Почему уменьшается сопротивление полупроводника при нагревании: почему сопротивление металла при нагревании увеличивается, а полупроводника уменьшается?

Содержание

Сопротивление полупроводников – Энциклопедия по машиностроению XXL

Зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры [c.196]

Таким образом, изменение удельного сопротивления полупроводника с собственной проводимостью в зависимости от температуры дается выражением [c.197]

Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводника, в который добавлено небольшое количество примеси, показана на рис. 5.7 [12]. На практике в полупроводнике всегда присутствуют как донорные, так и акцепторные примеси, и разработчик полупроводниковых термометров сопротивления может лишь выбирать соотношение между теми и другими. Для описания процессов проводимости рассмотрим германий, содержащий донорные атомы мышьяка в концентрации N(1 и какие-либо акцепторные атомы в концентрации Л а-На рис. 5.7 можно выделить четыре температурных диапазона, в каждом из которых преобладает какой-либо один механизм проводимости”.

В высокотемпературном диапазоне [I] проводимость обусловлена главным образом электронами, термически возбужденными из валентной зоны в зону проводимости согласно уравнению (5.8), поскольку все примесные атомы давно уже ионизованы. Это область собственной проводимости для германия она начинается чуть выше 400 К. Этот диапазон не представляет особого интереса для германиевых термометров сопротивления. [c.198]

Эквивалентная схема диода, представленная на рис. 2.17, а, дополнена резисторами / о, учитывающим объемное омическое сопротивление полупроводника, и У у, учитывающим утечку по поверхности диода. [c.91]

Резистор полупроводниковый [нелинейный] — полупроводниковый прибор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от напряжения. [c.152]

Концентрация носителей заряда в полупроводниках при комнатной температуре значительно меньше, чем в металлах. Поэтому удельное сопротивление полупроводников обычно больше, чем металлов. При понижении температуры удельное сопротивление полупроводника увеличивается — он все больше становится похожим на диэлектрик. [c.155]

Зависимость удельного сопротивления полупроводников от температуры и освещения. Опыты показывают, что при нагревании электрическое сопротивление полупроводниковых кристаллов уменьшается (рис. 157). Уменьшение электрического сопротивления полупроводников при нагревании объясняется тем, что с повышением температуры кристалла число освобождающихся [c.156]

Обычно удельное сопротивление полупроводников (при Г = 290 К) находится в интервале Ом-см (в металлах р= 10 ч-10- Ом-см). [c.454]

В зависимости от природы полупроводников и примесей и концентрации последних изменение проводимости в зависимости от температуры может несколько отличаться от приведенной схемы. Изменение сопротивления полупроводников в зависимости от температуры используется в термисторах для измерения температуры.

[c.284]

Величиной, численно характеризующей изменение удельной проводимости (удельного сопротивления) полупроводников при определенном виде деформации, является тензочувствительность [c.244]

Метод омического сопротивления. Омическое сопротивление специальных проводников в контуре может быть изменено под воздействием силы, при этом степень изменения сопротивления может быть мерой действующих сил. Теоретически для этой цели пригодны все твердые упругие тела, а также жидкости и газы, которые не оказывают электрическому току бесконечно большого сопротивления (полупроводники). Например, угольный порошок и твердые угольные пластины при растяжении и сжатии изменяют свое сопротивление в широких пределах. Угольные пластины показывают хорошую повторяемость результатов, пока они под влиянием нагрузки испытывают лишь упругие деформации.
[c.98]
Обычно к полупроводникам относят вещества с удельным сопротивлением р 10 ом-см (при Т = — 290°К).

Поскольку в металлах р = 10 -ЬЮ” омХ хсм то удельное сопротивление полупроводников находится в интервале 10 Р Ю ом-см. [c.341]

Температуру можно непрерывно отсчитывать при помощи гальванометра, измеряющего силу тока в электрическом сопротивлении (полупроводник), наклеенном на фотографическую пластинку или пленку. Источником света служит лампа с вольфрамовой лентой (5 X 1 ) и рабочим напряжением 6 в (питание от сети с аккумуляторным буфером). Цветовая температура этой лампы 2748° К. При помощи объектива с фокусным расстоянием 50 мм и апертурой //2 создается увеличенное изображение ленты (3 X )> которое проектируется на барабан, несущий пленку, после преобразования при помощи объектива с фокусным расстоянием 250 мм и апертурой //4,5. Вся оптическая система помещается вне цилиндрического сосуда ось светового пучка совпадает с оптической осью объективов, проходит через центр окошка Р нормально к его плоскости и находится в средней прямоугольной плоскости сечения барабана, несущего пленку.

[c.270]

Обычно к проводникам относят вещества с удельным сопротивлением менее 10 Ом -м, а к диэлектрикам — с р более 10 Ом -м удельное сопротивление полупроводников составляет 10″ —10 Ом -м. Однако при классификации веществ по электрическим свойствам кроме значения р необходимо учитывать и физическую природу электропроводности, в частности вид свободных носителей заряда и характер зависимости р от температуры.

[c.7]

Температурный коэффициент удельного сопротивления полупроводников [c.333]

V. При увеличении температуры сопротивление полупроводников. .. [c.7]

При изготовлении углублений травление ограничивается областью, расположенной прямо под сильной струей, так как электролит после удара растекается тонким слоем по поверхности пластинки. Если удельное сопротивление раствора того же порядка, что и сопротивление полупроводника, то плотность тока должна быстро падать в радиальном направлении от оси струи. [c.26]

Характерным свойством полупроводников является нелинейность зависимости тока в полупроводнике от приложенного напряжения (рис. 53), т. е. ток растет значительно быстрее, чем напряжение. Одновременно с ростом тока резко уменьшается электрическое сопротивление полупроводника.

[c.93]

Под действием света проводимость некоторых полупроводников (например, селена) может резко изменяться. Это вызывается тем, что световое излучение с определенной длиной волны сообщает электронам полупроводника энергию, достаточную для того, чтобы они сделались свободными. При этом сопротивление полупроводника резко уменьшается. Это свойство полупроводников используют при создании фоторезисторов — приборов, чувствительных не только к видимому участку спектра, но и к инфракрасному излучению. [c.95]

По величине удельного сопротивления полупроводниковые материалы занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Удельное сопротивление полупроводников колеблется в широких пределах от 1(Н до 10 ом-см. [c.260]

Электроны в полупроводнике, способные перемещаться к положительному полюсу, называются электронами проводимости. Их количество в сравнении с общим числом валентных электронов, осуществляющих ковалентную связь между атомами, очень невелико и не превышает долей процента. Именно поэтому электрическое сопротивление полупроводников всегда во много раз больше, чем металлов. [c.18]

Повышение температуры, как и в случае металлов, вызывает усиление тепловых колебаний атомов, однако одновременно в полупроводниках повышение температуры способствует дополнительному переходу валентных электронов из ковалентных пар на более высокие энергетические уровни и поэтому в общем итоге электрическое сопротивление полупроводников при повышении температуры уменьшается. В этом заключается одно из главных отличий полупроводников от металлов. [c. 18]

Хотя повышение температуры вызывает весьма значительное падение электросопротивления, значение этого свойства у полупроводников остается несравненно более высоким, чем у металлов. Так, если у меди при 700° С электросопротивление равно 67 нОм-м, то у кремния и германия оно составляет около 10- Ом-м (см. табл. 2), хотя у этих элементов электросопротивление снижается по сравнению со значениями при комнатной температуре в 10 —10 раз. Собственная проводимость полупроводников увеличивается не только под действием нагрева. Облучение светом также повышает энергию валентных электронов, часть их переходит в зону проводимости, и электрическое сопротивление полупроводника существенно снижается.

[c.18]

Из (8.63) следует, что для увеличения предельной частоты работы диода необходимо уменьшать произведение гС . Сопротивление г можно уменьшать, улучшая качество омических контактов к и- и р-областям диода и уменьшая толщину, этих областей. Казалось бы, далее, что повысить соцр д можно также уменьшением площади S р—н-перехода, так как при этом должна уменьшаться емкость Сд. Однако таким способом можно достичь повышения (Оцред только у точечных дподов. В самом деле, для плоских переходов q S, г 1/S, поэтому r g не зависит от 5. Для точечных же диодов г = = р/яа где р — удельное сопротивление полупроводника а — [c.238]

Фотоэлементы с внутренним ф-о-,. тоэффектом. Работа фотоэлементов с вну-тренннм фотоэффектом основана на изменении сопротивления полупроводников под действием лучистой энергии. При освещении этих веществ внутри них освобождаются электроны, которые, не выходя с поверхности, увеличивают проводимость полупроводника. Если к концам такого полупроводника приложить разность потенциалов, го величина протекающего по

[c.547]

ПРОБОЙ [вакуумный — возникновение самостоятельного разряда при высокой разности потенциалов между электродами при таком вакууме, при котором свободный пробег электронов намного больше межэлектродного расстояния диэлектрика — резкое умершшение электрического сопротивления диэлектрика, наступающее при достижении определенного значения напряженности приложенного электрического поля лавинный — резкое уменьшение омического сопротивления полупроводника в сильном электрическом поле] [c. 266]

Электрическое сопротивление полупроводника зависитот его температуры,используя это свойство можно создать датчик для измерения скорости потока жидкости. [c.117]

Аппаратура с полупроводниковыми наклеиваемыми датчиками омического сопротивления (графит, сернистый свинец) [26), [28]. С деформацией изменяется контактное сопротивление полупроводника. Датчик включается в схему моста. Тензочувстви-тедьный слой в датчике нанесен на пластинку из пластмассы, полоску фольги с изоляцией или бумагу. Допускается переклейка датчика. Для углеродистых датчиков коэффициент тензочувствительности 15—20, сопротивление 10—15 кои требуется защита от влаги. Применяется для измерений на вращающихся деталях в связи [c.493]

Сопротивление полупроводника датчика изменяется в зависимости от температуры охлаждения жидкости. С изменением сопротивления изменяется и величина тока в катушке К1. Теперь уже положение стрелки прибора зависит от взаимодействия постоянных полей катушек К2 и КЗ (величина тока всегда постоянна) с изменяющимся магнитным полем катушки К1. Результирующее поле всех катушек поворачивает дисковый магнит МД вместе со стрелкой в определенное положение, показывающее на шкале температуру охлалодающей жидкости. [c.143]

Удельное сопротивление полупроводников является величиной изменчивой, зависящей от наличия примесей в материале и от технологии изготовления (многие полупроводники изготовляются посредством измельчения, смешения, прессования составных частей и последующего обжига, т. е. приемами керамической технологии (см. гл. 8). Как уже упоминалось, сопротивление полупроводников зависит от температуры в некоторых апучаях эта зависимость выражена весьма заметно, и такие полупроводники могут применяться в качестве элементов электрических устройств, для которых важна зависимость сопротивления от температуры ( т е р м о с о п р о т и в л е н и я ), В ряде случаев сопротивление полупроводников сильно зависит от освещенности, уменьшаясь при повышении последней такие полупроводники используются в качестве фотосопротивлений. Некоторые материалы типа полупроводников резко изменяют сопротивление в зависимости от величины приложенного напряжения, являясь нелинейными сопротивлениями . Полупроводники используются в качестве электронагревательных элемен- [c.193]

Полупроводниковые приборы. Выше уже упоминалось, что полупроводники обладают значительно худшей проводимостью, чем металлы. Однако это утверждение справедливо только для химически чистых полупроводящих веществ, получение которых в производстве весьма затруднитель-но. Поэтому в электротехнике получили распространение полупроводники, содерл ащие различные примеси. Примеси уменьшают сопротивление полупроводников, и их проводимость увеличивается. Проводимость таких полупроводников называют примесной. [c.97]

Поляризация имеет место во всех молекулах диэлектрика — это его массовое свойство. В то же время электро1проводность диэлектрика часто практически полностью обусловливается наличием незначительного количества примесей (загрязнений), а не основным веществом диэлектрика, и при тщательной очистке диэлектрика может существенно ослабляться. Поэтому, в частности, при смешении друг с другом двух (или нескольких) не реагирующих между собой химически диэлектриков диэлектрическая проницаемость получающейся смеси в первом приближении может быть оценена по арифметическому правилу смешения (подробнее СхМ. 2-6). Для Подсчета же удельного сопротивления диэлектрика это правило может оказаться совершенно непригодным, так как уже малая примесь другого вещества может иногда на несколько порядков снизить удельное сопротивление диэлектрика. Еще более резко бывает иногда выражено влияние ничтожных количеств примесей на удельное сопротивление полупроводников. [c.103]

Существуют Э. п., по имеющие мехапич. колебательной системы и создающие колебания непосредственно в среде. К ним относятся, нанр., электроискровой излучатель, возбуждающий интенсивные звуковые колебания в результате. электрич. разряда в жидкости ионофон-, тер.иосфон-, излучатель, действие К-рого основано на электрострикции жидкостей.

Все эти излучатели применяются сравнительно редко они – необратимы. К особому классу Э. п. относятся приемники звука (также необратимые), основанные па изменении электрич. сопротивления чувствит. элемента под влиянием звукового давления, напр, угол/,иый микрофон или полупроводниковые приемники, в к-рых используется зависимость сопротивления полупроводников от механических напряжений [7]. [c.451]

Упругие деформации изменяют сопротивление полупроводников. Ряд полупроводников обладает коэффициентом тензочувствйтельности т, значительно большим, чем у металлов. Так, у константана т = 2, а у германия, кремния, сурьмянистого индия и д 1. mW 100. У поликристаллич. образцов PbS величина т достигает 2000. Эти свойства полупроводников по- [c.224]

Формула (51) показывает, что при полном отсутствии микродефектов удельное сопротивление полупроводника величина постоянная. Для случая поверхностных слоев контакта это не так. Дело в том, что сама микрогеометрия поверхности уже обусловливает совершенно особые явления в тех контактных мостиках, которые оказываются на данный момент проводящими. Здесь имеют место и туннельный эффект, и явление фриттинга. Туннельный эффект — это свойство электронов проходить через потенциальный барьер, превышающий их среднюю энергию. Туннельный эффект наиболее вероятен при толщине оксидных ( изолирующих ) пленок не более 5-10″ см. [c.42]

Зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры

Зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры [c.196]

Зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры может быть выражена экспоненциальной функцией [c. 207]

Рассмотрим теперь аналогичные характеристики электронных полупроводников. Эти. материалы обычно имеют удельные сопротивления в пределах от —10 дд юэ ом см при 0° С, т. е. значительно более высокие, чем у металлов, но гораздо более низкие, чем у изоляторов. На фиг. 1 приведены кривые зависимости удельного сопротивления р от температуры Т для двух типичных образцов полупроводников. Из кривых видно, что удельное [c.159]

Качественное объяснение этих свойств графита было получено в результате расчетов, произведенных с помощью зонной модели [36, 37]. Установлено, что в направлении, параллельном слоям атомов углерода, вершина заполненной зоны электронных уровней касается дна проводящей зоны. Поэтому проводимость графита в этом направлении должна быть такой же, как и у полупроводника с собственной проводимостью при стремлении к нулю ширины запрещенной зоны. На основании расчетов, произведенных для чистого поликристаллического графита [36, 38], следует, что величина удельного сопротивления р изменяется при низких температурах пропорционально 1/Г. Присутствие химических загрязнений и физических неоднородностей приводит к появлению дополнительных уровней в месте соприкосновения заполненной валентной и пустой проводящей зон, в результате чего характер зависимости удельного сопротивления от температуры изменяется. Для графита с небольшим содержанием примеси величина удельного сопротивления должна возрастать при понижении температуры и принимать конечные значения при 0° К. Образцы очень загрязненного примесями графита должны обладать слабо выраженными. металлическими свойствами и иметь положительный температурный коэффициент даже при самых низких температурах. [c.172]

Контролируемое введение примесей в полупроводник позволяет в очень широких пределах изменять как удельное сопротивление, так и степень его зависимости от температуры. Если в полупроводник добавляется очень небольшое количество [c.197]

В разд. 5.1 показано, как влияет на свойства полупроводника введение небольшого количества примеси. Зависимость сопротивления от температуры чрезвычайно чувствительна к количеству и качеству вводимой примеси, что может использоваться для получения желаемых характеристик. Из рис. 5.7 видно, что для термометрических целей более всего интересны области III и IV. Хотя наклоном кривой и абсолютным значением удельного сопротивления можно в какой-то степени управлять, высокая чувствительность обоих этих параметров к малым изменениям концентрации примеси мешает получать [c. 235]

Цель лабораторной работы — определение зависимости величины удельного электрического сопротивления твердых проводников и полупроводников от изменения температуры с использованием стандартных методов. [c.141]

