При нагреве сопротивление увеличивается или уменьшается: почему сопротивление металла при нагревании увеличивается, а полупроводника уменьшается?

почему сопротивление металла при нагревании увеличивается, а полупроводника уменьшается?

1. Тело тонет в жидкости, если1) действующая на него сила тяжести равна архимедовой силе2) сила тяжести больше архимедовой силы3) архимедова сила на н
…

его не действует4) архимедова сила больше силы тяжести2. Тело всплывает в жидкости, если1) архимедова сила на него не действует2) архимедова сила равна силе тяжести, действующей на тело3) сила тяжести больше архимедовой силы4) сила тяжести меньше архимедовой силы3. Тела плавают внутри жидкости в любом положении, если1) архимедова сила равна силе тяжести2) сила тяжести меньше архимедовой силы3) архимедова сила не действует на тело4) сила тяжести больше архимедовой силы4. Условие плавания тела внутри жидкости:1) FА > Fтяж 2) FА < Fтяж3) FА = Fтяж4) отсутствие архимедовой силы5. Условие при котором тело тонет в жидкости:1) FА < Fтяж2) FА = Fтяж3) FА > Fтяж4) Среди ответов нет верного6. Условие всплытия тела в жидкости:1) FА = Fтяж2) FА < Fтяж3) FА = 04) FА > Fтяж7. Если плотность сплошного тела больше плотности жидкости, то 1) тело всплывает2) тело находится внутри жидкости в равновесии3) тело тонет4) тело плавает на поверхности жидкости, погрузившись в неё частично8. Если плотность предмета меньше плотности жидкости, то1) предмет плавает внутри жидкости2) он тонет3) он плавает на поверхности жидкости так, что некоторая его часть находится под водой9. В сосудах с водой, машинным маслом и ртутью плавают одинаковые деревянные брусочки. В каком из этих сосудов ртуть, в каком — вода?1) Ртуть — №1, вода — №32) Ртуть — №2, вода — №13) Ртуть — №3, вода — №24) Ртуть — №1, вода — №210. Пробирка с песком №1 всплывает, №3 — тонет, №2 — плавает внутри жидкости. На какую из них действует архимедова сила, превышающая силу тяжести? Действует ли выталкивающая сила на пробирку, которая тонет?1) №3; да2) №2; нет3) №1; да4) №2; да11. В сосуд с водой опускают кубики одинакового объёма, изготовленные из парафина, дуба и пробки. Какой из них погрузится в жидкость на самую малую глубину?1) из парафина2) из дуба3) из пробки4) погрузятся одинаково12. В сосуде находится вода (№3). В него наливают бензин (№1), а затем нефть (№2). Спустя некоторое время жидкости располагаются слоями. Какая из них образует средний слой?1) №12) №23) №3​

определите вес вытесненной воды: Рвыт=ρжVтgP1=P2=помогите пожалуйста ​

Решите тесты по физике ​

Решите тесты по физике ​

определите вес вытесненной воды: Рвыт=ρжVтgP1=P2=​

4. Два проводника имеют сопротивления Один5 Ом, другой 500 Ом. Почему при последовательномсоединении этих проводников их общее сопротивле-ние будет бо
…

льше 500 Ом, а при параллельном со-единении меньше 5 Ом?​

Помогите пожалуйста очень срочно нужно!!!!!даю 10 баллов!помогите ​

4. Первый резистор с сопротивлением R1 = 4 Ом подключен последовательно к двум резисторам, соединенным параллельно. Сопротивление второго резистора R2
…

= 2 Ом и третьего R3 = 8 Ом. [4]
a. Начертите схему смешанного соединения.
_____________________________________________________________________________
b. Определите общее сопротивление.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
c. Определите силу тока в цепи и силу тока во втором резисторе, если общее напряжение 12 В
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________
d. Определите мощность и работу тока за 60 с.
________________________________________________________________________________

помогите с физикой пожалуйста

ЧТО ОБЩЕГО и в ЧЕМ РАЗЛИЧИЯ в формировании ДАВЛЕНИЯ в зависимости от агрегатного состояния вещества.

Как зависит сопротивление от температуры. Зависимость сопротивления проводника от температуры

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.

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

Лампы накаливания

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 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 .

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.

Сверхпроводимость

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:

1. анод;

2. катод.

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:

термических сопротивлений;

термоэлементов;

холодильников;

нагревателей.

Терморезисторы

Таким названием обозначают полупроводниковые приборы, изменяющие свое электрическое сопротивление под влиянием тепла. Их 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.

Термоэлементы

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.

>>Физика: Зависимость сопротивления проводника от температуры

Различные вещества имеют разные удельные сопротивления (см. § 104). Зависит ли сопротивление от состояния проводника? от его температуры ? Ответ должен дать опыт.
Если пропустить ток от аккумулятора через стальную спираль, а затем начать нагревать ее в пламени горелки, то амперметр покажет уменьшение силы тока. Это означает, что с изменением температуры сопротивление проводника меняется.
Если при температуре, равной 0°С, сопротивление проводника равно R 0
, а при температуре t
оно равно R
, то относительное изменение сопротивления, как показывает опыт, прямо пропорционально изменению температуры t
:

Коэффициент пропорциональности α
называют температурным коэффициентом сопротивления
. Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры. Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1 К.
Для всех металлических проводников коэффициент α
> 0 и незначительно меняется с изменением температуры. Если интервал изменения температуры невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным и равным его среднему значению на этом интервале температур. У чистых металлов α ≈
1/273 K -1 . У растворов электролитов сопротивление с ростом температуры не увеличивается, а уменьшается
. Для них α
α ≈
-0,02 K -1 .
При нагревании проводника его геометрические размеры меняются незначительно. Сопротивление проводника меняется в основном за счет изменения его удельного сопротивления. Можно найти зависимость этого удельного сопротивления от температуры, если в формулу (16.1) подставить значения

. Вычисления приводят к следующему результату:

Так как α
мало меняется при изменении температуры проводника, то можно считать, что удельное сопротивление проводника линейно зависит от температуры (рис.16.2
).

Увеличение сопротивления можно объяснить тем, что при повышении температуры увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решетки, поэтому свободные электроны сталкиваются с ними чаще, теряя при этом направленность движения. Хотя коэффициент α
довольно мал, учет зависимости сопротивления от температуры при расчете нагревательных приборов совершенно необходим. Так, сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания увеличивается при прохождении по ней тока более чем в 10 раз.
У некоторых сплавов, например у сплава меди с никелем (константан), температурный коэффициент сопротивления очень мал: α
≈ 10 -5 K -1 ; удельное сопротивление константана велико: ρ
≈ 10 -6 Ом м. Такие сплавы используют для изготовления эталонных сопротивлений и добавочных сопротивлений к измерительным приборам, т. е. в тех случаях, когда требуется, чтобы сопротивление заметно не менялось при колебаниях температуры.
Зависимость сопротивления металлов от температуры используют в термометрах сопротивления
. Обычно в качестве основного рабочего элемента такого термометра берут платиновую проволоку, зависимость сопротивления которой от температуры хорошо известна. 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.
Удельное сопротивление металлов растет линейно с увеличением температуры. У растворов электролитов оно уменьшается при увеличении температуры.

