Elektrische weerstand van de geleider. Hoe verandert de weerstand van een metalen geleider?

In dit artikel zullen we de weerstand bekijken en hoe deze interageert met de spanning en stroom die er doorheen gaat. Je leert hoe je een weerstand kunt berekenen met speciale formules. Het artikel laat ook zien hoe speciale weerstanden kunnen worden gebruikt als licht- en temperatuursensor.

Het concept van elektriciteit

Een beginner moet zich een elektrische stroom kunnen voorstellen. Zelfs als je je realiseert dat elektriciteit bestaat uit elektronen die door een geleider bewegen, is het nog steeds erg moeilijk om het je duidelijk voor te stellen. Daarom bied ik deze eenvoudige analogie met een watersysteem, die iedereen zich gemakkelijk kan voorstellen en begrijpen zonder in de wetten te duiken.

Merk op hoe de elektrische stroom vergelijkbaar is met de stroom van water van een volle tank (hoogspanning) naar een lege tank (laagspanning). In deze eenvoudige analogie van water naar elektrische stroom, is de klep als een stroombegrenzende weerstand.
Uit deze analogie kun je enkele regels afleiden die je voor altijd moet onthouden:
- Hoeveel stroom er in het knooppunt stroomt, er stroomt zoveel uit
- Om de stroom te laten vloeien, moeten er verschillende potentialen aan de uiteinden van de geleider zijn.
- De hoeveelheid water in twee containers is te vergelijken met de batterijlading. Wanneer het waterniveau in verschillende vaten hetzelfde wordt, stopt het met stromen en wanneer de batterij leeg is, is er geen verschil tussen de elektroden en stopt de stroom met stromen.
- De elektrische stroom zal toenemen met afnemende weerstand, net zoals het waterdebiet zal toenemen met afnemende klepweerstand.

Ik zou nog veel meer conclusies kunnen schrijven op basis van deze eenvoudige analogie, maar ze worden hieronder beschreven in de wet van Ohm.

Weerstand

Weerstanden kunnen worden gebruikt om de stroom te regelen en te beperken, daarom is de belangrijkste parameter van een weerstand de weerstand, die wordt gemeten in Oma... Vergeet het vermogen van de weerstand niet, gemeten in watt (W), en laat zien hoeveel energie de weerstand kan dissiperen zonder oververhitting en burn-out. Het is ook belangrijk op te merken dat weerstanden niet alleen worden gebruikt voor stroombegrenzing, ze kunnen ook worden gebruikt als spanningsdeler om een ​​lage spanning van een grotere te krijgen. Sommige sensoren zijn gebaseerd op het feit dat weerstand varieert afhankelijk van verlichting, temperatuur of mechanische belasting, dit wordt in detail beschreven aan het einde van het artikel.

De wet van Ohm

Het is duidelijk dat deze 3 formules zijn afgeleid van de basisformule van de wet van Ohm, maar ze moeten worden geleerd om meer complexe formules en schema's te begrijpen. Je zou de betekenis van elk van deze formules moeten kunnen begrijpen en voorstellen. De tweede formule laat bijvoorbeeld zien dat het verhogen van de spanning zonder de weerstand te veranderen zal leiden tot een toename van de stroom. Het verhogen van de stroom zal echter de spanning niet verhogen (hoewel dit wiskundig correct is), omdat de spanning het potentiaalverschil is dat een elektrische stroom zal creëren, en niet omgekeerd (zie analogie met 2 tanks voor water). Formule 3 kan worden gebruikt om de weerstand te berekenen van een stroombegrenzende weerstand bij een bekende spanning en stroom. Dit zijn slechts voorbeelden om het belang van deze regel aan te tonen. U leert hoe u ze zelf kunt gebruiken na het lezen van het artikel.

Serie- en parallelschakeling van weerstanden

Het begrijpen van de implicaties van het parallel of in serie aansluiten van weerstanden is erg belangrijk en zal u helpen circuits te begrijpen en te vereenvoudigen met deze eenvoudige formules voor serie- en parallelle weerstand:

In dit voorbeeldcircuit zijn R1 en R2 parallel geschakeld en kunnen ze worden vervangen door een enkele weerstand R3 volgens de formule:

In het geval van 2 parallel geschakelde weerstanden, kan de formule als volgt worden geschreven:

Naast het feit dat deze formule gebruikt kan worden om schakelingen te vereenvoudigen, kan hij ook gebruikt worden om weerstandswaarden te creëren die je niet hebt.
Merk ook op dat R3 altijd kleiner zal zijn dan de andere 2 equivalente weerstanden, aangezien het toevoegen van parallelle weerstanden extra paden oplevert
elektrische schok, waardoor de totale weerstand van het circuit afneemt.

In serie geschakelde weerstanden kunnen worden vervangen door een enkele weerstand die gelijk is aan de som van de twee, omdat deze aansluiting voor extra stroomweerstand zorgt. De equivalente weerstand R3 is dus heel eenvoudig te berekenen: R 3 = R 1 + R 2

Er zijn handige online rekenmachines op internet voor het berekenen en aansluiten van weerstanden.

Stroombegrenzende weerstand:

De meest elementaire rol van stroombeperkende weerstanden is het regelen van de stroom die door een apparaat of geleider zal vloeien. Om te begrijpen hoe ze werken, analyseren we eerst een eenvoudig circuit waarbij een lamp rechtstreeks is aangesloten op een 9V-batterij. Een lamp heeft, net als elk ander apparaat dat elektriciteit verbruikt om een ​​specifieke taak uit te voeren (bijvoorbeeld lichtemissie), een interne weerstand die het huidige verbruik bepaalt. Dus vanaf nu kan elk apparaat worden vervangen door een equivalente weerstand.

Nu de lamp wordt gezien als een weerstand, kunnen we de wet van Ohm gebruiken om de stroom die er doorheen gaat te berekenen. De wet van Ohm stelt dat de stroom die door een weerstand gaat gelijk is aan het spanningsverschil erover, gedeeld door de weerstand van de weerstand: I = V / R of meer precies zo:
ik = (V 1 -V 2) / R
waarbij (V 1 -V 2) het spanningsverschil voor en na de weerstand is.

Kijk nu eens naar de afbeelding hierboven waar de stroombegrenzende weerstand is toegevoegd. Het beperkt de stroom die naar de lamp vloeit, zoals de naam al doet vermoeden. U kunt bepalen hoeveel stroom er door de lamp gaat door simpelweg de juiste R1-waarde te selecteren. Een grote weerstand zal de stroom dramatisch verminderen, terwijl een kleine weerstand de stroom dramatisch zal verminderen (net als in onze wateranalogie).

Wiskundig wordt het als volgt geschreven:

Uit de formule volgt dat de stroom zal afnemen als de waarde van R1 toeneemt. Zo kan extra weerstand worden gebruikt om de stroom te beperken. Het is echter belangrijk op te merken dat dit leidt tot verwarming van de weerstand en dat u het vermogen ervan correct moet berekenen, waarover later zal worden geschreven.

U kunt hiervoor de online rekenmachine gebruiken.

Weerstanden als spanningsdeler

Zoals de naam al doet vermoeden, kunnen weerstanden worden gebruikt als spanningsdeler, met andere woorden, ze kunnen worden gebruikt om de spanning te verminderen door deze te delen. Formule:

Als beide weerstanden dezelfde waarde hebben (R 1 = R 2 = R), dan kan de formule als volgt worden geschreven:

Een ander veelvoorkomend type verdeler is waar één weerstand is verbonden met aarde (0V), zoals weergegeven in figuur 6B.
Als we Vb vervangen door 0 in formule 6A, krijgen we:

Nodale analyse

Wanneer je nu met elektronische schakelingen gaat werken, is het belangrijk deze te kunnen analyseren en alle benodigde spanningen, stromen en weerstanden te kunnen berekenen. Er zijn veel manieren om elektronische schakelingen te bestuderen, en een van de meest gebruikelijke methoden is nodaal, waarbij u eenvoudig een reeks regels toepast en alle vereiste variabelen stap voor stap berekent.

Vereenvoudigde regels voor knoopanalyse

Knooppuntdefinitie

Een knoop is elk verbindingspunt in een keten. Punten die met elkaar zijn verbonden, zonder andere componenten ertussen, worden behandeld als een enkele knoop. Een oneindig aantal geleiders op één punt wordt dus als één knooppunt beschouwd. Alle punten die in één knoop zijn gegroepeerd, hebben dezelfde spanningen.

Takdefinitie

Een tak is een verzameling van 1 of meer componenten die in serie zijn geschakeld en alle componenten die in serie zijn verbonden met dit circuit, worden als één tak beschouwd.

Alle spanningen worden meestal gemeten ten opzichte van aarde, waarbij de spanning altijd 0 volt is.

Stroom vloeit altijd van een knooppunt met een hogere spanning naar een knooppunt met een lagere spanning.

De spanning op een knooppunt kan worden berekend uit de spanning rond het knooppunt met behulp van de formule:
V 1 -V 2 = ik 1 * (R 1)
Laten we overdragen:
V 2 = V 1 - (I 1 * R 1)
Waar V 2 de doelspanning is, is V 1 de referentiespanning zoals bekend, I 1 is de stroom die van knooppunt 1 naar knooppunt 2 vloeit, en R 1 is de weerstand tussen de 2 knooppunten.

Op dezelfde manier als in de wet van Ohm, kan de aftakstroom worden bepaald als de spanning van 2 aangrenzende knooppunten en de weerstand bekend zijn:
ik 1 = (V 1 -V 2) / R 1

De huidige ingangsstroom van het knooppunt is gelijk aan de huidige uitgangsstroom, dus het kan als volgt worden geschreven: I 1 + I 3 = I 2

Het is belangrijk dat u de betekenis van deze eenvoudige formules begrijpt. In de bovenstaande afbeelding vloeit de stroom bijvoorbeeld van V1 naar V2 en daarom moet V2 kleiner zijn dan V1.
Door op het juiste moment de juiste regels te gebruiken, kunt u het diagram snel en eenvoudig analyseren en begrijpen. Deze vaardigheid wordt bereikt door oefening en ervaring.

Berekening van het benodigde vermogen van de weerstand

Bij het kopen van een weerstand kan de vraag worden gesteld: "Wat voor soort weerstanden wil je?" of kan gewoon weerstanden van 0,25 W geven, omdat deze het populairst zijn.
Zolang u werkt met een weerstand groter dan 220 ohm en uw PSU 9V of minder levert, kunt u werken met weerstanden van 0,125 W of 0,25 W. Maar als de spanning hoger is dan 10V of de weerstandswaarde lager is dan 220 Ohm, moet u het vermogen van de weerstand berekenen, anders kan deze doorbranden en het apparaat beschadigen. Om het benodigde wattage van een weerstand te berekenen, moet u de spanning over de weerstand (V) en de stroom die erdoorheen vloeit (I) weten:
P = ik * V
waarbij stroom wordt gemeten in ampère (A), spanning in volt (V) en P is vermogensdissipatie in watt (W)

De foto toont weerstanden met verschillende vermogens, meestal verschillen ze in grootte.

Soorten weerstanden

Weerstanden kunnen variëren van eenvoudige variabele weerstanden (potentiometers) tot temperatuur-, licht- en drukgevoelige weerstanden. Sommigen van hen zullen in deze sectie worden besproken.

Variabele weerstand (potentiometer)

De afbeelding hierboven toont een schematisch diagram van een variabele weerstand. Het wordt vaak een potentiometer genoemd omdat het als spanningsdeler kan worden gebruikt.

Ze variëren in grootte en vorm, maar ze werken allemaal op dezelfde manier. De pinnen rechts en links zijn gelijk aan een vast punt (bijvoorbeeld Va en Vb in de afbeelding hierboven aan de linkerkant), en de middelste pin is het beweegbare deel van de potentiometer en wordt ook gebruikt om de weerstandsverhouding te wijzigen op de linker en rechter pinnen. Daarom is de potentiometer een spanningsdeler die kan worden ingesteld op elke spanning van Va tot Vb.
Als alternatief kan een variabele weerstand worden gebruikt als stroombegrenzing door de Vout- en Vb-pinnen aan te sluiten zoals in de afbeelding hierboven (rechts). Stel je voor hoe de stroom door de weerstand van de linkerterminal naar rechts zal vloeien totdat deze het bewegende deel bereikt, en er doorheen zal gaan, terwijl er heel weinig stroom naar het tweede deel zal gaan. U kunt dus een potentiometer gebruiken om de stroom van elk elektronisch onderdeel, zoals een lamp, aan te passen.

LDR (lichtgevoelige weerstanden) en thermistoren

Er zijn veel op weerstanden gebaseerde sensoren die reageren op licht, temperatuur of druk. De meeste zijn opgenomen als onderdeel van een spanningsdeler, die verandert afhankelijk van de weerstand van de weerstanden, die verandert onder invloed van externe factoren.

Fotoweerstand (LDR)

Zoals je kunt zien in figuur 11A, variëren fotoweerstanden in grootte, maar het zijn allemaal weerstanden waarvan de weerstand afneemt bij blootstelling aan licht en toeneemt in het donker. Helaas reageren fotoweerstanden nogal traag op veranderingen in het verlichtingsniveau, hebben ze een vrij lage nauwkeurigheid, maar zijn ze erg gemakkelijk te gebruiken en populair. Typisch kan de weerstand van fotoweerstanden variëren van 50 ohm in de zon tot meer dan 10 megohm in absolute duisternis.

