Direnç sıcaklığa nasıl bağlıdır?

Uygulamasında, her elektrikçi metallerde, yarı iletkenlerde, gazlarda ve sıvılarda yük taşıyıcıların geçişi için farklı koşullarla karşılaşır. Akımın büyüklüğü, çevrenin etkisi altında çeşitli şekillerde değişen elektrik direncinden etkilenir.

Bu faktörlerden biri de sıcaklığa maruz kalmadır. Akım akışının koşullarını önemli ölçüde değiştirdiği için, elektrikli ekipman imalatında tasarımcılar tarafından dikkate alınır. Elektrik tesisatlarının bakımı ve işletilmesiyle uğraşan elektrik personeli, pratik çalışmalarda bu işlevleri yetkin bir şekilde kullanmalıdır.

Sıcaklığın metallerin elektrik direncine etkisi

Okul fizik dersinde böyle bir deney yapılması önerilir: bir ampermetre, bir pil, bir tel parçası, bağlantı telleri ve bir meşale alın. Bataryalı bir ampermetre yerine bir ohmmetre bağlayabilir veya modunu bir multimetrede kullanabilirsiniz.

Ardından, resimde gösterilen elektrik devresini kurmanız ve devredeki akımı ölçmeniz gerekir.Değeri miliammetre ölçeğinde siyah bir okla gösterilir.

Şimdi brülörün alevini tele getirip ısıtmaya başlıyoruz. Ampermetreye bakarsanız ibrenin sola doğru hareket ederek kırmızı ile işaretlenmiş konuma geldiğini göreceksiniz.

Deneyin sonucu, metallerin ısıtıldığında iletkenliklerinin azaldığını ve dirençlerinin arttığını göstermektedir.

Bu fenomenin matematiksel gerekçesi, resimdeki formüllerle verilmektedir. Alttaki ifadede, metal iletkenin elektrik direncinin «R» sıcaklığıyla «T» doğru orantılı olduğu ve diğer birkaç parametreye bağlı olduğu açıkça görülmektedir.

Isıtma metalleri pratikte elektrik akımını nasıl sınırlar?

akkor lambalar

Her gün ışıklar açıldığında akkor lambalarda bu özelliğin tezahürüyle karşılaşıyoruz. 60 watt'lık bir ampul üzerinde basit ölçümler yapalım.

4.5 V düşük voltajlı pil ile çalışan en basit ohmmetre ile tabanın kontakları arasındaki direnci ölçüyoruz ve 59 ohm değerini görüyoruz. Bu değer, soğuk bir iş parçacığına aittir.

Ampulü sokete vidalayacağız ve 220 voltluk ev ağının voltajını ampermetre aracılığıyla bağlayacağız. Ampermetre iğnesi 0,273 amper okuyacaktır. İtibaren Devrenin bir bölümü için Ohm yasası ipliğin ısıtılmış durumdaki direncini belirleyin. 896 ohm olacak ve önceki ohmmetre okumasını 15,2 kat aşacaktır.

Bu fazlalık, ışıklı gövdenin metalini yanmaya ve tahrip olmaya karşı koruyarak gerilim altında uzun süreli çalışmasını sağlar.

Güç açma geçişleri

İplik çalışırken, geçen elektrik akımı ile ısıtma ve ısının bir kısmının çevreye atılması arasında üzerinde bir termal denge oluşturulur. Ancak açmanın ilk aşamasında, voltaj uygulandığında, filamanın yanmasına neden olabilecek bir ani akım oluşturan geçici akımlar meydana gelir.

Geçici süreçler kısa bir süre için meydana gelir ve metali ısıtırken elektrik direncindeki artış hızının akımdaki artışa ayak uyduramamasından kaynaklanır. Tamamlandıktan sonra, çalışma modu belirlenir.

Lamba uzun süre yandığında, filamentinin kalınlığı kademeli olarak kritik bir duruma ulaşır ve bu da yanmaya neden olur Çoğu zaman, bu an bir sonraki yeni açmada meydana gelir.

