेंट लाइट बल्बसारखे दिसते, परंतु त्यात विशिष्ट वर्तमान-व्होल्टेज नॉनलाइनर वैशिष्ट्य आहे.

वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्यावर, एका विशिष्ट श्रेणीमध्ये, एक कार्यरत क्षेत्र तयार केला जातो, जो शरीरावर लागू केलेल्या व्होल्टेजच्या चढउतारांवर अवलंबून नाही. या विभागात, बार्टर पॉवर रिपल्ससाठी चांगली भरपाई देतो आणि त्याच्याशी जोडलेल्या लोडवर वर्तमान स्टॅबिलायझर म्हणून काम करतो.

बॅरेटरचे ऑपरेशन फिलामेंट बॉडीच्या थर्मल जडत्वाच्या मालमत्तेवर आधारित आहे, जे फिलामेंटच्या लहान क्रॉस-सेक्शन आणि त्याच्या सभोवतालच्या हायड्रोजनच्या उच्च थर्मल चालकताद्वारे सुनिश्चित केले जाते. यामुळे, जेव्हा डिव्हाइसवरील व्होल्टेज कमी होते, तेव्हा त्याच्या फिलामेंटमधून उष्णता काढून टाकणे वेगवान होते.

बॅरेटर आणि इनॅन्डेन्सेंट लाइटिंग दिवे यांच्यातील हा मुख्य फरक आहे, ज्यामध्ये, चमकाची चमक कायम ठेवण्यासाठी, ते फिलामेंटमधून संवहनी उष्णतेचे नुकसान कमी करण्याचा प्रयत्न करतात.

सुपरकंडक्टिव्हिटी

सामान्य पर्यावरणीय परिस्थितीत, जेव्हा मेटल कंडक्टर थंड केला जातो तेव्हा त्याची विद्युत प्रतिरोधकता कमी होते.

केल्विन मापन प्रणालीनुसार जेव्हा गंभीर तापमान गाठले जाते, तेव्हा शून्य अंशांच्या जवळ, शून्याच्या प्रतिकारात तीव्र घट होते. योग्य चित्र पारासाठी असा संबंध दर्शवितो.

ही घटना, ज्याला सुपरकंडक्टिव्हिटी म्हणतात, संशोधनासाठी एक आशादायक क्षेत्र मानली जाते ज्यायोगे अशी सामग्री तयार केली जाते जी मोठ्या अंतरावर प्रसारित करताना विजेचे नुकसान लक्षणीयरीत्या कमी करू शकते.

तथापि, अतिसंवाहकतेच्या चालू असलेल्या अभ्यासाने अनेक नमुने उघड केले आहेत जेव्हा गंभीर तापमानाच्या प्रदेशात असलेल्या धातूच्या विद्युत प्रतिकारावर इतर घटकांचा प्रभाव पडतो. विशेषतः, जेव्हा पर्यायी प्रवाह त्याच्या दोलनांच्या वाढत्या वारंवारतेसह जातो, तेव्हा प्रतिकार निर्माण होतो, ज्याचे मूल्य प्रकाश लहरींच्या कालावधीसह हार्मोनिक्ससाठी नेहमीच्या मूल्यांच्या श्रेणीपर्यंत पोहोचते.

वायूंच्या विद्युत प्रतिरोध/वाहकतेवर तापमानाचा प्रभाव

वायू आणि सामान्य हवा डायलेक्ट्रिक्स आहेत आणि वीज चालवत नाहीत. त्याच्या निर्मितीसाठी, चार्ज वाहक आवश्यक आहेत, जे बाह्य घटकांच्या प्रदर्शनामुळे तयार झालेले आयन आहेत.