???
1. Когда электрическая лампочка потребляет большую мощность: сразу после включения ее в сеть или спустя несколько минут?
2. Если бы сопротивление спирали электроплитки не менялось с температурой, то ее длина при номинальной мощности должна быть большей или меньшей?

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс

Содержание урока


конспект урока

опорный каркас
презентация урока
акселеративные методы
интерактивные технологии
Практика


задачи и упражнения
самопроверка
практикумы, тренинги, кейсы, квесты
домашние задания
дискуссионные вопросы
риторические вопросы от учеников
Иллюстрации


аудио-, видеоклипы и мультимедиа

фотографии, картинки
графики, таблицы, схемы
юмор, анекдоты, приколы, комиксы
притчи, поговорки, кроссворды, цитаты
Дополнения


рефераты

статьи
фишки для любознательных
шпаргалки
учебники основные и дополнительные
словарь терминов
прочие
Совершенствование учебников и уроков
исправление ошибок в учебнике

обновление фрагмента в учебнике
элементы новаторства на уроке
замена устаревших знаний новыми
Только для учителей


идеальные уроки

календарный план на год
методические рекомендации
программы
обсуждения
Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку,

Сопротивление проводников зависит от вещества, из которого они из-готовлены, и их геометрических размеров

R =
ρ .
l /
S,

где ρ
— удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник; l
—длина проводника; S —
площадь попереч-ного сечения проводника.

Сопротивление проводников входит в за-кон Ома для однородного участка цепи I =
U /
R
, из которого и может быть определено R =
U /
I
.

Из последней формулы выходит, что со-противление проводника постоянно, посколь-ку, в соответствии с законом Ома, во сколь-ко раз увеличиваем напряжение на концах проводника, во столько же раз возрастает и сила тока в нем.

Но на практике можно наблюдать и дру-гие явления. Составим электрическую цепь, схема которой показана на рис. 7.2. В этой цепи есть источник тока с регулированным напряжением, электрическая лампа, напри-мер автомобильная, вольтметр и амперметр, показывающие напряжение на лампе и силу тока в ней. Устанавливаем на лампе напря-жение U 1
и отмечаем силу тока I 1 .
Если теперь увеличить напряжение, например в 2 раза (U 2 =
2U 1),
то по закону Ома и сила тока должна увеличиться в 2 раза (I 2
= 2I 1).
Однако амперметр показывает силу тока значительно меньшую, чем 2I 1
. Следова-тельно, в данном случае закон Ома не вы-полняется.

Возникло несоответствие между вашими предшествующими знаниями и новым для вас фактом — закон Ома не всегда справед-лив. Такое несоответствие в науке назы-вается проблемой.

Проблема

(гр. — задача, затруд-нение) — сложный теоретиче-ский или практический вопрос, требующий решения.

Можно высказывать разные предположе-ния, что является попыткой объяснить на-блюдаемое явление. Однако в ходе опыта бро-сается в глаза, что при увеличенном напря-жении лампа светится ярче, чем в первом слу-чае. Это является свидетельством того, что тем-пература спирали лампы во втором случае вы-ше, чем в первом. Возможно, именно измене-ние температуры является причиной изменения сопротивления металлической спирали лампы.

Как же можно проверить такое предпо-ложение (гипотезу)? Составляем электриче-скую цепь (рис. 7.3), в которой есть метал-лический проводник в виде спирали, на-пример пружинка от шариковой ручки, и устанавливаем в цепи ток определенной си-лы. Нагревая спираль в пламени свечи или спички, заметим:

при нагревании спирали и при постоянном напряжении сила тока в цепи уменьшается, что свидетельствует об увеличении сопротивления спирали при по-вышении ее температуры.

Тщательные исследования показывают, что сопротивление металлических проводников зависит от их температуры практически ли-нейно

R =
R 0 (1 +
α
t°),

где R 0
— сопротивле-ние проводника при 0 °C или +20 °C (это удобнее для техники). График такой зави-симости представлен на рис. 7.4.

Если иметь в виду, что размеры металлов при нагревании изменяются мало, то со-ответствующую формулу можно записать и для удельного сопротивления металлических проводников

ρ =
ρ 0 (1 +
α
t°).

Рассмотрим, что означает коэффициент в полученных формулах. Если при 0°C со-противление проводника R 0 ,
а при t°
C со-противление его R,
то относительное изме-нение сопротивления, как показывает эксперимент, (R —
R 0) /
R 0 =
α
t
°
C.
Материал с сайта

Коэффициент пропорциональности назы-вается температурным коэффициентом со-противления
, который характеризует зави-симость сопротивления вещества от его тем-пературы.

Температурный коэффициент сопро-тивления

равен относительному изменению сопротивления проводника при изменении его температуры на 1 К.

Для всех металлических проводников α
> 0 и мало зависит от тем-пературы.

Почему же возрастает сопротивление ме-таллических проводников с повышением температуры? Дело в том, что при нагре-вании металла возрастает интенсивность ко-лебаний ионов кристаллической решетки и скорость хаотического движения электро-нов.

Электроны чаще сталкиваются с ионами, что и уменьшает скорость их направленного движения, которое и является электричес-ким током.

В технике зависимость сопротивления металлических проводников от температуры используется в термометрах сопротивления.

Датчик температуры (например, платиновая проволочка) устанавливается в тех точках, где необходимо измерять температуру, а его сопротивление измеряют омметром, шкала которого градуируется в единицах темпера-туры. Таких датчиков, при необходимости, может быть любое количество, а измери-тельный прибор — один.

На этой странице материал по темам:

• График зависимости сопротивления от температуры в вакууме

• Зависимость сопротивления от температуры для вакуума

• Зависимость сопротивления в вакууме от температуры

• Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры

• Зависимость сопротивления от температуры в вакууме график

Вопросы по этому материалу:

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:

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.

Сопротив­ление металлов связано с тем, что электроны, движущиеся в провод­нике, взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и теряют при этом часть энергии, которую они приобретают в электрическом поле.

Опыт показывает, что сопротив­ление металлов зави­сит от температуры. Каждое вещество можно харак­теризовать постоянной для него вели­чиной, называемой температурным коэффициентом сопротивления α
.
Этот коэффициент равен относитель­ному изменению удельного сопро­тивления проводника при его нагре­вании на 1 К: α =

где ρ 0 — удельное сопротивление при температуре T 0 = 273 К (0°С), ρ — удельное сопротивление при данной температуре T. Отсюда зависимость удельного сопротивления металли­ческого проводника от температуры выражается линейной функцией: ρ = ρ 0 (1+ αT).