Zoals we al zeiden, verandert het veranderen van de weerstand de spanning van de verdeler. De uitgangsspanning kan worden berekend met behulp van de formule:

Als we aannemen dat de LDR-weerstand varieert van 10 MΩ tot 50 , dan is V uit respectievelijk 0,005V tot 4,975V.

Een thermistor is vergelijkbaar met een fotoweerstand, maar er zijn veel meer soorten thermistors dan fotoweerstanden, een thermistor kan bijvoorbeeld een negatieve temperatuurcoëfficiënt (NTC) zijn, waarvan de weerstand afneemt met toenemende temperatuur, of een positieve temperatuurcoëfficiënt (PTC), waarvan de weerstand zal toenemen met toenemende temperatuur. Thermistors reageren nu zeer snel en nauwkeurig op veranderingen in omgevingsparameters.

U kunt lezen over het bepalen van de waarde van de weerstand met behulp van kleurcodering.

Elke stof heeft zijn eigen specifieke resistentie. Bovendien zal de weerstand afhangen van de temperatuur van de geleider. We zullen dit verifiëren door het volgende experiment uit te voeren.

Laten we de stroom door de stalen spiraal leiden. Sluit in een circuit met een spiraal een ampèremeter in serie aan. Het zal enige betekenis tonen. Nu gaan we de spoel verwarmen in de vlam van een gasbrander. De huidige waarde, die de ampèremeter zal aangeven, zal afnemen. Dat wil zeggen, de stroomsterkte zal afhangen van de temperatuur van de geleider.

Weerstandsverandering met temperatuur

Stel dat bij een temperatuur van 0 graden de weerstand van de geleider gelijk is aan R0, en bij een temperatuur van t de weerstand gelijk is aan R, dan is de relatieve verandering in weerstand recht evenredig met de verandering in temperatuur t:

• (R-R0) / R = een * t.

In deze formule is a de evenredigheidscoëfficiënt, ook wel de temperatuurcoëfficiënt genoemd. Het kenmerkt de afhankelijkheid van de weerstand van een stof van temperatuur.

Temperatuurcoëfficiënt van weerstand: numeriek gelijk aan de relatieve verandering in de weerstand van de geleider wanneer deze wordt verwarmd met 1 Kelvin.

Voor alle metalen is de temperatuurcoëfficiënt Boven nul. Met temperatuurveranderingen zal het enigszins veranderen. Daarom, als de temperatuurverandering klein is, kan de temperatuurcoëfficiënt als constant worden beschouwd en gelijk aan de gemiddelde waarde van dit temperatuurbereik.

Elektrolytoplossingen met een verhoging van de temperatuur, de weerstand neemt af. Dat wil zeggen, voor hen zal de temperatuurcoëfficiënt zijn minder dan nul.

De weerstand van een geleider hangt af van de soortelijke weerstand van de geleider en van de grootte van de geleider. Omdat de afmetingen van de geleider bij verhitting onbeduidend veranderen, is het belangrijkste onderdeel van de verandering in de weerstand van de geleider de soortelijke weerstand.

De afhankelijkheid van de soortelijke weerstand van de geleider op temperatuur

Laten we proberen de afhankelijkheid van de soortelijke weerstand van de geleider van de temperatuur te vinden.

Vervang de weerstandswaarden R = p * l / S R0 = p0 * l / S in de hierboven verkregen formule.

We krijgen de volgende formule:

• p = p0 (1 + a * t).

Deze afhankelijkheid is weergegeven in de volgende afbeelding.

Laten we proberen uit te zoeken waarom de weerstand toeneemt

Wanneer we de temperatuur verhogen, neemt de amplitude van de oscillaties van ionen in de knopen van het kristalrooster toe. Daardoor zullen vrije elektronen er vaker tegenaan botsen. Bij een botsing verliezen ze de richting van hun beweging. Daardoor zal de stroom afnemen.

6.2. Elektrische weerstand van geleiders. Verandering in weerstand van geleiders door temperatuur en druk. Supergeleiding

Uit de uitdrukking blijkt dat de specifieke elektrische geleidbaarheid van de geleiders, en bijgevolg de elektrische soortelijke weerstand en weerstand, afhangen van het materiaal van de geleider en zijn toestand. De toestand van de geleider kan veranderen afhankelijk van verschillende externe drukfactoren (mechanische spanningen, externe krachten, compressie, spanning, enz., d.w.z. factoren die de kristalstructuur van metalen geleiders beïnvloeden) en temperatuur.

De elektrische weerstand van geleiders (weerstand) is afhankelijk van de vorm, grootte, materiaal van de geleider, druk en temperatuur:

In dit geval wordt de afhankelijkheid van de specifieke elektrische weerstand van de geleiders en de weerstand van de geleiders op temperatuur, zoals experimenteel vastgesteld, beschreven door lineaire wetten:

waarbij  t en  o, R t en R o - respectievelijk de specifieke weerstanden en weerstanden van de geleider op t = 0 o C;

Uit de formule (6.23) wordt de temperatuurafhankelijkheid van de weerstand van de geleiders bepaald door de relaties:

waarbij T de thermodynamische temperatuur is.

De grafiek van de afhankelijkheid van de weerstand van de geleiders van de temperatuur is weergegeven in figuur 6.2. De grafiek van de afhankelijkheid van de soortelijke weerstand van metalen van de absolute temperatuur T is weergegeven in figuur 6.3.

Volgens de klassieke elektronische theorie van metalen in een ideaal kristalrooster (ideale geleider), bewegen elektronen zonder elektrische weerstand te ervaren ( = 0). Vanuit het oogpunt van moderne concepten zijn de oorzaken van het optreden van elektrische weerstand in metalen vreemde onzuiverheden en kristalroosterdefecten, evenals de thermische beweging van metaalatomen, waarvan de amplitude afhangt van de temperatuur.

De regel van Matthiessen stelt dat de afhankelijkheid van soortelijke weerstand van temperatuur  (T) een complexe functie is die uit twee onafhankelijke termen bestaat:

waar  ost - resterende soortelijke weerstand;

 id is de ideale soortelijke weerstand van een metaal, die overeenkomt met de weerstand van een absoluut zuiver metaal en alleen wordt bepaald door thermische trillingen van atomen.

