Как изменится сопротивление проводника если проводник нагреть

Влияние температуры проводника на его сопротивление

К алюминиевому проводнику приложено напряжение и течет ток. В результате теплового действия тока происходит нагрев проводника и изменение его линейных размеров и электропроводности. Определить сопротивление проводника с учетом его нагрева.

Дано
Площадь поверхности проводника S_бок= 35 мм²;
Коэффициент конвекции α= 30 Вт/К·м.

Решение
К проводнику приложено напряжение. Сопротивление проводника, исходя из полученной силы тока может быть найдено из закона Ома:

R = ΔU·I ,
где ΔU — потеря напряжения в проводнике,
I — сила тока.

При протекании тока в проводнике в нём выделяется тепло, пропорциональное его сопротивлению. В результате этого проводник греется. Изменяется омическое сопротивление проводника.

ρ = ρ₀ · (1 + α·ΔT),

где ρ₀ — удельное сопротивление проводника при 20 °С,
α — температурный коэффициент сопротивления,
ΔT — перегрев проводника.

1. Задать номинальные размеры и проводимость проводника.
2. Приложить напряжение и посчитать ток, тепловыделение (решить задачу эл. поля постоянных токов).
3. Определить температуру проводника (решить задачу теплопередачи).
4. Определить изменение электропроводности (по формуле).
5. Определить изменение линейных размеров (решить задачу упругих деформаций).
6. Скорректировать размеры проводника и его проводимость, вернуться к п.2.

Результаты расчета:

Распределение электрического потенциала в проводнике

сопротивление проводника при нагреве увеличиватся или уменьшается? ку!))

т. е если я нагрею провод и он увеличится в сечении, то с увеличенным сечением он будет иметь большее сопротивление и меньшую пропускную способность?

Дополнен 12 лет назад
занимательная физика..)) ку!
Дополнен 12 лет назад
нее, ну вы обоснуйте ответ, а слово от балды-это не ответ.
Лучший ответ

Увеличивается, уменьшается сопротивление только от охлаждения, вспомни про сверхпроводимость при низких температурах. Думаю потому увеличивается что при нагреве там атомы колошмятятся как сумашедшии и им некогда толком через себя электроны передавать, а ток это направленное движение электронов.

ЛучшаяИскусственный Интеллект (177791) 12 лет назад
т.е если нагретый провод стал толще, то он будет иметь большее сопротивление, чем тонкий?))

штурман Оракул (64929) Да, хоть сечение и стало больше но «проходимость» металла уменьшилась намного, так что мизерным увеличением сечения вполне можно пренебречь как совсем незначимым.

Остальные ответы
увеличивается!
увеличивается

Удельное сопротивление металлов при нагревании увеличивается в результате увеличения скорости движения атомов в материале проводника с возрастанием температуры.

Источник: ку
уменьшается
Matveev EvgenyПрофи (615) 12 лет назад
Увеличивается!
увеличивается!
уменьшается!
смотря как проводник разогрелся. обычно он уже не сопротивляется а сам идет в атаку
При нагреве всё увеличивается.
ЛучшаяИскусственный Интеллект (177791) 12 лет назад
чтоже тогда холодный лёд разрывает трубу, если он должен съёжиться?
Сергей Соколов Просветленный (22077) Это свойство воды, а не металла

Удельное сопротивление металлов при нагревании увеличивается в результате увеличения скорости движения атомов в материале проводника с возрастанием температуры. Удельное сопротивление электролитов и угля при нагревании, наоборот, уменьшается, так как у этих материалов, кроме увеличения скорости движения атомов и молекул, возрастает число свободных электронов и ионов в единице объема.
Некоторые сплавы, обладающие большим удельным сопротивлением, чем составляющие их металлы, почти не меняют удельного сопротивления с нагревом (константан, манганин и др.) . Это объясяняется неправильной структурой сплавов и малым средним временем свободного пробега электронов.
Величина, показывающая относительное увеличение сопротивления при нагреве материала на 1° (или уменьшение при охлаждении на 1°), называется температурным коэффициентом сопротивления.
Например, для вольфрама он равен 0,004 1/град. Поэтому при нагреве на 100° их сопротивление возрастает на 40%. Для железа α = 0,006 1/град, для латуни α = 0,002 1/град, для фехрали α = 0,0001 1/град, для нихрома α = 0,0002 1/град, для константана α = 0,00001 1/град, для манганина α = 0,00004 1/град. Уголь и электролиты имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Температурный коэффициент для большинства электролитов равен примерно 0,02 1/град.
Свойство проводников изменять свое сопротивления в зависимости от температуры используется в термометрах сопротивления. Измеряя сопротивление, определяют расчетным путем окружающую температуру. Константан, манганин и другие сплавы, имеющие очень небольшой температурный коэффициент сопротивления применяют для изготовления шунтов и добавочных сопротивлений к измерительным приборам.
Свойство материалов изменять свое электрическое сопротивление при нагреве или охлаждении используется для измерения температур. Так, термосопротивления, представляющие собой проволоку из платины или чистого никеля, вплавленные в кварц, применяются для измерения температур от -200 до +600°. Полупроводниковые термосопротивления с большим отрицательным коэффициентом применяются для точного определения температур в более узких диапазонах.
Термисторы имеют высокий отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть при нагреве их сопротивление уменьшается. Термисторы выполняют из оксидных (подвергнутых окислению) полупроводниковых материалов, состоящих из смеси двух или трех окислов металлов. Наибольшее распространение имеют медно-марганцевые и кобальто-марганцевые термисторы. Последние более чувствительны к температуре.