Полупроводниками называют вещества, удельное сопротивление которых при нормальной температуре находится между значениями удельных сопротивлений проводников и диэлектриков (в диапазоне от до 10 °…10 Омом). Основным свойством полупроводника является зависимость его электропроводности от воздействия температуры, электрического поля, излучения и других факторов. Полупроводники в отличие от проводников имеют отрицательный коэффициент температурного удельного сопротивления, электропроводность полупроводников с увеличением температуры растет экспоненциально. [c.334]

На рис. 16 и 17—представлены величины удельного сопротивления карбида кремния в зависимости от давления, а на рис. 17 — в зависимости от зернистости. Электросопротивление полупроводников, как правило, снижается с повышением температуры, уменьшается под воздействием сильного электрического поля и увеличивается в магнитном поле [27]. [c.98]

Характер отклонения кривой зависимости 1п р от 1/7 от линейности для типичного термистора показывает, что удельное сопротивление термистора зависит от температуры так же, как удельное сопротивление примесного полупроводника, для которого наблюдается зависимость вида [c.165]

Недостатками всех ферритов являются хрупкость и возможность обработки только шлифованием, а также резко выраженная зависимость магнитных свойств от температуры и механических воздействий. Ферриты являются магнитными полупроводниками и, следовательно, с ростом температуры их удельное сопротивление уменьшается, что вызывает увеличение потерь на вихревые токи. [c.86]

Прежде чем перейти к подробному обсуждению зависимости удельного сопротивления металлов и полупроводников от температуры, коснемся особенностей поведения концентрированных сплавов. Введение значительного количества примесных атомов в твердый раствор приводит к искажению кристаллической решетки. Вследствие этого появляется дополнительный вклад в рассеяние. Его величина почти не зависит от температуры и может во много раз превышать долю электрон-фонон-ного рассеяния в чистом металле. Изменение остаточного удельного сопротивления неупорядоченного сплава Си—Аи в зави- [c.191]

Типичные температурные зависимости удельного сопротивления р полупроводниковых керамических сегнетоэлектриков приведены на рис. 21.17. Вдали от точки Кюри р снижается с ростом температуры, как и у других диэлектриков и полупроводников, однако в определенном интервале в окрестности точки Кюри наблюдается резкий аномальный рост р. Величина р увеличивается в тысячи, а иногда и миллионы раз. Это и есть позисторный эффект. Область положительного ТКр находится в области перестройки решетки при фазовом переходе. Если перестройка решетки происходит в узком интервале температур (четкий фазовый переход), то р увеличивается скачкообразно (кривые 1, 2, 5). В случае же сегнетоэлектриков с размытым фазовым переходом увеличение р с температурой плавное и происходит во всем интервале температур раз.мытия перехода (кривые 3, 4). [c.226]

Простая модель электронного газа, созданная Друде в 1900 г., успещно предсказала законы Ома и Видемана — Франца. Однако она не объяснила зависимость электропроводности от температуры, а также магнитные свойства и малую величину электронной теплоемкости по сравнению с классическим значением 3/ . В настоящее время ясно, почему удельное сопротивление особо чистых металлов падает от типичного для комнатных температур значения 10 мкОм см до значения менее 10 з мкОм -см при температуре жидкого гелия в то время как удельное сопротивление концентрированного сплава падает всего в два раза в том же диапазоне температур. Поведение полупроводников также хорошо понято удельное сопротивление экспоненциально возрастает при уменьшении температуры, и при очень низких температурах чистые полупроводники становятся хорошими диэлектриками. Добавка в образец полупроводника небольшого количества примесей чаще всего существенно уменьшает удельное сопротивление (в противоположность чистым металлам, в которых наличие примесей ведет к увеличению удельного сопротивления). [c.187]

Существует класс полупроводниковых приборов, выполненных на основе смешанных окислов переходных металлов, которые известны под общим названием термисторов. Термин термистор происходит от слов термочувствительный резистор . Толчком к разработке термисторов послужила необходимость компенсировать изменение параметров электронных схем под влиянием колебаний температуры. Первые термисторы изготавливались на основе двуокиси урана ПОг, но затем в начале 30-х годов стали использовать шпинель MgTiOз. Оказалось, что удельное сопротивление MgTiOз и его температурный коэффициент сопротивления (ТКС) легко варьируются путем контролируемого восстановления в водороде и путем изменений концентрации MgO по сравнению со стехиометрической. Использовалась также окись меди СиО. Современные термисторы [60, 61] почти всегда представляют собой нестехиометрические смеси окислов и изготавливаются путем спекания микронных частиц компонентов в контролируемой атмосфере. В зависимости от того, в какой атмосфере происходит спекание (окислительной или восстановительной), может получиться, например, полупроводник п-типа на поверхности зерна, переходящий в полупроводник р-типа в глубине зерна, со всеми вытекающими отсюда последствиями для процессов проводимости. Помимо характера проводимости в отдельном зерне, на проводимость материала оказывают существенное влияние также процессы на границах между спеченными зернами. Высокочастотная дисперсия у термисторов, например, возникает вследствие того, что они представляют собой сложную структуру, образованную зонами плохой проводимости на границах зерен и зонами относительно высокой проводимости внутри зерен. [c.243]

Ниже будет рассмотрено изменение электросопротивления с температурой для некоторых типов угольных термометров сопротивления. Даже качественное совпадение с тем, что дает зонная теория, наблюдается только в отдельных случаях. Для некоторых образцов величина удельного сопротивления р увеличивается почти экспоненциально при понижении температуры, указывая на то, что имеет место термическая активация носителей тока. Однако из этого не следует, что весь объем графита является элементарным полупроводником и что теоретическое предсказание оказывается несостоятельным. Характер изменения величины электросопротивления с температурой может быть объяснен тем, что частицы графита, входящие в состав образца, обычно находятся в плохом контакте друг с другом или с металлическими контактами. Поэтому носители должны быть тер.мически активированы для преодоления значительных энергетических барьеров. Этот процесс активации может привести к такой зависимости электросопротивления от температуры, которая наблюдалась выше. Очевидно, что способ изготовления угольных сопротивлений играет наиболее важную, хотя и трудно определимую роль при получении желаемых характеристик. [c.173]

Пленки больщинства металлов (например, благородных металлов и неферромагнитных металлов переходной группы) толщиной в несколько сот ангстрем имеют удельное электросопротивление, величина которого изменяется с изменением температуры так же, как и у сплошных металлов. Однако пленки этих металлов толщиной в несколько ангстрем имеют большое удельное электросопротивление и большой отрицательный температурный коэффициент. Зависи.мость сопротивления этих пленок от те.мпературы в широком интервале температур описывается уравнением, характерным для примесных полупроводников. Энергия активации в сильной степени зависит от состава пленок и их толщины. Для пленок значительной толщины, но еще не настолько толстых, чтобы появились типичные металлические свойства, зависимость сопротивления от температуры оказывается более сложной. Характеристики этих пленок и воспроизводимость их свойств сильно зависят от способа приготовления пленки, от присутствия сорбируе.мых газов, а в некоторых случаях — от старения и отжига. [c.181]

Выше приведено значение удельного сопротивления германия весьма высокой чистоты, близкое к значению собственного со-ттротивления германия. Примеси сильно понижают удельное сопротивление германия. С увеличением температуры удельное электросопротивление германия (как и у всех полупроводников) понижается. Характерна зависимость электросопротивления германия от давления. [c.376]

Удельное электрическое сопротивление любого радиоматериала в значительной степени зависит от температуры (рис. 1). Так, у проводников с повышением температуры удельное сопротивление возрастает. Это связано с более интенсивным колебанием атомов в узлах кристаллической решетки проводника, что мешает направленному перемещению свободных электронов В связи с этим общее и удельное электрические сопротивления проводников увеличиваются. У полупроводников и диэлектриков, наоборот, с возрастанием температуры общее и удельное сопротивления уменьшаются. Это объясняется увеличением энергии носителей элек-Рис. 1. Зависимость удель- тоических зяпялов ного электрического сопро- трических зарядов. [c.6]

Измерение электрофизических свойств Ag2Se показало, что при комнатной температуре селенид серебра является электронным полупроводником с удельным сопротивлением 10-10 ом-см, подвижностью электронов 2050 см (в-сек). Термоэлектродвижущая сила селенида в зависимости от способа приготовления колеблется от 140 до 160 мв град [42]. Теплопроводность АдгЗе при комнатной температуре минимальная при 40°С 5на имеет максимальную величину, составляющую 3-10 з кал (см-сек-град). [c.109]

Перейдем теперь к рассмотрению менее изученного класса жидкостей с высоким удельным электрическим сопротивлением. Чистый селен изучали в течение долгого времени. По сравнению с другими жидкими полупроводниками молекулярная структура селена хорошо изучена. Жидкая сера очень похожа на жидкий селен, и было показано, что обе эти жидкости состоят из смеси цепных молекул и восьмичленных колец (а возможно и больших колец). Концентрация колец увеличивается с понижением температуры, и имеется критическая температура, ниже которой существуют только кольцевые молекулы. Критическая температура экспериментально наблюдалась только для жидкой серы для селена расчетное значение этой температуры лежит ниже точки затвердевания. Теория равновесия связей для этих жидкостей разработана очень хорошо [78, 104], и эта теория является прототипом теории для сплавов Т1—Те, описанной в гл. 7, 3. Для настоящего обсуждения достаточно отметить, что средняя длина цепи уменьшается с температурой, а концентрация разрушенных связей описывается с помощью константы равновесия с энергией активации Еа, которая была определена различными способами. Эйзенберг и Тобольски [78] на основе данных по вязкости оценили d = 0,54 эВ. Разорванные связи являются парамагнитными центрами, и определение их концентрации в зависимости от температуры методом электронного спинового резонанса дало значение магнитной восприимчивости [175] привело к значению Еа==0,87 эВ. [c.210]

На первых порах накопление достоверной информации о полупроводниках существенно задерживалось тем обстоятельством, что экспериментальные данные чрезвычайно чувствительны к чистоте образца. Примером может служить фиг. 28.2, где изображенно удельное сопротивление германия в зависимости от Т для различных концентраций примесей. Отметим, что даже столь малые концентрации, как несколько примесей на 10 атомов, могут приводить к заметным эффектам и сопротивление может изменяться при данной температуре в 10 раз при изменении концентрации примесей только в 10 раз. Отметим также, что при повышении температуры сопротивление образца с заданной концентрацией примесей достигает значения, лежащего на общей для всех образцов кривой. Это предельное сопротивление, которое имел бы, очевидно, идеальный, совершенно чистый образец, носит название собственного сопротивления. [c.186]

Зависимость сопротивления проводника от температуры

Практически в электротехнике выло выявлено, что с увеличением температуры сопротивление проводников из металла возрастает, а с понижением уменьшается. Для всех проводников из металла это изменение сопротивления почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1°С.

Если быть точным, то на самом деле при изменении температуры проводника изменяется его удельное сопротивление, которое имеет следующую зависимость:

где ρ и ρ₀, R и R₀ – соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при температурах t и 0°С (шкала Цельсия), α – температурный коэффициент сопротивления, [α] = град^-1.

Изменение удельного сопротивления проводника приводит к изменения самого сопротивления, что видно из следующего выражения:

Зная электронную теорию строения вещества можно дать следующее объяснение увеличению сопротивления металлических проводников с повышением температуры. При увеличении температуры проводник получает тепловую энергию, которая несомненно передается всем атомам вещества, в результате чего .возрастает их тепловое движение. Увеличившееся тепловое движение атомов создает большее сопротивление направленному движению свободных электронов (увеличивается вероятность столкновения свободных электронов с атомами), от этого и возрастает сопротивление проводника.

С понижением температуры направленное движение электронов облегчается (уменьшается возможность столкновения свободных электронов с атомами), и сопротивление проводника уменьшается. Этим объясняется интересное явление — сверхпроводимость металлов. Сверхпроводимость, т. е. уменьшение сопротивления металлов до нуля, наступает при огромной отрицательной температуре —273° С, называемой абсолютным нулем. При температуре абсолютного нуля атомы металла как бы застывают на месте, совершенно не препятствуя движению электронов.

График звисимости сопротивления металлического проводника от температуры представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления металлического проводника от температуры

Необходимо сказать, что сопротивление электролитов и полупроводников (уголь, селен и другие) с увеличением температуры уменьшается.

Температурная зависимость сопротивления электролита объясняется также в основном изменением удельного сопротивления,однако всегда температурный коэффициент сопротивления – α <0.

Поэтому кривая зависимости сопротивленя электролита от температуры имеет вид, представленый на рисунке 2.

Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления электролита от температуры

Ддя полупроводников характер изменения удельного сопротивления от температуры будет схож с таковым для элетролитов.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Как изменяется сопротивление проводника при повышении температуры

Зависимость сопротивления проводника от температуры

Удельное сопротивление, а следовательно, и сопротивление металлов, зависит от температуры, увеличиваясь с ее ростом. Температурная зависимость сопротивления проводника объясняется тем, что

возрастает интенсивность рассеивания (число столкновений) носителей зарядов при повышении температуры;
изменяется их концентрация при нагревании проводника.

Опыт показывает, что при не слишком высоких и не слишком низких температурах зависимости удельного сопротивления и сопротивления проводника от температуры выражаются формулами:

ho_t =
ho_0 (1 + alpha t) ,) (

R_t = R_0 (1 + alpha t) ,)

где ρ₀, ρ_t — удельные сопротивления вещества проводника соответственно при 0 °С и t °C; R₀, R_t — сопротивления проводника при 0 °С и t °С, α — температурный коэффициент сопротивления: измеряемый в СИ в Кельвинах в минус первой степени (К -1 ). Для металлических проводников эти формулы применимы начиная с температуры 140 К и выше.

Температурный коэффициент сопротивления вещества характеризует зависимость изменения сопротивления при нагревании от рода вещества. Он численно равен относительному изменению сопротивления (удельного сопротивления) проводника при нагревании на 1 К.

mathcal h alpha mathcal i) — среднее значение температурного коэффициента сопротивления в интервале ΔΤ.

Для всех металлических проводников α > 0 и слабо изменяется с изменением температуры. У чистых металлов α = 1/273 К -1 . У металлов концентрация свободных носителей зарядов (электронов) n = const и увеличение ρ происходит благодаря росту интенсивности рассеивания свободных электронов на ионах кристаллической решетки.

Для растворов электролитов α -1 . Сопротивление электролитов с ростом температуры уменьшается, так как увеличение числа свободных ионов из-за диссоциации молекул превышает рост рассеивания ионов при столкновениях с молекулами растворителя.

Формулы зависимости ρ и R от температуры для электролитов аналогичны приведенным выше формулам для металлических проводников. Необходимо отметить, что эта линейная зависимость сохраняется лишь в небольшом диапазоне изменения температур, в котором α = const. При больших же интервалах изменения температур зависимость сопротивления электролитов от температуры становится нелинейной.

Графически зависимости сопротивления металлических проводников и электролитов от температуры изображены на рисунках 1, а, б.

При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю (-273 °С), сопротивление многих металлов скачком падает до нуля. Это явление получило название сверхпроводимости. Металл переходит в сверхпроводящее состояние.

Зависимость сопротивления металлов от температуры используют в термометрах сопротивления. Обычно в качестве термометрического тела такого термометра берут платиновую проволоку, зависимость сопротивления которой от температуры достаточно изучена.

Об изменениях температуры судят по изменению сопротивления проволоки, которое можно измерить. Такие термометры позволяют измерять очень низкие и очень высокие температуры, когда обычные жидкостные термометры непригодны.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 256-257.

Зависимость сопротивления проводника от температуры

возрастает интенсивность рассеивания (число столкновений) носителей зарядов при повышении температуры;
изменяется их концентрация при нагревании проводника.

ho_t =
ho_0 (1 + alpha t) ,) (

R_t = R_0 (1 + alpha t) ,)

mathcal h alpha mathcal i) — среднее значение температурного коэффициента сопротивления в интервале ΔΤ.

Литература

В своей практической деятельности каждый электрик встречается с разными условиями прохождения носителей зарядов в металлах, полупроводниках, газах и жидкостях. На величину тока влияет электрическое сопротивление, которое различным образом изменяется под влиянием окружающей среды.

Одним из таких факторов является температурное воздействие. Поскольку оно значительно изменяет условия протекания тока, то учитывается конструкторами в производстве электрооборудования. Электротехнический персонал, участвующий в обслуживании и эксплуатации электроустановок, обязан грамотно использовать эти особенности в практической работе.

Влияние температуры на электрическое сопротивление металлов

В школьном курсе физики предлагается провести такой опыт: взять амперметр, батарейку, отрезок проволоки, соединительные провода и горелку. Вместо амперметра с батарейкой можно подключить омметр или использовать его режим в мультиметре.