Зависимость сопротивления от температуры выражается такой же функцией:

R = R 0 (1+ αT).

Температурные коэффициенты со­противления чистых металлов срав­нительно мало отличаются друготдруга и примерно равны 0,004 K -1 . Изменение сопротивления про­водников при изменении температу­ры приводит к тому, что их вольт-амперная характеристика не линейна. Это особенно заметно в тех слу­чаях, когда температура проводни­ков значительно изменяется, напри­мер при работе лампы накаливания. На рисунке приведена ее вольт — амперная характеристика. Как видно из рисунка, сила тока в этом случае не прямо пропорциональна напря­жению. Не следует, однако, думать, что этот вывод противоречит закону Ома. Зависимость, сформулированная в законе Ома, справедлива только при постоян­ном сопротивлении.
Зависимость сопротивления ме­таллических проводников от темпе­ратуры используют в различных из­мерительных и автоматических уст­ройствах. Наиболее важным из них является термометр сопротивления
. Основной частью термометра со­противления служит платиновая про­волока, намотанная на керамиче­ский каркас. Проволоку помещают в среду, температуру кото­рой нужно определить. Измеряя со­противление этой проволоки и зная ее сопротивление при t 0 = 0 °С (т. е. R 0),
рассчитывают по последней формуле температуру среды.

Сверхпроводимость.
Однако до конца XIX в. нельзя было прове­рить, как зависит сопротивление про­водников от температуры в области очень низких температур. Только в начале XX в. голландскому учено­му Г. Камерлинг-Оннесу удалось пре­вратить в жидкое состояние наибо­лее трудно конденсируемый газ — гелий. Температура кипения жидкого гелия равна 4,2 К. Это и дало воз­можность измерить сопротивление некоторых чистых металлов при их охлаждении до очень низкой темпе­ратуры.

В 1911г работа Камерлинг-Оннеса завершилась крупнейшим откры­тием. Исследуя сопротивление рту­ти при ее постоянном охлаждении, он обнаружил, что при температуре 4,12 К сопротивление ртути скачком падало до нуля. В даль­нейшем ему удалось это же явление наблюдать и у ряда других метал­лов при их охлаждении до темпе­ратур, близких к абсолютному нулю. Явление полной потери металлом электрического сопротивления при определенной температуре получило название сверхпроводимости.

Не все материалы могут стать сверхпроводниками, но их число до­статочно велико. Однако у многих из них было обнаружено свойство, которое значительно препятствовало их применению. Выяснилось, что у большинства чистых металлов сверхпроводимость исчезает, когда они находятся в силь­ном магнитном поле. Поэтому, когда по сверх­проводнику течет значительный ток, он создает вокруг себя магнитное поле и сверхпроводимость в нем исчезает. Всё же это препятствие оказалось преодолимым: было выяснено, что не­которые сплавы, например ниобия и циркония, ниобия и титана и др., обладают свойством сохранять свою сверхпроводимость при больших значениях силы тока. Это позволило более широко использовать сверх­проводимость.

Влияние температуры на значение сопротивления

Удельное сопротивление металлов при нагревании увеличивается (вследствие повышения скорости движения атомов в материале проводника с возрастанием температуры). Удельное сопротивление электролитов и угля при нагревании, наоборот, уменьшается, так как у этихматериалов не только увеличивается скорость движения атомов и молекул, но и возрастает число свободных электронов и ионов в единице объема.

Удельное сопротивление некоторых сплавов (константан, манганин и др.), обладающих большим удельным сопротивлением, чем составляющие их металлы, почти не зависит от температуры. Величину, показывающую относительное изменение сопротивленияпри изменении температуры материала на 1 º, называют температурным коэффициентом электрического сопротивления. Если температурный коэффициент обозначить через а,удельное сопротивление при t₀ = 20 °С через р₀, то при нагреве материала до температуры г, его удельное сопротивление

P₁ = Р_о + αP_o(t₁ — t_o) = P₀[1 +α(t₁ —t₀)].                                     (2-26)

и соответственно R1 =R0[1+α(t₁-t₀)].                                            (2.27)

Температурный коэффициент α для меди, алюминия, вольфрамаравен 0,004 1/град, для стали a = 0,006, для латуни a = 0,002, для фехралиa = 0,00015, для нихрома a = 0,00014, для константана α = 0,000005,для манганина α = 0,00004 1/град.

Пример 1. Как изменится сопротивление R₀ стальной проволоки при Нагреве ее на 520°С?

Решение. По формуле (2.27)

R₁ = R₀ + R₀α(t₁ — t₀) = R₀ + R₀• 0,006(520 — 20) — 4R₀.

Таким образом, сопротивление увеличится в 4 раза.

Пример 2.

Определить сопротивление R₂ алюминиевых проводов при температуре

t₂ = 30°C, если известно, что при температуре t₁ = —20°С их сопротивление R₁=5 Ом.

Решение. Искомое сопротивление

R₂ = R₁+αR₁(t₂—t₁) = 5 + 0,004•5[30 — (—20)] = 5 + 0,02•50 = 6 Ом.

Свойство материалов изменять свое электрическое сопротивление при нагреве или охлаждении используется для измерения температур. Так, термосопротивления, представляющие собой проволоку из платины или чистого никеля, вплавленную в кварц, применяют для измерения температур от —200 до + 600 °С. Полупроводниковые термосопротивления с большим отрицательным коэффициентом (термисторы) служат для точного определения температур в более узких диапазонах.

Изучаем зависимость изменения сопротивления от температуры

При нагревании проводника мы наблюдаем зависимость электрического сопротивления от температуры. Изменение температуры проводника вызывает изменение его сопротивления.
С одной стороны, повышение температуры проводника вызывает увеличение числа столкновений электронов с молекулами, благодаря чему уменьшается средняя скорость движения электронов в проводнике, т. е. при том же напряжении уменьшается ток. Следовательно, увеличение температуры может привести к увеличению сопротивления.

С другой стороны, повышение температуры может привести к возрастанию числа свободных электронов и ионов в единице объема проводника. Это обстоятельство способствует увеличению тока. Следовательно, повышение температуры может привести к уменьшению сопротивления проводника.

В зависимости от преобладания той или иной причины с увеличением температуры сопротивление проводника может или увеличиваться (металлы), или уменьшаться (электролиты, уголь), или оставаться практически неизменным (сплавы — манганин, константан).
С достаточной точностью в пределах от 0 до 100° С относительное приращение сопротивления металлических проводников можно считать пропорциональным изменению температуры, т. е.:

где:
альфа — температурный коэффициент сопротивления, равный относительному изменению сопротивления проводника при повышении температуры на 1° С;
t — разность температур (T2 — T1)
R0 — сопротивление, соответствующее начальной температуре T1
R — сопротивление, соответствующее температуре после нагрева T2

Значение температурного коэффициента сопротивления некоторых проводников указано в таблице.