उष्णतेमुळे आयनीकरण होऊ शकते आणि माध्यमाच्या एका ध्रुवापासून दुस-या ध्रुवापर्यंत आयनांची हालचाल होऊ शकते. तुम्ही एक साधा प्रयोग वापरून याची पडताळणी करू शकता. मेटल कंडक्टरच्या रेझिस्टन्सवर गरम होण्याचा परिणाम ठरवण्यासाठी आपण वापरलेली तीच उपकरणे घेऊ, परंतु वायरऐवजी, आपण दोन मेटल प्लेट्स एअर स्पेसद्वारे विभक्त केलेल्या तारांना जोडू.

सर्किटला जोडलेले ॲमीटर विद्युत् प्रवाहाची अनुपस्थिती दर्शवेल. जर प्लेट्सच्या दरम्यान बर्नरची ज्योत ठेवली असेल, तर उपकरणाची सुई शून्य मूल्यापासून विचलित होईल आणि वायू माध्यमातून प्रवाहाचे प्रमाण दर्शवेल.

अशा प्रकारे, हे स्थापित केले गेले की गरम केल्यावर वायूंमध्ये आयनीकरण होते, ज्यामुळे विद्युत चार्ज केलेल्या कणांची हालचाल होते आणि माध्यमाचा प्रतिकार कमी होतो.

वर्तमान मूल्य बाह्य लागू केलेल्या व्होल्टेज स्त्रोताची शक्ती आणि त्याच्या संपर्कांमधील संभाव्य फरकाने प्रभावित होते. ते उच्च मूल्यांवर वायूंच्या इन्सुलेटिंग लेयरमधून तोडण्यास सक्षम आहे. निसर्गातील अशा घटनेचे वैशिष्ट्यपूर्ण प्रकटीकरण म्हणजे वादळाच्या वेळी नैसर्गिक विजांचा स्त्राव.

वायूंमधील विद्युत् प्रवाहाच्या वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्याचे अंदाजे दृश्य आलेखामध्ये दर्शविले आहे.

सुरुवातीच्या टप्प्यावर, तापमान आणि संभाव्य फरकाच्या प्रभावाखाली, आयनीकरणात वाढ आणि प्रवाहाचा प्रवाह अंदाजे एका रेखीय कायद्यानुसार साजरा केला जातो. मग वक्र क्षैतिज होते जेव्हा व्होल्टेजमध्ये वाढ झाल्यामुळे विद्युत् प्रवाहात वाढ होत नाही.

ब्रेकडाउनचा तिसरा टप्पा तेव्हा होतो जेव्हा लागू केलेल्या फील्डची उच्च उर्जा आयनांना इतकी गती देते की ते तटस्थ रेणूंशी आदळू लागतात आणि त्यांच्यापासून मोठ्या प्रमाणात नवीन चार्ज वाहक तयार होतात. परिणामी, विद्युत् प्रवाह झपाट्याने वाढतो, ज्यामुळे डायलेक्ट्रिक लेयरचे ब्रेकडाउन होते.

गॅस चालकतेचा व्यावहारिक वापर

इलेक्ट्रॉनिक ट्यूब आणि फ्लोरोसेंट दिवे मध्ये वायूंमधून विद्युत प्रवाह वाहण्याची घटना वापरली जाते.

हे करण्यासाठी, दोन इलेक्ट्रोड सीलबंद काचेच्या सिलेंडरमध्ये अक्रिय वायूसह ठेवलेले आहेत:

2. कॅथोड.

फ्लोरोसेंट दिव्यामध्ये, ते फिलामेंट्सच्या स्वरूपात बनवले जातात, जे थर्मिओनिक उत्सर्जन तयार करण्यासाठी चालू केल्यावर गरम होतात. आतील पृष्ठभागफ्लास्क फॉस्फरच्या थराने झाकलेले आहे. हे इलेक्ट्रॉनच्या प्रवाहाद्वारे पारा वाष्पातून उत्सर्जित होणाऱ्या इन्फ्रारेड किरणोत्सर्गाद्वारे तयार केलेल्या प्रकाशाच्या दृश्यमान स्पेक्ट्रमचे उत्सर्जन करते.