Lamba ömrünü uzatmak için, bu ani akım aşağıdakiler kullanılarak çeşitli şekillerde azaltılır:

1. Gerginliğin düzgün beslenmesini ve serbest bırakılmasını sağlayan cihazlar;

2. Dirençlerin, yarı iletkenlerin veya termistörlerin (termistörler) filamanına seri bağlantı için devreler.

Aşağıdaki fotoğrafta, otomotiv aydınlatma armatürleri için ani akımı sınırlama yollarından birine bir örnek gösterilmektedir.

Burada, SA anahtarı FU sigortası aracılığıyla açıldıktan sonra ampule akım verilir ve nominal değeri, geçişler sırasında ani akım nominal değeri aşmayacak şekilde seçilen direnç R ile sınırlandırılır.

Filaman ısıtıldığında direnci artar, bu da kontakları ile KL1 rölesinin paralel bağlı bobini arasındaki potansiyel farkın artmasına neden olur.Voltaj röle ayar değerine ulaştığında, KL1'in normalde açık kontağı kapanacak ve direnci atlayacaktır. Halihazırda kurulmuş olan modun çalışma akımı ampulden akmaya başlayacaktır.

Dirençli termometre

Metalin sıcaklığının elektrik direnci üzerindeki etkisi, ölçüm cihazlarının çalışmasında kullanılır. Arandılar dirençli termometreler.

Hassas elemanları, direnci belirli sıcaklıklarda dikkatlice ölçülen ince bir metal telden yapılmıştır. Bu iplik, kararlı termal özelliklere sahip bir mahfazaya monte edilmiştir ve koruyucu bir örtü ile kaplanmıştır. Oluşturulan yapı, sıcaklığı sürekli izlenmesi gereken bir ortama yerleştirilir.

Elektrik devresinin iletkenleri, direnç ölçüm devresini bağlayan hassas elemanın terminallerine monte edilir. Değeri, cihazın daha önce gerçekleştirilen kalibrasyonuna göre sıcaklık değerlerine dönüştürülür.

Barrett - akım dengeleyici

Bu, hidrojen gazı ile cam sızdırmaz bir silindir ve demir, tungsten veya platinden yapılmış bir metal tel spiralinden oluşan bir cihazın adıdır. Bu tasarım, görünüşte bir akkor ampulü andırıyor, ancak belirli bir doğrusal olmayan akım-gerilim karakteristiğine sahip.

I - V karakteristiğinde, belirli bir aralıkta, ısıtma elemanına uygulanan voltajın dalgalanmalarına bağlı olmayan bir çalışma bölgesi oluşur. Bu alanda baret, güç kaynağı dalgalanmasını iyi bir şekilde dengeler ve kendisine seri bağlı bir yük için akım dengeleyici olarak çalışır.

Baretin çalışması, filamanın küçük kesiti ve onu çevreleyen hidrojenin yüksek termal iletkenliği ile sağlanan filaman gövdesinin termal ataletinin özelliklerine dayanmaktadır. Bu nedenle, cihazın voltajı düştüğünde, filamandan ısının uzaklaştırılması hızlanır.

Bu, akkor lambalar ile akkor lambalar arasındaki temel farktır; burada ışımanın parlaklığını korumak için filamandan konvektif ısı kaybını azaltmaya çalışırlar.

süperiletkenlik

Normal ortam koşullarında bir metal iletken soğuduğunda elektrik direnci düşer.

Kelvin ölçüm sistemine göre sıfır dereceye yakın kritik sıcaklığa ulaşıldığında, sıfır direncinde keskin bir düşüş olur. Doğru resim cıva için böyle bir bağımlılığı göstermektedir.

Süperiletkenlik olarak adlandırılan bu fenomen, uzun mesafelerde iletimi sırasında elektrik kaybını önemli ölçüde azaltabilecek malzemeler oluşturmak için umut verici bir araştırma alanı olarak kabul edilir.