Температурный коэффициент сопротивления химически чистых металлов близок к 0,004 1/С, т. е. при изменении температуры на 1° С их сопротивление изменяется на 0,4%. У некоторых сплавов (константан, манганин) температурный коэффициент сопротивления очень мал, наряду с этим указанные сплавы обладают относительно большим удельным сопротивлением. По этим причинам они используются для изготовления образцовых мер сопротивления, магазинов сопротивления, применяются для изготовления шунтов и добавочных сопротивлений к из-мерительным приборам и т. д.
Уголь и электролиты имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

Влияние температуры на материалы и электротехнические изделия | Как добиться надежной работы электроустановок | Архивы

Страница 10 из 21

В электроустановках совместно работают изделия из различных материалов. Широко применяют: стали конструкционные и электротехнические, медь, алюминий, бронзу, латунь, свинец, олово, серебро, никель, золото, вольфрам, платину, сплавы различных металлов, уголь, графит, кабельную бумагу, резину, пряжу, поливинил хлорид, полиэтилен, текстолит, эбонит, фибру, смазочные и изоляционные масла, органическое и силикатное стекла, фарфор, клеи, лаки, замазки, битумы, кремниевые, селеновые, германиевые, медно-закисные полупроводники, электролиты кислотные и щелочные и т.д. Одним словом, трудно найти такой материал, который не применяется в электротехнике. И каждый из материалов обладает присущими только ему свойствами.

Свойства материалов определяют преимущественные области их применения, а также условия, при которых материалы применять нельзя. Резина, например, — превосходный изоляционный материал. Но если провода в резиновой изоляции проложить в местах, где имеется масло, резина размокнет. В этих условиях нужна пластмассовая изоляция. Или другой пример.

Провода с резиновой изоляцией нельзя непосредственно присоединять к нагревательным приборам, так как резина сгорит. Здесь нужна теплостойкая кремнийорганическая изоляция. Примеры можно приводить без конца.

Заводы — изготовители электротехнических изделий исходят из свойств материалов, но при ремонтах иногда прибегают к  недопустимым заменам. Причины замен различны. В одних случаях просто не знают, что, например, латунью далеко не всегда можно заменять красную медь — типичный случай рассмотрен выше, в упражнении 20. 1,6 раза. Это следует из физического смысла удельной проводимости, которая есть не что иное, как длина проводника в метрах при сечении 1 мм² (единица сечения), при которой его сопротивление равно 1 Ом (единица сопротивления ). В нашем примере, чтобы получить 1 Ом, надо взять либо 54 м медного, либо 32 м алюминиевого провода сечением 1 мм².

При достаточно высокой температуре металлы и их сплавы плавятся, а органические вещества — уголь, бумага и др. — сгорают. Температуры плавления различных металлов и их сплавов различны. Например, температуры плавления (цифры округлены) вольфрама, стали, никеля, меди, серебра, латуни, алюминия, цинка, свинца, олова соответственно равны 3410, 1530, 1455,1083,981,900,658,419, 327,232 °С.

Как видно из приведенных данных, среди металлов есть и весьма тугоплавкие, например вольфрам, и легкоплавкие — свинец, олово, цинк. Из вольфрама изготовляют нити ламп накаливания (рабочая температура порядка 2500 °С) и контакты реле импульсного режима, коммутирующие с большой частотой электромагниты, обладающие значительной индуктивностью. В этих случаях токи обычно невелики и кратковременны, а контакты нагревает в основном искра, имеющая высокую температуру.

Из легкоплавких металлов, в основном из свинца, изготовляют плавкие вставки инерционных предохранителей; вставки пластинчатых предохранителей обычно цинковые.

Мягкими припоями являются: олово (чистое олово применяется только в особых случаях) и сплавы олова со свинцом. Так, например, оловянно-свинцовый припой ГЮС-40 содержит 40% олова. Важные сведения о паянии содержатся в упражнении 23.

Упражнение 23. Для соединения проводников широко применяются паяние и сварка.

Ответить на вопросы: 1. Чем принципиально отличается паяние от сварки? Привести примеры применения паяния и сварки. 2. Почему при паянии свинцовых кабельных муфт требуется особая осторожность? 3. В чем состоят достоинства и недостатки мягких припоев и как поступают, если их применение недопустимо? 4. Что такое флюс? 5. Почему перегретый паяльник «не паяет»? Что делают опытные монтеры в промежутках между паяниями?

Ответы. 1. Паяние это соединение частей изделия посредством расплавленного металла припоя. При паянии соединяемые части изделия не плавятся, а плавится только припой, имеющий более низкую температуру плавления. Таким образом, между соединяемыми частями непосредственного соединения нет. Сварка процесс соединения металлов либо путем их местного сплавления, либо путем совместного пластического деформирования, в результате которого возникают прочные связи между атомами соединяемых металлов. Типичные примеры паяния: присоединение медных проводников к выводам разъемов, контактным пластинам реле, полупроводниковым диодам и т.п. Алюминий тоже спаивают, но паяние алюминия .значительно сложнее и требует специального припоя. Спаривают алюминиевые проводники сварка плавлением, например в разветвительных коробках осветительных сетей. Соединения шин и ответвления от них выполняют холодной сваркой, т.е. сваркой давлением.

Температура плавления свинца немного выше температуры плавления припоя, из-за чего при паянии легко перегреть и расплавить свинцовую оболочку кабеля.

Маять мягкими оловянно-сиинцовыми припоями легко, но они недостаточно механически прочны. Следовательно, соединяемые части изделия. если возможно возникновение механических нагрузок, надо перед паянием скрепить (скрутить проводники, пропустить их через отверстия в хвостовиках контактных пружин реле, разъемов и т.п.).

Кроме того, если возможно в аварийных режимах сильное нагревание мест спайки, то припой может размягчиться, а нагретая поверхность окислиться. После остывания припоя соединение уже не получится, потому что в данном случае нет флюса.

Если требуется высокая механическая прочность или возможно сильное повышение температуры, то применяют твердые припои, например на основе латуни. Но температура паяния в этом случае значительно выше.

Флюс — вещество, которое в расплавленном состоянии растворяет окислы, т.е. очищает спаиваемые поверхности. Неочищенные поверхности не спаиваются. При паянии меди, латуни, бронзы мягкими припоями флюсом служит канифоль. При паянии стали канифоль не применима. Приходится пользоваться соляной кислотой, травленной, цинком. После паяния с кислотой вес места, куда она могла попасть, надо тщательно промыть, иначе проводники будут разъедаться.

Вели паяльник перегреть, то канифоль начинает гореть и вместо того, чтобы очищать поверхность, загрязняет ее. Чтобы паяльник не перегревался (при пайке он не перегревается, так как теплота уходит на расплавление припоя), его кладут на металлический предмет, который и отводит излишнюю теплоту.

