Зависимость сопротивления от температуры в жидкостях
Перейти к содержимому

Зависимость сопротивления от температуры в жидкостях

  • автор:

Зависимость сопротивления проводника от температуры

Каждое вещество имеет свое удельное сопротивление. Причем сопротивление будет зависеть от температуры проводника. Убедимся в этом, проведя следующий опыт.

Пропустим ток через стальную спираль. В цепи со спиралью подключим последовательно амперметр. Он покажет некоторое значение. Теперь будем нагревать спираль в пламени газовой горелки. Значение силы тока, которое покажет амперметр, уменьшится. То есть, сила тока будет зависеть от температуры проводника.

Изменение сопротивления в зависимости от температуры

Пусть при температуре 0 градусов, сопротивление проводника равняется R0, а при температуре t сопротивление равно R, тогда относительное изменение сопротивления будет прямо пропорционально изменению температуры t:

В данной формуле а – коэффициент пропорциональности, который называют еще температурным коэффициентом. Он характеризует зависимость сопротивления, которым обладает вещество, от температуры.

Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании его на 1 Кельвин.

Для всех металлов температурный коэффициент больше нуля. При изменениях температуры он будет незначительно меняться. Поэтому, если изменение температуры невелико, то температурный коэффициент можно считать постоянным, и равным среднему значению из этого интервала температур.

Растворы электролитов с ростом температуры сопротивление уменьшается. То есть для них температурный коэффициент будет меньше нуля.

Сопротивление проводника зависит от удельного сопротивления проводника и от размеров проводника. Так как размеры проводника при нагревании меняются незначительно, то основной составляющей изменения сопротивления проводника является удельное сопротивление.

Зависимость удельного сопротивления проводника от температуры

Попытаемся найти зависимость удельного сопротивления проводника от температуры.

Подставим в полученную выше формулу значения сопротивлений R=p*l/S R0=p0*l/S.

Получим следующую формулу:

Температурный коэффициент можно считать постоянным, следовательно, удельное сопротивление проводника будет прямо пропорционально температуре проводника.

Данная зависимость представлена на следующем рисунке.

Попробуем разобраться, почему увеличивается сопротивление

Когда мы повышаем температуру, то увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решетки. Следовательно, свободные электроны будут чаще с ними сталкиваться. При столкновении они будет терять направленность своего движения. Следовательно, сила тока будет уменьшаться.

Зависимость сопротивления проводника от температуры, широко используется в технике и физике. Например, в изготовлении термометров сопротивления.

Зависимость сопротивления от температуры

Как известно, в проводниках наблюдается зависимость электрического сопротивления от температуры. Чем больше проводник нагревается, тем больше его сопротивление. Это занятие будет посвящено решению задач на данную тему.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.

2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.

3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ

Конспект урока «Зависимость сопротивления от температуры»

«Всё это так не потому что я такой умный.

Это всё из-за того, что я долго

не сдаюсь при решении задач»

Альберт Эйнштейн

Данная тема посвящена решению задач на зависимость сопротивления проводника от температуры

Задача 1. Найдите сопротивление алюминиевого провода длиной 20 м и площадью поперечного сечения 2 мм 2 при температуре 70 ºС, учитывая то, что в таблице указаны значения удельных сопротивлений при температуре 20 ºС.

Зависимость удельного сопротивления от температуры имеет вид

Тогда при температуре 70 ºС

Сопротивление проводника можно определить по формуле

Тогда при температуре 70 ºС

Ответ: 0,32 Ом.

Задача 2. На баллоне лампы накаливания написано 220 В, 100 Вт. Когда нить накала была холодной, т.е. комнатной температуры, на неё подали напряжение 2 В и измерили силу тока. Ток оказался равен 50 мА. Найдите приблизительно температуру накала, нити, учитывая то, что она сделана из вольфрама.