Далее необходимо собрать электрическую схему, показанную на картинке и замерить величину тока в цепи. Его значение показано на шкале миллиамперметра стрелкой черного цвета.

Теперь поднесем пламя горелки к проволоке и станем ее нагревать. Если смотреть на амперметр, то будет видно, что стрелка станет перемещаться влево и достигнет положения, отмеченного красным цветом.

Результат опыта демонстрирует, что при нагревании металлов их проводимость уменьшается, а сопротивление возрастает.

Математическое обоснование этого явления приведено формулами прямо на картинке. В нижнем выражении хорошо видно, что электрическое сопротивление «R» металлического проводника прямо пропорционально его температуре «Т» и зависит еще от нескольких параметров.

Как нагрев металлов ограничивает электрический ток на практике

Ежедневно при включении освещения мы встречаемся с проявлением этого свойства у ламп накаливания. Проведем несложные измерения на лампочке с мощностью 60 ватт.

Самым простым омметром, питающемся от низковольтной батарейки 4,5 V, замерим сопротивление между контактами цоколя и увидим значение 59 Ом. Этой величиной обладает нить накала в холодном состоянии.

Вкрутим лампочку в патрон и через амперметр подключим к ней напряжение домашней сети 220 вольт. Стрелка амперметра покажет 0,273 ампера. По закону Ома для участка цепи определим сопротивление нити в нагретом состоянии. Оно составит 896 Ом и превысит предыдущее показание омметра в 15,2 раза.

Такое превышение предохраняет металл тела накала от перегорания и разрушения, обеспечивая его длительную работоспособность под напряжением.

Переходные процессы при включении

При работе нити накала на ней создается тепловой баланс между нагревом от проходящего электрического тока и отводом части тепла в окружающую среду. Но, на первоначальном этапе включения при подаче напряжения возникают переходные процессы, создающие бросок тока, который может привести к перегоранию нити.

Переходные процессы протекают за короткое время и вызваны тем, что скорость возрастания электрического сопротивления от нагрева металла не успевает за увеличением тока. После их окончания устанавливается рабочий режим.

Во время длительного свечения лампы постепенно толщина ее нити доходит до критического состояния, которое приводит к перегоранию. Чаще всего этот момент возникает при очередном новом включении.

Для продления ресурса лампы различными способами уменьшают этот бросок тока, используя:

1. устройства, обеспечивающие плавную подачу и снятие напряжения;

2. схемы последовательного подключения к нити накала резисторов, полупроводников или терморезисторов (термисторов).

Пример одного из способов ограничения пускового тока для автомобильных светильников показан на картинке ниже.

Здесь ток на лампочку подается после включения тумблера SA через предохранитель FU и ограничивается резистором R, у которого номинал подбирается так, чтобы бросок тока во время переходных процессов не превышал номинальное значение.

При нагреве нити накала ее сопротивление возрастает, что ведет к увеличению разности потенциалов на ее контактах и параллельно подключенной обмотке реле KL1. Когда напряжение достигнет величины уставки реле, то нормально открытый контакт KL1 замкнется и зашунтирует резистор. Через лампочку начнет протекать рабочий ток уже установившегося режима.

Влияние температуры металла на его электрическое сопротивление используется в работе измерительных приборов. Их называют термометрами сопротивления.

Их чувствительный элемент выполняют тонкой проволочкой из металла, сопротивление которой тщательно замерено при определенных температурах. Эту нить монтируют в корпусе со стабильными термическими свойствами и закрывают защитным чехлом. Созданная конструкция помещается в среду, температуру которой необходимо постоянно контролировать.

На выводы чувствительного элемента монтируются провода электрической схемы, которыми подключается цепь замера сопротивления. Его величина пересчитывается в значения температуры на основе ранее произведенной калибровки прибора.

Бареттер — стабилизатор тока

Так называют прибор, состоящий из стеклянного герметичного баллона с газообразным водородом и металлической проволочной спиралью из железа, вольфрама или платины. Эта конструкция по внешнему виду напоминает лампочку накаливания, но она обладает специфической вольт-амперной нелинейной характеристикой.

На ВАХ в определенном ее диапазоне образуется рабочая зона, которая не зависит от колебаний приложенного на тело накала напряжения. На этом участке бареттер хорошо компенсирует пульсации питания и работает в качестве стабилизатора тока на подключенной последовательно к нему нагрузке.

Работа бареттера основана на свойстве тепловой инерции тела накала, которая обеспечивается маленьким сечением нити и высокой теплопроводностью окружающего ее водорода. За счет этого при снижении напряжения на приборе ускоряется отвод тепла с его нити.

Это основное отличие бареттера от осветительных ламп накаливания, в которых для поддержания яркости свечения стремятся уменьшить конвективные потери тепла с нити.

В обычных условиях среды при охлаждении металлического проводника происходит уменьшение его электрического сопротивления.

При достижении критической температуры, близкой к нулю градусов по системе измерения Кельвина, происходит резкое падение сопротивления до нулевого значения. На правой картинке показана такая зависимость для ртути.

Это явление, названное сверхпроводимостью, считается перспективной областью для исследований с целью создания материалов, способных значительно снизить потери электроэнергии при ее передаче на огромные расстояния.

Однако, продолжающиеся изучения сверхпроводимости выявили ряд закономерностей, когда на электрическое сопротивление металла, находящегося в области критических температур, влияют другие факторы. В частности, при прохождении переменного тока с повышением частоты его колебаний возникает сопротивление, величина которого доходит до диапазона обычных значений у гармоник с периодом световых волн.

Влияние температуры на электрическое сопротивление/проводимость газов

Газы и обычный воздух являются диэлектриками и не проводят электрический ток. Для его образования нужны носители зарядов, которыми выступают ионы, образующиеся в результате воздействия внешних факторов.

Нагрев способен вызвать ионизацию и движение ионов от одного полюса среды к другому. Убедиться в этом можно на примере простого опыта. Возьмем то же оборудование, которым пользовались для определения влияния нагрева на сопротивление металлического проводника, только вместо проволоки к проводам подключим две металлические пластины, разделенные воздушным пространством.

Подсоединенный к схеме амперметр покажет отсутствие тока. Если между пластинами поместить пламя горелки, то стрелка прибора отклонится от нулевого значения и покажет величину проходящего через газовую среду тока.

Таким образом установили, что в газах при нагревании происходит ионизация, приводящая к движению электрически заряженных частиц и снижению сопротивления среды.

На значении тока сказывается мощность внешнего приложенного источника напряжения и разность потенциалов между его контактами. Она способна при больших значениях пробить изоляционный слой газов. Характерным проявлением подобного случая в природе является естественный разряд молнии во время грозы.

Примерный вид вольт-амперной характеристики протекания тока в газах показан на графике.

На начальном этапе под действие температуры и разности потенциалов наблюдается рост ионизации и прохождение тока примерно по линейному закону. Затем кривая приобретает горизонтальное направление, когда увеличение напряжения не вызывает рост тока.

Третий этап пробоя наступает тогда, когда высокая энергия приложенного поля так разгоняет ионы, что они начинают соударяться с нейтральными молекулами, массово образуя из них новые носители зарядов. В результате ток резко возрастает, образуя пробой диэлектрического слоя.

Практическое использование проводимости газов

Явление протекания тока через газы используется в радиоэлектронных лампах и люминесцентных светильниках.

Для этого внутри герметичного стеклянного баллона с инертным газом располагают два электрода:

У люминесцентной лампы они выполнены в виде нитей накала, которые разогреваются при включении для создания термоэлектронной эмиссии. Внутренняя поверхность колбы покрыта слоем люминофора. Он излучает видимый нами спектр света, образующийся при инфракрасном облучении, исходящем от паров ртути, бомбардируемых потоком электронов.

Ток газового разряда возникает при приложении напряжения определенной величины между электродами, расположенными по разным концам колбы.

Когда одна из нитей накала перегорит, то на этом электроде нарушится электронная эмиссия и лампа гореть не будет. Однако, если увеличить разность потенциалов между катодом и анодом, то снова возникнет газовый разряд внутри колбы и свечение люминофора возобновится.

Это позволяет использовать светодиодные колбы с нарушенными нитями накала и продлять их ресурс работы. Только следует учитывать, что при этом в несколько раз надо поднять на ней напряжение, А это значительно повышает потребляемую мощность и риски безопасного использования.

Влияние температуры на электрическое сопротивление жидкостей

Прохождение тока в жидкостях создается в основном за счет движения катионов и анионов под действием приложенного извне электрического поля. Лишь незначительную часть проводимости обеспечивают электроны.

Влияние температуры на величину электрического сопротивления жидкого электролита описывается формулой, приведенной на картинке. Поскольку в ней значение температурного коэффициента α всегда отрицательно, то с увеличением нагрева проводимость возрастает, а сопротивление падает так, как показано на графике.

Это явление необходимо учитывать при зарядке жидкостных автомобильных (и не только) аккумуляторных батарей.

Влияние температуры на электрическое сопротивление полупроводников

Изменение свойств полупроводниковых материалов под воздействием температуры позволило использовать их в качестве:

Таким названием обозначают полупроводниковые приборы, изменяющие свое электрическое сопротивление под влиянием тепла. Их температурный коэффициент сопротивления (ТКС) значительно выше, чем у металлов.

Величина ТКС у полупроводников может иметь положительное или отрицательное значение. По этому параметру их разделяют на позитивные «РТС» и негативные «NTC» термисторы. Они обладают различными характеристиками.

Для работы терморезистора выбирают одну из точек на его вольт-амперной характеристике:

линейный участок применяют для контроля температуры либо компенсации изменяющихся токов или напряжений;

нисходящая ветвь ВАХ у элементов с ТКС

Применение релейного терморезистора удобно при контроле или измерениях процессов электромагнитных излучений, происходящих на сверхвысоких частотах. Это обеспечило их использование в системах:

1. контроля тепла;

2. пожарной сигнализации;

3. регулирования расхода сыпучих сред и жидкостей.

Кремниевые терморезисторы с маленьким ТКС>0 используют в системах охлаждения и стабилизации температуры транзисторов.

Эти полупроводники работают на основе явления Зеебека: при нагреве спаянного места двух разрозненных металлов на стыке замкнутой цепи возникает ЭДС. Таким способом они превращают тепловую энергию в электричество.

Конструкцию из двух таких элементов называют термопарой. Ее КПД лежит в пределах 7÷10%.

Термоэлементы используют в измерителях температур цифровых вычислительных устройств, требующих миниатюрные габариты и высокую точность показаний, а также в качестве маломощных источников тока.

Полупроводниковые нагреватели и холодильники

Они работают за счет обратного использования термоэлементов, через которые пропускают электрический ток. При этом на одном месте спая происходит его нагрев, а на противоположном — охлаждение.

Полупроводниковые спаи на основе селена, висмута, сурьмы, теллура позволяют обеспечить разность температур в термоэлементе до 60 градусов. Это позволило создать конструкцию холодильного шкафа из полупроводников с температурой в камере охлаждения до -16 градусов.

Как зависит от температуры удельное сопротивление металлов

Главная » Разное » Как зависит от температуры удельное сопротивление металлов

Как зависит удельное сопротивление металлов от температуры?

Важным свойством металлов, которое также удалось объяснить с помощью описанного выше представления о природе их электрического сопротивления, является зависимость сопротивления от температуры: опыт показывает, что сопротивление металлов при повышении температуры увеличивается.

При сильном нагревании сопротивление металла увеличивается в несколько раз: так, сопротивление нити накала электрической лампы в «рабочем состоянии» более чем в 10 раз превосходит ее сопротивление при комнатной температуре.

Увеличение сопротивления металлов при повышении температуры объясняется тем, что при нагревании усиливаются тепловые колебания ионов, то есть увеличивается отклонение кристаллической решетки от идеальной периодичности. Вследствие этого увеличивается рассеяние электронных волн на нерегулярностях решетки. Это и приводит к росту электрического сопротивления при повышении температуры.

Влияние температуры на удельное сопротивление металлов или проводов, полупроводников и изоляторов

Поскольку удельное сопротивление материала задается как

ρ = м / нэ ² т

Это показывает, что удельное сопротивление связано с концентрацией n свободных электронов в материале и временем релаксации t. Изменение удельного сопротивления материала в зависимости от температуры различается для разных материалов и обсуждается ниже:

(a) Металлы : В большинстве металлов плотность свободных электронов n не меняется с температурой, но повышение температуры увеличивает амплитуду колебаний решеточных ионов металла.Следовательно, столкновения свободных электронов с ионами или атомами при дрейфе к положительному концу проводника становятся более частыми, что приводит к уменьшению времени релаксации. Таким образом, удельное сопротивление проводника увеличивается с увеличением температуры. При низкой температуре удельное сопротивление увеличивается при более высокой мощности T.

Установлено, что температурная зависимость удельного сопротивления металла описывается соотношением

ρ = ρ ₀ [1 + α _t (T-T ₀)]

Где ρ и ρ ₀ – удельное сопротивление при температуре T и T ₀ соответственно, а α _t называется температурным коэффициентом удельного сопротивления.

Или α _r = (ρ – ρ ₀) / ρ ₀ (T-T ₀) = d ρ / ρ ₀ (1 / dT)

Таким образом, α _r определяется как относительное изменение удельного сопротивления (dρ / ρ ₀) на единицу изменения температуры (dT)

Для проводников. Значение α _r положительное, что показывает, что их удельное сопротивление увеличивается с увеличением температуры. Для большинства металлов удельное сопротивление линейно увеличивается с повышением температуры в диапазоне температур примерно на 500 К выше комнатной.

(b) Полупроводники: В случае полупроводников значение α _r отрицательное. Это означает, что удельное сопротивление полупроводников уменьшается с увеличением температуры.

(c) Изоляторы: В случае полупроводников удельное сопротивление экспоненциально увеличивается с понижением температуры. Он становится бесконечно большим при температуре, близкой к абсолютному нулю, то есть проводимость почти равна нулю при o k.

Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводников и изоляторов определяется по формуле:

ρ = ρ ₀ e ^E_г / 2kT

Где K = постоянная Больцмана

(1.381 * 10 ^-23 Дж моль ^-1 к ^-1)

T = абсолютная температура

E _g = запрещенная зона между зоной проводимости и валентной зоной или энергия активации для проводимости

Классификация непроводящих материалов на изоляторы и полупроводники зависит от E _g.

(i) Если E _g = 1 эВ, значение удельного сопротивления не очень высокое, поэтому материалы называются полупроводниками.

(ii) Если E _g ≥1 эВ, значение удельного сопротивления очень велико, и материалы называются изоляторами.

Просмотры сообщений: 98

Температурная зависимость – электрическое сопротивление полупроводников

- БЕСПЛАТНАЯ ЗАПИСЬ КЛАСС
- КОНКУРСНЫЕ ЭКЗАМЕНА
  BNAT
  Классы
  Класс 1 – 3
  Класс 4-5
  Класс 6-10
  Класс 110003 CBSE
  Книги NCERT
  Книги NCERT для класса 5
  Книги NCERT, класс 6
  Книги NCERT для класса 7
  Книги NCERT для класса 8
  Книги NCERT для класса 9
  Книги NCERT для класса 10
  NCERT Книги для класса 11
  NCERT Книги для класса 12
  NCERT Exemplar
  NCERT Exemplar Class 8
  NCERT Exemplar Class 9
  NCERT Exemplar Class 10
  NCERT Exemplar Class 11
  9plar
  RS Aggarwal
  RS Aggarwal Решения класса 12
  RS Aggarwal Class 11 Solutions
  RS Aggarwal Решения класса 10
  Решения RS Aggarwal класса 9
  Решения RS Aggarwal класса 8
  Решения RS Aggarwal класса 7
  Решения RS Aggarwal класса 6
  RD Sharma
  RD Sharma Class 6 Решения
  RD Sharma Class 7 Решения
  Решения RD Sharma класса 8
  Решения RD Sharma класса 9
  Решения RD Sharma класса 10
  RD Shar

.
Таблица удельного сопротивления
07 000
000 48,2 9007 9007
Материал Удельное сопротивление ρ
(Ом · м) Температура
Коэффициент α
на градус C Электропроводность σ
x 10 ⁷ / Ом · м Ref
Серебро
07
73 1,59 x -8
.0038 6,29 3
Медь 1,68 x10 ^-8 .00386 5.95 3
Медь, отожженная 1.72 x10 ^-8 .00393 5,81 2
.00429 3,77 1
Вольфрам 5,6 x10 ^-8 .0045 1,79 1
Железо 71 x10 ^-8 .00651 1,03 1
Платина 10,6 x10 ^-8 .003927 x10 ^-8 .000002 0,207 1
Свинец 22 x10 ^-8 … 0,45 0,45 98 x10 ^-8 .0009 0,10 1
Нихром
(сплав Ni, Fe, Cr) 100 x10 ^-8 .0004 0,10 1 2 000 000 x10 ^-8 … 0,20 1
Углерод *
(графит) 3-60 x10 ^-5 -.0005 … 1
Германий * 1-500 x10 ^-3 -.05 … 1
Кремний * 0,1-60 … -.07 … 1
Стекло 1-10000 x10 ⁹ … … 1
Кварц
(плавленый) 7,5 x10 ¹⁷ … … 1
Твердая резина 1-100 x10 ¹³ … … 1
* Удельное сопротивление полупроводников сильно зависит от наличия примесей в материале, что делает их полезными в твердотельной электронике.
Ссылки:
1. Джанколи, Дуглас К., Физика, 4-е изд., Прентис Холл, (1995).
2. Справочник CRC по химии и физике, 64-е изд.
3. Википедия, Удельное электрическое сопротивление и проводимость.
Индекс
Таблицы
Ссылка
Giancoli
.
Температурная зависимость удельного сопротивления – Материалы исследования для IIT JEE

Удельное сопротивление
Удельное сопротивление известно как удельное электрическое сопротивление или объемное сопротивление.Его можно определить как внутреннее свойство данного материала, которое показывает, как он противодействует току. Его также можно определить как сопротивление проводника с единичной длиной и единичной площадью поперечного сечения. Таким образом, это не зависит от длины и площади поперечного сечения материала. Но сопротивление материала зависит от длины и площади поперечного сечения материала. Удельное сопротивление выражается как ρ = R A / L, где R – сопротивление в омах, A – площадь поперечного сечения в квадратных метрах, а L – длина в метрах.Единица измерения удельного сопротивления – омметр.