Некоторые металлы в расплавленном состоянии растворяют более тугоплавкие металлы. Так, расплавленное олово растворяет медь. Это явление используется при изготовлении из медной проволоки плавких вставок предохранителей. На медную проволоку наплавляют шарик из олова. При нагревании до температуры значительно более низкой, чем температура плавления меди, шарик плавится и растворяет медь: предохранитель быстро перегорает.

Сплавляя различные металлы в строго определенных пропорциях, получают сплавы с необходимыми свойствами. Так, например, нихром и фехраль могут работать при температурах порядка 1000 °С, поэтому их применяют в электронагревательных приборах.

Реотан и никелин обладают высоким удельным сопротивлением, но не допускают высоких температур — это реостатные сплавы.

Главное свойство манганина — практическое постоянство сопротивления при изменениях температуры — определяет основную область его применения. Из манганина делают шунты для присоединения к ним амперметров, добавочные сопротивления к вольтметрам, магазины сопротивлений и другие точные элементы сопротивления в электроизмерительной технике.

Температурный коэффициент расширения инвара примерно в 12 раз меньше температурного коэффициента расширения стали, благодаря чему инвар служит одним из компонентов термобиметалла (см. ниже, упражнение 29).

Константа н, хромель и алюмель— материалы для термопар, компенсационных проводов к ним и т.д.

Одним словом, каждый сплав предназначен для определенной цели и поэтому замена далеко не всегда допустима. Например, если нагревательную спираль сделать не из нихрома, а из никелина (ее размеры будут примерно такими же), то она сгорит.

При нагреве места соединения разнородных металлов (сплавов) тепловая энергия непосредственно переходит в электрическую: возникает термоЭДС. При прочих равных условиях термоЭДС пропорциональна температуре, на чем и основано ее измерение с помощью термопар. Термопару помещают в то место изделия, где требуется измерить температуру, и соединяют с милливольтметром (соблюдая при этом ряд требований, например используя специальные компенсационные провода и т.п.). Шкалу милливольтметра градуируют в градусах Цельсия.

Значительные термоЭДС развивают термобатареи, собранные из полупроводников. Термобатарея, надетая на стекло керосиновой лампы, дает мощность, достаточную для работы радиоприемника.

При повышении температуры электрическое сопротивление металлов увеличивается, а угля, электролитов и полупроводниковых приборов уменьшается. Насколько изменяется сопротивление, можно вычислить с помощью температурного коэффициента сопротивления. Если он положителен, то с ростом температуры сопротивление увеличивается, следовательно, ток уменьшается, но в обмотках электромагнитов, сетях, измерительных устройствах, лампах — в разной степени. Поэтому последствия изменения тока различны. Типичные случаи рассмотрены в упражнении 24.

Упражнение 24. Ток, проходя через металлические части электроустановки, нагревает их: сопротивление увеличивается.

Ответить на вопросы и оценить, в каких случаях увеличение сопротивления существенно: 1. При температуре 10 °С сопротивление обмотки электромагнита R — 500 Ом, а питающего медного провода 1 Ом. Электромагнит нагрелся на 60 °С. Как изменится ток в цепи? Намного ли изменится сопротивление питающего провода? Будет нагретый электромагнит «сильнее» или «слабее»? 2. При прочих равных условиях провод нагрелся на 40 ‘С. Изменится ли от этого сила тока в цепи? Рассмотреть два случая: а) провод нагрет током нагрузки; б) провод был без нагрузки, но нагрелся от того, что ошибочно проложен вблизи трубопровода горячего водоснабжения. 3. Театральные люстры с десятками мощных ламп включают на полный накал не сразу, а постепенно. Делают это «для красоты» или есть более серьезные причины? 4. Температура помещения, в котором установлен вольтметр, изменяется от 10 до 35 °С, а тем не менее точность измерений сохраняется в приемлемых пределах. Каким способом это достигнуто? Принять температурные коэффициенты сопротивления для меди 0,004, а для манганина 0,000008 град». 5. Выше была указана температура обмотки электромагнита. Но совершенно очевидно, что наружные части обмотки охлаждаются лучше и, следовательно, холоднее внутренних се частей. О какой же температуре идет речь?

Ответы. 1. Температурный коэффициент сопротивления меди 0,004 град-1 — Значит, при нагревании на 100 °С сопротивление увеличивается на 40%, а при нагревании на 60 °С на 24%. Ток соответственно уменьшается. Сопротивление провода составляет 0.2% сопротивления цени. Оно так мало, что его не следует принимать во внимание. Интересно отмстить, что при уменьшении тока (из-за нагревания обмотки электромагнита) температура провода уменьшается (а не увеличивается) и, следовательно, его сопротивление снижается. Но эти изменения малы и несущественны. Из-за уменьшения тока МДС уменьшается: электромагнит становится «слабее» (см. выше, упражнение 1).

При нагревании на 40 °С сопротивление провода увеличивается на 16% и будет в нашем примере равно 1,16 Ом. Но сопротивление цепи практически останется тем же (501 Ом % 501,16 Ом). Для случая а) нагревание током нагрузки явление нормальное, для случая б) допустимая нагрузка на провод должна быть значительно снижена.

Рабочая температура нити лампы накаливания более 2500 °С. Поэтому сопротивление нити лампы до ее включения примерно в 10 раз меньше сопротивления горящей лампы и. следовательно, пусковой ток велик и его необходимо снизить.

Сопротивление рамки вольтметра ничтожно по сравнению с добавочным сопротивлением, так как оно выполнено из манганина, а сопротивление манганина практически стабильно. 1-е л и бы добавочное сопротивление было не манганиновым, а медным, то при одном и том же напряжении показания вольтметра при 10 °С отличались бы от показаний при 35 °С на 10 12%.

В условии первого вопроса заданы: начальная температура 10 °С и нагрев на 60 °С. Следовательно, температура обмотки 10 + 60 =70 °С. За температуру обмотки принимается температура усредненная, т.е. вычисленная по результатам измерения сопротивления.

На зависимости сопротивления металлов от температуры основано ее измерение с помощью термометров сопротивления.

Если температурный коэффициент сопротивления отрицателен, то нагревание приводит к лавинообразному увеличению тока и его необходимо ограничивать. Действительно, ток нагревает проводник (полупроводник) с отрицательным коэффициентом сопротивления. Сопротивление уменьшается, ток возрастает и т.д.

На лавинообразном увеличении тока при нагревании полупроводниковых резисторов (термисторов) основан, например, автоматический контроль температуры подшипников. Измерение и контроль температуры, основанные на использовании зависимости сопротивления проводников и полупроводников от температуры, иллюстрируются упражнениями 25 и 26 соответственно.

Рис. 9. Измерение температуры с помощью терморезистора, имеющего положительный температурный коэффициент сопротивления (а) и контроль температуры терморезистором с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления 16) — к упражнениям 25 и 26

Упражнение 25. На рис. 9, а изображены: источник электропитания (+,’ ), измерительный прибор I’R — логометр.

сопротивления RK1 и подстроечный резистор R. Терморезистор в соответствующей армировке устанавливают в том месте, где требуется измерить температуру, например в масляном бакс, а измерительный прибор на щите управления.

Ответить на вопросы: 1. Что в изображении терморезистора RK1 обозначают: наклонная черта и буква 2. Какой электрической величине пропорциональна измеряемая температура? 3. Почему для измерения силы тока использован не просто миллиамперметр, а логометр? 4. Зачем в схему введен подстроечный резистор?

Ответы. 1- Наклонная черта стандартный знак линейного саморегулирования подчеркивает, что сопротивление изменяется прямо пропорционально изменениям температуры, причем этот процесс протекает сам .собой, т.е. без каких-либо внешних воздействий. Буква обозначает физическую величину, в нашем случае температуру, под влиянием которой происходит саморегулирование.

Пропорциональна силе тока.

Показания миллиамперметра зависят не только от сопротивления (что требуется), но и от изменений напряжения источника электропитания, а это вносит погрешность в измерение. Логометры же (измерители отношений) свободны от этого недостатка: их показания практически не зависят от изменений напряжения. Дело в том, что противодействующий момент в логометре создается не пружиной (как у миллиамперметра), а электрическим путем, т.е. с помощью второй обмотки на рис. 9,а она показана зеленой линией. Действительно, чем ниже напряжение, тем меньший ток проходит через рабочую обмотку (на рис. 9,а красную).

Но в такой же мере уменьшается ток, создающий противодействующий момент. При повышении напряжения в равной степени увеличиваются токи как в рабочей, так и в противодействующей обмотках.

4. Логометры для измерения температуры градуируют в расчете на определенное значение сопротивления питающих проводов. С помощью подстроечного резистора R устанавливают при наладке это значение.

Упражнение 26. На рис. 9.6 показана схема контроля температуры подшипника какого-либо механизма. Латчик температуры полупроводниковый терморезистор (термистор) RK2 — установлен в подшипниковый щит и включен последовательно с обмоткой реле К. Стабилизированное напряжение питания от трансформатора 75 е помощью отводов от вторичной обмотки подобрано таким образом, что при температуре ниже уставки (например, ниже 80 °С) поддерживается тепловое равновесие. Это значит, что теплота, выделяющаяся током, проходящим через терморезистор, полностью отводится контролируемой средой, а сопротивление терморезистора — тысячи Ом. Если же температура, повышаясь, достигает заданной уставки, то тепловое равновесие нарушается, температура терморезистора возрастает и его электрическое сопротивление уменьшается. Уменьшение сопротивления вызывает новое возрастание тока и дальнейшее нагревание терморезистора.

Процесс протекает лавинообразно и быстро приводит к срабатыванию реле. Его контакты могут быть использованы в любых цепях, например в цепи сигнальной лампы III., как в нашем примере.

Ответить на вопросы: I. На что указывают ломаная линия в обозначении терморезистора RK2 и надпись t°1 2. Объяснить назначение стабилизации напряжения питания. Что в обозначении трансформатора 7*5 указывает на стабилизацию? 3. Для чего служат отводы от вторичной обмотки трансформатора и переключатель 5? 4. Оценить, повысится или понизится уставка но температуре, если повысить напряжение, подводимое от вторичной обмотки трансформатора. 5. Из схемы видно, что после срабатывания реле К его контакт закорачивает терморезистор. Что произошло бы с терморезистором при отсутствии этого контакта?

Ответы. 1. Ломаная линия обозначает нелинейное саморегулирование: это значит, что сопротивление термистора изменяется не пропорционально температуре, а значительно резче. Надпись -t указывает на физическую величину температуру, а знак минус — на отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Это значит, что с повышением температуры сопротивление не увеличивается (как в термометре сопротивления, ем. упражнение 25), а уменьшается.

Без стабилизации напряжения его изменения изменяли бы уставку по температуре. На стабилизацию указывает ломаная линия в обозначении трансформатора 75.

Отводы служат, чтобы установить напряжение, соответствующее необходимой уставке с помощью переключателя 5.

С повышением напряжения тепловое равновесие устанавливается при более низкой температуре контролируемой среды, следовательно, уставка по температуре понижается.

сгорел бы.

Изменения температуры всегда приводят к изменению размеров тел. Тепловое расширение в ряде случаев вредно. Из-за различных коэффициентов теплового расширения материалов,  из которых изготовлены электрические машины (сталь, медь, изоляция), возникают растягивающие усилия, приводящие к механическому износу изоляции. Примеры серьезных нарушений в работе электроустановок приведены в упражнении 27.

Рис. 10. Тепловое расширение может нарушить работу электроустановок — к упражнению 27

Чтобы тепловое расширение не привело к поломкам, принимают ряд мер, например шины жестко не закрепляют, делают в них гибкие вставки и т.п.

Упражнение 27. Ниже приведены три примера нарушения работы электроустановки из-за теплового расширения.

Случай А. Вышедший из строя нагревательный элемент теплообменника заменили стержнем 1, на который поверх асбестовой изоляции 2 была навита нихромовая проволока 3. Стержень хорошо изолировали от корпуса теплообменника. Один конец проволоки присоединили к корпусу теплообменника, а другой — к стержню и подвели питание, как показано на рис. 10,а. Через несколько минут после включения перегорел предохранитель 4. Перед следующим включением мегаомметром измерили сопротивление изоляции стержень — корпус. Изоляция оказалась высокой. При последующем включении произошло то же самое: через несколько минут предохранитель перегорел.

Случай Б. Фарфоровый изолятор 5 арминован фланцем б (рис. 10,6), причем в качестве связующего 7 был использован цемент, имевшийся в наличии. В жаркую погоду в изоляторе образовалась трещина.

Случай В. Кабель 8 (рис. 10,в), проложенный под рельсами 9, защитили от механических повреждений отрезком трубы 10. Весной кабель был поврежден, причем поврежден именно в трубе.

Ответить на вопросы: 1. Почему в случае А перегорел предохранитель, несмотря на то что изоляция, измеренная мегаомметром перед включением, была полноценной? 2. Из-за чего в случае Б треснул изолятор? 3. Чем был поврежден кабель? Какую ошибку допустили при его монтаже?

Ответы. 1. При включении стержень нагрелся и удлинился. Левый его конец прикоснулся к корпусу теплообменника: произошло короткое замыкание. Пока ходили за мегаомметром, стержень немного остыл и образовался зазор 5 (см. рис. 10,а).

Цемент при нагревании расширился. «Раздать» прочный чугунный фланец он не мог. Поэтому треснул более хрупкий фарфор.

Днем снег растаял, труба заполнилась водой. Ночью вода замерзла. А так как объем льда больше объема воды, из которой образовался лед, то лед сдавил кабель. Монтажники обязаны были заделать торцы трубы так, чтобы в трубу не могла проникать вода.

Тепловое расширение имеет важные полезные применения. Так, именно на тепловом расширении основано действие термометров расширения, термосигнализаторов и некоторых исполнений терморегуляторов прямого действия (пример дан в упражнении 28).