Из формулы для определения мощности электрического тока определим сопротивление

Запишем закон Ома для участка цепи

Запишем зависимость сопротивления от температуры

Запишем выражение для сопротивления при некоторой температуре t1

Тогда отношение сопротивлений

Выразим из данной формулы температуру t

Значения сопротивлений при температурах t и t1 равны

Ответ: приблизительная температура накала нити 2462 ºС.

Задача 3. Медный провод нагревается под действием электрического тока от 0 до 25 ºС за 3 мин. Через провод протекает ток 50 А. Предполагая, что изменение силы тока незначительно, найдите работу тока при нагревании провода. Сопротивление провода при 0 ºС равно 200 мОм.

Работа электрического тока рассчитывается по формуле

Мощность электрического тока

Начальное сопротивление – это сопротивление при нуле градусах

Чтобы вычислить сопротивление при 25 ºС, необходимо записать зависимость сопротивления от температуры

Вычислим мощность тока при 0 и 25 ºС

Как видно из формулы, мощность линейно зависит от сопротивления, а сопротивление, в свою очередь, линейно зависит от температуры. Поэтому, мощность будет линейно зависеть от температуры.

Чтобы найти работу тока, необходимо построить график зависимости мощности от времени.

Чтобы найти работу тока, необходимо найти площадь под графиком. Площадь трапеции равна

Ответ: 94,5 кДж.

Задача 4. К концам проволоки приложено некоторое напряжение. По мере нагревания проволоки до 50 ºС, сила тока уменьшилась от 1 до 0,9 А. Найдите начальную температуру проволоки, если её температурный коэффициент сопротивления равен 0,004 ºС –1 .

Запишем закон Ома для участка цепи

Исходя из данного закона запишем сопротивление проволоки при начальной и конечной температурах

Отношение этих сопротивлений равно

Зависимость сопротивления от температуры

Тогда для начальной и конечной температуры сопротивления равня

Отношения этих сопротивлений

Приравняем две формулы выражающие отношения сопротивлений

Из последней формулы выразим начальную температуру

Ответ: 20 ºС

Задача 5. Две одинаковые проволоки подключены параллельно. Одна из этих проволок помещена в тающий лёд, а другая находится при температуре 20 ºС. Температурный коэффициент сопротивления проволок равен 0,01 ºС –1 . Сравните общее сопротивление этого участка с сопротивлением, которое было бы, если бы обе проволоки находились при температуре 20 ºС.

Зависимость сопротивления от температуры имеет вид

Тогда при температурах 0 ºС и 20 ºС

При параллельном соединении

Если две одинаковые проволоки находятся при одной и той же температуре, то их сопротивления равны

При параллельном соединении

Тогда отношение сопротивлений равно

Ответ: если бы две проволоки находились при температуре 20 ºС, то сопротивление данного участка было бы в 1,1 раз больше.

Зависимость сопротивления от температуры в жидкостях

Руководитель и главный редактор сайта, автор статей.
Опыт работы 5 лет.

Существуют различные условия, при которых носители заряда проходят через определенные материалы. И на заряд электрического тока прямое влияние имеет сопротивление, у которого есть зависимость от окружающей среды. К факторам, которые изменяют протекание электротока, относится и температура. В этой статье мы рассмотрим зависимость сопротивления проводника от температуры.

Металлы

Как температура влияет на металлы? Чтобы узнать эту зависимость был проведен такой эксперимент: батарейку, амперметр, проволоку и горелку соединяют между собой с помощью проводов. Затем необходимо замерить показание тока в цепи. После того как показания были сняты, нужно горелку поднести к проволоке и нагреть ее. При нагревании проволоки видно, что сопротивление возрастает, а проводимость металла уменьшается.

Нагрев проволоки

  1. Металлическая проволока
  2. Батарея
  3. Амперметр

Зависимость указывается и обосновывается формулами:

Расчет зависимости сопротивления металлов от температуры

Из этих формул следует, что R проводника определяется по формуле:

Расчет сопротивления металлических проводников

Пример зависимости сопротивления металлов от температуры предоставлен на видео:

Также нужно уделить внимание такому свойству, как сверхпроводимость. Если условия окружающей среды обычные, то охлаждаясь, проводники уменьшают свое сопротивление. График ниже показывает, как зависит температура и удельное сопротивление в ртути.