Температурная зависимость удельного сопротивления
Удельное сопротивление материалов зависит от температуры. ρ _t = ρ ₀ [1 + α (T – T ₀) – это уравнение, которое показывает связь между температурой и удельным сопротивлением материала. В уравнении ρ ₀ – удельное сопротивление при стандартной температуре, ρ _t – удельное сопротивление при t ⁰ C, T ₀ – эталонная температура, а α – температурный коэффициент удельного сопротивления.
Изменение удельного сопротивления проводников
Мы знаем, что ток – это движение свободных электронов от одного атома к другому при наличии разности потенциалов. В проводниках нет запрещенной зоны между зоной проводимости и валентной зоной. Во многих случаях обе полосы перекрывают друг друга. Валентные электроны слабо связаны с ядром в проводниках. Обычно металлы или проводники имеют низкую энергию ионизации и поэтому очень легко теряют электроны.При подаче электрического тока делокализованные электроны могут свободно перемещаться внутри структуры. Так бывает при нормальной температуре.
При повышении температуры колебания ионов металлов в решетчатой структуре возрастают. Атомы начинают колебаться с большей амплитудой. Эти колебания, в свою очередь, вызывают частые столкновения между свободными электронами и другими электронами. Каждое столкновение истощает часть энергии свободных электронов и делает их неспособными двигаться.Таким образом, он ограничивает движение делокализованных электронов. Когда происходит столкновение, скорость дрейфа электронов уменьшается. Это означает, что удельное сопротивление металла увеличивается и, таким образом, ток в металле уменьшается. Увеличение удельного сопротивления означает, что проводимость материала снижается.
Что касается металлов или проводников, то считается, что они имеют положительный температурный коэффициент. Значение α положительное. Для большинства металлов удельное сопротивление линейно увеличивается с повышением температуры в диапазоне 500 К. Примеры для положительного температурного коэффициента включают серебро, медь, золото и т. Д.
Температурная зависимость удельного сопротивления металлов

Изменение удельного сопротивления в полупроводниках
Кремний – это полупроводник. В полупроводниках ширина запрещенной зоны между зоной проводимости и валентной зоной мала. При 0K валентная зона полностью заполнена, а зона проводимости может быть пустой.Но при приложении небольшого количества энергии электроны легко перемещаются в зону проводимости. Кремний – это пример полупроводника. В нормальных условиях кремний играет роль плохого проводника. Каждый атом кремния связан с 4 другими атомами кремния. Связи между этими атомами представляют собой ковалентные связи, в которых электроны находятся в фиксированных позитонах. Таким образом, при 0K электроны не перемещаются внутри структуры решетки.
При повышении температуры запрещенная зона между двумя зонами становится очень меньше, и электроны перемещаются из валентной зоны в зону проводимости.Таким образом, некоторые электроны из ковалентных связей между атомами Si могут свободно перемещаться внутри структуры. Это увеличивает проводимость материала. Увеличение проводимости означает уменьшение удельного сопротивления. Таким образом, когда температура в полупроводнике повышается, плотность носителей заряда также увеличивается, а удельное сопротивление уменьшается. О полупроводниках говорят, что они имеют отрицательный температурный коэффициент. Таким образом, значение температурного коэффициента удельного сопротивления α отрицательно.
Кривая нелинейна в широком диапазоне температур.
Температурная зависимость от удельного сопротивления для полупроводников

Изменение удельного сопротивления в изоляторах
В изоляторах большой запрещенный энергетический зазор между зоной проводимости и валентной зоной. Валентная зона полностью заполнена электронами. Запрещенная щель между двумя зонами будет больше 3 eV. Таким образом, для перехода валентного электрона в зону проводимости требуется большое количество энергии.Алмаз – это пример изолятора. Здесь все валентные электроны участвуют в образовании ковалентной связи и проводимости не происходит. Электроны прочно связаны с ядром.
Когда температура повышается, атомы материала колеблются, и это заставляет валентные электроны, присутствующие в валентной зоне, переходить в зону проводимости. Это, в свою очередь, увеличивает проводимость материала. Когда проводимость материала увеличивается, это означает, что удельное сопротивление уменьшается, и поэтому ток увеличивается.Таким образом, некоторые изоляторы при комнатной температуре превращаются в проводники при высокой температуре. Для изоляторов они имеют отрицательный температурный коэффициент. Таким образом, значение температурного коэффициента удельного сопротивления α отрицательно.
Проводники и изоляторы
Сверхпроводники
Мы знаем, что когда электрический ток проходит по проводникам, некоторая энергия теряется в виде тепла. Количество потерь энергии зависит от сопротивления материала.В 1911 году некоторые ученые охладили образец ртути до 4,2 ^° выше абсолютного нуля. Таким образом, сопротивление материала упало до нуля. Так был открыт первый сверхпроводник. Таким образом, ученые обнаружили, что в некоторых случаях некоторые материалы не проявляют никакого сопротивления. Материалы с нулевым сопротивлением называются сверхпроводниками. При нулевом сопротивлении материалы проводят ток без потери энергии. Когда температура таких материалов снижается, свободные электроны перестают сталкиваться с положительными ионами и, таким образом, оказывает нулевое сопротивление.Температура, при которой сопротивление падает до нуля, называется критической температурой .
Когда сверхпроводник помещается в магнитное поле, магнитное поле огибает материал, не позволяя магнитному полю проходить через них. Когда напряженность магнитного поля увеличивается, в определенный момент поле может проникать через сверхпроводник и, таким образом, его поведение нарушается.
Считайте, что через сверхпроводник проходит электрический ток.Предположим, что плотность тока увеличивается, при определенном значении плотности тока он теряет свою сверхпроводимость и, наконец, ведет себя как нормальный материал. Плотность тока, выше которой материал теряет сверхпроводимость, называется критической плотностью тока. Высокая температура, сильное магнитное поле и высокая плотность тока нарушают сверхпроводимость материала. Сейчас эти материалы используются в аппаратах МРТ.
Прочие материалы
Удельное сопротивление таких материалов, как нихром, манганин и константан, не сильно зависит от температуры и показывает очень низкую зависимость.Следовательно, эти материалы используются в проволочных стандартных резисторах, поскольку изменение значения сопротивления незначительно при изменении температуры.
Манганин Константан

Факторы, влияющие на удельное сопротивление
Мы знаем, что удельное сопротивление ρ = m / ne ², где e – заряд электрона, ԏ – среднее время между столкновениями или время релаксации электронов, а m – масса электрона, n – плотность заряда.Таким образом, это показывает, что сопротивление зависит от ряда факторов, таких как время релаксации между столкновениями и плотность заряда. Из приведенных выше сценариев ясно, что при повышении температуры средняя скорость электронов увеличивается, и, следовательно, происходит больше столкновений. Таким образом, время релаксации между каждым столкновением уменьшается.
В случае металлов плотность заряда в определенной степени не зависит от температуры. Таким образом, это влияет на другие факторы, такие как ԏ, что означает, что при повышении температуры среднее время между столкновениями уменьшается, что приводит к увеличению удельного сопротивления.
Для полупроводников и изоляторов плотность заряда n увеличивается при повышении температуры. Это компенсирует уменьшение значения ԏ. Следовательно, удельное сопротивление уменьшается при понижении температуры.
Сводка
Удельное сопротивление – это сопротивление проводника, имеющего единицу длины и единицу площади поперечного сечения. Единица измерения удельного сопротивления – омметр. Формула: ρ = RA / L, где R – сопротивление в омах, A – площадь поперечного сечения в квадратных метрах, а L – длина в метрах.
ρ _t = ρ ₀ [1 + α (T – T ₀) – это уравнение, которое показывает связь между температурой и удельным сопротивлением материала. ρ ₀ – удельное сопротивление при стандартной температуре, ρ _t – удельное сопротивление при t ⁰ C, T ₀ – эталонная температура, а α – температурный коэффициент удельного сопротивления.
Для металлов или проводников, когда температура увеличивается, и удельное сопротивление металла увеличивается, и, следовательно, ток в металле уменьшается.У них положительный температурный коэффициент. Значение α положительное.
Для полупроводников: при повышении температуры увеличивается проводимость материала. Это означает, что удельное сопротивление материала уменьшается, и поэтому ток увеличивается. Для полупроводников они имеют отрицательный температурный коэффициент. Таким образом, значение температурного коэффициента удельного сопротивления α отрицательно.
Для изоляторов электропроводность материала увеличивается при повышении температуры.Когда проводимость материала увеличивается, мы знаем, что удельное сопротивление уменьшается и, таким образом, увеличивается ток. Таким образом, некоторые изоляторы при комнатной температуре превращаются в проводники при высокой температуре. Для изоляторов они имеют отрицательный температурный коэффициент. Значение температурного коэффициента удельного сопротивления α отрицательно.
Материалы с нулевым сопротивлением называются сверхпроводниками. Температура, при которой сопротивление падает до нуля, называется критической температурой.Высокая температура, сильное магнитное поле и высокая плотность тока ослабят свойство сверхпроводимости материала. Меркурий – пример сверхпроводника.
Такие материалы, как нихром, манганин и константан, не сильно зависят от температуры. Таким образом, изменение удельного сопротивления материала при изменении температуры незначительно.

Посмотрите это видео, чтобы узнать больше

Другие показания
Температурная зависимость удельного сопротивления

Особенности курса
101 Видеолекция
Примечания к редакции
Документы за предыдущий год
Ментальная карта
Планировщик обучения
Решения NCERT
Обсуждение Форум
Тестовая бумага с видео-решением