Bununla birlikte, devam eden süperiletkenlik çalışmaları, kritik sıcaklık bölgesinde bir metalin elektrik direncini etkileyen diğer faktörlerin olduğu bir dizi model ortaya koymaktadır. Özellikle, alternatif akım salınımlarının frekansında bir artışla geçtiğinde, değeri bir ışık dalgaları periyoduyla harmonikler için normal değerler aralığına ulaşan bir direnç oluşur.

Sıcaklığın gazların elektriksel direncine / iletkenliğine etkisi

Gazlar ve normal hava yalıtkandır ve elektriği iletmez.Oluşumu, dış etkenlerin bir sonucu olarak oluşan iyonlar olan yük taşıyıcıları gerektirir.

Isıtma, iyonlaşmaya ve iyonların ortamın bir kutbundan diğerine hareket etmesine neden olabilir. Bunu basit bir deney örneğiyle kontrol edebilirsiniz. Isıtmanın bir metal iletkenin direnci üzerindeki etkisini belirlemek için kullanılan ekipmanın aynısını ele alalım, ancak bir iletken yerine, iletkenlere bir hava boşluğu ile ayrılmış iki metal plaka bağlarız.

Devreye bağlı bir ampermetre akım göstermez. Brülörün alevi plakalar arasına yerleştirilirse, cihazın oku sıfırdan sapacak ve gaz ortamından geçen akımın değerini gösterecektir.

Böylece, ısıtıldığında gazlarda iyonlaşma meydana geldiği, bunun da elektrik yüklü parçacıkların hareketine ve ortamın direncinde bir azalmaya yol açtığı bulundu.

Akımın değeri, uygulanan harici voltaj kaynağının gücünden ve kontakları arasındaki potansiyel farktan etkilenir. Yüksek değerlerde gazların yalıtkan tabakasını kırabilme özelliğine sahiptir. Doğada böyle bir durumun tipik bir tezahürü, bir fırtına sırasında yıldırımın doğal boşalmasıdır.

Gazlardaki akım akışının akım-gerilim karakteristiğinin yaklaşık bir görünümü grafikte gösterilmiştir.

İlk aşamada, sıcaklık ve potansiyel farkının etkisi altında, iyonlaşmada ve akım geçişinde yaklaşık olarak doğrusal bir artış gözlenir. Gerilimdeki bir artış akımda bir artışa yol açmadığında eğri daha sonra yatay bir yön kazanır.

Yıkımın üçüncü aşaması, uygulanan alanın yüksek enerjisi iyonları nötr moleküllerle çarpışmaya başlayacak şekilde hızlandırdığında ve onlardan kitlesel olarak yeni yük taşıyıcıları oluşturduğunda meydana gelir. Sonuç olarak, akım keskin bir şekilde artar ve dielektrik tabakanın bir dökümünü oluşturur.

Gaz iletkenliğinin pratik kullanımı

Gazlardan geçen akım olgusu, radyo-elektron lambalarında ve flüoresan lambalarda kullanılır.

Bu amaçla, inert bir gazla kapatılmış bir cam silindire iki elektrot yerleştirilir:

1. anot;

2. katot.

Bir flüoresan lambada, termiyonik radyasyon oluşturmak için açıldığında ısınan filamentler şeklinde yapılırlar. Şişenin iç yüzeyi bir fosfor tabakası ile kaplanmıştır. Bir elektron akışı tarafından bombardımana tutulan cıva buharı tarafından yayılan kızılötesi radyasyon tarafından oluşturulan görünür ışık spektrumunu yayar.

Boşalma akımı, ampulün farklı uçlarında bulunan elektrotlar arasına belirli bir değerde voltaj uygulandığında meydana gelir.

Filamentlerden biri yandığında, bu elektrotun elektron emisyonu bozulacak ve lamba yanmayacaktır. Ancak katot ile anot arasındaki potansiyel farkı arttırırsanız ampulün içinde yeniden bir gaz boşalması oluşacak ve fosfor lüminesansı yeniden başlayacaktır.