Источник: Как то так. Сам еле понял)))
увеличиватся

Я просто знаю, что при охлаждении до критических температур сопротивление резко падает, что очень благоприятно для электроники. А значит при увеличении температуры что происходит? Правильно — увеличение сопротивления. Методом от обратного, так сказать.))

ЛучшаяИскусственный Интеллект (177791) 12 лет назад

вот и объясни-где проще току пройти-по толстому проводу или по тонкому? толстый-это нагретый тонкий..

Как и почему изменяется электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление — это свойство материала противостоять движению электрического тока. Оно определяет, как легко или трудно ток может протекать через материал. Изменение электрического сопротивления может быть вызвано различными факторами и имеет важные последствия для различных электрических и электронных устройств.

Один из ключевых факторов, влияющих на изменение электрического сопротивления, — это изменение физических свойств материала, через который протекает электрический ток. Например, при изменении температуры материала, его сопротивление может меняться.

Обычно сопротивление металлов увеличивается с увеличением температуры, в то время как у полупроводников оно может уменьшаться. Это объясняется изменением количества свободных электронов и тепловым движением атомов в материале.

Другой фактор, влияющий на изменение сопротивления, — это геометрия проводника или элемента схемы. Сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально его площади поперечного сечения. Это объясняет, почему тонкий провод имеет большее сопротивление, чем толстый провод той же длины и материала.

Например, если длина проводника увеличивается или его сечение уменьшается, сопротивление также увеличивается. Это связано с увеличением пути, который должен пройти электрический ток, или с уменьшением количества свободных носителей заряда.

Сопротивление также может изменяться под воздействием внешнего поля, например, магнитного или электрического.

В некоторых материалах сопротивление может меняться в зависимости от приложенного напряжения или тока. Это явление называется переменным сопротивлением и используется в различных устройствах, таких как резисторы с переменным сопротивлением или термисторы, которые меняют свое сопротивление в зависимости от температуры.

Почему возникает сопротивление

Сопротивление возникает из-за взаимодействия электрического тока с материалом, через который он проходит. Это взаимодействие проявляется в виде различных физических явлений, которые препятствуют свободному движению заряженных частиц (обычно электронов) внутри материала.

Основные факторы, влияющие на возникновение сопротивления, включают:

• Столкновения электронов: При движении электронов через материал они могут сталкиваться с атомами, ионы или другими дефектами в структуре материала. Эти столкновения вызывают изменение направления движения электронов и приводят к рассеянию энергии, что создает сопротивление.
• Ионизация и диссоциация: В некоторых материалах, особенно в газах и электролитах, электрический ток вызывает ионизацию или диссоциацию молекул. Это приводит к образованию положительных и отрицательных зарядов, которые создают электрическое поле, препятствующее движению заряженных частиц и создающее сопротивление.
• Влияние температуры: Повышение температуры материала может увеличить его сопротивление. Это связано с увеличением количества столкновений электронов с атомами, ионами или фононами (квантами колебаний решетки) вещества при повышении их теплового движения.
• Геометрические факторы: Форма и размеры проводника также влияют на его сопротивление. Более узкий или длинный проводник имеет большее сопротивление по сравнению с широким и коротким проводником той же материальной составляющей.