.
lab 8
Тема 8 Зависимость сопротивления металлов и
полупроводников от температуры
Зонная теория твердых тел
Электропроводность металлов. Зависимость сопротивления металлов от температуры
Собственная проводимость полупроводников и ее зависимость от температуры
Лабораторная работа 8
Зависимость сопротивления металлов и полупроводников от
температуры
Цель работы: изучение зависимости сопротивления металлов и полупроводников от температуры. Экспериментальное определение температурного коэффициента сопротивления металла и энергии ионизации полупроводника.
Материалы и оборудование: исследуемые образцы, электронагревательная печь, омметры, микроамперметр, термопара.
Теоретические сведения
При постоянной температуре концентрация электронов n и подвижность постоянны, при этом плотность тока пропорциональна напряженности поля:
, (8.1)
где
(8.2)
носит название проводимости данного вещества и при неизменной температуре является постоянной величиной, характеризующей электропроводность данного вещества. Величина, обратная удельной проводимости, называется удельным сопротивлением (обозначение ):
. (8.3)
Здесь – элементарный электрический заряд.
Так как в однородном поле , где − длина проводника, то
,
где – электрическое напряжение.
Умножая обе части последнего уравнения на площадь поперечного сечения провода, получим , или
, (8.4)
где – сила тока, − величина, зависящая от материала провода, его длины и поперечного сечения и называемая проводимостью, при неизменной температуре постоянная для данного проводника.
Учитывая, что и , имеем . Тогда .
С повышением температуры проводника подвижность свободных электронов уменьшается, т. к. столкновения частиц следуют чаще, и при одной и той же напряженности поля средняя скорость их упорядоченного движения уменьшается. Уменьшение подвижности электрона приводит согласно (8.3) к увеличению удельного сопротивления. Действительно, при нагревании металлов наблюдается увеличение удельного сопротивления и сопротивления всего проводника. При нагревании электролитов и угля, кроме уменьшения подвижности , происходит увеличение концентрации электронов и, несмотря на уменьшение , удельное сопротивление этих проводников при нагревании уменьшается.
Следует отметить, что изменение температуры почти не влияет на сопротивление некоторых сплавов металлов. Сплавы обладают большим удельным сопротивлением, чем составляющие их металлы. Это объясняется тем, что у сплавов неправильная структура и сильно уменьшенное время свободного пробега электронов. Изменение температуры сплава незначительно влияет на изменение , поэтому удельное сопротивление некоторых сплавов почти не зависит от температуры.
С достаточной точностью в пределах от 0⁰ до 100⁰С относительное приращение сопротивления металлов можно считать пропорциональным приращению температуры , т. е.
или
,
откуда
, (8.5)
где − сопротивление при 0⁰С,
− сопротивление при температуре ,
− сопротивление при температуре ,
− температурный коэффициент сопротивления, численно равный относительному приращению сопротивления при нагревании проводника на 1⁰С.
Температурный коэффициент сопротивления химически чистых металлов близок к 0,004 (⁰С)^-1, поэтому, например, сопротивление меди увеличивается примерно на 4% при нагревании на 10⁰С. У некоторых сплавов (константан, манганин) температурный коэффициент сопротивления очень мал, благодаря чему они используются для изготовления образцовых сопротивлений и магазинов сопротивления, применяются для изготовления шунтов и добавочных сопротивлений к измерительным приборам и т. д.
Уголь и электролиты имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Температурный коэффициент для большинства электролитов составляет около – 0,02 (⁰С)^-1.
Обратимся теперь к полупроводникам. При нагревании полупроводника наблюдается уменьшение сопротивления последнего электрическому току. Рассмотрим это явление.
При действии ионизирующего фактора (например, в случае нагревания) часть валентных электронов теряет связь со своими атомами и переходит в зону проводимости. Этот процесс возникновения в кристалле электронов проводимости приводит к образованию в валентной зоне незаполненных квантовых состояний (дырок). Валентные электроны получают возможность перемещаться в пространстве, если у соседних атомов имеются вакантные состояния. Поскольку эти электроны остаются все время в валентной зоне, то для таких переходов требуются незначительные порции дополнительной энергии.
При помещении проводника во внешнее электрическое поле движение электронов, как в зоне проводимости, так и в валентной зоне, приобретает направленный характер, и возникает электрический ток. Концентрация электронов в валентной зоне очень велика, их взаимодействием между собой пренебрегать нельзя, и рассмотрение движения валентных электронов представляет собой сложную квантово-механическую задачу. С этой точки зрения более удобно изучать перемещение вакантных состояний, концентрация которых в валентной зоне гораздо меньше концентрации валентных электронов. Кроме того, подвижность валентного электрона значительно уступает подвижности электрона проводимости, поскольку валентные электроны могут перемещаться только при наличии вакансий у соседних атомов. По этой причине валентный электрон сильно отличается от электрона проводимости и должен рассматриваться как частица с другой эффективной массой. Таким образом, целесообразно ввести в рассмотрение фиктивную частицу – дырку, имеющую положительный заряд и большую массу, чем масса электрона проводимости. Следовательно, собственную проводимость полупроводника, не имеющего примесей, можно рассматривать как электронно-дырочную. Зависимость электропроводности полупроводника от температуры имеет следующий вид:
, (8.6)
где − некоторая постоянная,
− абсолютная температура,
− ширина запрещенной зоны (энергия ионизации),
− постоянная Больцмана.
Согласно выражению (8.6), электропроводность полупроводника увеличивается с ростом температуры, что является следствием увеличения концентрации свободных носителей заряда (электронов проводимости и дырок) при нагревании проводника.
Из формулы (8.6) следует, что в логарифмической шкале зависимость является линейной:
,
что используется для экспериментального определения ширины запрещенной зоны полупроводников .
Ход работы
1 Проверить правильность сборки установки (рисунок 8.1).
2 Подготовить приборы к работе. Для этого переключатель, расположенный на лицевой панели прибора В7-35 слева, поставить в положение
«—» (постоянный ток), а расположенный справа – в положение «кОм-Мом» (режим омметра).
3 Включить приборы в сеть.
ВНИМАНИЕ!!!
Печь питается от сети с напряжением 42 В.
4 Измерить сопротивление металла и полупроводника при комнатной температуре. Показания приборов занести в таблицу 8.1.
,
⁰С
,
К
,
К^-1
, Ом
,
Ом
,
См
5 Контролируя температуру с помощью термопары, измерить сопротивление образцов и через каждые 5⁰С в интервале температур 20 – 100 ⁰С, полученные данные занести в таблицу 8.1.
6 Выключить печь, произвести измерение сопротивлений и при охлаждении образцов до комнатной температуры и результаты также занести в таблицу 8.1.
Р исунок 8.1 − Схема установки
7 Построить график зависимости и убедиться в его линейности. Продолжив прямую до пересечения с осью ординат, определить сопротивление металла при 0⁰С и рассчитать температурный коэффициент сопротивления металла по формуле
,
где − сопротивление металла при некоторой температуре .
8 С помощью формулы
рассчитать проводимость полупроводника и занести в таблицу значения и при различных температурах.
9 Построить график зависимости = и убедиться в его линейности. Определить тангенс угла наклона графика к оси .
10 Вычислить энергию ионизации (ширину запрещенной зоны) полупроводника по формуле
,
где − постоянная Больцмана.
Учитывая соотношение 1 эВ =1,6·10^-19 Дж, выразить энергию ионизации в электрон-вольтах и сравнить ее с характерными значениями энергии ионизации полупроводников.
Контрольные вопросы
Основы зонной теории твердых тел.
Электропроводность металлов. Зависимость сопротивления металлов от температуры.
Собственная проводимость полупроводников и ее зависимость от температуры (температурная зависимость).
Тест по теме “Электрический ток в полупроводниках”
Тест по теме «Электрический ток в полупроводниках»
1. Существенное уменьшение сопротивления полупроводников при нагревании объясняется
А) увеличением числа свободных носителей заряда
Б) увеличением скорости дрейфа свободных носителей заряда
1) только А 2) только Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б
2. Какими носителями электрического заряда создается ток в полупроводниках?
1) только ионами
2) только электронами
3) электронами и ионами
4) электронами и дырками
3. Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы без примесей?
1) в основном электронной
2) в основном дырочной
3) в равной степени электронной и дырочной
4) ионной
4. В четырехвалентный кремний добавили первый раз трехвалентный индий, а во второй раз пятивалентный фосфор. Каким типом проводимости в основном будет обладать полупроводник в каждом случае?
1) в I – дырочной, во II – электронной
2) в I – электронной, во II – дырочной
3) в обоих случаях электронной
4) в обоих случаях дырочной
5. Какой из графиков, представленных на рисунке , соответствует вольт – амперной характеристике полупроводникового диода, включенного в прямом направлении?
U U U U
0 1) 0 2) 0 3) 0 4)
6. Стержни из металла и полупроводника нагревают на Т градусов каждый. При этом
1) сопротивление обоих стержней уменьшится
2) сопротивление обоих стержней увечится
3) сопротивление металлического стержня уменьшится, а сопротивление стержня из полупроводника увеличится
4) сопротивление металлического стержня увеличится, а сопротивление стержня из полупроводника уменьшится
7. Концентрацию донорной примеси в полупроводнике увеличивают в 2 раза. При этом примерно в 2 раза
1) увеличивается электронная проводимость
2) уменьшается электронная проводимость
3) увеличивается дырочная проводимость
4) уменьшается дырочная проводимость
8. p-n – переход присоединен через металлические контакты к источнику тока так, что к p-зоне присоединена отрицательная клемма источника. Если током неосновных носителей зарядов пренебречь ток
1) в p-зоне перехода обеспечивается в основном движением дырок, в n-зоне – электронов
2) в p-зоне перехода обеспечивается в основном движением электронов, в n-зоне – дырок
3) в p-зоне и n-зоне перехода обеспечивается в равной степени движением дырок и электронов
4) в p-зоне и n-зоне не идет
Сопротивление и температура полупроводника
ВАХ материалов и устройств всегда следует измерять при одних и тех же термодинамических условиях, то есть при одной и той же температуре. Смешивание фактической изотермической ВАХ с температурной зависимостью не приводит к каким-либо полезным данным для целей физики (но иногда это делается в электротехнике и проектировании электроники для определенных частей, таких как нагреватели и выключатели NTC).
Чистый полупроводник при постоянной температуре был бы довольно хорошим омическим проводником, т.е.е. ток будет пропорционален приложенному напряжению. Однако это намного сложнее правильно измерить на полупроводниках, чем на металлах, из-за соединений, образованных металлическими проводами, которые необходимо присоединить для измерения.
С другой стороны, характеристики проводимости полупроводниковых устройств с одним или несколькими различными материалами, образующими переходы, очень нелинейны и могут быть очень сложными. Эти устройства также будут иметь температурную зависимость, но ее можно очень точно настроить с помощью соответствующих комбинаций материалов и геометрии.
Чистые металлы обычно обладают повышенным сопротивлением с повышением температуры, но можно изготавливать сплавы, которые имеют почти постоянные температурные характеристики (т.е. они являются как омическими, так и независимыми от температуры). При необходимости можно изготавливать металлические сплавы с отрицательными характеристиками. Как постоянная, так и отрицательная температурные характеристики имеют огромное значение для проектирования электроники, почти ни одна из которых не будет функционировать должным образом, если мы не сможем сделать эти металлические сплавы с почти нулевым температурным сопротивлением для резисторов и NTC для измерения температуры и компенсации.
Неметаллические материалы с очень сильными отрицательными температурными характеристиками часто используют явление перколяции, то есть на границах зерен в спеченных кристаллических порошках, где проводимость может возникать только в очень немногих узких точках в материале. По мере расширения материала эти точки контакта могут теряться, а сопротивление может увеличиваться на много порядков в техническом температурном диапазоне материала. Физика этих систем сильно отличается от физики металлов и полупроводников.
Я думаю, было бы лучше сказать, что линии электропередач сконструированы таким образом, чтобы избежать омического нагрева, чем использовать его. Однако я не уверен в потенциальных преимуществах обогрева для линий, которые в противном случае могут быть утяжелены и повреждены или разрушены снегом и льдом в холодном климате. Чтобы понять, используют ли разработчики этих нежелательных потерь в явной форме, необходимо изучить требования к конструкции этих энергосистем.
Вы правы, что можно поменять ток на напряжение и наоборот, регулируя сопротивление в цепях.В конструкции электроники этот принцип во многом повторяется.
Что касается вопроса о том, как создавать материалы, которые имеют почти не зависящие от температуры характеристики, это потребует очень глубокого погружения в физику твердого тела и исследования материалов, и я оставлю это тому, кто действительно имеет необходимые знания в деталях. Руководящий принцип во многих из этих практических приложений состоит в том, что каждый пытается компенсировать положительный градиент одного материала отрицательным градиентом другого или пытается объединить несколько материалов таким образом, чтобы физические эффекты (например, образование дефектов в смешанный материал) компенсирует объемные эффекты, такие как увеличение количества электронов зоны проводимости в любом из компонентов.
Температурная зависимость удельного сопротивления – Материалы исследования для IIT JEE

Удельное сопротивление
Удельное сопротивление известно как удельное электрическое сопротивление или объемное сопротивление. Его можно определить как внутреннее свойство данного материала, которое показывает, как он противодействует потоку тока. Его также можно определить как сопротивление проводника с единичной длиной и единичной площадью поперечного сечения. Таким образом, это не зависит от длины и площади поперечного сечения материала.Но сопротивление материала зависит от длины и площади поперечного сечения материала. Удельное сопротивление выражается как ρ = R A / L, где R – сопротивление в омах, A – площадь поперечного сечения в квадратных метрах, а L – длина в метрах. Единица измерения удельного сопротивления – омметр.

Температурная зависимость удельного сопротивления
Удельное сопротивление материалов зависит от температуры. ρ _t = ρ ₀ [1 + α (T – T ₀) – это уравнение, которое показывает связь между температурой и удельным сопротивлением материала.В уравнении ρ ₀ – удельное сопротивление при стандартной температуре, ρ _t – удельное сопротивление при t ⁰ C, T ₀ – эталонная температура, а α – температурный коэффициент удельного сопротивления.
Изменение удельного сопротивления проводников
Мы знаем, что ток – это движение свободных электронов от одного атома к другому при наличии разности потенциалов. В проводниках нет запрещенной зоны между зоной проводимости и валентной зоной.Во многих случаях обе полосы перекрывают друг друга. Валентные электроны слабо связаны с ядром в проводниках. Обычно металлы или проводники имеют низкую энергию ионизации и поэтому очень легко теряют электроны. При подаче электрического тока делокализованные электроны могут свободно перемещаться внутри структуры. Так бывает при нормальной температуре.
При повышении температуры колебания ионов металлов в решетчатой структуре возрастают. Атомы начинают вибрировать с большей амплитудой.Эти колебания, в свою очередь, вызывают частые столкновения между свободными электронами и другими электронами. Каждое столкновение истощает часть энергии свободных электронов и делает их неспособными двигаться. Таким образом, он ограничивает движение делокализованных электронов. Когда происходит столкновение, скорость дрейфа электронов уменьшается. Это означает, что удельное сопротивление металла увеличивается и, следовательно, ток в металле уменьшается. Увеличение удельного сопротивления означает, что проводимость материала снижается.
Говорят, что для металлов или проводников они имеют положительный температурный коэффициент. Значение α положительное. Для большинства металлов удельное сопротивление линейно увеличивается с повышением температуры в диапазоне 500 К. Примеры для положительного температурного коэффициента включают серебро, медь, золото и т. Д.
Температурная зависимость удельного сопротивления металлов

Изменение удельного сопротивления в полупроводниках
Кремний – полупроводник.В полупроводниках ширина запрещенной зоны между зоной проводимости и валентной зоной мала. При 0K валентная зона полностью заполнена, а зона проводимости может быть пустой. Но при приложении небольшого количества энергии электроны легко перемещаются в зону проводимости. Кремний – это пример полупроводника. В нормальных условиях кремний действует как плохой проводник. Каждый атом кремния связан с 4 другими атомами кремния. Связи между этими атомами представляют собой ковалентные связи, в которых электроны находятся в фиксированных позитонах.Таким образом, при 0K электроны не перемещаются внутри структуры решетки.
При повышении температуры запрещенная зона между двумя зонами становится очень меньше, и электроны перемещаются из валентной зоны в зону проводимости. Таким образом, некоторые электроны ковалентных связей между атомами Si могут свободно перемещаться внутри структуры. Это увеличивает проводимость материала. Повышение проводимости означает уменьшение удельного сопротивления. Таким образом, когда температура в полупроводнике повышается, плотность носителей заряда также увеличивается, а удельное сопротивление уменьшается.Говорят, что полупроводники имеют отрицательный температурный коэффициент. Таким образом, значение температурного коэффициента удельного сопротивления α отрицательно.
Кривая нелинейная в широком диапазоне температур.
Температурная зависимость от удельного сопротивления для полупроводников

Изменение удельного сопротивления в изоляторах
В изоляторах большой запрещенный энергетический зазор между зоной проводимости и валентной зоной.Валентная зона полностью заполнена электронами. Запрещенная щель между двумя зонами будет больше 3 eV. Таким образом, для перехода валентного электрона в зону проводимости требуется большое количество энергии. Алмаз – это пример изолятора. Здесь все валентные электроны участвуют в образовании ковалентной связи и проводимости не происходит. Электроны прочно связаны с ядром.
Когда температура повышается, атомы материала колеблются, и это заставляет валентные электроны, присутствующие в валентной зоне, переходить в зону проводимости.Это, в свою очередь, увеличивает проводимость материала. Когда проводимость материала увеличивается, это означает, что удельное сопротивление уменьшается, и поэтому ток увеличивается. Таким образом, некоторые изоляторы при комнатной температуре превращаются в проводники при высокой температуре. Для изоляторов они имеют отрицательный температурный коэффициент. Таким образом, значение температурного коэффициента удельного сопротивления α отрицательно.
Проводники и изоляторы
Сверхпроводники
Мы знаем, что когда электрический ток проходит по проводникам, некоторая энергия теряется в виде тепла.Количество потерь энергии зависит от сопротивления материала. В 1911 году некоторые ученые охладили образец ртути до 4,2 ^° выше абсолютного нуля. Таким образом, сопротивление материала упало до нуля. Так был открыт первый сверхпроводник. Таким образом, ученые обнаружили, что в некоторых случаях некоторые материалы не проявляют никакого сопротивления. Материалы с нулевым сопротивлением называются сверхпроводниками. При нулевом сопротивлении материалы проводят ток без потери энергии.Когда температура таких материалов снижается, свободные электроны перестают сталкиваться с положительными ионами, и, таким образом, сопротивление оказывается нулевым. Температура, при которой сопротивление падает до нуля, называется критической температурой .
Когда сверхпроводник помещается в магнитное поле, магнитное поле изгибается вокруг материала, не позволяя магнитному полю проходить через них. Когда напряженность магнитного поля увеличивается, в определенный момент поле может проникать через сверхпроводник и, таким образом, его поведение нарушается.
Считайте, что через сверхпроводник проходит электрический ток. Предположим, что плотность тока увеличивается, при определенном значении плотности тока он теряет свою сверхпроводимость и, наконец, ведет себя как нормальный материал. Плотность тока, выше которой материал теряет сверхпроводимость, называется критической плотностью тока. Высокая температура, сильное магнитное поле и высокая плотность тока разрушают сверхпроводимость материала. Сейчас эти материалы используются в аппаратах МРТ.
Прочие материалы
Удельное сопротивление таких материалов, как нихром, манганин и константан, не сильно зависит от температуры и показывает очень низкую зависимость. Следовательно, эти материалы используются в проволочных стандартных резисторах, поскольку изменение значения сопротивления незначительно при изменении температуры.
Манганин Константан

Факторы, влияющие на удельное сопротивление
Мы знаем, что удельное сопротивление ρ = m / ne ², где e – заряд электрона, ԏ – среднее время между столкновениями или время релаксации электронов, а m – масса электрона, n – плотность заряда.Таким образом, это показывает, что сопротивление зависит от ряда факторов, таких как время релаксации между столкновениями и плотность заряда. Из приведенных выше сценариев ясно, что при повышении температуры средняя скорость электронов увеличивается, и, следовательно, происходит больше столкновений. Таким образом, время релаксации между каждым столкновением уменьшается.
В случае металлов плотность заряда в определенной степени не зависит от температуры. Таким образом, это влияет на другие факторы, такие как ԏ, что означает, что при повышении температуры среднее время между столкновениями уменьшается, что приводит к увеличению удельного сопротивления.
Для полупроводников и изоляторов плотность заряда n увеличивается при повышении температуры. Это компенсирует уменьшение значения ԏ. Следовательно, удельное сопротивление уменьшается при понижении температуры.
Сводка
Удельное сопротивление – это сопротивление проводника, имеющего единицу длины и единицу площади поперечного сечения. Единица измерения удельного сопротивления – омметр. Формула: ρ = RA / L, где R – сопротивление в омах, A – площадь поперечного сечения в квадратных метрах, а L – длина в метрах.
ρ _t = ρ ₀ [1 + α (T – T ₀) – это уравнение, которое показывает связь между температурой и удельным сопротивлением материала. ρ ₀ – удельное сопротивление при стандартной температуре, ρ _t – удельное сопротивление при t ⁰ C, T ₀ – эталонная температура, а α – температурный коэффициент удельного сопротивления.
Для металлов или проводников, когда температура увеличивается и удельное сопротивление металла увеличивается, и, таким образом, ток в металле уменьшается.У них положительный температурный коэффициент. Значение α положительное.
Для полупроводников, когда температура повышается, увеличивается проводимость материала. Это означает, что удельное сопротивление материала уменьшается, и поэтому ток увеличивается. Для полупроводников они имеют отрицательный температурный коэффициент. Таким образом, значение температурного коэффициента удельного сопротивления α отрицательно.
Для изоляторов электропроводность материала увеличивается при повышении температуры.Когда проводимость материала увеличивается, мы знаем, что удельное сопротивление уменьшается и, таким образом, увеличивается ток. Таким образом, некоторые изоляторы при комнатной температуре превращаются в проводники при высокой температуре. Для изоляторов они имеют отрицательный температурный коэффициент. Значение температурного коэффициента удельного сопротивления α отрицательно.
Материалы с нулевым сопротивлением называются сверхпроводниками. Температура, при которой сопротивление падает до нуля, называется критической температурой.Высокая температура, сильное магнитное поле и высокая плотность тока ослабят свойство сверхпроводимости материала. Меркурий – пример сверхпроводника.
Такие материалы, как нихром, манганин и константан, не сильно зависят от температуры. Таким образом, изменение удельного сопротивления материала при изменении температуры незначительно.