Bu, filamanları zarar görmüş LED ampullerin kullanılmasına ve kullanım ömürlerinin uzatılmasına olanak tanır. Sadece aynı zamanda üzerindeki voltajı birkaç kez arttırmanın gerekli olduğu ve bunun enerji tüketimini ve güvenli kullanım risklerini önemli ölçüde artırdığı unutulmamalıdır.

Sıcaklığın sıvıların elektrik direncine etkisi

Akımın sıvılarda geçişi, esas olarak katyonların ve anyonların harici bir elektrik alanının etkisi altındaki hareketi nedeniyle oluşturulur. İletkenliğin sadece küçük bir kısmı elektronlar tarafından sağlanır.

Sıcaklığın bir sıvı elektrolitin elektrik direnci üzerindeki etkisi, resimde gösterilen formülle açıklanmaktadır. İçindeki sıcaklık katsayısı α'nın değeri her zaman negatif olduğu için, grafikte gösterildiği gibi, ısıtma arttıkça iletkenlik artar ve direnç azalır.

Sıvı otomotiv (sadece değil) pillerini şarj ederken bu fenomen dikkate alınmalıdır.

Sıcaklığın yarı iletkenlerin elektrik direncine etkisi

Yarı iletken malzemelerin özelliklerinin sıcaklığın etkisi altında değiştirilmesi, bunların şu şekilde kullanılmasını mümkün kılmıştır:

• ısıl direnç;

• termokupllar;

• buzdolapları;

• ısıtıcılar.

termistörler

Bu isim, ısı etkisi altında elektrik direncini değiştiren yarı iletken cihazlar anlamına gelir. Onların sıcaklık direnci katsayısı (TCR) metallerden önemli ölçüde daha yüksektir.

Yarı iletkenler için TCR değeri pozitif veya negatif olabilir. Bu parametreye göre pozitif "RTS" ve negatif "NTC" termistörlere ayrılırlar. Farklı özelliklere sahiptirler.

Termistörün çalışması için akım-gerilim özelliğinin noktalarından biri seçilir:

• doğrusal bölüm, sıcaklığı kontrol etmek veya değişen akımları veya voltajları telafi etmek için kullanılır;

• TCS <0 olan elemanların I — V karakteristiğinin azalan dalı, bir yarı iletkenin röle olarak kullanılmasına izin verir.

Bir röle termistörünün kullanılması, ultra yüksek frekanslarda meydana gelen elektromanyetik radyasyon süreçlerinin izlenmesi veya ölçülmesi için uygundur. Bu, sistemlerde kullanımlarını sağlar:

1. ısı kontrolü;

2. yangın alarmı;

3. toplu ortam ve sıvıların akış hızının düzenlenmesi.

Küçük bir TCR> 0 olan silikon termistörler, soğutma sistemlerinde ve transistörlerin sıcaklık stabilizasyonunda kullanılır.

termokupllar

Bu yarı iletkenler, Seebeck fenomeni temelinde çalışır: iki dağılmış metalin lehim bağlantısı ısıtıldığında, kapalı bir devrenin bağlantı noktasında bir EMF oluşur. Bu sayede ısı enerjisini elektrik enerjisine çevirirler.

Bu tür iki elemanın yapısına termokupl denir. Verimliliği %7 ÷ 10 aralığındadır.

Termokupllar, minyatür boyut ve yüksek okuma doğruluğu gerektiren dijital bilgi işlem cihazlarının yanı sıra düşük güçlü akım kaynakları için termometrelerde kullanılır.

Yarı iletken ısıtıcılar ve buzdolapları

Bir elektrik akımının geçtiği termokuplları yeniden kullanarak çalışırlar. Bu durumda bağlantının bir yerinde ısıtılırken diğer yerinde soğutulur.

Selenyum, bizmut, antimon, tellür bazlı yarı iletken bağlantılar, termokuplda 60 dereceye kadar sıcaklık farkı sağlar. Bu, soğutma odasında sıcaklığı -16 dereceye kadar düşen yarı iletkenlerden bir buzdolabı tasarımı oluşturmayı mümkün kıldı.