Т. Залежність опору від температури - PhysBook
Залежність опору провідника від температури
Питомий опір, а отже, і опір металів, залежить від температури, збільшуючись з її ростом. Температурна залежність опору провідника пояснюється тим, що
- зростає інтенсивність розсіювання (число зіткнень) носіїв зарядів при підвищенні температури;
- змінюється їх концентрація при нагріванні провідника.
Досвід показує, що при не дуже високих і не дуже низьких температурах залежності питомого опору і опору провідника від температури виражаються формулами:
\ (~ \ Rho_t = \ rho_0 (1 + \ alpha t), \) \ (~ R_t = R_0 (1 + \ alpha t), \)
де ρ 0, ρ t - питомі опору речовини провідника відповідно при 0 ° С і t ° C; R 0, R t - опору провідника при 0 ° С і t ° С, α - температурний коефіцієнт опору: вимірюваний в СІ в Кельвіна в мінус першого ступеня (К-1). Для металевих провідників ці формули застосовні починаючи з температури 140 К і вище.
Температурний коефіцієнт опору речовини характеризує залежність зміни опору при нагріванні від роду речовини. Він чисельно дорівнює відносній зміні опору (питомого опору) провідника при нагріванні на 1 К.
\ (~ \ Mathcal h \ alpha \ mathcal i = \ frac {1 \ cdot \ Delta \ rho} {\ rho \ Delta T}, \)
де \ (~ \ mathcal h \ alpha \ mathcal i \) - середнє значення температурного коефіцієнта опору в інтервалі Δ Τ.
Для всіх металевих провідників α> 0 і слабо змінюється зі зміною температури. У чистих металів α = 1/273 К-1. У металів концентрація вільних носіїв зарядів (електронів) n = const і збільшення ρ відбувається завдяки зростанню інтенсивності розсіювання вільних електронів на іонах кристалічної решітки.
Для розчинів електролітів α <0, наприклад, для 10% -ного розчину кухонної солі α = -0,02 К-1. Опір електролітів з ростом температури зменшується, так як збільшення числа вільних іонів через дисоціації молекул перевищує зростання розсіювання іонів при зіткненнях з молекулами розчинника.
Формули залежності ρ і R від температури для електролітів аналогічні наведеним вище формулам для металевих провідників. Необхідно відзначити, що ця лінійна залежність зберігається лише в невеликому діапазоні зміни температур, в якому α = const. При великих же інтервалах зміни температур залежність опору електролітів від температури стає нелінійної.
Графічно залежності опору металевих провідників і електролітів від температури зображені на малюнках 1, а, б.
Мал. 1
При дуже низьких температурах, близьких до абсолютного нуля (-273 ° С), опір багатьох металів стрибком падає до нуля. Це явище отримало назву надпровідності. Метал переходить в надпровідний стан.
Залежність опору металів від температури використовують в термометрах опору. Зазвичай в якості термометрического тіла такого термометра беруть платинову дріт, залежність опору якої від температури достатньо вивчена.
Про зміни температури судять по зміні опору дроту, яке можна виміряти. Такі термометри дозволяють вимірювати дуже низькі і дуже високі температури, коли звичайні рідинні термометри непридатні.
література
Аксеновіч Л. А. Фізика в середній школі: Теорія. Завдання. Тести: Учеб. посібник для установ, що забезпечують отримання заг. середовищ, освіти / Л. А. Аксеновіч, Н.Н.Ракіна, К. С. Фаріно; Під ред. К. С. Фаріно. - Мн .: Адукация i вихаванне, 2004. - C. 256-257.