Посмотрите это видео, чтобы получить дополнительную информацию

Другие показания
Температурная зависимость удельного сопротивления
сайт cbse для класса 9 | Онлайн-классы CBSE | CBSE онлайн-класс 12
Горячий и холодный
Горячий и холодный
Горячий и холодный
Температура и сопротивление электронных материалов
Цель: цель этой лаборатории – показать, как температура влияет на проводимость (сопротивление) в различных электротехнических материалах и устройств.
Обзор научных принципов:
Тепло: когда тепло применяется к кристаллическому твердому телу, мы говорим «оно становится жарче »; это означает повышение температуры. На атомном уровне кинетическая энергия количество атомов увеличилось, что означает, что атомы движутся быстрее. Однако в кристаллическое твердое тело, атомное движение ограничено вибрацией вокруг конюшни позиции решетки. При повышении температуры атомы колеблются. на большей амплитуды и отдаляются от своей устойчивой решетки позиции.Этот движение отрицательно влияет на способность материала к провести электрический ток, в результате чего он имеет большую электрическую сопротивление.
Металлы: в металле валентные электроны считаются разделяется всеми положительными ионами. Следовательно, электроны могут свободно перемещаться. двигаться повсюду кристаллическая решетка. Электроны движутся беспорядочно кристалл до тех пор, пока к материалу не будет приложено электрическое поле.Тогда электрическое поле заставляет электроны двигаться в направлении, противоположном полю. Фактически, электроны по-прежнему движутся несколько беспорядочно, но с наложением «дрейф». Это производит ток. При повышении температуры положительный ионы в кристалл вибрирует больше, и больше столкновений происходит между валентными электроны и колеблющиеся ионы. Эти столкновения препятствуют «дрейфующему» движению. принадлежащий валентные электроны, тем самым уменьшая ток.Таким образом, для металл, повышение температуры вызывает повышение сопротивления.
Полупроводники: в полупроводнике при 0 К валентность электроны в заполненных энергетических уровнях (связи образуются электронными парами, заполняющими энергия уровней). Они не реагируют на приложенное электрическое поле к производить ток поток. В присутствии электрического поля движение электрона имеет вид по-прежнему случайный; нет чистого движения в одном направлении (ток не течет).Эти заполненные уровни энергии, которые занимают валентные электроны, образуют валентные группа. В для протекания тока электроны должны перемещаться из заполненного валентная зона пустая зона проводимости. Чтобы сделать этот ход, требуется энергия, которая может быть в форма тепла. (Важно: электроны не движутся из “место” в кристалл назвал валентную полосу в другое “место”, названное зона проводимости. Электроны обладают энергией, связанной с валентной зоной, и приобретать достаточно энергии, чтобы иметь энергию, связанную с проводимостью группа.Энергия происходит изменение, а не изменение положения.) При комнатной температуре многие электроны будет иметь энергию, необходимую для перехода в зону проводимости. Как один электрон выходит из валентной зоны в зону проводимости, дыра (вакансия) производится в валентной зоне. Оба электрона в проводимости группа и соответствующие дырки в валентной зоне считаются заряженными перевозчики. Когда к материалу приложено электрическое поле, эти электроны и дыры «дрейф».Электроны в зоне проводимости дрейфуют в направление противоположное к приложенному полю, и отверстия дрейфуют в том же направлении, что и прикладной поле. Таким образом производится ток. Поскольку температура материал увеличивается, большее количество валентных электронов приобретает энергию, достаточную для движения к зона проводимости (создающая дыры), поэтому течет больше тока. это все еще верно что с повышением температуры атомы вибрируют сильнее и вызвать больше столкновения с дрейфующими электронами.Однако эта противоположная эффект незначительно по сравнению с увеличением носителей заряда.
Заявки:
Различные типы материалов по-разному реагируют на температуру изменения. А компьютерный инженер, проектирующий схему, должен уметь предсказать, то проводимость каждого материала в устройстве будет в пределах приемлемый диапазон в ожидаемом температурном диапазоне работы устройства.
Время: один час
Материалы и принадлежности:
источник тепла для кипящей воды (предпочтительно плита)
5 стаканов для водных бань
термометр
дроссельные катушки или катушки сопротивления
германиевые диоды
термисторы
светодиоды (LED)
резисторы угольные
стеклянный стержень (5 см)
2 цифровых мультиметра или вольтметр и миллиамперметр
соединители проводные с зажимами типа крокодил
источник питания (от 0 до 12 В постоянного тока)
Общие правила техники безопасности:
* Источник тепла может вызвать ожоги.Соблюдайте осторожность.
* Остерегайтесь поражения электрическим током.
* Осторожно обращайтесь с приборами и образцами.
* Носите защитные очки.
Процедура:
1. Установите пять водяных бань с примерно 100-200 мл воды в мензурки на следующие
температуры: кипения, 75 C, 50 C, 25 C и лед вода.
2. Измерьте температуру каждой ванны термометром. термистор, или
термопара.
3. Для измерения сопротивления устройства (дросселя или сопротивления катушка) настроить
мультиметр для считывания значений сопротивления и подключения, как показано ниже. диаграмма.
4. Осторожно держитесь за выводные провода, чтобы не пережечь пальцы, погрузить
катиться в кипящую водяную баню, пока не установится стабильное значение. получил (для около одного
минуту) и запишите сопротивление в таблице данных.
5. Выполните ту же процедуру для 75, 50, 25 и лед вода.
6. Снимите катушку и присоедините к счетчику другое устройство, следуя тому же
порядок измерения сопротивления.
Данные и анализ:

Для каждого устройства нарисуйте график зависимости температуры (ось x) отсопротивление (ось Y).
Вопросы:
1. Какие образцы имели изменение сопротивления в зависимости от температуры? выросла? Какие
направление было это изменение?
2. Что случилось с сопротивлением при повышении их температуры? из
проводники, полупроводники? Кажется, изменение линейный?
3. Соответствует ли какой-либо из примеров общим рекомендациям? объяснено в
введение в лабораторию? Объяснять.
4. Опишите движение атомов или ионов в кристаллическом твердом теле. как температура
увеличивается.
5. Что заставляет электроны «дрейфовать»?
6. Опишите движение электронов при протекании тока.
7. Объясните, как повысить температуру полупроводника. уменьшает
сопротивление.
8. Объясните, как повышение температуры металла увеличивает его сопротивление.
Добавочный номер:
Для термистора график 1 / T (K ^-1) по оси абсцисс и ln R (натуральный логарифм значения сопротивления в омах). Этот график представляет собой прямую линию. Уравнение этой строки:
ln R = (E _зазор / 2k) x 1 / T + ln R _o
где:
k = 8,62 x 10 ^-5 эВ / К (Больцмановское постоянная)
E _gap = энергия запрещенной зоны (разница в энергии между проводимость и валентные зоны) в электронвольтах.
Определите наклон линии по графику. (E _разрыв / 2k) = наклон, от уравнение. Решите это уравнение для E _зазора.
Заметки учителя:
* Время подготовки учителя составляет около 30 минут.
* Катушки сопротивления могут использоваться вместо дроссельной катушки. (Короткий кусочки провода не показывают достаточного сопротивления.)
* Можно попробовать другие виды проволоки, кроме меди.
* Выводы разъемов к устройствам могут быть расширены путем пайки. вкратце длины проволоки.
* Углеродное устройство должно потерять лишь небольшой процент своего помещения. температура сопротивление, но полупроводниковые приборы должны заметно подорожать при низкий температура.
* В качестве примера непроводника можно указать длину стеклянного стержня. проверено.
* Используйте термопару типа K для более низких температур в сочетании с некоторыми цифровые мультиметры.
* Термисторные зонды поставляются компанией Vernier.
* Учитель должен продемонстрировать правильное подключение счетчиков и устройств.
* Результаты диодов работают лучше всего, если температура измеряется кипящая вода и ледяная вода.
* Для активности расширения, используя образцы данных, значение E _зазор = 0,6 эВ.
Ответы на вопросы:
1. Все устройства меняли свое сопротивление в зависимости от температуры. измененный.
сопротивление дроссельной катушки (медной проволоки) увеличено как температура
выросла. Сопротивление диода и термистора (которые сделаны из
полупроводниковый материал) уменьшалась по мере того, как температура выросла.
2. Сопротивление проводника линейно увеличивалось. В сопротивление
полупроводник уменьшился, но не линейно.
3.Ответы учащихся будут разными. Устройства действительно реагируют как теоретически предсказано.
4. При повышении температуры атомы или ионы колеблются с больше амплитуда
вокруг их стабильных положений решетки.
5. При приложении электрического поля электроны вынуждены дрейф.
6. Электроны движутся беспорядочно и движутся в противоположном направлении. Направление
приложенное электрическое поле.
7. По мере повышения температуры большее количество электронов имеет энергию. необходимо переехать на номер
зона проводимости (больше носителей заряда означает больше Текущий).
8. Большая амплитуда колебаний ионов в решетке вызывает более столкновения с
валентные электроны, что уменьшает дрейф скорость.
СОСТОЯНИЕ ТЕМП. C ДРОССЕЛЬНАЯ КАТУШКА ГЕРМАНИЯ
ДИОД ТЕРМИСТОР

R R R R
Кипящая вода 100

Горячая вода 75

Теплая вода 50

Темп. В помещении 25

9035 0

Образцы данных и анализ:
R k
Состояние Темп. C Дроссель
Катушка Германий
Диод Термистор

