Įvadas
Šiame straipsnyje nagrinėjamas rezistoriaus galios temperatūros koeficientas (TVK), svarbus parametras, apibūdinantis rezistoriaus varžos priklausomybę nuo temperatūros. Straipsnyje aptariami laidininkų varžos pagrindai, temperatūros įtaka varžai, superlaidumas, puslaidininkiai, termistoriai ir fotorezistoriai. Taip pat aptariami elektros grandinių dėsniai ir metodai, būtini norint suprasti rezistorių veikimą.
Laidininkų Varža ir Specifinė Varža
Laidininko varža priklauso nuo medžiagos, iš kurios jis pagamintas, matmenų ir formos. Matematiškai tai išreiškiama formule:
R = ρ * (l / S)
kur:
- R - laidininko varža (omais, Ω)
- ρ - specifinė medžiagos varža (omais metrais, Ω·m)
- l - laidininko ilgis (metrais, m)
- S - laidininko skerspjūvio plotas (kvadratiniais metrais, m²)
Specifinė varža (ρ) yra medžiagos savybė, rodanti jos gebėjimą priešintis elektros srovei. Ji skaitmeniškai lygi varžai laidininko, turinčio vienetinį ilgį ir skerspjūvio plotą.
Taip pat skaitykite: Kraujo judėjimo iššūkiai
Praktikoje specifinė varža dažnai matuojama omais-centimetrais (Ω·cm). Šiuo atveju specifinė varža yra varža kubo, pagaminto iš tos medžiagos, kurio briauna yra 1 cm ilgio, kai srovė teka nuo vienos sienos prie priešingos.
Specifinis laidumas (σ) yra atvirkštinis specifinės varžos dydis:
σ = 1 / ρ
Jis apibūdina medžiagos gebėjimą praleisti elektros srovę.
Temperatūros Įtaka Varžai
Laidininkų varža priklauso nuo temperatūros. Daugeliui metalų varža didėja kylant temperatūrai. Ši priklausomybė aprašoma temperatūros koeficientu (α):
Taip pat skaitykite: Psichikos pokyčiai dėl karščio
ρ = ρ₀ * (1 + αT)
kur:
- ρ - specifinė varža esant temperatūrai T
- ρ₀ - specifinė varža esant pradinei temperatūrai
- α - temperatūros koeficientas
- T - temperatūros pokytis
Daugeliui metalų α yra artimas 0,00367, arba 1/273. Tačiau šis sąryšis yra apytikslis ir negalioja aukštoje arba labai žemoje temperatūroje. Metalams lydantis, varža padidėja, o žemoje temperatūroje α mažėja.
Superlaidumas
Labai žemoje temperatūroje (1-7 K) kai kurių metalų ir lydinių varža staiga sumažėja iki beveik nulio. Šis reiškinys vadinamas superlaidumu. Superlaidumo būsenoje varža praktiškai lygi nuliui, todėl laidininku tekant srovei neišsiskiria šiluma. Superlaidumas išnyksta, kai veikia stiprus magnetinis laukas.
Puslaidininkiai
Puslaidininkiai yra medžiagos, kurių laidumas yra tarp metalų ir izoliatorių laidumo. Jų laidumas priklauso nuo temperatūros, priemaišų ir apšvietimo. Puslaidininkių specifinis laidumas didėja kylant temperatūrai:
Taip pat skaitykite: Karščiavimas ir Xanax vartojimas
σ = A * exp(-b / T)
kur:
- T - absoliutinė temperatūra
- b - konstanta, skirtinga įvairiems puslaidininkiams
- A - pre-eksponentinis faktorius
Kai kurių puslaidininkių susilietimo su metalais vietoje susidaro užveriamasis sluoksnis, praleidžiantis srovę tik viena kryptimi. Šis reiškinys naudojamas kietojo kūno kintamosios srovės lygintuvuose.