Сопротивление можно описать с помощью закона Ома, который говорит о том, что сила тока, протекающего через проводник, пропорциональна напряжению, приложенному к этому проводнику, и обратно пропорциональна его сопротивлению: Закон Ома для участка цепи

Почему уменьшается сопротивление

Уменьшение электрического сопротивления может происходить по разным причинам в зависимости от материала и условий. Вот несколько основных причин, почему сопротивление может уменьшаться:

• Сопротивление может уменьшаться при повышении температуры. Это объясняется тепловым движением атомов в материале, которое увеличивает подвижность электронов и, следовательно, уменьшает их столкновения с примесями или другими дефектами в материале. В результате сопротивление уменьшается, и электрический ток может легче протекать через материал.
• Добавление примесей или легирование материала может изменить его электрические свойства, включая сопротивление. Некоторые примеси могут увеличить концентрацию свободных носителей заряда или улучшить их подвижность, что приводит к уменьшению сопротивления. Примером такого материала является легированный полупроводник, используемый в транзисторах или диодах.
• Изменение структуры материала может также влиять на его сопротивление. Например, в некоторых материалах, таких как металлы, сопротивление может уменьшаться при растяжении или деформации материала. Это связано с изменением межатомных расстояний и электронной структуры материала.
• В наномасштабных структурах, таких как квантовые точки или нанопроволоки, эффекты квантовой механики могут приводить к уменьшению сопротивления. В этих структурах электроны ограничены пространством и имеют ограниченное количество доступных энергетических состояний, что может способствовать более свободному движению электронов и уменьшению сопротивления.

Почему увеличивается сопротивление

Увеличение электрического сопротивления также может быть обусловлено различными факторами. Вот несколько основных причин, почему сопротивление может увеличиваться:

• Сопротивление может увеличиваться при повышении температуры. Это происходит из-за увеличения количества столкновений электронов с атомами материала, вызванных их более активным тепловым движением. В результате увеличивается электрическое сопротивление.
• Если поверхность проводника окисляется или загрязняется, это может привести к увеличению его сопротивления. Окисленные слои или наличие загрязнений на поверхности могут создавать дополнительное сопротивление для протекающего тока.
• Изменение состава материала может привести к увеличению его сопротивления. Например, добавление примесей или изменение концентрации свободных носителей заряда может увеличить сопротивление материала.
• В некоторых материалах сопротивление может увеличиваться с увеличением напряжения или тока. Это происходит из-за эффектов насыщения, связанных с наличием ограниченного количества свободных носителей заряда или ограничений на их движение в материале.

У каких материалов сопротивление повышается с увеличением температуры, а у каких уменьшается?

В общем случае, повышение температуры может привести как к увеличению, так и к уменьшению сопротивления в зависимости от материала. Однако существуют два основных класса материалов, у которых сопротивление ведет себя по-разному при изменении температуры: металлы и полупроводники.

В большинстве металлов сопротивление увеличивается с увеличением температуры. Это связано с увеличением количества столкновений электронов с атомами вещества при повышении их теплового движения.

При повышении температуры атомы колеблются более интенсивно, создавая больше препятствий для свободного движения электронов. Таким образом, в металлах сопротивление возрастает при повышении температуры.

В отличие от металлов, у большинства полупроводников сопротивление уменьшается с увеличением температуры.

При повышении температуры энергия теплового движения стимулирует свободные электроны в полупроводнике, делая их более подвижными. Это уменьшает вероятность их столкновений с примесями или дефектами, что ведет к снижению сопротивления полупроводника.

Однако стоит отметить, что существуют исключения в обоих классах материалов, и некоторые металлы и полупроводники могут иметь необычное поведение сопротивления при изменении температуры.

Также стоит учесть, что речь идет о поведении сопротивления в определенном температурном диапазоне, и за пределами этого диапазона могут действовать другие факторы, которые могут изменить характеристики материала.

Для чего нужно знать как изменяется сопротивление

Изменение электрического сопротивления имеет важное значение для работы электрических устройств.

Например, сопротивление проводников в электрической цепи определяет потери энергии в виде тепла и эффективность передачи энергии.

Контроль сопротивления в различных электрических и электронных устройствах позволяет регулировать и управлять электрическим током, обеспечивая надлежащую работу устройств.

Изменение сопротивления также играет важную роль в различных электронных приборах и датчиках.

Например, термисторы используются для измерения и контроля температуры. Их сопротивление меняется с изменением температуры, что позволяет определить и регулировать тепловые процессы в системе.

Другой пример — фотодиоды и фоторезисторы, которые изменяют свое сопротивление в зависимости от освещенности. Это позволяет использовать их для измерения светового потока или автоматического регулирования освещенности.

Изменение сопротивления также может быть использовано для защиты электрических цепей от повреждений. Резисторы используются в цепях сброса напряжения, чтобы предотвратить повышенные значения тока при перегрузке или коротком замыкании. Они действуют как ограничители тока, поглощая избыточную энергию и предотвращая повреждение устройств.

Наконец, изменение электрического сопротивления играет важную роль в области микроэлектроники.

Материалы с переменным сопротивлением, такие как ферромагнитные материалы или полупроводники, используются для создания элементов памяти или регулирования сигналов в электронных устройствах.

Также, полевые транзисторы, которые управляют током с помощью изменения сопротивления в канале, являются ключевыми компонентами микроэлектронных устройств.