जेव्हा फ्लास्कच्या वेगवेगळ्या टोकांना असलेल्या इलेक्ट्रोड्समध्ये विशिष्ट परिमाणाचा व्होल्टेज लागू केला जातो तेव्हा गॅस डिस्चार्ज करंट होतो.

जेव्हा एखादा फिलामेंट जळतो तेव्हा या इलेक्ट्रोडमधील इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन विस्कळीत होईल आणि दिवा प्रकाशणार नाही. तथापि, आपण कॅथोड आणि एनोडमधील संभाव्य फरक वाढविल्यास, बल्बच्या आत पुन्हा गॅस डिस्चार्ज होईल आणि फॉस्फरची चमक पुन्हा सुरू होईल.

हे तुम्हाला खराब झालेल्या फिलामेंटसह एलईडी बल्ब वापरण्यास आणि त्यांचे सेवा आयुष्य वाढविण्यास अनुमती देते. फक्त लक्षात ठेवा की या प्रकरणात त्यावरील व्होल्टेज अनेक वेळा वाढवणे आवश्यक आहे आणि यामुळे वीज वापर आणि सुरक्षित वापराचे धोके लक्षणीय वाढतात.

द्रव्यांच्या विद्युत प्रतिकारावर तापमानाचा प्रभाव

द्रवपदार्थातील विद्युत् प्रवाह मुख्यत्वे बाह्यरित्या लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली केशन आणि आयनच्या हालचालीमुळे तयार होतो. चालकतेचा फक्त एक छोटासा भाग इलेक्ट्रॉनद्वारे प्रदान केला जातो.

द्रव इलेक्ट्रोलाइटच्या विद्युतीय प्रतिकारावर तापमानाचा प्रभाव चित्रात दर्शविलेल्या सूत्राद्वारे वर्णन केला आहे. त्यामध्ये तापमान गुणांक α चे मूल्य नेहमीच ऋण असते, नंतर वाढत्या गरम सह, चालकता वाढते आणि आलेखामध्ये दर्शविल्याप्रमाणे प्रतिरोध कमी होतो.

लिक्विड ऑटोमोबाईल (आणि इतर) बॅटरी चार्ज करताना ही घटना लक्षात घेतली पाहिजे.

सेमीकंडक्टरच्या विद्युत प्रतिकारावर तापमानाचा प्रभाव

तापमानाच्या प्रभावाखाली सेमीकंडक्टर सामग्रीच्या गुणधर्मांमधील बदलांमुळे त्यांचा वापर करणे शक्य झाले आहे:

थर्मल प्रतिकार;

थर्मोइलेमेंट्स;

रेफ्रिजरेटर्स;

हीटर्स

थर्मिस्टर्स

हे नाव अर्धसंवाहक उपकरणांना सूचित करते जे उष्णतेच्या प्रभावाखाली त्यांचे विद्युत प्रतिकार बदलतात. ते धातूंच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या जास्त आहेत.

अर्धसंवाहकांसाठी टीसीआर मूल्य सकारात्मक किंवा नकारात्मक असू शकते. या पॅरामीटरनुसार, ते सकारात्मक "RTS" आणि नकारात्मक "NTC" थर्मिस्टर्समध्ये विभागले गेले आहेत. त्यांच्यात भिन्न वैशिष्ट्ये आहेत.

थर्मिस्टर ऑपरेट करण्यासाठी, त्याच्या वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्यावरील बिंदूंपैकी एक निवडा:

रेखीय विभाग तापमान नियंत्रित करण्यासाठी किंवा प्रवाह किंवा व्होल्टेज बदलण्यासाठी भरपाई करण्यासाठी वापरला जातो;

TCS सह घटकांसाठी वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्याची उतरत्या शाखा

प्रक्रियांचे निरीक्षण किंवा मापन करताना रिले थर्मिस्टरचा वापर सोयीस्कर आहे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक विकिरण, अतिउच्च फ्रिक्वेन्सीवर उद्भवते. हे सिस्टममध्ये त्यांचा वापर सुनिश्चित करते:

1. उष्णता नियंत्रण;

2. फायर अलार्म;

3. बल्क मीडिया आणि द्रव्यांच्या प्रवाहाचे नियमन.