Ртуть

Сверхпроводимость – это явление, которое возникает, когда материалом достигается критическая температура (по Кельвину ближе к нулю), при которой сопротивление резко уменьшается до нуля.

Газы

Газы выполняют роль диэлектрика и не могут проводить электроток. А для того чтобы он сформировался необходимы носители зарядов. В их роли выступают ионы, и они возникают за счет влияния внешних факторов.

Зависимость можно рассмотреть на примере. Для опыта используется такая же конструкция, что и в предыдущем опыте, только проводники заменяются металлическими пластинами. Между ними должно быть небольшое пространство. Амперметр должен указывать на отсутствие тока. При помещении горелки между пластинами, прибор укажет ток, который проходит через газовую среду.

Ниже предоставлен график вольт-амперной характеристики газового разряда, где видно, что рост ионизации на первоначальном этапе возрастает, затем зависимость тока от напряжения остается неизменная (то есть при росте напряжения ток остается прежний) и резкий рост силы тока, который приводит к пробою диэлектрического слоя.

Вольт-амперная характеристика газового разряда

Рассмотрим проводимость газов на практике. Прохождение электрического тока в газах применяется в люминесцентных светильниках и лампах. В этом случае катод и анод, два электрода размещают в колбе, внутри которой есть инертный газ. Как зависит такое явление от газа? Когда лампа включается, две нити накала разогреваются, и создается термоэлектронная эмиссия. Внутри колба покрывается люминофором, который излучает свет, который мы видим. Как зависит ртуть от люминофора? Пары ртути при бомбардировании их электронами образуют инфракрасное излучение, которое в свою очередь излучает свет.

Схема люминесцентной лампы

Если приложить напряжение между катодом и анодом, то возникает проводимость газов.

Жидкости

Проводники тока в жидкости – это анионы и катионы, которые движутся за счет электрического внешнего поля. Электроны обеспечивают незначительную проводимость. Рассмотрим зависимость сопротивления от температуры в жидкостях.

Нагрев жидкости

  1. Электролит
  2. Батарея
  3. Амперметр

Зависимость воздействия электролитов от нагревания прописывает формула:

Сопротивление электролита

Где а – отрицательный температурный коэффициент.

Как зависит R от нагрева (t) показано на графике ниже:

Зависимость сопротивления жидкости от температуры

Такая зависимость должна учитываться, когда осуществляется зарядка аккумуляторов и батарей.

Полупроводники

А как зависит сопротивление от нагрева в полупроводниках? Для начала поговорим о терморезисторах. Это такие устройства, которые меняют свое электрическое сопротивление под воздействием тепла. У данного полупроводника температурный коэффициент сопротивления (ТКС) на порядок выше металлов. Как положительные, так и отрицательные проводники, они имеют определенные характеристики.

Сопротивление терморезисторов

Где: 1 – это ТКС меньше нуля; 2 – ТКС больше нуля.

Чтобы такие проводники, как терморезисторы приступили к работе, за основу берут любую точку на ВАХ:

  • если температура элемента меньше нуля, то такие проводники используются в качестве реле;
  • чтобы контролировать изменяющийся ток, а также, какая температура и напряжение, используют линейный участок.

ВАХ позистора

Терморезисторы применяются, когда осуществляется проверка и замер электромагнитных излучений, что осуществляются на сверхвысоких частотах. Благодаря этому данные проводники используют в таких системах, как пожарной сигнализации, проверке тепла и контроль употребления сыпучих сред и жидкостей. Те терморезисторы, у которых ТКС меньше нуля, применяются в системах охлаждения.

