電阻如何取決於溫度

在他的實踐中，每位電工都會遇到金屬、半導體、氣體和液體中載流子通過的不同條件。電流的大小受電阻的影響，電阻在環境的影響下以各種方式變化。

這些因素之一是暴露在溫度下。由於它會顯著改變電流流動的條件，因此設計人員在製造電氣設備時會考慮到這一點。參與電氣裝置維護和操作的電氣人員必須在實際工作中勝任使用這些功能。

溫度對金屬電阻的影響

在學校物理課上，提出要進行這樣一個實驗：拿一個電流表，一節電池，一根電線，連接線和一個手電筒。您可以連接歐姆表或在萬用表中使用其模式，而不是帶電池的電流表。

接下來，您需要組裝圖中所示的電路並測量電路中的電流。它的值在毫安表刻度上用黑色箭頭表示。

現在我們將燃燒器的火焰帶到電線上並開始加熱它。如果你看電流表，你會看到指針會向左移動並到達紅色標記的位置。

實驗結果表明，當金屬被加熱時，它們的電導率降低，電阻增加。

圖片中的公式給出了這種現象的數學證明。在下面的表達式中，可以清楚地看到金屬導體的電阻 «R» 與其溫度 «T» 成正比，並取決於其他幾個參數。

加熱金屬如何在實踐中限制電流

白熾燈

每天開燈的時候，我們都會遇到這個屬性在白熾燈上的體現。讓我們對一個 60 瓦的燈泡進行簡單的測量。

用最簡單的歐姆表，由4.5V低壓電池供電，我們測量底座觸點之間的電阻，看到的值為59歐姆。該值由冷線程擁有。

我們將燈泡擰入插座並通過電流表連接到 220 伏家庭網絡的電壓。電流表指針讀數為 0.273 安培。從 電路部分的歐姆定律 確定螺紋在加熱狀態下的電阻。它將達到 896 歐姆，超過之前的歐姆表讀數 15.2 倍。

這個多餘部分保護髮光體的金屬不被燒壞，保證其在電壓下的長期工作。

上電瞬變

當螺紋工作時，通過電流產生的熱量與將部分熱量散發到環境中之間會在其上形成熱平衡。但在導通的初始階段，當施加電壓時，會發生瞬變，產生浪湧電流，從而導致燈絲燒壞。

瞬態過程發生的時間很短，這是由於加熱金屬時電阻的增加速度跟不上電流的增加而引起的。完成後，將建立操作模式。

燈長時間點亮後，其燈絲粗細逐漸達到臨界狀態，從而導致燒毀，大多數情況下，這個時刻發生在下一次重新打開時。

為延長燈泡壽命，可通過以下多種方式降低浪湧電流：

1. 提供平穩供給和釋放張力的裝置；

2.串聯電阻、半導體或熱敏電阻（熱敏電阻）燈絲的電路。

下圖顯示了限制汽車照明設備浪湧電流的一種方法示例。

在這裡，電流在開關 SA 通過 FU 保險絲打開後提供給燈泡，並受到電阻器 R 的限制，其標稱值的選擇使得瞬態期間的浪湧電流不超過標稱值。

當燈絲受熱時，其電阻增大，導致其觸點與KL1繼電器並聯線圈之間的電位差增大。當電壓達到繼電器整定值時，KL1常開觸點閉合，旁路電阻。已建立模式的工作電流將開始流過燈泡。

電阻溫度計

金屬溫度對其電阻的影響用於測量儀器的操作。他們叫 電阻溫度計.

他們的敏感元件由細金屬線製成，其電阻在特定溫度下經過仔細測量。該螺紋安裝在熱性能穩定的外殼中，並覆蓋有保護罩。創建的結構放置在必須不斷監測溫度的環境中。

電路的導體安裝在敏感元件的端子上，連接電阻測量電路。它的值根據先前執行的設備校準轉換為溫度值。

Barretter — 電流穩定器

這是一種裝置的名稱，該裝置由裝有氫氣的玻璃密封圓筒和由鐵、鎢或鉑製成的金屬絲螺旋組成。這種設計在外觀上類似於白熾燈泡，但具有特定的非線性電流-電壓特性。

在I—V特性上，在它的一定範圍內，形成一個不依賴於加在加熱元件上的電壓波動的工作區。在此區域中，baret 可以很好地補償電源紋波，並用作與其串聯的負載的電流穩定器。

髮夾的操作基於燈絲體的熱慣性特性，這是由燈絲的小橫截面和圍繞它的氫氣的高導熱性提供的。因此，當器件的電壓降低時，其燈絲的散熱速度會加快。

這是白熾燈和白熾燈的主要區別，為了保持發光的亮度，它們尋求減少燈絲的對流熱損失。

超導

在正常環境條件下，當金屬導體冷卻時，其電阻會降低。

當達到臨界溫度時，根據開爾文測量系統接近零度，電阻急劇下降至零。右圖顯示了這種對汞的依賴性。

這種稱為超導性的現像被認為是一個有前途的研究領域，目的是創造可以顯著減少長距離傳輸過程中電力損失的材料。

然而，對超導性的持續研究揭示了一些模式，其中其他因素會影響臨界溫度區域中金屬的電阻。尤其是交流電通過時，隨著其振盪頻率的增加，會出現電阻，其值達到光波週期諧波的正常值範圍 。

溫度對氣體電阻/電導率的影響

氣體和普通空氣是電介質，不導電。它的形成需要電荷載流子，它們是由於外部因素而形成的離子。

加熱會導致離子從介質的一極移動到另一極。您可以用一個簡單實驗的例子來檢查這一點。讓我們使用用於確定加熱對金屬導體電阻的影響的相同設備，但我們將兩個金屬板連接到導體，而不是導體，由空氣空間隔開。

連接到電路的電流表將顯示沒有電流。如果將燃燒器的火焰置於極板之間，則裝置的箭頭會偏離零位，並顯示通過氣體介質的電流值。

因此，發現氣體在加熱時發生電離，這導致帶電粒子的運動和介質電阻的降低。

電流的大小受外加電壓源的功率及其觸點間的電位差的影響。它能夠突破高值氣體的絕緣層。這種情況在自然界中的典型表現是雷雨期間閃電的自然放電。

圖中顯示了氣體中電流流動的電流-電壓特性的近似視圖。

在初始階段，在溫度和電位差的影響下，觀察到電離增加和電流通過近似線性。當電壓增加不導致電流增加時，曲線然後獲得水平方向。

第三階段破壞發生在外加場的高能量加速離子時，它們開始與中性分子碰撞，從中大量形成新的電荷載流子。結果，電流急劇增加，形成介電層的擊穿。

氣體電導率的實際應用

電流通過氣體的現像被用於無線電電子燈和熒光燈。

為此，將兩個電極放置在裝有惰性氣體的密封玻璃圓筒中：

1.陽極；

2.陰極。

在熒光燈中，它們以燈絲的形式製成，當打開時會發熱以產生熱電子輻射。燒瓶的內表面塗有一層磷。它發出由電子流轟擊的汞蒸氣發出的紅外輻射形成的可見光譜。

當一定值的電壓施加在位於燈泡不同端的電極之間時，就會產生放電電流。

當其中一根燈絲燒壞時，這個電極的電子發射就會受到干擾，燈就不會燒壞。但是，如果增加陰極和陽極之間的電位差，則燈泡內部會再次出現氣體放電，熒光粉會恢復發光。

這允許使用燈絲損壞的 LED 燈泡並延長其使用壽命。只應記住，同時有必要將其上的電壓增加數倍，這會顯著增加能耗和安全使用的風險。

溫度對液體電阻的影響

電流在液體中的通過主要是由於陽離子和陰離子在外電場作用下的運動而產生的。只有一小部分電導率是由電子提供的。

溫度對液體電解質電阻的影響由圖中所示的公式描述。由於其中溫度係數α的值始終為負值，那麼隨著加熱的增加，電導率增加，電阻降低，如圖所示。

在為液態汽車（不僅是）電池充電時，應考慮到這種現象。

溫度對半導體電阻的影響

在溫度的影響下改變半導體材料的特性使得它們可以用作：

• 熱阻;

• 熱電偶；

• 冰箱；

• 加熱器。

熱敏電阻

這個名字的意思是在熱的影響下改變電阻的半導體器件。他們的 電阻溫度係數 (TCR) 明顯高於金屬。

半導體的 TCR 值可以是正的也可以是負的。根據此參數，它們分為正 «RTS» 和負 «NTC» 熱敏電阻。他們有不同的特點。

對於熱敏電阻的操作，選擇其電流-電壓特性的點之一：

• 線性部分用於控制溫度或補償變化的電流或電壓；

• TCS <0 的元件的 I-V 特性的下降支路允許使用半導體作為繼電器。

使用繼電器熱敏電阻可以方便地監測或測量在超高頻下發生的電磁輻射過程。這確保了它們在系統中的使用：

1.熱控制；

2.火警；

3.散裝介質和液體流量的調節。

TCR > 0 的小矽熱敏電阻用於冷卻系統和晶體管的溫度穩定。

熱電偶

這些半導體基於塞貝克現象工作：當兩種分散金屬的焊點受熱時，閉合電路的連接處會產生 EMF。通過這種方式，它們將熱能轉化為電能。

兩個這樣的元件的結構稱為熱電偶。其效率在 7÷10% 以內。

熱電偶用於需要微型尺寸和高讀數精度的數字計算設備的溫度計，以及低功率電流源。

半導體加熱器和冰箱

他們通過重複使用電流通過的熱電偶來工作。在這種情況下，結點的一個地方被加熱，而對面的一個地方被冷卻。

基於硒、鉍、銻、碲的半導體連接可確保熱電偶中的溫差高達 60 度。這使得用半導體設計冰箱成為可能，冰箱的冷卻室溫度低至 -16 度。