लहान TCR>0 असलेले सिलिकॉन थर्मिस्टर्स शीतकरण प्रणाली आणि ट्रान्झिस्टरच्या तापमान स्थिरीकरणासाठी वापरले जातात.

थर्मोइलेमेंट्स

हे सेमीकंडक्टर सीबेक घटनेच्या आधारावर कार्य करतात: जेव्हा दोन भिन्न धातूंचे सोल्डर केलेले क्षेत्र गरम केले जाते, तेव्हा बंद सर्किटच्या जंक्शनवर एक ईएमएफ तयार होतो. अशा प्रकारे ते औष्णिक ऊर्जेचे विजेमध्ये रूपांतर करतात.

अशा दोन घटकांच्या संरचनेला थर्मोकूपल म्हणतात. त्याची कार्यक्षमता 7÷10% च्या आत आहे.

थर्मोएलिमेंट्सचा वापर डिजिटल कंप्युटिंग उपकरणांच्या तापमान मीटरमध्ये केला जातो ज्यांना सूक्ष्म परिमाण आणि उच्च अचूकतेची आवश्यकता असते आणि कमी-पावर चालू स्त्रोत म्हणून देखील.

सेमीकंडक्टर हीटर्स आणि रेफ्रिजरेटर्स

ते थर्मोकूपल्सचा वापर उलट करून कार्य करतात ज्याद्वारे विद्युत प्रवाह जातो. या प्रकरणात, जंक्शनच्या एका ठिकाणी ते गरम केले जाते आणि उलट ठिकाणी ते थंड केले जाते.

सेलेनियम, बिस्मथ, अँटिमनी आणि टेल्युरियमवर आधारित सेमीकंडक्टर जंक्शन्स 60 अंशांपर्यंतच्या थर्मोइलेमेंटमध्ये तापमानातील फरक सुनिश्चित करणे शक्य करतात. यामुळे कूलिंग चेंबरमध्ये तापमान -16 अंशांपर्यंत खाली असलेल्या सेमीकंडक्टरपासून बनवलेले रेफ्रिजरेटेड कॅबिनेट डिझाइन तयार करणे शक्य झाले.

धातूंचा प्रतिकार या वस्तुस्थितीमुळे होतो की कंडक्टरमध्ये फिरणारे इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल जाळीच्या आयनांशी संवाद साधतात आणि त्याद्वारे विद्युत क्षेत्रात प्राप्त केलेल्या ऊर्जेचा काही भाग गमावतात.

अनुभव दर्शवितो की धातूंचा प्रतिकार तापमानावर अवलंबून असतो. प्रत्येक पदार्थ त्याच्या स्थिर मूल्याद्वारे दर्शविला जाऊ शकतो, ज्याला म्हणतात प्रतिरोधक तापमान गुणांक α. हे गुणांक कंडक्टरच्या प्रतिरोधकतेतील सापेक्ष बदलाच्या बरोबरीचे असते जेव्हा ते 1 K ने गरम केले जाते: α =

जेथे ρ 0 ही तापमान T 0 = 273 K (0°C) वरील प्रतिरोधकता आहे, ρ ही दिलेल्या तापमानात प्रतिरोधकता आहे T. म्हणून, तापमानावरील धातूच्या कंडक्टरच्या प्रतिरोधकतेचे अवलंबित्व एका रेखीय कार्याद्वारे व्यक्त केले जाते: ρ = ρ 0 (1+ αT).

तपमानावरील प्रतिकाराचे अवलंबन समान कार्याद्वारे व्यक्त केले जाते:

R = R 0 (1+ αT).

