Koefisien suhu resistensi

Resistansi listrik konduktor biasanya bergantung pada bahan konduktor, panjang dan penampangnya, atau, lebih singkatnya, pada resistansi dan dimensi geometris konduktor. Ketergantungan ini terkenal dan dinyatakan dengan rumus:

Dikenal semua orang dan Hukum Ohm untuk bagian homogen dari rangkaian listrik, dari mana dapat dilihat bahwa semakin tinggi resistansi, semakin rendah arusnya. Jadi, jika resistansi kawat konstan, maka dengan meningkatnya tegangan yang diberikan, arus akan meningkat secara linier. Namun kenyataannya tidak demikian. Resistansi kabel tidak konstan.

Anda tidak perlu pergi jauh untuk memberi contoh. Jika Anda menghubungkan bola lampu ke catu daya yang dapat disesuaikan (dengan voltmeter dan ammeter) dan secara bertahap meningkatkan voltase di atasnya, membawanya ke nilai nominal, Anda akan dengan mudah melihat bahwa arus tidak tumbuh secara linier: voltase mendekati nilai nominal lampu, arus melalui koilnya tumbuh semakin lambat dan cahaya menjadi semakin terang.

Tidak ada hal seperti menggandakan tegangan yang diberikan ke koil akan menggandakan arus. Hukum Ohm tampaknya tidak berlaku. Nyatanya, hukum Ohm terpenuhi dan justru resistansi filamen lampu tidak konstan, tergantung suhu.

Mari kita ingat apa alasan konduktivitas listrik logam yang tinggi. Hal ini terkait dengan keberadaan sejumlah besar pembawa muatan dalam logam - komponen saat ini - elektron konduksi… Ini adalah elektron yang dibentuk oleh elektron valensi dari atom logam, yang umum untuk seluruh konduktor, mereka bukan milik masing-masing atom.

Di bawah aksi medan listrik yang diterapkan pada konduktor, elektron konduksi bebas berubah dari gerakan kacau menjadi gerakan yang kurang lebih teratur - arus listrik terbentuk. Tetapi elektron menghadapi rintangan dalam perjalanannya, ketidakhomogenan kisi ion, seperti cacat kisi, struktur tidak homogen yang disebabkan oleh getaran termalnya.

Elektron berinteraksi dengan ion, kehilangan momentum, energinya ditransfer ke ion kisi, diubah menjadi getaran ion kisi, dan kekacauan gerakan termal elektron itu sendiri meningkat, dari mana konduktor memanas ketika arus melewatinya.

Dalam dielektrik, semikonduktor, elektrolit, gas, cairan nonpolar—alasan resistansi mungkin berbeda, tetapi hukum Ohm jelas tidak tetap linier secara permanen.

Jadi, untuk logam, peningkatan suhu menyebabkan peningkatan getaran termal kisi kristal yang lebih besar, dan resistensi terhadap pergerakan elektron konduksi meningkat.Hal ini terlihat dari percobaan dengan lampu: kecerahan cahaya meningkat, tetapi arus meningkat lebih sedikit. Ini berarti bahwa perubahan suhu mempengaruhi ketahanan filamen lampu.

Akibatnya, menjadi jelas bahwa perlawanan kabel logam tergantung hampir secara linier pada suhu. Dan jika kita memperhitungkan bahwa ketika dipanaskan, dimensi geometris kawat sedikit berubah, maka hambatan listrik juga hampir secara linier bergantung pada suhu. Ketergantungan ini dapat dinyatakan dengan rumus:

Mari kita perhatikan peluangnya. Misalkan pada 0 ° C resistansi konduktor adalah R0, maka pada suhu t ° C akan diambil nilai R (t), dan perubahan resistansi relatif akan sama dengan α * t ° C. Faktor proporsionalitas ini α disebut koefisien resistansi suhu... Ini mencirikan ketergantungan hambatan listrik suatu zat pada suhunya saat ini.

Koefisien ini secara numerik sama dengan perubahan relatif hambatan listrik konduktor ketika suhunya berubah sebesar 1K (satu derajat Kelvin, yang setara dengan perubahan suhu satu derajat Celsius).

Untuk logam, TCR (koefisien suhu resistansi α), meskipun relatif kecil, selalu lebih besar dari nol, karena ketika arus lewat, elektron lebih sering bertabrakan dengan ion kisi kristal, semakin tinggi suhunya, t .is semakin tinggi gerakan kacau termal mereka dan semakin tinggi kecepatannya.Bertabrakan dalam gerakan kacau dengan ion kisi, elektron logam kehilangan energi, yang kita lihat sebagai akibatnya - resistansi meningkat saat kawat memanas. Fenomena ini digunakan secara teknis di termometer resistansi.

Jadi, koefisien resistansi temperatur α mencirikan ketergantungan resistansi listrik suatu zat pada temperatur dan diukur dalam 1 / K — kelvin pangkat -1. Nilai dengan tanda berlawanan disebut koefisien suhu konduktivitas.

Sedangkan untuk semikonduktor murni, TCS negatif bagi mereka, yaitu resistansi menurun dengan kenaikan suhu, hal ini disebabkan fakta bahwa dengan kenaikan suhu, semakin banyak elektron yang masuk ke zona konduksi, sedangkan konsentrasi lubang juga meningkat. . Mekanisme yang sama adalah karakteristik dielektrik cair nonpolar dan padat.

Cairan polar secara tajam menurunkan resistansinya dengan peningkatan suhu karena penurunan viskositas dan peningkatan disosiasi. Properti ini digunakan untuk melindungi tabung elektron dari efek destruktif arus lonjakan tinggi.

Untuk paduan, semikonduktor yang didoping, gas dan elektrolit, ketergantungan termal dari resistansi lebih kompleks daripada logam murni. Paduan dengan TCS yang sangat rendah, seperti manganin dan konstanta, digunakan dalam alat ukur listrik.