Изменение электрического сопротивления играет значимую роль в функционировании электрических устройств и систем. Оно позволяет контролировать ток, измерять различные параметры, регулировать энергию и обеспечивать надежность работы устройств. Понимание этих процессов важно для разработки новых технологий и оптимизации существующих электрических и электронных устройств.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

СИБЭЛЕКТРОТЕХНИК

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И МЕХАНИЗМОВ, РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ НЕСТАНДАРТНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Сопротивление проводников

Зависимость сопротивления от физических условий.

Сопротивление проводников (или обратная величина — их проводимость) не есть величина постоянная, а может меняться в зависимости от физических условий, в которых находятся эти проводники, и прежде всего (для большинства проводников) — от температуры.
Сопротивление некоторых тел изменяется от воздействия магнитного поля, от механических воздействий, от действия световых лучей и т. п.
Сопротивление металлов увеличивается с увеличением температуры; сопротивление угля, металлических земель и электролитов с повышением температуры уменьшается.
С достаточным приближением в каком-нибудь интервале температур сопротивление металлического проводника может быть выражено через

а в первом приближении в пределах небольших изменений температур от 0 до 100 градусов Цельсия через
Таблица проводимости материалов

Температурный коэффициент удельного сопротивления, а для всех чистых металлов имеет величину, приблизительно равную тепловому коэффициенту расширения идеальных газов:

Это обстоятельство можно было бы формулировать и таким образом, что сопротивление проводника пропорционально его абсолютной температуре (измеряемой в градусах Кельвина). Действительно,

Особый интерес представляют сплавы. Если металлы, входящие в сплав, не растворяются друг в друге, т. е. если сплавы состоят из обособленных кристаллов этих металлов, то проводимость и коэффициент проводимости могут быть подсчитаны по правилу смешения (например, кадмий — цинк). Если же составные металлы растворяются друг в друге в любом соотношении, то сплавы имеют более высокие удельные сопротивления, чем их компоненты и очень низкий температурный коэффициент. Этим свойством пользуются при изготовлении материалов с высоким удельным сопротивлением, например, никелина, нихрома, манганина, константана и т. д. (см. таблицу проводимости материалов) для реостатов, эталонов сопротивления и т. п.
Пониженная проводимость получается также от прибавления к меди фосфора или силиция, что делается для достижения большей механической прочности меди, например, при изготовлении телеграфных и телефонных проводов для воздушных линий.
При переходе из одного агрегатного состояния в другое, например, при плавлении, удельное сопротивление почти всех металлов и их температурный коэффициент увеличиваются (для сурьмы и висмута имеет место обратное явление).
В металлах, подверженных внешнему давлению, сопротивление с повышением давления за весьма малыми исключениями уменьшается. То же, но в значительно большей степени, наблюдается для порошкообразных тел, например, для металлических или угольных порошков. Последним свойством пользуются в так называемых угольных микрофонах, где мембрана, колеблясь под действием звуков, давит на порошок и изменяет его сопротивление.
В отношении влияния магнитного поля на электрическое сопротивление металлов следует указать, что для так называемых ферромагнитных тел (железа, никеля, кобальта) наблюдается увеличение сопротивления, когда направление поля совпадает с направлением тока, и уменьшение сопротивления, когда магнитное поле перпендикулярно к направлению тока. Для диамагнитных тел, наиболее характерным из которых является висмут, при помещении их в магнитное поле имеет место весьма значительное повышение сопротивления (при увеличении напряженности поля) от 0 до 12500 А/см сопротивление висмута увеличивается на 75%. Этим свойством пользуются для измерения сильных магнитных полей

Проводимость в некоторых случаях зависит также от световых лучей, падающих на проводник. В этом отношении особенно выделяется так называемый серый селен, который может быть получен или в кристаллической модификации при медленном остывании (от 200 градусов Цельсия) или в металлической модификации при быстром охлаждении. Первая модификация наиболее светочувствительна. Чем сильнее освещать селен, тем больше падает его сопротивление. На этом влиянии световых лучей на селен, которое более всего проявляет в красной и жёлтой частях спектра, построены так называемые световые реле, которые, однако, обладают тем недостатком, что изменение проводимости наступает с некоторым запозданием и затем при длительном действии света, селен перестает реагировать на изменение силы света.

НАШИ ОСНОВНЫЕ ПОЗИЦИИ

• ТИРИСТОРНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
• ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА
• ТИРИСТОРНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
• ТИРИСТОРНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ МОЩНОСТИ
• ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
• НЕСТАНДАРТНОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
• РЕГУЛЯТОРЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ РВТ10 и РВТ63
• ПЛАТЫ ПУ129 и ПС305
• КОНТАКТОР ТИРИСТОРНЫЙ
• ТРАНСФОРМАТОРЫ