शुद्ध धातूंच्या प्रतिकाराचे तापमान गुणांक एकमेकांपासून तुलनेने थोडे वेगळे असतात आणि ते अंदाजे 0.004 K -1 च्या समान असतात. तापमानातील बदलासह कंडक्टरच्या प्रतिकारातील बदलामुळे त्यांचे वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्य रेषीय नाही हे तथ्य ठरते. हे विशेषतः अशा प्रकरणांमध्ये लक्षात येते जेव्हा कंडक्टरचे तापमान लक्षणीय बदलते, उदाहरणार्थ इनॅन्डेन्सेंट दिवा चालवताना. आकृती त्याचे व्होल्ट-अँपिअर वैशिष्ट्य दर्शवते. आकृतीवरून पाहिल्याप्रमाणे, या प्रकरणात सध्याची ताकद व्होल्टेजच्या थेट प्रमाणात नाही. तथापि, एखाद्याने असा विचार करू नये की हा निष्कर्ष ओमच्या नियमाच्या विरोधात आहे. ओमच्या नियमात तयार केलेले अवलंबन केवळ वैध आहे सतत प्रतिकार सह.तपमानावर मेटल कंडक्टरच्या प्रतिकाराची अवलंबित्व विविध मापन आणि स्वयंचलित उपकरणांमध्ये वापरली जाते. त्यापैकी सर्वात महत्वाचे आहे प्रतिरोधक थर्मामीटर. प्रतिरोधक थर्मामीटरचा मुख्य भाग सिरेमिक फ्रेमवर प्लॅटिनम वायर जखमेच्या आहे. वायर एका माध्यमात ठेवली जाते ज्याचे तापमान निश्चित करणे आवश्यक आहे. या वायरचा प्रतिकार मोजून आणि त्याचा प्रतिकार t 0 = 0 °C (म्हणजे. आर 0),शेवटचे सूत्र वापरून माध्यमाचे तापमान मोजा.

सुपरकंडक्टिव्हिटी.तथापि, 19 व्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत. कंडक्टरचा प्रतिकार अत्यंत कमी तापमानाच्या प्रदेशात तापमानावर कसा अवलंबून असतो हे तपासणे अशक्य होते. केवळ 20 व्या शतकाच्या सुरूवातीस. डच शास्त्रज्ञ जी. कॅमरलिंग ओनेस यांनी घनरूप होण्यास सर्वात कठीण वायू - हेलियम - द्रव अवस्थेत रूपांतरित केले. द्रव हीलियमचा उत्कलन बिंदू 4.2 K आहे. यामुळे काही शुद्ध धातू अत्यंत कमी तापमानाला थंड झाल्यावर त्यांची प्रतिकारशक्ती मोजणे शक्य झाले.

1911 मध्ये, कॅमरलिंग ओनेसचे कार्य एका मोठ्या शोधात संपले. पारा सतत थंड होताना त्याच्या प्रतिकारशक्तीचा अभ्यास केल्यावर त्याने शोधून काढले की 4.12 के तापमानात पाराचा प्रतिकार अचानक शून्यावर आला. त्यानंतर, निरपेक्ष शून्याच्या जवळ तापमानात थंड झाल्यावर इतर अनेक धातूंमध्ये तो समान घटना पाहण्यास सक्षम होता. विशिष्ट तापमानात धातूचा विद्युत प्रतिकार पूर्णतः नष्ट होण्याच्या घटनेला सुपरकंडक्टिव्हिटी म्हणतात.

सर्व साहित्य सुपरकंडक्टर होऊ शकत नाहीत, परंतु त्यांची संख्या खूप मोठी आहे. तथापि, त्यांच्यापैकी बऱ्याच जणांकडे अशी मालमत्ता असल्याचे आढळून आले ज्यामुळे त्यांच्या वापरात लक्षणीय अडथळा निर्माण झाला. असे दिसून आले की बहुतेक शुद्ध धातूंसाठी, जेव्हा ते मजबूत चुंबकीय क्षेत्रात असतात तेव्हा सुपरकंडक्टिव्हिटी अदृश्य होते. म्हणून, जेव्हा सुपरकंडक्टरमधून महत्त्वपूर्ण प्रवाह वाहतो तेव्हा ते स्वतःभोवती एक चुंबकीय क्षेत्र तयार करते आणि त्यात सुपरकंडक्टिव्हिटी अदृश्य होते. तरीसुद्धा, हा अडथळा पार करण्यायोग्य ठरला: असे आढळून आले की काही मिश्रधातू, उदाहरणार्थ, निओबियम आणि झिरकोनियम, निओबियम आणि टायटॅनियम इत्यादींमध्ये उच्च वर्तमान मूल्यांवर त्यांची सुपरकंडक्टिव्हिटी राखण्याची मालमत्ता आहे. यामुळे सुपरकंडक्टिव्हिटीचा अधिक व्यापक वापर करण्याची परवानगी मिळाली.