Теперь о термоэлементах. Как влияет явление Зеебека на термоэлементы? Зависимость заключается в том, что такие проводники функционируют на основе данного явления. Когда температура места соединения повышается при нагревании, на стыке замкнутой цепи появляется ЭДС. Таким образом, проявляется их зависимость и тепловая энергия обращается в электричество. Чтобы полностью понять процесс, рекомендую изучить нашу инструкцию о том, как сделать термоэлектрический генератор своими руками.

Термоэлемент

Такое устройство носит название термопары. Термоэлементы применяются как источники тока малой мощности, а также для измерения температур цифрового вычислительного прибора, у которых размеры должны быть маленькие, а показания точные.

Подробнее о полупроводниках, и влияние нагрева на их сопротивление рассказывается на видео:

Ну и последнее, о чем хотелось бы рассказать — холодильники и полупроводниковые нагреватели. Полупроводниковые спаи обеспечивают в конструкции разность температур до шестидесяти градусов. Благодаря этому и был сконструирован холодильный шкаф. Температура охлаждения в такой камере достигает – 16 градусов. В основу работы элементов лежит применение термоэлементов, через которые проходит электрический ток.

Вот мы и рассмотрели зависимость сопротивления проводника от температуры. Надеемся, предоставленная информация была для вас понятной и полезной!

Наверняка вы не знаете:

  • Что такое цветовая температура светодиодных ламп
  • Диэлектрические потери в диэлектриках
  • Сравнение характеристик мультиметров

Опубликовано 07.02.2017 Обновлено 21.10.2017 Пользователем Александр (администратор)

Зависимость сопротивление от температуры

Тема: Зависимость электрического сопротивления от температуры. Сверхпроводимость

4 слайд Зависимость электрического сопротивления от температуры.

Температурный коэффициент характеризует зависимость электрических свойств вещества проводника от температуры.
Единицей измерения температурного(термического) коэффициента сопротивления в СИ является К-1.

В 1911 году нидерландский физик Х. Камерлинг-Оннес обнаружил интересное явлен.

6 слайд В 1911 году нидерландский физик Х. Камерлинг-Оннес обнаружил интересное явление. Ученый охлаждал различные металлы и измерял их сопротивление.Выяснилось что при некоторой критической температуре сопротивление скачком падало почти до 0. Для ртути он получил критическую температуру равную 4,12 К (-269). Это явление сверхпроводимости.
Сверхпроводимостью называется явление резкого уменьшения сопротивления чистых металлов и ряда сплавов почти до нулевого значения при температурах, близких к абсолютному нулю. Материалы, обнаруживающие это явление, называются сверхпроводниками.
Прохождение тока в сверхпроводнике происходит без потерь энергии, поэтому однажды возбуждённый в сверхпроводящем кольце ток может идти неограниченно долго без изменения.

Задача 1. Сопротивление медного провода при 0°С равно 4 Ом. Найдите его сопро.

7 слайд Задача 1. Сопротивление медного провода при 0°С равно 4 Ом. Найдите его сопротивление при 50 °С, если температурный коэффициент сопротивления меди α = 4,3 • 10-3К-1

Задача 2. Сопротивление проводника при 20 °С равно 25 Ом, а при 35 °С — 25,17.

8 слайд Задача 2. Сопротивление проводника при 20 °С равно 25 Ом, а при 35 °С — 25,17 Ом Найдите температурный коэффициент сопротивления.

Дано: Решение: Ответ:

Получите профессию

Технолог-калькулятор общественного питания

за 6 месяцев Пройти курс

Рабочие листы
к вашим урокам Скачать Выбранный для просмотра документ Зависимость сопротивления от температуры.docx

Тема: Зависимость электрического сопротивления от температуры. Сверхпроводимость

Цели урока:

Образовательные: сформировать понятия: температурный коэффициент сопротивления, сверхпроводимость; создать условия для формирования у обучающихся представления об электрическом сопротивлении, научить решать задачи на применение формулы зависимости сопротивления проводника от температуры;

  1. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
  2. Что называют сопротивлением?
  3. Что принято за единицу сопротивления?
  4. От чего и как зависит сопротивление проводника?
  5. Что называется удельным сопротивлением проводника?
  6. Каковы единицы удельного сопротивления проводника?
  7. Что называют сила тока?
  8. Что называют электрическим напряжением?