Op basis van formules (6.25) zou de soortelijke weerstand van een ideaal metaal naar nul moeten neigen wanneer T 0 (kromme 1 in Fig. 6.3). De soortelijke weerstand als functie van de temperatuur is echter de som van de onafhankelijke termen  id en  rest. Daarom, vanwege de aanwezigheid van onzuiverheden en andere defecten in het kristalrooster van het metaal, neigt de soortelijke weerstand  (T) bij afnemende temperatuur naar een bepaalde constante eindige waarde  rust (kromme 2 in Fig. 6.3). Soms overschrijdt het het minimum, het neemt iets toe met een verdere temperatuurdaling (curve 3 in Fig. 6.3). De waarde van de resterende soortelijke weerstand hangt af van de aanwezigheid van defecten in het rooster en het gehalte aan onzuiverheden, en neemt toe met een toename van hun concentratie. Als de hoeveelheid onzuiverheden en defecten in het kristalrooster wordt geminimaliseerd, blijft er nog een factor over die de elektrische weerstand van metalen beïnvloedt - de thermische vibratie van atomen, die volgens de kwantummechanica niet stopt, zelfs niet bij de absolute nultemperatuur. Als gevolg van deze trillingen is het rooster niet langer ideaal en ontstaan ​​er variabele krachten in de ruimte, waarvan de werking leidt tot de verstrooiing van elektronen, d.w.z. het ontstaan ​​van verzet.

Later bleek dat de weerstand van sommige metalen (Al, Pb, Zn, enz.) en hun legeringen bij lage temperaturen T (0,14 - 20 K), kritisch genoemd, kenmerkend voor elke stof, abrupt tot nul afneemt, d.w.z. metaal wordt een absolute geleider. Voor het eerst werd dit fenomeen, supergeleiding genaamd, in 1911 ontdekt door G. Kamerling-Onnes voor kwik. Het bleek dat bij T = 4,2 K kwik blijkbaar zijn weerstand tegen elektrische stroom volledig verliest. De afname van de weerstand treedt zeer sterk op in het interval van enkele honderdsten van een graad. Later werd het verlies van weerstand waargenomen in andere zuivere stoffen en in veel legeringen. De supergeleidende overgangstemperaturen zijn verschillend, maar altijd erg laag.

Door een elektrische stroom op te wekken in een ring gemaakt van een supergeleidend materiaal (bijvoorbeeld door middel van elektromagnetische inductie), kan men waarnemen dat de sterkte ervan over meerdere jaren niet afneemt. Hiermee kunt u de bovengrens van de soortelijke weerstand van supergeleiders vinden (minder dan 10 -25 Ohmm), die veel minder is dan de soortelijke weerstand van koper bij lage temperaturen (10 -12 Ohmm). Daarom wordt aangenomen dat de elektrische weerstand van supergeleiders nul is. De weerstand voor de overgang naar de supergeleidende toestand is heel anders. Veel van de supergeleiders hebben een vrij hoge weerstand bij kamertemperatuur. De overgang naar de supergeleidende toestand is altijd erg abrupt. In zuivere eenkristallen heeft het een temperatuurbereik van minder dan een duizendste van een graad.

Supergeleiding onder zuivere stoffen wordt bezeten door aluminium, cadmium, zink, indium, gallium. Tijdens het onderzoek bleek dat de structuur van het kristalrooster, de homogeniteit en zuiverheid van het materiaal een significant effect hebben op de aard van de overgang naar de supergeleidende toestand. Dit is bijvoorbeeld te zien in figuur 6.4, waarin de experimentele curven van de overgang naar de supergeleidende toestand van tin van verschillende zuiverheden zijn weergegeven (curve 1 - monokristallijn tin; 2 - polykristallijn tin; 3 - polykristallijn tin met onzuiverheden).

In 1914 ontdekte K. Onnes dat de supergeleidende toestand wordt vernietigd door een magnetisch veld wanneer de magnetische inductie B een bepaalde kritische waarde overschrijdt. De kritische inductiewaarde is afhankelijk van het supergeleidermateriaal en de temperatuur. Het kritieke veld dat supergeleiding vernietigt, kan worden gecreëerd door de supergeleidende stroom zelf. Daarom is er een kritische stroom waarbij supergeleiding wordt vernietigd.

In 1933 ontdekten Meissner en Ochsenfeld dat er helemaal geen magnetisch veld is in een supergeleidend lichaam. Wanneer een supergeleider wordt gekoeld in een extern constant magnetisch veld, wordt op het moment van overgang naar de supergeleidende toestand het magnetische veld volledig uit zijn volume verplaatst. Dit is hoe een supergeleider verschilt van een ideale geleider, waarin, wanneer de soortelijke weerstand tot nul daalt, de magnetische veldinductie in het volume onveranderd moet blijven. Het fenomeen van de verplaatsing van het magnetische veld van het volume van de geleider wordt het Meissner-effect genoemd. Het Meissner-effect en de afwezigheid van elektrische weerstand zijn de belangrijkste eigenschappen van een supergeleider.

De afwezigheid van een magnetisch veld in het volume van een geleider stelt ons in staat om uit de algemene wetten van een magnetisch veld te concluderen dat er alleen een oppervlaktestroom in bestaat. Het is fysiek echt en neemt daarom een ​​dunne laag in de buurt van het oppervlak in. Het magnetische veld van de stroom vernietigt het externe magnetische veld in de geleider. In dit opzicht gedraagt ​​een supergeleider zich formeel als een ideale diamagneet. Het is echter geen diamagneet, omdat binnen de magnetisatie (magnetisatievector) nul is.

Zuivere stoffen waarin het fenomeen van supergeleiding wordt waargenomen, zijn er weinig. Supergeleiding wordt het vaakst waargenomen in legeringen. Voor zuivere stoffen treedt alleen het Meissner-effect op, terwijl voor legeringen geen volledige uitdrijving van het magnetische veld uit het volume plaatsvindt (een gedeeltelijk Meissner-effect wordt waargenomen).

Stoffen waarin het volledige Meissner-effect wordt waargenomen, worden supergeleiders van de eerste soort genoemd, en de gedeeltelijke worden supergeleiders van de tweede soort genoemd.

In supergeleiders van de tweede soort zijn er cirkelvormige stromen in het volume die een magnetisch veld creëren, dat echter niet het hele volume vult, maar erin wordt verdeeld in de vorm van individuele filamenten. Wat betreft de weerstand, deze is gelijk aan nul, zoals in type I supergeleiders.

Door zijn fysieke aard is supergeleiding de superfluïditeit van een vloeistof die uit elektronen bestaat. Superfluïditeit ontstaat door het beëindigen van de uitwisseling van energie tussen de superfluïde component van de vloeistof en zijn andere delen, waardoor wrijving verdwijnt. In dit geval is het essentiële de mogelijkheid van "condensatie" van vloeibare moleculen op het laagste energieniveau, gescheiden van andere niveaus door een voldoende brede energiekloof, die de krachten van interactie niet kunnen overwinnen. Dit is de reden voor het uitschakelen van interactie. Om veel deeltjes op het laagste niveau te kunnen vinden, is het noodzakelijk dat ze voldoen aan de Bose-Einstein-statistieken, d.w.z. had een geheeltallige spin.

Elektronen gehoorzamen aan de Fermi-Dirac-statistieken en kunnen daarom niet "condenseren" op het laagste energieniveau en een supervloeibare elektronenvloeistof vormen. De afstotende krachten tussen elektronen worden grotendeels gecompenseerd door de aantrekkingskrachten van positieve ionen in het kristalrooster. Door de thermische trillingen van atomen in de knopen van het kristalrooster kan er echter een aantrekkingskracht ontstaan ​​tussen de elektronen, die vervolgens tot paren worden gecombineerd. Elektronenparen gedragen zich als deeltjes met een geheeltallige spin, d.w.z. gehoorzamen aan Bose-Einstein-statistieken. Ze kunnen condenseren en een supervloeibare stroom van elektronenparen vormen, die een supergeleidende elektrische stroom vormen. Boven het laagste energieniveau is er een energiekloof, die het elektronenpaar niet kan overbruggen vanwege de energie van interactie met de rest van de ladingen, d.w.z. kan zijn energietoestand niet veranderen. Er is dus geen elektrische weerstand.

De mogelijkheid van de vorming van elektronenparen en hun superfluïditeit wordt verklaard door de kwantumtheorie.

Het praktische gebruik van supergeleidende materialen (in de wikkelingen van supergeleidende magneten, in computergeheugensystemen, enz.) is moeilijk vanwege hun lage kritische temperaturen. Keramische materialen met supergeleiding bij temperaturen boven 100 K (hoge temperatuur supergeleiders) zijn ontdekt en worden actief onderzocht. Het fenomeen supergeleiding wordt verklaard door de kwantumtheorie.

De afhankelijkheid van de weerstand van geleiders van temperatuur en druk wordt in de technologie gebruikt om temperatuur (weerstandsthermometers) en grote snel veranderende drukken (elektrische tensometers) te meten.

In het SI-systeem wordt de elektrische weerstand van de geleiders gemeten in Ohmm en de weerstand in Ohm. Eén ohm is de weerstand van zo'n geleider waarin een gelijkstroom van 1A vloeit bij een spanning van 1V.

Elektrische geleidbaarheid is een hoeveelheid die wordt bepaald door de formule

In het SI-systeem is de eenheid van geleidbaarheid Siemens. Een siemens (1 cm) is de geleidbaarheid van een deel van het circuit met een weerstand van 1 ohm.

Bij verhitting neemt het toe als gevolg van een toename van de bewegingssnelheid van atomen in het materiaal van de geleider bij toenemende temperatuur. Integendeel, de soortelijke weerstand van elektrolyten en steenkool neemt af bij verwarming, omdat in deze materialen, naast een toename van de bewegingssnelheid van atomen en moleculen, het aantal vrije elektronen en ionen per volume-eenheid toeneemt.

Sommige legeringen, die meer dan hun samenstellende metalen bevatten, veranderen de soortelijke weerstand bijna niet bij verwarming (constantaan, manganine, enz.). Dit komt door de onregelmatige structuur van de legeringen en het kleine gemiddelde vrije pad van elektronen.

Een waarde die de relatieve toename in weerstand aangeeft wanneer het materiaal met 1 ° wordt verwarmd (of een afname bij afkoeling met 1 °) wordt genoemd.

Als de temperatuurcoëfficiënt wordt aangegeven met α, de soortelijke weerstand bij tot = 20 ongeveer tot en met ρ o, dan is, wanneer het materiaal wordt verwarmd tot de temperatuur t1, de soortelijke weerstand p1 = ρ o + αρ o (t1 - to) = ρ o ( 1 + (α (t1 - tot))

en dienovereenkomstig R1 = Ro (1 + (α (t1 - tot))

Temperatuurcoëfficiënt a voor koper, aluminium, wolfraam is 0,004 1 / gr. Daarom neemt hun weerstand bij verwarming tot 100 ° toe met 40%. Voor ijzer α = 0.006 1 / deg, voor messing α = 0.002 1 / deg, voor fechral α = 0.0001 1 / deg, voor nichrome α = 0.0002 1 / deg, voor constantaan α = 0.00001 1 / deg , voor manganine α = 0.00004 1 / gr. Steenkool en elektrolyten hebben een negatieve temperatuurcoëfficiënt van weerstand. De temperatuurcoëfficiënt voor de meeste elektrolyten is ongeveer 0,02 1 / deg.

De eigenschap van geleiders om hun weerstand te veranderen, afhankelijk van de temperatuur, wordt gebruikt in: weerstandsthermometers... Door de weerstand te meten, wordt de omgevingstemperatuur berekend door te rekenen.Constantaan, manganine en andere legeringen met een zeer lage temperatuurweerstandscoëfficiënt worden gebruikt om shunts en extra weerstanden aan meetinstrumenten te maken.

Voorbeeld 1. Hoe verandert de weerstand Ro van een ijzerdraad wanneer deze met 520 ° wordt verwarmd? Temperatuurcoëfficiënt a van ijzer 0,006 1 / gr. Volgens de formule R1 = Ro + Ro α (t1 - to) = Ro + Ro 0,006 (520 - 20) = 4Ro, dat wil zeggen dat de weerstand van de ijzerdraad bij verwarming met 520 ° met 4 keer zal toenemen.

Voorbeeld 2. Aluminiumdraden bij een temperatuur van -20 ° hebben een weerstand van 5 ohm. Het is noodzakelijk om hun weerstand te bepalen bij een temperatuur van 30 °.

R2 = R1 - αR1 (t2 - t1) = 5 + 0,004 x 5 (30 - (-20)) = 6 ohm.

De eigenschap van materialen om hun elektrische weerstand te veranderen wanneer ze worden verwarmd of gekoeld, wordt gebruikt om temperaturen te meten. Dus, thermoweerstand, dit zijn draden gemaakt van platina of puur nikkel, versmolten tot kwarts, worden gebruikt om temperaturen van -200 tot + 600 ° te meten. Halfgeleider-RTD's met een grote negatieve coëfficiënt worden gebruikt om temperaturen in nauwere bereiken nauwkeurig te bepalen.

Halfgeleider-RTD's die worden gebruikt om temperaturen te meten, worden thermistoren genoemd.

Thermistoren hebben een hoge negatieve temperatuurcoëfficiënt van weerstand, dat wil zeggen dat bij verwarming hun weerstand afneemt. gemaakt van oxide (geoxideerde) halfgeleidermaterialen, bestaande uit een mengsel van twee of drie metaaloxiden. De meest voorkomende zijn koper-mangaan- en kobalt-mangaan-thermistors. Deze laatste zijn gevoeliger voor temperatuur.

Sprekend over de wet van Ohm (§ 1.7), benadrukten we de eis dat fysieke omstandigheden als temperatuur en druk onveranderd moeten blijven. Feit is dat de weerstand van de geleiders meestal afhangt van de temperatuur:

de weerstand van metaaldraden neemt toe bij verhitting.

Voor koperdraden veroorzaakt een temperatuurstijging voor elke 2,5 ° C een toename van de weerstand van ongeveer 1% (een honderdste van hun oorspronkelijke weerstand), of de weerstand neemt toe met 0,4% bij een temperatuurstijging van 1 ° C. De weerstandswaarden die hierboven werden gegeven, komen overeen met een temperatuur van 20 ° C.

Stel dat het bijvoorbeeld nodig is om de soortelijke weerstand van koper te bepalen bij een temperatuur van 45 °.

We weten dat het bij 20 ° C gelijk was aan 0,0178 Ohm per 1 m lengte met een doorsnede van 1 mm2. We weten dat elke 2,5 ° het met 1% toeneemt, dat wil zeggen met

De nieuwe temperatuur overschrijdt 20°C met 25°C.

Dit betekent dat de vereiste soortelijke weerstand 10% meer is dan 0,0178: de soortelijke weerstand bij 45° is gelijk aan Ohm per 1 m met een doorsnede van 1 mm2.

De afhankelijkheid van weerstand van temperatuur wordt vaak gebruikt om de temperatuur van koperdraden in elektrische machines te bepalen.

Dezelfde afhankelijkheid van weerstand van temperatuur wordt gebruikt voor het apparaat van elektrische thermometers op basis van het meten van de weerstand van een stuk draad (vaak gewikkeld in de vorm van een spiraal) in de kamer waarvan ze de temperatuur willen bepalen.

Met deze temperatuurmeting is het gemakkelijk om de waarneming van de temperatuur van verschillende delen van de kamer (bijvoorbeeld in koelkasten) of verschillende delen van industriële installaties op één plek te concentreren.

In dit geval kunt u een enkele meetklok gebruiken door de schakelaar in verschillende standen te zetten: bij elke nieuwe stand worden draadspoelen ingeschakeld voor het meten, bijvoorbeeld op verschillende verdiepingen van de koelkast.

Voorbeeld 2. De weerstand van de wikkeling van een elektrische machine bij 20°C was gelijk aan 60 ohm. Nadat de machine een uur had gedraaid, nam de weerstand van de wikkeling toe tot 69,6 ohm. Bepaal hoe heet de wikkeling is, als de weerstand met 4% toeneemt naarmate de temperatuur stijgt voor elke 10 ° C. ,

Allereerst kijken we hoeveel procent de weerstand is toegenomen:

Nu vinden we gemakkelijk dat de temperatuur met 40 ° is gestegen, d.w.z. het is gelijk geworden aan 20 + 40 = 60 ° .

Natuurlijk moet nu de vraag rijzen: verandert de weerstand van elektrische lampen wanneer de gloeidraad erin wordt verwarmd? Antwoord: Ja, natuurlijk is de weerstand van de koude lampgloeidraad kleiner dan de weerstand in werkende staat. Hierop had onze aantekening in § 1.7 betrekking.

We merken alleen op dat heel vaak de niet-lineariteit van de karakteristiek wordt verklaard door puur elektrische verschijnselen. Dit is het geval in het geval van een varistor, waarvan de kenmerken zijn weergegeven in Fig. 1.14.

In een aantal meetinstrumenten en in speciale apparatuur is het vaak vereist dat hun weerstand niet verandert met de temperatuur. Voor dergelijke producten zijn legeringen ontwikkeld waarvan de weerstand praktisch temperatuuronafhankelijk is.

Van deze legeringen zijn manganine en constantaan de meest gebruikte.

Veel geleiders veranderen hun weerstand aanzienlijk wanneer ze worden uitgerekt of samengedrukt. Deze eigenschap van geleiders heeft ook een belangrijke technische toepassing gevonden: tegenwoordig worden de druk en kleine verplaatsingen die ontstaan, bijvoorbeeld onder belasting van balken, rails, machineonderdelen, enz., vaak beoordeeld aan de hand van de verandering in de elektrische weerstand van speciaal vervaardigde elementen.

Geleiderdeeltjes (moleculen, atomen, ionen) die niet deelnemen aan de vorming van de stroom zijn in thermische beweging, en de deeltjes die de stroom genereren zijn gelijktijdig in thermische en directionele beweging onder invloed van een elektrisch veld. Hierdoor vinden er talrijke botsingen plaats tussen de deeltjes die de stroom vormen en de deeltjes die niet deelnemen aan de vorming ervan, waarbij de eerste een deel van de energie van de stroombron die ze aan de laatste dragen afstaan. Hoe meer botsingen, hoe lager de snelheid van de geordende beweging van de deeltjes die de stroom vormen. Zoals blijkt uit de formule ik = enνS, een afname van de snelheid leidt tot een afname van de stroomsterkte. Een scalaire grootheid die de eigenschap van een geleider kenmerkt om de stroomsterkte te verminderen, wordt genoemd weerstand van de geleider. Van de formule van de wet van Ohm, de weerstand Ohm is de weerstand van de geleider waarin de stroom wordt verkregen met een kracht van 1 a met een spanning aan de uiteinden van de geleider in 1 V.

De weerstand van een geleider hangt af van zijn lengte l, doorsnede S en materiaal, dat wordt gekenmerkt door soortelijke weerstand. Hoe langer de geleider, hoe meer botsingen van deeltjes die de stroom vormen met deeltjes die niet deelnemen aan de vorming ervan per tijdseenheid , en dus hoe groter de weerstand van de geleider. Hoe kleiner de doorsnede van de geleider, hoe dichter de stroom van de deeltjes die de stroom vormen, en hoe vaker hun botsingen met de deeltjes die niet deelnemen aan de vorming ervan, en dus hoe groter de weerstand van de geleider.

Onder invloed van een elektrisch veld bewegen de deeltjes die de stroom vormen tussen botsingen versneld door, waardoor hun kinetische energie toeneemt als gevolg van de energie van het veld. Wanneer ze botsen met deeltjes die geen stroom vormen, dragen ze een deel van hun kinetische energie aan hen over. Als gevolg hiervan neemt de interne energie van de geleider toe, wat zich extern manifesteert in de verwarming ervan. Overweeg of de weerstand van een geleider verandert wanneer deze opwarmt.

Er bevindt zich een spoel van staaldraad in het elektrische circuit (string, Fig. 81, a). Nadat we het circuit hebben gesloten, beginnen we de draad te verwarmen. Hoe meer we het verwarmen, hoe lager de stroomsterkte op de ampèremeter. De afname vindt plaats vanwege het feit dat wanneer metalen worden verwarmd, hun weerstand toeneemt. Dus de weerstand van een haar van een gloeilamp wanneer deze uit is, is ongeveer 20 ohm, en wanneer het brandt (2900°C) - 260 ohm... Wanneer het metaal wordt verwarmd, nemen de thermische beweging van elektronen en de oscillatiesnelheid van ionen in het kristalrooster toe, als gevolg hiervan neemt het aantal botsingen van elektronen die een stroom met ionen vormen toe. Dit veroorzaakt een toename van de weerstand van de geleider *. In metalen zijn niet-vrije elektronen zeer sterk gebonden aan ionen; daarom verandert het aantal vrije elektronen praktisch niet wanneer metalen worden verwarmd.

* (Op basis van de elektronische theorie is het onmogelijk om de exacte wet van de afhankelijkheid van weerstand van temperatuur af te leiden. Een dergelijke wet is vastgesteld door de kwantumtheorie, waarin een elektron wordt beschouwd als een deeltje met golfeigenschappen, en de beweging van een geleidingselektron door een metaal is een proces van voortplanting van elektronengolven, waarvan de lengte wordt bepaald door de de Broglie relatie.)

Experimenten tonen aan dat wanneer de temperatuur van geleiders gemaakt van verschillende stoffen met hetzelfde aantal graden verandert, hun weerstand niet op dezelfde manier verandert. Als een koperen geleider bijvoorbeeld een weerstand had? 1 ohm, dan na verwarming tot 1 ° C hij zal weerstand hebben 1.004 ohm, en wolfraam - 1.005 ohm. Om de afhankelijkheid van de weerstand van de geleider van zijn temperatuur te karakteriseren, wordt een waarde geïntroduceerd, de temperatuurcoëfficiënt van weerstand genoemd. Een scalaire waarde, gemeten door een verandering in de weerstand van een geleider in 1 ohm genomen bij 0 ° C, van een verandering in de temperatuur met 1 ° C, wordt de temperatuurcoëfficiënt van weerstand genoemd α... Dus voor wolfraam is deze coëfficiënt 0,005 graden -1, voor koper - 0,004 graden -1. De temperatuurcoëfficiënt van weerstand is temperatuurafhankelijk. Voor metalen verandert het weinig met de temperatuur. Met een klein temperatuurbereik wordt het als constant beschouwd voor een bepaald materiaal.

Laten we de formule afleiden waarmee de weerstand van de geleider wordt berekend, rekening houdend met de temperatuur. Laten we aannemen dat R 0- geleiderweerstand bij 0 ° C, bij verwarming aan 1 ° C het zal toenemen met αR 0, en bij verwarming door t °- Aan αRt ° en wordt R = R 0 + αR 0 t °, of

De afhankelijkheid van de weerstand van metalen van temperatuur wordt bijvoorbeeld in aanmerking genomen bij de vervaardiging van spiralen voor elektrische verwarmingsapparaten, lampen: de lengte van de draad van de spiraal en de toegestane stroomsterkte worden berekend op basis van hun weerstand in een verwarmde staat. De afhankelijkheid van de weerstand van metalen van temperatuur wordt gebruikt in weerstandsthermometers, die worden gebruikt voor het meten van de temperatuur van warmtemotoren, gasturbines, metaal in hoogovens, enz. Deze thermometer bestaat uit een dunne platina (nikkel, ijzer) spiraalgewonden op een porseleinen frame en geplaatst in een beschermhoes. De uiteinden zijn verbonden met een elektrisch circuit met een ampèremeter, waarvan de schaal is ingedeeld in graden van temperatuur. Wanneer de spoel opwarmt, neemt de stroom in het circuit af, hierdoor beweegt de ampèremeternaald, die de temperatuur aangeeft.

Het omgekeerde van de weerstand van een bepaalde sectie, circuit, wordt genoemd elektrische geleidbaarheid van de geleider:(elektrische geleiding). Elektrische geleidbaarheid van een geleider Hoe groter de geleidbaarheid van een geleider, hoe lager de weerstand en hoe beter deze stroom geleidt. Naam van de eenheid van elektrische geleidbaarheid Geleidbaarheid van de geleider door weerstand 1 ohm genaamd Siemens.

Naarmate de temperatuur daalt, neemt de weerstand van metalen af. Maar er zijn metalen en legeringen waarvan de weerstand bij een bepaalde lage temperatuur voor elk metaal en elke legering abrupt afneemt en verdwijnend klein wordt - praktisch gelijk aan nul (Fig. 81, b). Komt eraan supergeleiding- de geleider heeft praktisch geen weerstand en als de erin opgewekte stroom eenmaal lang bestaat, terwijl de geleider op de supergeleidende temperatuur is (in een van de experimenten werd de stroom meer dan een jaar waargenomen). Bij het passeren van de supergeleider een stroom met een dichtheid 1200 a/mm 2 er werd geen warmteafgifte waargenomen. Eenwaardige metalen, die de beste stroomgeleiders zijn, gaan niet in een supergeleidende toestand tot de extreem lage temperaturen waarbij de experimenten werden uitgevoerd. In deze experimenten werd koper bijvoorbeeld afgekoeld tot 0,0156 ° K, goud - vroeger 0,0204 °C. Als het mogelijk zou zijn om supergeleidende legeringen te verkrijgen bij gewone temperaturen, dan zou dit van groot belang zijn voor de elektrotechniek.

Volgens moderne concepten is de belangrijkste reden voor supergeleiding de vorming van gebonden elektronenparen. Bij de temperatuur van supergeleiding beginnen uitwisselingskrachten te werken tussen vrije elektronen, en daarom vormen de elektronen gebonden elektronenparen. Zo'n elektronengas uit gebonden elektronenparen heeft andere eigenschappen dan een gewoon elektronengas - het beweegt in een supergeleider zonder wrijving tegen de knopen van het kristalrooster.

Probleem 24. Voor de vervaardiging van spiralen van elektrische tegels ontving de werkplaats een spoel van nichromosedraad, op het label waarvan stond: "Gewicht 8,2 kg, Λ diameter 0,5 mm". Bepaal hoeveel spiralen er van deze draad kunnen worden gemaakt, als de weerstand van de spiraal, die niet in het netwerk is opgenomen, 22 ohm moet zijn. Dichtheid van nichroom 8200 kg/m3.

vandaar waar? S = r2; S = 3,14 * 0,0625 mm 2 2 * 10 -7 m 2.

Draadgewicht: m = ρ 1 V, of m = ρ 1 lS, vanaf hier

Antwoord geven: n = 1250 spiralen.

Probleem 25. Bij een temperatuur van 20 ° C heeft de wolfraamspoel van een elektrische lamp een weerstand 30 ohm; bij aansluiting op een DC-netwerk met spanning 220 inch de stroom vloeit in een spiraal 0,6 een. Bepaal de temperatuur van de gloeidraad van de lampgloeidraad en de intensiteit van het stationaire elektrische veld in de gloeidraad van de lamp, indien de lengte 550mm.

De weerstand van de spiraal wanneer de lamp brandt, wordt bepaald aan de hand van de formule van de wet van Ohm voor een deel van het circuit:

Stationaire veldsterkte in de lampgloeidraad

Antwoord geven: t 0 = 2518 ° C; E = 400 w/m.

Elektrische weerstand -fysieke hoeveelheid die laat zien wat voor soort obstakel wordt gecreëerd door de stroom wanneer deze door de geleider gaat... De meeteenheden zijn Ohm, ter ere van Georg Ohm. In zijn wet heeft hij een formule afgeleid voor het vinden van weerstand, die hieronder wordt gegeven.

Beschouw de weerstand van geleiders met metalen als voorbeeld. Metalen hebben een interne structuur in de vorm van een kristalrooster. Dit rooster heeft een strikte volgorde en de plaatsen zijn positief geladen ionen. De ladingsdragers in het metaal zijn "vrije" elektronen, die niet tot een bepaald atoom behoren, maar willekeurig tussen de roosterplaatsen bewegen. Uit de kwantumfysica is bekend dat de beweging van elektronen in een metaal de voortplanting is van een elektromagnetische golf in een vaste stof. Dat wil zeggen, een elektron in een geleider beweegt (praktisch) met de snelheid van het licht en het is bewezen dat het niet alleen eigenschappen vertoont als een deeltje, maar ook als een golf. En de weerstand van het metaal ontstaat als gevolg van de verstrooiing van elektromagnetische golven (dat wil zeggen elektronen) op de thermische trillingen van het rooster en zijn defecten. Wanneer elektronen botsen met de plaatsen van het kristalrooster, wordt een deel van de energie naar de plaatsen overgebracht, waardoor energie vrijkomt. Deze energie kan worden berekend bij constante stroom, dankzij de wet van Joule-Lenz - Q = I 2 Rt. Zoals je kunt zien, hoe groter de weerstand, hoe meer energie er vrijkomt.

Weerstand

Er is zo'n belangrijk concept als weerstand, dit is dezelfde weerstand, alleen in een lengte-eenheid. Elk metaal heeft zijn eigen, bijvoorbeeld voor koper is het gelijk aan 0,0175 Ohm * mm2 / m, voor aluminium 0,0271 Ohm * mm2 / m. Dit betekent dat een staaf van koper met een lengte van 1 m en een doorsnede van 1 mm2 een weerstand van 0,0175 Ohm zal hebben, en dezelfde staaf, maar gemaakt van aluminium, een weerstand van 0,0271 Ohm zal hebben. Het blijkt dat de elektrische geleidbaarheid van koper hoger is dan die van aluminium. Elk metaal heeft zijn eigen specifieke weerstand en je kunt de weerstand van de hele geleider berekenen met behulp van de formule:

waar P Is de soortelijke weerstand van het metaal, l is de lengte van de geleider, s is het dwarsdoorsnede-oppervlak.

Weerstandswaarden worden gegeven in metalen weerstandstabel(20 ° C)

Naast de soortelijke weerstand bevat de tabel TCR-waarden, iets later over deze coëfficiënt.

Afhankelijkheid van soortelijke weerstand van vervormingen

Bij het koud bewerken van metalen door middel van druk ondergaat het metaal plastische vervorming. Tijdens plastische vervorming wordt het kristalrooster vervormd en wordt het aantal defecten groter. Met een toename van kristalroosterdefecten neemt de weerstand tegen de stroom van elektronen door de geleider toe, daarom neemt de soortelijke weerstand van het metaal toe. Zo wordt een draad gemaakt door te trekken, waardoor het metaal plastische vervorming ondergaat, waardoor de soortelijke weerstand toeneemt. Om de weerstand te verminderen wordt in de praktijk gebruik gemaakt van herkristallisatie-gloeigloeien, dit is een complex technologisch proces, waarna het kristalrooster als het ware “optrekt” en het aantal defecten afneemt, dus ook de weerstand van het metaal.

Wanneer uitgerekt of samengedrukt, ondergaat het metaal elastische vervorming. Met elastische vervorming veroorzaakt door uitrekken, nemen de amplituden van thermische trillingen van de knopen van het kristalrooster toe, daarom ondervinden de elektronen grote moeilijkheden, en in dit opzicht neemt de soortelijke weerstand toe. Met elastische vervorming veroorzaakt door compressie, nemen de amplituden van thermische trillingen van de knooppunten af, daarom is het voor elektronen gemakkelijker om te bewegen en neemt de soortelijke weerstand af.

Effect van temperatuur op soortelijke weerstand

Zoals we hierboven al hebben ontdekt, is de oorzaak van weerstand in het metaal de knopen van het kristalrooster en hun trillingen. Dus met een temperatuurstijging nemen de thermische trillingen van de knooppunten toe, wat betekent dat de soortelijke weerstand ook toeneemt. Er is zo'n hoeveelheid als temperatuurcoëfficiënt van weerstand:(TCS), die laat zien hoeveel de soortelijke weerstand van het metaal toeneemt of afneemt bij verwarming of koeling. De temperatuurcoëfficiënt van koper bij 20 graden Celsius is bijvoorbeeld 4.1 · 10 - 3 1 / graad. Dit betekent dat wanneer bijvoorbeeld koperdraad met 1 graad Celsius wordt verwarmd, de soortelijke weerstand ervan met . zal toenemen 4.1 · 10 - 3 ohm. Weerstand met temperatuurverandering kan worden berekend met de formule:

waarbij r de soortelijke weerstand na verwarming is, r 0 de soortelijke weerstand vóór verwarming is, a de temperatuurcoëfficiënt van de weerstand is, t 2 de temperatuur vóór verwarming is, t 1 de temperatuur na verwarming is.

Als we onze waarden vervangen, krijgen we: r = 0,0175 * (1 + 0,0041 * (154-20)) = 0,0271 Ohm * mm 2 / m. Zoals u kunt zien, zou onze staaf van koper, 1 m lang en met een dwarsdoorsnede van 1 mm 2, na verwarming tot 154 graden, weerstand hebben, zoals dezelfde staaf, alleen gemaakt van aluminium en bij een temperatuur van 20 graden Celsius.

De eigenschap van verandering in weerstand wanneer de temperatuur verandert, gebruikt in weerstandsthermometers. Deze instrumenten kunnen de temperatuur meten op basis van weerstandsmetingen. Weerstandsthermometers hebben een hoge meetnauwkeurigheid, maar kleine temperatuurbereiken.

In de praktijk verhinderen de eigenschappen van geleiders de doorgang van huidig worden zeer veel gebruikt. Een voorbeeld is een gloeilamp, waarbij een wolfraamgloeidraad opwarmt door de hoge weerstand van het metaal, de lange lengte en de smalle doorsnede. Of elk verwarmingsapparaat waarbij de spoel opwarmt vanwege zijn hoge weerstand. In de elektrotechniek wordt een element waarvan de belangrijkste eigenschap weerstand is, een weerstand genoemd. De weerstand wordt in bijna elk elektrisch circuit gebruikt.