प्रत्येक पदार्थाची स्वतःची प्रतिरोधकता असते. शिवाय, प्रतिकार कंडक्टरच्या तापमानावर अवलंबून असेल. पुढील प्रयोग करून याची पडताळणी करूया.

स्टीलच्या सर्पिलमधून विद्युतप्रवाह करू. सर्पिल असलेल्या सर्किटमध्ये, आम्ही शृंखलामध्ये एक ammeter जोडतो. हे काही मूल्य दर्शवेल. आता आपण ज्वालामध्ये सर्पिल गरम करू गॅस बर्नर. ammeter द्वारे दर्शविलेले वर्तमान मूल्य कमी होईल. म्हणजेच, वर्तमान ताकद कंडक्टरच्या तापमानावर अवलंबून असेल.

तापमानावर अवलंबून प्रतिकार बदल

0 अंश तपमानावर, कंडक्टरचा प्रतिकार R0 च्या बरोबरीचा असतो, आणि तापमान t वर प्रतिरोध R च्या बरोबरीचा असतो, तर प्रतिकारातील सापेक्ष बदल तापमान t मधील बदलाच्या थेट प्रमाणात असेल:

• (R-R0)/R=a*t.

या सूत्रामध्ये, a हा आनुपातिकता गुणांक आहे, ज्याला तापमान गुणांक देखील म्हणतात. हे तापमानावरील पदार्थाच्या प्रतिकारशक्तीचे अवलंबित्व दर्शवते.

प्रतिरोधक तापमान गुणांक 1 केल्विनने गरम केल्यावर कंडक्टरच्या प्रतिकारातील सापेक्ष बदलाप्रमाणे संख्यात्मकदृष्ट्या समान.

सर्व धातूंसाठी तापमान गुणांक शून्यापेक्षा जास्त.तापमानातील बदलांसह ते किंचित बदलेल. म्हणून, तापमान बदल लहान असल्यास, तापमान गुणांक स्थिर आणि या तापमान श्रेणीतील सरासरी मूल्याच्या समान मानले जाऊ शकते.

इलेक्ट्रोलाइट सोल्यूशन्सचा प्रतिकार वाढत्या तापमानासह कमी होतो. म्हणजेच, त्यांच्यासाठी तापमान गुणांक असेल शून्यापेक्षा कमी.

कंडक्टरचा प्रतिकार कंडक्टरच्या प्रतिरोधकतेवर आणि कंडक्टरच्या आकारावर अवलंबून असतो. गरम झाल्यावर कंडक्टरचे परिमाण किंचित बदलत असल्याने, कंडक्टरच्या प्रतिकारातील बदलाचा मुख्य घटक म्हणजे प्रतिरोधकता.

तापमानावर कंडक्टर प्रतिरोधकतेचे अवलंबन

तापमानावरील कंडक्टरच्या प्रतिरोधकतेचे अवलंबित्व शोधण्याचा प्रयत्न करूया.

R=p*l/S R0=p0*l/S वरील प्राप्त सूत्रामध्ये प्रतिकार मूल्ये बदलू.

आम्हाला खालील सूत्र मिळते:

• p=p0(1+a*t).

हे अवलंबित्व खालील आकृतीमध्ये सादर केले आहे.