3. Самостоятельная работа по домашнему заданию(10мин)

Привести в соответствие строки в 1 и 2 графе

1) Электрическое сопротивление проводника

А) сопротивление проводника из данного вещества длиной 1м, площадью поперечного сечения 1м 2

2) Какие вещества имеют большое уд.сопротивление

Б) Удельное сопротивление проводника рассчитывается по формуле

3)

В) прибор для измерения сопротивления

4) Единица измерения сопротивления

Г) прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника

5)

Д)

6) Единица измерения удельного сопротивления

Е) Сопротивление проводника рассчитывается по формуле

Ж) фарфор, эбонит

8) Причина электрического сопротивления

З)

9) Удельным сопротивлением проводника называется

И) столкновения электронов и ионов

10)

К) Сопротивление проводника рассчитывается по формуле через закон Ома

Код ответов

1 – Г, 2 – Ж, 3 – Е, 4 – З, 5 – Б, 6 – Д, 7 – В, 8 – И, 9 – А, 10 – К.

Контроль со стороны учителя по поднятой руке учащихся (кто выполнил задание 9-10 правильных ответов – «5», 6-8 правильных ответов – «4», 3-5 правильных ответов – «3», есть ли те, кто не справился с заданием)

4. Изучение нового материала. Видео. (20 мин)

Тема сегодняшнего урока «Зависимость электрического сопротивления от температуры. Сверхпроводимость»

Открываем учебники записываем тему урока.

Сопротивление проводника R зависит от его размеров и материала. Также сопротивление проводника зависит от его температуры. Давайте посмотрим видео с опытом со спиралеобразной проволокой.

Как вы заметили, что ток в цепи уменьшается по мере нагревания спирали. Сделаем вывод: сопротивление железной проволоки при нагревании увеличивается.

У всех металлов сопротивление при нагревании увеличивается, другое дело чистый это металл или сплав. Имеются специальные сплавы, сопротивление которых почти не меняется при повышении температуры. К таким сплавам относятся константан и манганин.

Почему же возрастает сопротивление при нагревании как вы думаете?

Дело в том, что при повышении температуры проводника усиливаются колебания ионов в узлах кристаллической решетки. В результате этого электроны чаще сталкиваются с ионами и это мешает протеканию тока.

Зависимость электрического сопротивления от температуры.

Температурный коэффициент характеризует зависимость электрических свойств вещества проводника от температуры.

Единицей измерения температурного(термического) коэффициента сопротивления в СИ является К -1 .

Графически это можно представить так:

http://images.myshared.ru/4/163962/slide_4.jpg http://uslide.ru/images/7/13581/960/img12.jpg

Зависимость сопротивления проводника от температуры используется в устройстве термометров сопротивления. Один из точных термометров является платиновый.

В 1911 году нидерландский физик Х. Камерлинг-Оннес обнаружил интересное явление. Ученый охлаждал различные металлы и измерял их сопротивление.Выяснилось что при некоторой критической температуре сопротивление скачком падало почти до 0. Для ртути он получил критическую температуру равную 4,12 К (-269 ). Это явление сверхпроводимости.

Сверхпроводимостью называется явление резкого уменьшения сопротивления чистых металлов и ряда сплавов почти до нулевого значения при температурах, близких к абсолютному нулю. Материалы, обнаруживающие это явление, называются сверхпроводниками.

Прохождение тока в сверхпроводнике происходит без потерь энергии, поэтому однажды возбуждённый в сверхпроводящем кольце ток может идти неограниченно долго без изменения.

5 . Подведение итогов, выставление оценок. (1 мин)

6 . Постановка Д/З. Учебник 8 класса §42. (1 мин)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *