Coeficiente de temperatura de resistência

A resistência elétrica de um condutor geralmente depende do material do condutor, de seu comprimento e seção transversal ou, mais resumidamente, da resistência e das dimensões geométricas do condutor. Esta dependência é bem conhecida e é expressa pela fórmula:

Conhecido por todos e Lei de Ohm para uma seção homogênea de um circuito elétrico, a partir do qual pode ser visto que quanto maior a resistência, menor a corrente. Assim, se a resistência do fio for constante, à medida que a tensão aplicada aumenta, a corrente deve aumentar linearmente. Mas, na realidade, este não é o caso. A resistência dos fios não é constante.

Você não precisa ir muito longe para obter exemplos. Se você conectar uma lâmpada a uma fonte de alimentação ajustável (com um voltímetro e um amperímetro) e aumentar gradualmente a tensão nela, trazendo-a ao valor nominal, verá facilmente que a corrente não cresce linearmente: a tensão se aproxima do valor nominal da lâmpada, a corrente através de sua bobina cresce cada vez mais lentamente e a luz se torna cada vez mais brilhante.

Não existe isso de dobrar a tensão aplicada na bobina vai dobrar a corrente. A lei de Ohm não parece valer. De fato, a lei de Ohm é cumprida e exatamente a resistência do filamento da lâmpada não é constante, depende da temperatura.

Vamos relembrar qual é o motivo da alta condutividade elétrica dos metais. Está associado à presença em metais de um grande número de portadores de carga - componentes de corrente - elétrons de condução… São elétrons formados pelos elétrons de valência dos átomos metálicos, que são comuns a todo o condutor, não pertencem a cada átomo individualmente.

Sob a ação de um campo elétrico aplicado ao condutor, os elétrons de condução livre passam de um movimento caótico a um movimento mais ou menos ordenado — forma-se uma corrente elétrica. Mas os elétrons encontram obstáculos em seu caminho, inomogeneidades da rede iônica, como defeitos de rede, uma estrutura não homogênea causada por suas vibrações térmicas.

Os elétrons interagem com os íons, perdem o momento, sua energia é transferida para os íons da rede, transformada em vibrações de íons da rede, e aumenta o caos do movimento térmico dos próprios elétrons, do qual o condutor se aquece quando a corrente passa por ele.

Em dielétricos, semicondutores, eletrólitos, gases, líquidos apolares - a razão para a resistência pode ser diferente, mas a lei de Ohm obviamente não permanece permanentemente linear.

Assim, para os metais, um aumento na temperatura leva a um aumento ainda maior nas vibrações térmicas da rede cristalina, e a resistência ao movimento dos elétrons de condução aumenta.Isso pode ser visto no experimento com a lâmpada: o brilho do brilho aumenta, mas a corrente aumenta menos. Isso significa que a mudança de temperatura afetou a resistência do filamento da lâmpada.

Como resultado, fica claro que a resistência fios de metal depende quase linearmente da temperatura. E se levarmos em conta que, quando aquecido, as dimensões geométricas do fio mudam ligeiramente, então a resistência elétrica também depende quase linearmente da temperatura. Essas dependências podem ser expressas pelas fórmulas:

Vamos prestar atenção às probabilidades. Suponha que a 0 ° C a resistência do condutor seja R0, então a uma temperatura t ° C assumirá o valor R (t), e a mudança relativa na resistência será igual a α * t ° C. Este fator de proporcionalidade α é chamado de coeficiente de temperatura de resistência... Caracteriza a dependência da resistência elétrica da substância em sua temperatura atual.

Este coeficiente é numericamente igual à mudança relativa na resistência elétrica de um condutor quando sua temperatura muda em 1 K (um grau Kelvin, que é equivalente a uma mudança de um grau Celsius na temperatura).

Para os metais, o TCR (coeficiente de temperatura de resistência α), embora relativamente pequeno, é sempre maior que zero, pois quando a corrente passa, os elétrons colidem com mais frequência com os íons da rede cristalina, quanto maior a temperatura, t .is quanto maior o seu movimento caótico térmico e maior a sua velocidade.Ao colidir em movimento caótico com os íons da rede, os elétrons do metal perdem energia, o que vemos como resultado – a resistência aumenta à medida que o fio esquenta. Este fenômeno é usado tecnicamente em termômetros de resistência.

Assim, o coeficiente de temperatura da resistência α caracteriza a dependência da resistência elétrica da substância com a temperatura e é medido em 1 / K — kelvin elevado a -1. O valor com o sinal oposto é chamado de coeficiente de temperatura de condutividade.

Quanto aos semicondutores puros, o TCS é negativo para eles, ou seja, a resistência diminui com o aumento da temperatura, isso se deve ao fato de que à medida que a temperatura aumenta, mais e mais elétrons passam para a zona de condução, enquanto a concentração de buracos também aumenta . O mesmo mecanismo é característico dos dielétricos líquidos apolares e sólidos.

Líquidos polares diminuem drasticamente sua resistência com o aumento da temperatura devido a uma diminuição na viscosidade e um aumento na dissociação. Esta propriedade é usada para proteger os tubos de elétrons dos efeitos destrutivos de altas correntes de irrupção.

Para ligas, semicondutores dopados, gases e eletrólitos, a dependência térmica da resistência é mais complexa do que para metais puros. Ligas com TCS muito baixo, como manganina e constantan, são usadas em instrumentos de medição elétrica.