प्रतिकार का वाढतो हे शोधण्याचा प्रयत्न करूया

जेव्हा आपण तापमान वाढवतो, तेव्हा क्रिस्टल जाळीच्या नोड्सवर आयनच्या कंपनांचे मोठेपणा वाढते. म्हणून, मुक्त इलेक्ट्रॉन त्यांच्याशी अधिक वेळा टक्कर घेतील. टक्कर मध्ये, ते त्यांच्या हालचालीची दिशा गमावतील. परिणामी, प्रवाह कमी होईल.

§ 46 च्या सामान्य विचारांच्या अनुषंगाने अनुभव दर्शवितो की कंडक्टरचा प्रतिकार देखील त्याच्या तापमानावर अवलंबून असतो.

चला अनेक मीटर पातळ (0.1-0.2 मिमी व्यासाचा) लोखंडी वायर 1 सर्पिलच्या स्वरूपात वारा करू आणि त्यास गॅल्व्हॅनिक पेशी 2 आणि ॲमीटर 3 (चित्र 81) ची बॅटरी असलेल्या सर्किटशी जोडू या. आम्ही या वायरचा प्रतिकार निवडतो जेणेकरून खोलीच्या तपमानावर ammeter सुई जवळजवळ संपूर्ण स्केलपासून विचलित होते. अँमीटर रीडिंग लक्षात घेतल्यावर, आम्ही टॉर्च वापरुन वायर जोरदार गरम करतो. जसे जसे ते तापते तसे सर्किटमधील विद्युतप्रवाह कमी होतो, याचा अर्थ गरम झाल्यावर वायरचा प्रतिकार वाढतो हे आपण पाहू. हा परिणाम केवळ लोहच नाही तर इतर सर्व धातूंसह देखील होतो. जसजसे तापमान वाढते तसतसे धातूंचा प्रतिकार वाढतो. काही धातूंसाठी ही वाढ लक्षणीय आहे: शुद्ध धातूंसाठी जेव्हा 100 डिग्री सेल्सियस पर्यंत गरम केले जाते तेव्हा ते 40-50% पर्यंत पोहोचते; मिश्रधातूंसाठी ते सहसा कमी असते. विशेष मिश्रधातू आहेत ज्यात वाढत्या तापमानासह प्रतिकार जवळजवळ बदलत नाही; हे, उदाहरणार्थ, कॉन्स्टंटन (लॅटिन शब्द कॉन्स्टन्स - स्थिर) आणि मँगॅनिन आहेत. Constantan चा वापर काही मोजमाप यंत्रे बनवण्यासाठी केला जातो.

तांदूळ. 81. तापमानावरील वायरच्या प्रतिकाराचे अवलंबित्व दर्शविणारा प्रयोग. गरम केल्यावर, वायरचा प्रतिकार वाढतो: 1 – वायर, 2 – गॅल्व्हनिक सेलची बॅटरी, 3 – ammeter

अन्यथा, गरम झाल्यावर इलेक्ट्रोलाइट्सचा प्रतिकार बदलतो. चला वर्णन केलेल्या प्रयोगाची पुनरावृत्ती करूया, परंतु सर्किटमध्ये लोखंडी ताराऐवजी काही प्रकारचे इलेक्ट्रोलाइट समाविष्ट करूया (चित्र 82). जेव्हा इलेक्ट्रोलाइट गरम होते तेव्हा ॲमिटर रीडिंग नेहमीच वाढते, याचा अर्थ तापमान वाढते तेव्हा इलेक्ट्रोलाइट्सचा प्रतिकार कमी होतो हे आपण पाहू. लक्षात घ्या की कोळसा आणि इतर काही पदार्थांचा प्रतिकार देखील गरम झाल्यावर कमी होतो.