R R k Кипящая вода 100 97 44 98 0.29 98 1.0

Горячая вода 75 77 41 70 0,63 76
Теплая вода 50 51 37 44 1,2 42 5,2

9035 22 1.7 21 11

Ледяная вода 0 3,5 31 2,8 2,4 3 279
Следующая лаборатория
Полупроводники Содержание
MAST Домашняя страница
Влияние температуры на сопротивление
Изучив этот раздел, вы сможете:
• Опишите влияние температуры на сопротивление проводника.
• Опишите влияние температуры на сопротивление изолятора.
• Определите отрицательные и положительные температурные коэффициенты.
Как температура изменяет сопротивление
Хотя сопротивление проводника изменяется в зависимости от его размера (например, более толстые провода имеют меньшее сопротивление току, чем более тонкие), сопротивление проводника также изменяется с изменением температуры.Этого можно ожидать, потому что при изменении температуры размеры проводника будут изменяться при его расширении или сжатии.
Однако материалы, которые классифицируются как ПРОВОДНИКИ, имеют тенденцию ПОВЫШАТЬ свое сопротивление с повышением температуры. Однако ИЗОЛЯТОРЫ могут УМЕНЬШИТЬ свое сопротивление с повышением температуры. Материалы, используемые для изготовления изоляторов (стекло, пластик и т. Д.), Демонстрируют заметное падение сопротивления только при очень высоких температурах. Они остаются хорошими изоляторами при любых температурах, с которыми они могут столкнуться при использовании.
Таким образом, эти изменения сопротивления нельзя объяснить изменением размеров из-за теплового расширения или сжатия. Фактически, для проводника данного размера изменение сопротивления в основном связано с изменением удельного сопротивления материала и вызвано изменением активности атомов, составляющих материал.
Температура и атомная структура
Причины этих изменений удельного сопротивления можно объяснить, рассмотрев протекание тока через материал.Поток тока – это фактически движение электронов от одного атома к другому под действием электрического поля. Электроны – это очень маленькие отрицательно заряженные частицы, которые отталкиваются отрицательным электрическим зарядом и притягиваются положительным электрическим зарядом. Следовательно, если электрический потенциал приложен к проводнику (положительный на одном конце, отрицательный на другом), электроны будут «мигрировать» от атома к атому к положительному полюсу.
Однако только некоторые электроны могут свободно перемещаться.Остальные внутри каждого атома так сильно привязаны к своему конкретному атому, что даже электрическое поле не сместит их. Следовательно, ток, протекающий в материале, обусловлен движением «свободных электронов», и количество свободных электронов в любом материале по сравнению с теми, которые тесно связаны с их атомами, определяет, является ли материал хорошим проводником (много свободных электронов) или хороший изолятор (почти нет свободных электронов).
Воздействие тепла на атомную структуру материала заставляет атомы колебаться, и чем выше температура, тем сильнее колеблются атомы.
В проводнике, по которому уже протекает большое количество свободных электронов, колебания атомов вызывают множество столкновений между свободными электронами и захваченными электронами. Каждое столкновение использует некоторую энергию свободного электрона и является основной причиной сопротивления. Чем больше атомы толкаются в материале, тем больше возникает столкновений и, следовательно, больше сопротивление току.
Однако в изоляторе ситуация несколько иная.Свободных электронов так мало, что ток почти не протекает. Почти все электроны прочно связаны внутри своего атома. Нагревание изолирующего материала вызывает вибрацию атомов, и при достаточном нагреве атомы вибрируют достаточно сильно, чтобы фактически освободить некоторые из своих захваченных электронов, создавая свободные электроны, которые становятся носителями тока. Поэтому при высоких температурах сопротивление изолятора может упасть, а в некоторых изоляционных материалах – довольно резко.
В материале, сопротивление которого УВЕЛИЧИВАЕТСЯ с повышением температуры, считается, что материал имеет ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ.
Когда сопротивление ПАДАЕТ с повышением температуры, говорят, что материал имеет ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ.
Как правило, проводники имеют ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ температурный коэффициент, в то время как (при высоких температурах) изоляторы имеют ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ температурный коэффициент.
Различные материалы в каждой группе имеют разные температурные коэффициенты. Материалы, выбранные для изготовления резисторов, используемых в электронных схемах, представляют собой тщательно отобранные проводники с очень низким положительным температурным коэффициентом.При использовании резисторы, изготовленные из таких материалов, будут иметь лишь очень небольшое увеличение удельного сопротивления и, следовательно, их сопротивления. Использование таких материалов для изготовления резисторов создает компоненты, значение которых незначительно изменяется в заданном диапазоне температур. {c} \)
\ (a_ {b} \)
\ (\ sqrt {a} \)
\ ( \ sqrt [b] {a} \)
\ (\ frac {a} {b} \)
\ (\ cfrac {a} {b} \)
\ (+ \)
\ (- \)
\ (\ times \)
\ (\ div \)
\ (\ pm \)
\ (\ cdot \)
\ (\ amalg \)
\ (\ ast \)
\ (\ barwedge \)
\ (\ bigcirc \)
\ (\ bigodot \)
\ (\ bigoplus \)
\ (\ bigotimes \)
\ (\ bigsqcup \)
\ (\ bigstar \)
\ (\ bigtriangledown \)
\ (\ bigtriangleup \)
\ (\ blacklozenge \)
\ (\ blacksquare \)
\ (\ blacktriangle \)
\ (\ blacktriangledown \)
\ (\ bullet \)
\ (\ cap \)
\ (\ cup \)
\ (\ circ \)
\ (\ circlecirc \)
\ (\ dagger \)
\ (\ ddagger \)
\ (\ diamond \)
\ (\ dotplus \)
\ (\ lozenge \)
\ (\ mp \)
\ (\ ominus \)
\ (\ oplus \)
\ (\ oslash \)
\ (\ otimes \)
\ (\ setminus \)
\ (\ sqcap \)
\ (\ sqcup \ )
\ (\ квадрат \)
\ (\ звезда \)
\ (\ треугольник \)
\ (\ треугольник вниз \)
\ (\ треугольник влево \)
\ (\ Cap \)
\ (\ Cup \)
\ (\ uplus \)
\ (\ vee \)
\ (\ veebar \)
\ (\ wedge \)
\ (\ wr \)
\ (\ следовательно \)
\ (\ влево (а \ вправо) \)
\ (\ влево \ | a \ right \ | \)
\ (\ left [a \ right] \)
\ (\ left \ {a \ right \} \)
\ (\ left \ lceil a \ right \ rceil \)
\ (\ left \ lfloor \ right \ rfloor \)
\ (\ left (a \ right) \)
\ (\ vert a \ vert \)
\ (\ leftarrow \)
\ (\ leftharpoondown \)
\ (\ leftharpoonup \)
\ (\ leftrightarrow \)
\ (\ leftrightharpoons \)
\ (\ mapsto \)
\ (\ rightarrow \)
\ (\ rightharpoondown \)
\ (\ rightharpoonup \)
\ (\ rightleftharpoons \)
\ (\ to \)
\ (\ Leftarrow \)
\ (\ Leftrightarrow \)
\ (\ Rightarrow \ )
\ (\ overset {a} {\ leftarrow} \)
\ (\ overset {a} {\ rightarrow} \)
\ (\ приблизительно \)
\ (\ asymp \)
\ (\ cong \)
\ (\ dashv \)
\ (\ doteq \)
\ (= \)
\ (\ Equiv \)
\ (\ frown \)
9000 2 \ (\ geq \)
\ (\ geqslant \)
\ (\ gg \)
\ (\ gt \)
\ (| \)
\ (\ leq \)
\ (\ leqslant \)
\ (\ ll \)
\ (\ lt \)
\ (\ models \)
\ (\ neq \)
\ (\ ngeqslant \)
\ (\ ngtr \)
\ (\ nleqslant \)
\ (\ nless \)
\ (\ not \ Equiv \)
\ (\ overset {\ подмножество {\ mathrm {def}} {}} {=} \)
\ (\ parallel \)
\ (\ perp \)
\ (\ prec \)
\ (\ prevq \)
\ (\ sim \)
\ (\ simeq \)
\ (\ smile \)
\ (\ succ \)
\ (\ successq \)
\ (\ vdash \)
\ ( \ in \)
\ (\ ni \)
\ (\ notin \)
\ (\ nsubseteq \)
\ (\ nsupseteq \)
\ (\ sqsubset \)
\ (\ sqsubseteq \)
\ (\ sqsupset \)
\ (\ sqsupseteq \)
\ (\ subset \)
\ (\ substeq \)
\ (\ substeqq \)
\ (\ supset \)
\ (\ supsete q \)
\ (\ supseteqq \)
\ (\ emptyset \)
\ (\ mathbb {N} \)
\ (\ mathbb {Z} \)
\ (\ mathbb {Q} \)
\ (\ mathbb {R} \)
\ (\ mathbb {C} \)
\ (\ alpha \)
\ (\ beta \)
\ (\ gamma \)
\ (\ delta \)
\ (\ epsilon \)
\ (\ zeta \)
\ (\ eta \)
\ (\ theta \)
\ (\ iota \)
\ ( \ kappa \)
\ (\ lambda \)
\ (\ mu \)
\ (\ nu \)
\ (\ xi \)
\ (\ pi \)
\ (\ rho \)
\ (\ sigma \)
\ (\ tau \)
\ (\ upsilon \)
\ (\ phi \)
\ (\ chi \)
\ (\ psi \)
\ (\ omega \)
\ (\ Gamma \)
\ (\ Delta \)
\ (\ Theta \)
\ (\ Lambda \)
\ (\ Xi \)
\ (\ Pi \)
\ (\ Sigma \)
\ (\ Upsilon \)
\ (\ Phi \)
\ (\ Ps i \)
\ (\ Omega \)
\ ((a) \)
\ ([a] \)
\ (\ lbrace {a} \ rbrace \)
\ (\ frac {a + b} {c + d} \)
\ (\ vec {a} \)
\ (\ binom {a} {b} \)
\ ({a \ brack b} \)
\ ({a \ brace b} \)
\ (\ sin \)
\ (\ cos \)
\ (\ tan \)
\ (\ cot \)
\ (\ sec \)
\ (\ csc \)
\ (\ sinh \)
\ (\ cosh \)
\ (\ tanh \)
\ (\ coth \)
\ (\ bigcap {a} \)
\ (\ bigcap_ {b} ^ {} a \)
\ (\ bigcup {a} \)
\ (\ bigcup_ {b} ^ {} a \)
\ (\ coprod {a} \)
\ (\ coprod_ {b} ^ {} a \)
\ (\ prod {a} \)
\ (\ prod_ {b} ^ {} a \)
\ (\ sum_ { a = 1} ^ b \)
\ (\ sum_ {b} ^ {} a \)
\ (\ sum {a} \)
\ (\ underset {a \ to b} \ lim \)
\ (\ int {a} \)
\ (\ int_ {b} ^ {} a \)
\ (\ iint {a} \)
\ (\ iint_ {b} ^ {} a \)
\ (\ int_ {a} ^ {b} {c} \)
\ (\ iint_ {a} ^ {b} {c} \)
\ (\ iiint_ {a} ^ { b} {c} \)
\ (\ oint {a} \)
\ (\ oint_ {b} ^ {} a \)
Электрическое сопротивление – Гипертекст по физике
Обсуждение
введение
Йеч! Что за беспорядок.
Проводимость: С. Грей, 1729 г. – Сопротивление: Георг Симон Ом, 1827 г.
Обычная версия…
I ∝ V
..
I = В ⇒ В = ИК ⇒ R = В
R I
Variableogy…
количество: сопротивление R
единица: Ом [Ом] Георг Ом (1787–1854) Германия
Причудливая версия (магнитогидродинамическая версия?)…
Дж ∝ E
.
Дж = σ E ⇐ ⇒ E = ρ J
Добро пожаловать в символический ад…
Электрические свойства
количество символ шт. символ собственности…
сопротивление R Ом Ом объектов
проводимость г Сименс S
удельное сопротивление ρ Омметр Ом · м материалов
проводимость σ siemens на метр См / м
Закон Ома не серьезный закон.Это непростая физика. Разумные материалы и устройства подчиняются ему, но есть множество мошенников, которые этого не делают.
резисторы
Плохая выпивка портит наши молодые кишки, но водка идет хорошо.
Лучше постройте крышу над гаражом, пока фургон не намок.
Коды маркировки резисторов и конденсаторов
цвет цифра множитель допуск tcr (10 ⁻⁶ / К)
нет ± 20%
розовый 10 ⁻³
серебристый 10 ^-2 ± 10%
золото 10 ^-1 ± 5%
черный 0 10 ⁰⁺ ± 250
коричневый 1 10 ¹⁺ ± 1% ± 100
красный 2 10 ²⁺ ± 2% ± 50
оранжевый 3 10 ³⁺ ± 0.05% ± 15
желтый 4 10 ⁴⁺ ± 0,02% ± 25
зеленый 5 10 ⁵⁺ ± 0,50% ± 20
синий 6 10 ⁶⁺ ± 0,25% ± 10
фиолетовый 7 ± 0.10% ± 5
серый 8 ± 0,01% ± 1
белый 9
материалы
Сопротивление и удельное сопротивление. Факторы, влияющие на сопротивление в проводящем проводе.
Проводники и изоляторы
Лучшие электрические проводники: серебро, медь, золото, алюминий, кальций, бериллий, вольфрам
Удельное сопротивление и проводимость взаимны.
Электропроводность металлов – это статистическая / термодинамическая величина.
Удельное сопротивление определяется рассеянием электронов. Чем больше рассеяние, тем выше сопротивление.
где…
σ = Электропроводность [См / м]
n = плотность свободных электронов [э / м ³]
e = заряд электрона (1.60 × 10 ⁻¹⁹ С)
м _e = масса электрона (9,11 × 10 ⁻³¹ кг)
v _{среднеквадратичное значение} = Среднеквадратичная скорость электронов [м / с]
ℓ = средняя длина свободного пробега [м]
Графит
Кому принадлежит эта идея? Нихром был изобретен в 1906 году, что сделало возможным электрические тостеры.
Полимеры электропроводящие.
Удельное сопротивление выбранных материалов (~ 300 K)
(Обратите внимание на разницу в единицах измерения между металлами и неметаллами.)
металлы ρ (нОм м) неметаллы ρ (Ом м)
алюминий 26,5 оксид алюминия (14 ° C) 1 × 10 ¹⁴
латунь 64 оксид алюминия (300 ° C) 3 × 10 ¹¹
хром 126 оксид алюминия (800 ° C) 4 × 10 ⁶
медь 17.1 углерод аморфный 0,35
золото 22,1 карбон, алмаз 2,7
утюг 96,1 углерод, графит 650 × 10 ⁻⁹
свинец 208 оксид индия и олова, тонкая пленка 2000 × 10 ⁻⁹
литий 92.8 германий 0,46
ртуть (0 ° C) 941 пирекс 7740 40 000
марганец 1440 кварц 75 × 10 ¹⁶
нихром 1500 кремний 640
никель 69,3 диоксид кремния (20 ° C) 1 × 10 ¹³
палладий 105.4 диоксид кремния (600 ° C) 70 000
платина 105 диоксид кремния (1300 ° C) 0,004
плутоний 1414 вода, жидкость (0 ° C) 861 900
серебристый 15,9 вода, жидкость (25 ° C) 181 800
припой 150 вода, жидкость (100 ° C) 12 740
сталь гладкая 180
сталь, нержавеющая 720
тантал 131
банка (0 ° C) 115
титан (0 ° C) 390
вольфрам 52.8
уран (0 ° C) 280
цинк 59
температура
Общее правило – удельное сопротивление увеличивается с увеличением температуры в проводниках и уменьшается с увеличением температуры в изоляторах. К сожалению, не существует простой математической функции для описания этих отношений.
Температурную зависимость удельного сопротивления (или обратной проводимости) можно понять только с помощью квантовой механики. Точно так же, как материя представляет собой совокупность микроскопических частиц, называемых атомами, а луч света – это поток микроскопических частиц, называемых фотонами, тепловые колебания в твердом теле представляют собой рой микроскопических частиц, называемых фононами . Электроны пытаются дрейфовать к положительному полюсу батареи, но фононы продолжают врезаться в них.Случайное направление этих столкновений нарушает попытку организованного движения электронов против электрического поля. Отклонение или рассеяние электронов на фононах – один из источников сопротивления. С повышением температуры количество фононов увеличивается, а вместе с ним и вероятность столкновения электронов и фононов. Таким образом, когда температура повышается, сопротивление повышается.
Для некоторых материалов удельное сопротивление линейно зависит от температуры.
ρ = ρ ₀ (1 + α ( T – T ₀))
Удельное сопротивление проводника увеличивается с температурой.В случае меди зависимость между удельным сопротивлением и температурой примерно линейна в широком диапазоне температур.
Для других материалов лучше работает соотношение сил.
ρ = ρ ₀ ( T / T ₀) ^μ
Удельное сопротивление проводника увеличивается с температурой. В случае вольфрама зависимость между удельным сопротивлением и температурой лучше всего описывается соотношением мощности.
см. Также: сверхпроводимость
разное
магнитосопротивление
фотопроводимость
жидкости
электролиты
газы
пробой диэлектрика
плазма
микрофоны
Угольный микрофон – ничто задом наперед
Микрофоны и принцип их работы
тип звуков производят
изменения в… , что вызывает
изменения в… , что приводит к
изменениям в…
угольный Плотность гранул сопротивление напряжение
конденсатор разделительная пластина емкость напряжение
динамический расположение змеевика флюс напряжение
пьезоэлектрический компрессия поляризация напряжение
Сопротивление и удельное сопротивление | Физика II
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
Объясните понятие удельного сопротивления.
Используйте удельное сопротивление для расчета сопротивления материалов указанной конфигурации.
Используйте термический коэффициент удельного сопротивления для расчета изменения сопротивления в зависимости от температуры.
Зависимость сопротивления от материала и формы
Сопротивление объекта зависит от его формы и материала, из которого он сделан. Цилиндрический резистор на Рисунке 1 легко анализировать, и таким образом мы можем получить представление о сопротивлении более сложных форм.Как и следовало ожидать, электрическое сопротивление цилиндра R прямо пропорционально его длине L , подобно сопротивлению трубы потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше зарядов соударяется с его атомами. Чем больше диаметр цилиндра, тем больше тока он может пропускать (опять же, как поток жидкости по трубе). Фактически, R обратно пропорционален площади поперечного сечения цилиндра A .
Рисунок 1.Однородный цилиндр длиной L и площадью поперечного сечения A. Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению, оказываемому трубой потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше площадь его поперечного сечения A, тем меньше его сопротивление.
Для данной формы сопротивление зависит от материала, из которого состоит объект. Различные материалы обладают разным сопротивлением потоку заряда. Мы определяем удельное сопротивление ρ вещества так, чтобы сопротивление R объекта было прямо пропорционально ρ .Удельное сопротивление является внутренним свойством материала, независимо от его формы или размера. Сопротивление R однородного цилиндра длиной L , площадью поперечного сечения A , изготовленного из материала с удельным сопротивлением ρ , составляет
.
[латекс] R = \ frac {\ rho L} {A} \\ [/ латекс].
В таблице 1 приведены репрезентативные значения ρ . Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельных сопротивлений.У проводников наименьшее удельное сопротивление, а у изоляторов наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют различную, но большую плотность свободных зарядов, тогда как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут двигаться. Полупроводники являются промежуточными, имеют гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладают свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике. Эти уникальные свойства полупроводников находят применение в современной электронике, о чем мы поговорим в следующих главах.
Таблица 1. Удельное сопротивление ρ различных материалов при 20º C
Материал Удельное сопротивление ρ ( Ом м )
Проводники
Серебро 1. 59 × 10 ⁻⁸
Медь 1. 72 × 10 ⁻⁸
Золото 2. 44 × 10 ⁻⁸
Алюминий 2.65 × 10 ⁻⁸
Вольфрам 5. 6 × 10 ⁻⁸
Утюг 9. 71 × 10 ⁻⁸
Платина 10. 6 × 10 ⁻⁸
Сталь 20 × 10 ⁻⁸
Свинец 22 × 10 ⁻⁸
Манганин (сплав Cu, Mn, Ni) 44 × 10 ⁻⁸
Константан (сплав Cu, Ni) 49 × 10 ⁻⁸
Меркурий 96 × 10 ⁻⁸
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) 100 × 10 ⁻⁸
Полупроводники
Углерод (чистый) 3.5 × 10 ⁵
Углерод (3,5 – 60) × 10 ⁵
Германий (чистый) 600 × 10 ⁻³
Германий (1−600) × 10 ⁻³
Кремний (чистый) 2300
Кремний 0,1–2300
Изоляторы
Янтарь 5 × 10 ¹⁴
Стекло 10 ⁹-10 ¹⁴
Люцит > 10 ¹³
Слюда 10 ¹¹ – 10 ¹⁵
Кварц (плавленый) 75 × 10 ¹⁶
Резина (твердая) 10 ¹³-10 ¹⁶
сера 10 ¹⁵
Тефлон > 10 ¹³
Дерево 10 ⁸-10 ¹¹
Пример 1.Расчет диаметра резистора: нить накала фары
Нить накала автомобильной фары изготовлена из вольфрама и имеет сопротивление холоду 0,350 Ом. Если нить представляет собой цилиндр длиной 4,00 см (ее можно свернуть в бухту для экономии места), каков ее диаметр?
Стратегия
Мы можем переписать уравнение [латекс] R = \ frac {\ rho L} {A} \\ [/ latex], чтобы найти площадь поперечного сечения A нити на основе данной информации. Тогда его диаметр можно определить, предположив, что он имеет круглое поперечное сечение.{-5} \ text {m} \ end {array} \\ [/ latex].
Обсуждение
Диаметр чуть меньше десятой миллиметра. Он состоит только из двух цифр, потому что ρ известен только из двух цифр.
Температурное изменение сопротивления
Удельное сопротивление всех материалов зависит от температуры. Некоторые даже становятся сверхпроводниками (нулевое сопротивление) при очень низких температурах. (См. Рисунок 2.)
Рис. 2. Сопротивление образца ртути равно нулю при очень низких температурах – это сверхпроводник примерно до 4.2 К. Выше этой критической температуры его сопротивление делает резкий скачок, а затем почти линейно увеличивается с температурой.
И наоборот, удельное сопротивление проводников увеличивается с увеличением температуры. Поскольку атомы колеблются быстрее и на больших расстояниях при более высоких температурах, электроны, движущиеся через металл, совершают больше столкновений, эффективно увеличивая удельное сопротивление. При относительно небольших изменениях температуры (около 100 ° C или менее) удельное сопротивление ρ изменяется с изменением температуры Δ T , как выражается в следующем уравнении
ρ = ρ ₀ (1 + α Δ T ),
, где ρ ₀ – исходное удельное сопротивление, а α – температурный коэффициент удельного сопротивления .(См. Значения α в Таблице 2 ниже.) Для более значительных изменений температуры α может измениться, или может потребоваться нелинейное уравнение, чтобы найти ρ . Обратите внимание, что α положителен для металлов, что означает, что их удельное сопротивление увеличивается с температурой. Некоторые сплавы были разработаны специально, чтобы иметь небольшую температурную зависимость. У манганина (который состоит из меди, марганца и никеля), например, α близок к нулю (до трех цифр на шкале в таблице 2), поэтому его удельное сопротивление незначительно изменяется с температурой.Это полезно, например, для создания не зависящего от температуры эталона сопротивления.
Таблица 2. Температурные коэффициенты удельного сопротивления α
Материал Коэффициент (1 / ° C)
Проводники
Серебро 3,8 × 10 ⁻³
Медь 3,9 × 10 ⁻³
Золото 3.4 × 10 ⁻³
Алюминий 3,9 × 10 ⁻³
Вольфрам 4,5 × 10 ⁻³
Утюг 5,0 × 10 ⁻³
Платина 3,93 × 10 ⁻³
Свинец 3,9 × 10 ⁻³
Манганин (сплав Cu, Mn, Ni) 0,000 × 10 ⁻³
Константан (сплав Cu, Ni) 0.002 × 10 ⁻³
Меркурий 0,89 × 10 ⁻³
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) 0,4 × 10 ⁻³
Полупроводники
Углерод (чистый) −0,5 × 10 ⁻³
Германий (чистый) −50 × 10 ⁻³
Кремний (чистый) −70 × 10 ⁻³
Отметим также, что α отрицателен для полупроводников, перечисленных в таблице 2, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры.Они становятся лучшими проводниками при более высокой температуре, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшения ρ с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках. Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку R ₀ прямо пропорционально ρ . Для цилиндра мы знаем R = ρL / A , и поэтому, если L и A не сильно изменяются с температурой, R будет иметь такую же температурную зависимость, как ρ .(Исследование коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше типичных температурных коэффициентов удельного сопротивления, поэтому влияние температуры на L и A примерно на два порядка меньше, чем на ρ .) Таким образом,
R = R ₀ (1 + α Δ T )
– это температурная зависимость сопротивления объекта, где R ₀ – исходное сопротивление, а R – сопротивление после изменения температуры Δ T .Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление. (См. Рис. 3.) Одним из наиболее распространенных является термистор, полупроводниковый кристалл с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры. Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.
Рис. 3. Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.(Источник: Biol, Wikimedia Commons)
Пример 2. Расчет сопротивления: сопротивление горячей нити
Хотя следует соблюдать осторожность при применении ρ = ρ ₀ (1 + α Δ T ) и R = R ₀ (1 + α Δ T ) для изменений температуры более 100 ° C, для вольфрама уравнения достаточно хорошо работают при очень больших изменениях температуры. Каково же сопротивление вольфрамовой нити в предыдущем примере, если ее температура повышается с комнатной температуры (20ºC) до типичной рабочей температуры 2850ºC?
Стратегия
Это прямое приложение R = R ₀ (1 + α Δ T ), поскольку исходное сопротивление нити было задано равным R ₀ = 0.{-3} / º \ text {C} \ right) \ left (2830º \ text {C} \ right) \ right] \\ & = & {4.8 \ Omega} \ end {array} \\ [/ latex] .
Обсуждение
Это значение согласуется с примером сопротивления фары в Законе Ома: сопротивление и простые цепи.
Исследования PhET: сопротивление в проводе
Узнайте о физике сопротивления в проводе. Измените его удельное сопротивление, длину и площадь, чтобы увидеть, как они влияют на сопротивление провода. Размеры символов в уравнении меняются вместе со схемой провода.
Щелкните, чтобы запустить моделирование.
Сводка раздела
Сопротивление R цилиндра длиной L и площадью поперечного сечения A составляет [латекс] R = \ frac {\ rho L} {A} \ [/ латекс], где ρ – удельное сопротивление материала.
Значения ρ в таблице 1 показывают, что материалы делятся на три группы – проводников, полупроводников и изоляторов .
Температура влияет на удельное сопротивление; для относительно небольших изменений температуры Δ T удельное сопротивление равно [латекс] \ rho = {\ rho} _ {0} \ left (\ text {1} + \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex], где ρ ₀ – исходное удельное сопротивление, а [латекс] \ text {\ alpha} [/ latex] – температурный коэффициент удельного сопротивления.
В таблице 2 приведены значения для α , температурного коэффициента удельного сопротивления.
Сопротивление R объекта также зависит от температуры: [латекс] R = {R} _ {0} \ left (\ text {1} + \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex], где R ₀ – исходное сопротивление, а R – сопротивление после изменения температуры.
Концептуальные вопросы
1. В каком из трех полупроводниковых материалов, перечисленных в таблице 1, примеси дают свободные заряды? (Подсказка: изучите диапазон удельного сопротивления для каждого из них и определите, имеет ли чистый полупроводник большую или меньшую проводимость.)
2. Зависит ли сопротивление объекта от пути тока, проходящего через него? Рассмотрим, например, прямоугольный стержень – одинаково ли его сопротивление по длине и по ширине? (См. Рисунок 5.)
Рис. 5. Встречается ли ток, проходящий двумя разными путями через один и тот же объект, с разным сопротивлением?
3. Если алюминиевый и медный провода одинаковой длины имеют одинаковое сопротивление, какой из них имеет больший диаметр? Почему?
4. Объясните, почему [латекс] R = {R} _ {0} \ left (1+ \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex] для температурного изменения сопротивления R объекта равен не так точен, как [латекс] \ rho = {\ rho} _ {0} \ left ({1} + \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex], что дает температурное изменение удельного сопротивления ρ .
Задачи и упражнения
1. Каково сопротивление отрезка медного провода 12-го калибра длиной 20,0 м и диаметром 2,053 мм?
2. Диаметр медного провода нулевого сечения – 8,252 мм. Найдите сопротивление такого провода длиной 1,00 км, используемого для передачи энергии.
3. Если вольфрамовая нить накала диаметром 0,100 мм в лампочке должна иметь сопротивление 0,200 Ом при 20 ° C, какой длины она должна быть?
4. Найдите отношение диаметра алюминиевого провода к медному, если они имеют одинаковое сопротивление на единицу длины (как в бытовой электропроводке).
5. Какой ток протекает через стержень из чистого кремния диаметром 2,54 см и длиной 20,0 см при приложении к нему 1,00 × 10 ³ В? (Такой стержень может быть использован, например, для изготовления детекторов ядерных частиц.)
6. (a) До какой температуры нужно нагреть медный провод, изначально равный 20,0 ° C, чтобы удвоить его сопротивление, не обращая внимания на любые изменения в размерах? (б) Происходит ли это в бытовой электропроводке при обычных обстоятельствах?
7. Резистор из нихромовой проволоки используется там, где его сопротивление не может изменяться более чем на 1.00% от его значения при 20,0ºC. В каком температурном диапазоне его можно использовать?
8. Из какого материала изготовлен резистор, если его сопротивление на 40,0% больше при 100 ° C, чем при 20,0 ° C?
9. Электронное устройство, предназначенное для работы при любой температуре в диапазоне от –10,0 ° C до 55,0 ° C, содержит резисторы из чистого углерода. В какой степени их сопротивление увеличивается в этом диапазоне?
10. (a) Из какого материала изготовлена проволока, если она имеет длину 25,0 м, диаметр 0,100 мм и сопротивление 77.7 Ом при 20,0 ° C? (б) Каково его сопротивление при 150 ° C?
11. При условии постоянного температурного коэффициента удельного сопротивления, каков максимальный процент уменьшения сопротивления константановой проволоки, начиная с 20,0 ° C?
12. Через матрицу протягивают проволоку, растягивая ее в четыре раза по сравнению с исходной длиной. По какому фактору увеличивается его сопротивляемость?
13. Медный провод имеет сопротивление 0,500 Ом при 20,0 ° C, а железный провод имеет сопротивление 0,525 Ом при той же температуре.При какой температуре их сопротивления равны?
14. (a) Цифровые медицинские термометры определяют температуру путем измерения сопротивления полупроводникового устройства, называемого термистором (который имеет α = –0,0600 / ºC), когда он находится при той же температуре, что и пациент. Какова температура пациента, если сопротивление термистора при этой температуре составляет 82,0% от его значения при 37,0 ° C (нормальная температура тела)? (b) Отрицательное значение α может не поддерживаться при очень низких температурах.Обсудите, почему и так ли здесь. (Подсказка: сопротивление не может стать отрицательным.)
15. Integrated Concepts (a) Повторите упражнение 2 с учетом теплового расширения вольфрамовой нити. Вы можете принять коэффициент теплового расширения 12 × 10 ⁻⁶ / ºC. б) На какой процент ваш ответ отличается от приведенного в примере?
16. Необоснованные результаты (a) До какой температуры нужно нагреть резистор из константана, чтобы удвоить его сопротивление, при условии постоянного температурного коэффициента удельного сопротивления? б) разрезать пополам? (c) Что необоснованного в этих результатах? (d) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?
Сноски
1 Значения сильно зависят от количества и типа примесей
2 значения при 20 ° C.
Глоссарий
удельное сопротивление:
внутреннее свойство материала, независимо от его формы или размера, прямо пропорциональное сопротивлению, обозначенное как ρ
температурный коэффициент удельного сопротивления:
эмпирическая величина, обозначенная как α , которая описывает изменение сопротивления или удельного сопротивления материала при температуре
Избранные решения проблем и упражнения
1.