Упражнение 28. На рис. 11,о схематически показан терморегулятор прямого (непосредственного) действия. При повышении температуры воды в охлаждающей рубашке 1 какого-либо механизма заключенная в термобаллоне 2 рабочая жидкость расширяется и через соединительную трубку 3 передает давление штоку 6, который в свою очередь давит на клапан 7. Движение клапана продолжается до уравновешивания давления рабочей жидкости и сопротивления возвратной пружины 8. Увеличивающийся проток воды понижает температуру в охлаждающей рубашке. Давление рабочей жидкости в термобаллоне уменьшается, и пружина поднимает клапан, сокращая проток воды. Таким образом, клапан как бы «дышит», пропуская столько воды, сколько необходимо, чтобы ее температура оставалась на заданном уровне.

Ответить на вопросы: 1. Для чего (рис. 11,о) служат гофрированные трубки (сильфоны) 5 и маховичок 4» 2. На каком основании терморегулятор назван терморегулятором прямого (непосредственного) действия?

Ответы. 1. Гофрированные металлические трубки разделяют воздух, охлаждающую воду и рабочую жидкость. Они выполняют роль сальников, но значительно совершеннее их благодаря полной герметичности и подвижности без трения.

Маховичком ввинчивают или вывинчивают стержень, прикрепленный к основанию верхнего сильфона, иными словами, растягивают или сжимают его. Благодаря этому создается начальное давление рабочей жидкости, т.е. задается терморегулятору необходимая уставка по температуре.

2. Термометрическая система непосредственно воздействует на клапан без каких-либо промежуточных приводов.

Тепловое расширение положено в основу создания термобиметалла, который широко используют как чувствительный к температуре элемент автоматических выключателей, тепловых реле (для защиты двигателей от перегрузки), регуляторов температуры, простейших реле времени, применяющихся в телефонии и нередко в автоматике.

Рис. 11. Тепловое расширение имеет многие полезные применения — к упражнениям 28 и 29

Термобиметалл (рис. 11,г) изготовлен из двух сваренных пластин с различными температурными коэффициентами расширения и достаточно упругими, чтобы не было остаточных деформаций. Одним из металлов может быть сплав — инвар, обладающий ничтожным коэффициентом теплового расширения, другим — бронза. При нагревании (температура в t больше исходной температуры в) пластина из термобиметалла изгибается в «одну сторону, а при охлаждении (в2 меньше в) — в другую. В одних конструкциях изгибание приводит к переключению контактов, а в других освобождается защелка механизма. Примеры даны в упражнении 29.

Упражнение 29. На рис. 11,6 дана схема простейшего биметаллического реле времени, так называемой термогруппы, устанавливаемой на корпусе телефонного реле. На биметаллическую пластину 13 навита нагревательная обмотка 11 из изолированной нихромовой проволоки. При замыкании контакта 9 ток поступает в обмотку через регулируемый резистор 10. Пластина 13 нагревается, изгибается и через некоторое время замыкает контакт, наклепанный на пластины 12 и 13.

На рис. 11, в показан биметаллический термосигнализатор. Биметаллическая пластина 17 укреплена на скобе 16. При нормальной температуре воды контакты разомкнуты. При повышении температуры замыкается один контакт, например 18 и включает зеленую лампу. При понижении температуры замыкается другой контакт 15 и включает красную лампу.

Принципиальная схема защитного теплового реле иллюстрирует рис. 11,д. Ток нагрузки / проходит через биметаллическую пластину 21, контакт 22, контактный мостик 24 и контакт 25. Возвратная пружина 26 сжата (рисунок слева). При возникновении значительной и длительной перегрузки биметаллическая пластина изгибается (рисунок справа) и освобождает рычаг 20. Пружина 26 приподнимает деталь 23, рычаг 20 поворачивается около оси О, контакт размыкается.

Ответить на вопросы: 1. У реле времени на рис. 11,6 есть биметаллическая пластина 14, на которой нет ни контактов, ни обмотки. Не является ли они лишней деталью? 2. Каким способом задается необходимая выдержка времени? Почему ее надо устанавливать «электрическим путем» (изменяя силу тока), а не подгибанием пружины 12, т.е. увеличением таким способом зазора между контактами? 3. Каким принципиальным недостатком обладает биметаллическое реле времени? 4. На рис. 11, в над биметаллической пластиной показана вставка 19. Для чего она служит и чем определяется ее длина? 5. В чем состоит принципиальное достоинство конструкции, схема которой показана на рис. 11,д?

Ответы. 1. Пластина 14 необходима для компенсации изменений температуры окружающей среды. Дело в том, что пластина 13 изгибается не только под действием нагревательной обмотки, но и под действием температуры окружающей среды. Однако в такой же степени изгибается и 56 пластина 14. При повышении температуры она через толкатель приподнимает пластину 12, а при понижении температуры отходит от нее: пластина 12 в силу своей упругости изгибается вниз. В результате при любой температуре среды зазор между пластинами 12 и 13 остается практически неизменным. В современных тепловых реле для защиты электродвигателей от перегрузки примерно таким же образом осуществлена температурная компенсация.

Задание необходимой уставки с помощью регулируемого резистора не нарушает механических свойств реле, а подгибание пластин если даже не приводит к остаточной деформации, то во всяком случае ускоряет старение.

Уставка зависит от изменений напряжения питания нагревательной обмотки.

Без вставки 19 одна часть биметаллической пластины 17 находилась бы в контролируемой среде — это хорошо. Но другая ее часть, выступающая из среды, измеряла бы температуру воздуха, а это плохо. Контролируемая среда должна омывать всю биметаллическую пластину. Это условие и определяет длину вставки.

Конструкция дает возможность несмотря на медленное изгибание биметаллической пластины быстро размыкать цепь, что совершенно необходимо. Если же конструкция не обеспечивает быстрого размыкания, то приходится принимать специальные меры для зашиты контактов от разрушения.

Важное замечание. Место расположения датчиков контроля технологических параметров — температуры, уровня, давления, протока, скорости, перемещения и т.д., а также глубина их погружения в контролируемую среду имеют первостепенное значение. Так, например, далеко не безразлично, где установить термобаллон терморегулятора, термопару, термометр сопротивления. Дело в том, что температуры в нижней и верхней частях бака трансформатора различны (нагретое масло поднимается). Различны температуры воды вблизи ее поступления в охлаждающую рубашку и на выходе.

Или другой пример. Если место установки путевого или конечного выключателя выбрано неудачно, то подвижная часть механизма остановится не там, где следует. Вообще, все это гораздо сложнее, чем может показаться на первый взгляд, и нередко именно неудачное расположение датчика является причиной неудовлетворительной работы автоматики. Но при проектировании эти важнейшие обстоятельства недооценивают, а иногда без участия наладчиков просто не могут учесть.