Elektros Grandinės ir Džoulio-Lenco Dėsnis
Elektros grandinėje elektros energijos kiekis, paverstas šiluma, apskaičiuojamas pagal Džoulio-Lenco dėsnį:
Q = 0.24 * I² * R * t
kur:
- Q - išsiskiriantis šilumos kiekis (kalorijomis)
- I - srovės stiprumas (amperais)
- R - varža (omais)
- t - laikas (sekundėmis)
Mažesnė specifinė varža reiškia mažesnį šilumos kiekį, išsiskiriantį laidininke esant tai pačiai srovei. Superlaidumo būsenoje, kai specifinė varža yra labai maža, išsiskiriantis šilumos kiekis yra beveik nepastebimas.
Nuosekliai sujungus rezistorius, bendroji varža lygi atskirų rezistorių varžų sumai:
R = R₁ + R₂ + …
Šilumos kiekis, išsiskiriantis kiekviename rezistoriuje, yra proporcingas jo varžai:
Q₁ / Q₂ = R₁ / R₂
Rezistoriai ir Reostatai
Rezistoriai naudojami grandinės varžai keisti. Laboratorinėje praktikoje naudojami stumdomo kontakto rezistoriai - reostatai. Tokį rezistorių sudaro viela, apvyniota ant porcelianinio cilindro. Stumdant kontaktą, galima keisti įjungiamų į grandinę vielos vijų skaičių, o tuo pačiu ir varžos didumą. Viela gaminama iš lydinių, turinčių didelę specifinę varžą ir mažą temperatūrinį koeficientą. Silpna varžos priklausomybė nuo temperatūros reikalinga tam, kad nuo srovės kaistančio rezistoriaus varža pastebimai nepakistų.
Omo Dėsnis ir Kirchhofo Taisyklės
Omo dėsnis apibrėžia ryšį tarp įtampos (U), srovės (I) ir varžos (R):
U = R * I
Diferencialinė Omo dėsnio išraiška:
j = σ * E
kur:
- j - srovės tankis
- σ - specifinis laidumas
- E - elektrinio lauko stiprumas
Kirchhofo taisyklės naudojamos išsišakojusiose grandinėse tekančių srovių stiprumui skaičiuoti:
- Pirmoji Kirchhofo taisyklė: į išsišakojusios grandinės mazgą įtekančių ir iš jo ištekančių elektros srovių algebrinė suma lygi nuliui.
- Antroji Kirchhofo taisyklė: išsišakojusios elektros srovės grandinės bet kurio uždaro kontūro šakomis tekančių elektros srovių Ik ir atitinkamų varžų Rk sandaugų algebrinė suma yra lygi to kontūro elektrovaros jėgų Ek algebrinei sumai.
Termistoriai ir Pozistoriai
Termistoriai yra rezistoriai, kurių varža labai priklauso nuo temperatūros. Jie skirstomi į dvi grupes:
- NTC termistoriai (Negative Temperature Coefficient): kylant temperatūrai, jų varža mažėja.
- PTC termistoriai (Positive Temperature Coefficient), dar vadinami pozistoriais: kylant temperatūrai, jų varža didėja.
Termistoriai gaminami iš metalų oksidų, tokių kaip manganas, nikelis, kobaltas, varis ir geležis. NTC termistorių TVK 20°C temperatūroje gali būti nuo -2,4 iki -8,4 % / K. PTC termistoriai gaminami su lantanu, ceriu ir bismutu.
Termistoriai gali būti savojo ir pašalinio kaitinimo. Savojo kaitinimo termistoriai įkaista dėl Džaulio-Lenco šilumos.
Fotorezistoriai
Fotorezistoriai yra rezistoriai, kurių varža priklauso nuo apšvietimo. Veikiant šviesai, jų varža sumažėja. Fotorezistorių jautris apibūdinamas kaip fotosrovės priklausomybė nuo šviesos srauto. Dažninė charakteristika apibūdina fotorezistoriaus inertiškumą.
tags: #rezistoriaus #temperaturos #priklausomybe #nuo #galingumo