СОСТОЯНИЕ	ТЕМП. C
СОСТОЯНИЕ	ТЕМП. C	R	R	R	R
Кипящая вода	100
Горячая вода	75
Теплая вода	50
Темп. В помещении	25					9035	0

количество	символ	шт.	символ	собственности…
сопротивление	R	Ом	Ом	объектов
проводимость	г	Сименс	S	объектов
удельное сопротивление	ρ	Омметр	Ом · м	материалов
проводимость	σ	siemens на метр	См / м	материалов

цвет	цифра	множитель	допуск	tcr (10 ⁻⁶ / К)
нет			± 20%
розовый		10 ⁻³
серебристый		10 ^-2	± 10%
золото		10 ^-1	± 5%
черный	0	10 ⁰⁺		± 250
коричневый	1	10 ¹⁺	± 1%	± 100
красный	2	10 ²⁺	± 2%	± 50
оранжевый	3	10 ³⁺	± 0.05%	± 15
желтый	4	10 ⁴⁺	± 0,02%	± 25
зеленый	5	10 ⁵⁺	± 0,50%	± 20
синий	6	10 ⁶⁺	± 0,25%	± 10
фиолетовый	7		± 0.10%	± 5
серый	8		± 0,01%	± 1
белый	9

σ =	Электропроводность [См / м]
n =	плотность свободных электронов [э / м ³]
e =	заряд электрона (1.60 × 10 ⁻¹⁹ С)
м _e =	масса электрона (9,11 × 10 ⁻³¹ кг)
v _{среднеквадратичное значение} =	Среднеквадратичная скорость электронов [м / с]
ℓ =	средняя длина свободного пробега [м]

металлы	ρ (нОм м)	неметаллы	ρ (Ом м)
алюминий	26,5	оксид алюминия (14 ° C)	1 × 10 ¹⁴
латунь	64	оксид алюминия (300 ° C)	3 × 10 ¹¹
хром	126	оксид алюминия (800 ° C)	4 × 10 ⁶
медь	17.1	углерод аморфный	0,35
золото	22,1	карбон, алмаз	2,7
утюг	96,1	углерод, графит	650 × 10 ⁻⁹
свинец	208	оксид индия и олова, тонкая пленка	2000 × 10 ⁻⁹
литий	92.8	германий	0,46
ртуть (0 ° C)	941	пирекс 7740	40 000
марганец	1440	кварц	75 × 10 ¹⁶
нихром	1500	кремний	640
никель	69,3	диоксид кремния (20 ° C)	1 × 10 ¹³
палладий	105.4	диоксид кремния (600 ° C)	70 000
платина	105	диоксид кремния (1300 ° C)	0,004
плутоний	1414	вода, жидкость (0 ° C)	861 900
серебристый	15,9	вода, жидкость (25 ° C)	181 800
припой	150	вода, жидкость (100 ° C)	12 740
сталь гладкая	180
сталь, нержавеющая	720
тантал	131
банка (0 ° C)	115
титан (0 ° C)	390
вольфрам	52.8
уран (0 ° C)	280
цинк	59

тип	звуков производят изменения в…	, что вызывает изменения в…	, что приводит к изменениям в…
угольный	Плотность гранул	сопротивление	напряжение
конденсатор	разделительная пластина	емкость	напряжение
динамический	расположение змеевика	флюс	напряжение
пьезоэлектрический	компрессия	поляризация	напряжение

Материал	Удельное сопротивление ρ ( Ом м )
Проводники
Серебро	1. 59 × 10 ⁻⁸
Медь	1. 72 × 10 ⁻⁸
Золото	2. 44 × 10 ⁻⁸
Алюминий	2.65 × 10 ⁻⁸
Вольфрам	5. 6 × 10 ⁻⁸
Утюг	9. 71 × 10 ⁻⁸
Платина	10. 6 × 10 ⁻⁸
Сталь	20 × 10 ⁻⁸
Свинец	22 × 10 ⁻⁸
Манганин (сплав Cu, Mn, Ni)	44 × 10 ⁻⁸
Константан (сплав Cu, Ni)	49 × 10 ⁻⁸
Меркурий	96 × 10 ⁻⁸
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr)	100 × 10 ⁻⁸
Полупроводники
Углерод (чистый)	3.5 × 10 ⁵
Углерод	(3,5 – 60) × 10 ⁵
Германий (чистый)	600 × 10 ⁻³
Германий	(1−600) × 10 ⁻³
Кремний (чистый)	2300
Кремний	0,1–2300
Изоляторы
Янтарь	5 × 10 ¹⁴
Стекло	10 ⁹-10 ¹⁴
Люцит	> 10 ¹³
Слюда	10 ¹¹ – 10 ¹⁵
Кварц (плавленый)	75 × 10 ¹⁶
Резина (твердая)	10 ¹³-10 ¹⁶
сера	10 ¹⁵
Тефлон	> 10 ¹³
Дерево	10 ⁸-10 ¹¹

Материал	Коэффициент (1 / ° C)
Проводники
Серебро	3,8 × 10 ⁻³
Медь	3,9 × 10 ⁻³
Золото	3.4 × 10 ⁻³
Алюминий	3,9 × 10 ⁻³
Вольфрам	4,5 × 10 ⁻³
Утюг	5,0 × 10 ⁻³
Платина	3,93 × 10 ⁻³
Свинец	3,9 × 10 ⁻³
Манганин (сплав Cu, Mn, Ni)	0,000 × 10 ⁻³
Константан (сплав Cu, Ni)	0.002 × 10 ⁻³
Меркурий	0,89 × 10 ⁻³
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr)	0,4 × 10 ⁻³
Полупроводники
Углерод (чистый)	−0,5 × 10 ⁻³
Германий (чистый)	−50 × 10 ⁻³
Кремний (чистый)	−70 × 10 ⁻³

Почему уменьшается сопротивление полупроводника при нагревании: почему сопротивление металла при нагревании увеличивается, а полупроводника уменьшается?

Сопротивление полупроводников – Энциклопедия по машиностроению XXL

Зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры

Зависимость сопротивления проводника от температуры

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Как изменяется сопротивление проводника при повышении температуры

Зависимость сопротивления проводника от температуры

Литература

Зависимость сопротивления проводника от температуры

Литература

Как зависит от температуры удельное сопротивление металлов

Как зависит удельное сопротивление металлов от температуры?

Влияние температуры на удельное сопротивление металлов или проводов, полупроводников и изоляторов

Температурная зависимость – электрическое сопротивление полупроводников

Таблица удельного сопротивления

07

73 1,59 x -8

07 000

Температурная зависимость удельного сопротивления – Материалы исследования для IIT JEE

Особенности курса

lab 8

Тест по теме “Электрический ток в полупроводниках”

Сопротивление и температура полупроводника

Температурная зависимость удельного сопротивления – Материалы исследования для IIT JEE

Горячий и холодный

Горячий и холодный

Следующая лаборатория

Полупроводники Содержание

MAST Домашняя страница

Влияние температуры на сопротивление

Как температура изменяет сопротивление

Температура и атомная структура

Электрическое сопротивление – Гипертекст по физике

Обсуждение

введение

резисторы

материалы

температура

разное

микрофоны

Сопротивление и удельное сопротивление | Физика II

Цели обучения

Зависимость сопротивления от материала и формы

Пример 1.Расчет диаметра резистора: нить накала фары

Температурное изменение сопротивления

Пример 2. Расчет сопротивления: сопротивление горячей нити

Сводка раздела

Концептуальные вопросы

Задачи и упражнения

Сноски

Глоссарий

Избранные решения проблем и упражнения

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