तांदूळ. 82. तापमानावरील इलेक्ट्रोलाइट प्रतिरोधकतेचे अवलंबित्व दर्शविणारा प्रयोग. गरम झाल्यावर, इलेक्ट्रोलाइटचा प्रतिकार कमी होतो: 1 – इलेक्ट्रोलाइट, 2 – गॅल्व्हॅनिक पेशींची बॅटरी, 3 – ammeter

तपमानावरील धातूंच्या प्रतिकारशक्तीचे अवलंबित्व प्रतिरोधक थर्मामीटर तयार करण्यासाठी वापरले जाते. त्याच्या सर्वात सोप्या स्वरूपात, हे अभ्रक प्लेट (चित्र 83) वर पातळ प्लॅटिनम वायर जखमेच्या आहे, ज्याचा विविध तापमानात प्रतिकार सर्वज्ञात आहे. शरीराच्या आत एक प्रतिरोधक थर्मामीटर ठेवला जातो ज्याचे तापमान तुम्हाला मोजायचे आहे (उदाहरणार्थ, ओव्हनमध्ये), आणि विंडिंगचे टोक सर्किटला जोडलेले आहेत. वळणाचा प्रतिकार मोजून, तापमान निश्चित केले जाऊ शकते. अशा थर्मामीटरचा वापर बऱ्याचदा उच्च आणि अत्यंत कमी तापमान मोजण्यासाठी केला जातो, ज्यावर पारा थर्मामीटर यापुढे लागू होत नाहीत.

तांदूळ. 83. प्रतिरोधक थर्मामीटर

जेव्हा कंडक्टर 1°C ने गरम केला जातो तेव्हा त्याच्या प्रतिकारात वाढ होते, ज्याला प्रारंभिक प्रतिकाराने भागले जाते, त्याला प्रतिरोधक तापमान गुणांक म्हणतात आणि सामान्यतः अक्षराने दर्शविला जातो. साधारणपणे सांगायचे तर, प्रतिकाराचे तापमान गुणांक स्वतः तापमानावर अवलंबून असते. मूल्याचा एक अर्थ आहे, उदाहरणार्थ, जर आपण तापमान 20 ते 21 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत वाढवले ​​आणि दुसरा अर्थ जेव्हा आपण तापमान 200 ते 201 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत वाढवतो. परंतु बऱ्याच प्रकरणांमध्ये बऱ्याच विस्तृत तापमान श्रेणीतील बदल नगण्य असतात आणि या श्रेणीवरील सरासरी मूल्य वापरले जाऊ शकते. जर तापमानात कंडक्टरचा प्रतिकार समान असेल आणि तापमानात समान असेल तर सरासरी मूल्य

. (48.1)

सामान्यत: 0 डिग्री सेल्सिअस तापमानावरील प्रतिकार हे मूल्य म्हणून घेतले जाते.

तक्ता 3. काही कंडक्टरच्या प्रतिकाराचे सरासरी तापमान गुणांक (0 ते 100 ° से या श्रेणीत)

टेबलमध्ये तक्ता 3 काही कंडक्टरची मूल्ये दर्शविते.

48.1. जेव्हा तुम्ही लाइट बल्ब चालू करता, तेव्हा पहिल्या क्षणी सर्किटमधील करंट हा लाइट बल्ब चमकू लागल्यानंतर वाहणाऱ्या करंटपेक्षा वेगळा असतो. कार्बन दिवा आणि मेटल फिलामेंटसह दिवा असलेल्या सर्किटमध्ये वर्तमान कसे बदलते?

48.2. टंगस्टन फिलामेंटसह स्विच-ऑफ इनॅन्डेन्सेंट लाइट बल्बचा प्रतिकार 60 ohms आहे. पूर्णपणे गरम झाल्यावर, लाइट बल्बचा प्रतिकार 636 ohms पर्यंत वाढतो. गरम फिलामेंटचे तापमान किती असते? टेबल वापरा. 3.

48.3. गरम न केलेल्या अवस्थेत निकेल वळण असलेल्या इलेक्ट्रिक भट्टीचा प्रतिकार 10 ओहम आहे. या भट्टीचा वळण 700°C पर्यंत गरम केल्यावर त्याचा प्रतिकार किती असेल? टेबल वापरा. 3.