Особенно чувствительна к повышениям температуры изоляция. Резина и бумага от нагревания растрескиваются и осыпаются; бумага, картон, изоляционное масло, пряжа, некоторые виды пластмассы, например несамозатухающий полиэтилен, могут воспламеняться. Органическое стекло и фибра при нагревании размягчаются, теряют механическую прочность и нередко коробятся. Из конденсаторов вытекает пропиточная масса, внутри образуются пузыри воздуха, который менее электрически прочен (см. ниже, § 7), чем пропиточная масса.

Воск, парафин, размягчающиеся краски и лаки, применяемые иногда при ремонте электроаппаратуры, в расплавленном виде проникают на поверхности якорей и действуют как клей. В результате якорь реле может не отпустить или отпускает со значительным замедлением, нарушая действие автоматики.

Крайне опасен перегрев полупроводниковых приборов. Полупроводниковые приборы в результате перегрева теряют изоляционные свойства, причем если селеновые выпрямители после пробоя, как правило, восстанавливаются, то германиевые и кремниевые безнадежно выходят из строя и требуют замены.

Следует особо подчеркнуть, что полупроводниковые приборы обладают нелинейными характеристиками; иными словами, проводимость приборов имеет явно выраженную зависимость от температуры. Это значит, что даже «не очень перегретое» изделие (например, ЭВМ), если оно сконструировано без надлежащего учета теплового режима, может «вдруг» начать ошибаться. Но после достаточного остывания снова работает правильно вплоть до следующего перегрева.

Допустимая температура, т.е. температура, при которой обеспечивается длительная эксплуатация изоляции, определяется классом ее нагревостойкости. Дня изоляции электрических машин классы нагревостойкости обозначаются буквами Y, А, Е, В, F, Н и С, которым соответствуют допустимые температуры 90,105, 120, 130, 155, 180 и свыше 180 °С — все зависит от материала. Так, например, к классу Е (120 °С) относятся синтетические органические материалы (пленки, волокна, смолы, компаунды и др.), к классу F (155 °С) — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими составами, и т.п.

Перегрев — явление обманчивое. Если он не очень велик, то его последствия сразу не очевидны, а когда они обнаруживаются, уже поздно принимать какие-либо меры — изделие испорчено. Кроме того, внешние детали всегда нагреты меньше внутренних, особенно при интенсивной вентиляции, и это нередко вводит в заблуждение. Отдельные жилы многожильных кабелей могут перегреваться, но до поры до времени это также не будет замечено.

Многие ответственные части электроустановок не только не имеют, но и не могут иметь защиты от перегрева. На первый взгляд, такое утверждение неправдоподобно. Но рассмотрим, 58 например, перегревающуюся катушку реле, контактора, магнитного пускателя. Пока ее изоляция из-за перегрева полностью не разрушится, ток в цепи не может увеличиться и, следовательно, ни предохранитель, ни автоматический выключатель ее не защитят.

Естественно, возникает вопрос: к чему же такая защита, которая не защищает? Защита защищает, но только не катушки, а электроустановку от КЗ, а также прерывает ток КЗ после того, как катушка сгорела, предотвратив, таким образом, повреждение самой электроустановки.

Несмотря на отрицательное влияние нагрева избежать выделения теплоты принципиально невозможно: раз есть ток — значит, есть теплота. Однако выделение теплоты вовсе не означает, что изоляция обязательно перегревается и не может достаточно долго и хорошо работать.

При соблюдении условий термической (тепловой) стойкости изоляция нагревается в допустимых пределах и служит в течение гарантированного срока. Термическая стойкость выражается по-разному. Приведем несколько примеров.

Напряжение не выше 110% номинального. Это значит, что напряжение на выводах изделия (реле, двигателя, конденсатора и т.п.) не должно повышаться более чем на 10%. Казалось бы, это неоправданно жесткое требование. Однако оно вполне обосновано. Действительно, в цепях с активным сопротивлением ток пропорционален напряжению. Значит, повышение напряжения, например, на 30% вызывает увеличение тока также на 30%. Но количество теплоты пропорционально квадрату тока, следовательно, теплоты выделится на 69% больше, чем при номинальном напряжении.

Длительный ток 5 А, двукратная перегрузка не более 10 с — см. выше, упражнение 15.

Предельная мощность 15 Вт — см. выше, упражнения 5 и 15.

Температура не выше 55 ° С.

Переменная составляющая напряжения не более 5%. Аналогичные условия задают обычно для конденсаторов, так как при включении на пульсирующее напряжение под влиянием переменной составляющей через конденсатор проходит ток, нагревающий и разрушающий конденсатор (см. выше, упражнение 4).

Сопротивление изоляции резко зависит от температуры. Так, например, если проводимость электрокартона при 20 ° С принять за единицу, то при температурах 30, 40 и 50 ° С проводимость увеличится в 4, 13 и 37 раз соответственно. Во столько же раз уменьшается сопротивление изоляции. Столь резкая зависимость станет понятной, если сделать простейший опыт. Холодную эластичную бумагу, являющуюся прекрасной изоляцией, подогреем спичкой до 130 — 140 °С: бумага станет хрупкой и ломкой. При дальнейшем нагревании бумага побуреет и, наконец, обуглится. Иными словами, она из изоляции превратится в проводник.

Отсюда следует важнейший для практики вывод: при оценке результатов измерения сопротивления изоляции, и особенно при сравнении новых измерений с предыдущими, надо обращать внимание на температуру. Иными словами, прежде чем утверждать, что изоляция ухудшилась, нужно результаты нового измерения привести (пересчитать) к температуре предыдущего измерения. Ясно, что речь идет не о температуре среды, а о температуре обмотки: на подстанции, например, может быть холодно, а обмотка отключенного для ревизии трансформатора горячая.

Сопротивление изоляции нельзя измерять, если температура обмотки отрицательна. При этом замерзает влага, а именно увлажнение изоляции — наиболее вероятная причина ухудшения изоляции.

Сильное нагревание металлических деталей электрооборудования может оказаться вредным. Рассмотрим два типичных примера.

При длительных КЗ ток, если он проходит через пружины (контактные, как во многих исполнениях реле или возвратные), может их отжечь. В результате теряется упругость.

При повреждениях изоляции в первичных цепях ток повреждения I нередко находит себе путь на «землю» через свинцовые оболочки контрольных кабелей. С оболочек ток переходит на кронштейны, лотки и другие заземленные конструкции. Но переходное сопротивление R между оболочками кабелей и конструкциями велико, из-за чего мощность тепловых потерь I2R в месте перехода тока может оказаться настолько значительной, что оболочки прогорят. При этом может повредиться и изоляция жил: возникает слабое место, не защищенное от проникновения влаги.

Физика — 9

1.2

Известно, что электропроводность проводников зависит от их электрического сопротивления: чем меньше сопротивление проводника, тем лучше он проводит электрический ток.

Исследованние

1

Проверка зависимости сопротивления проводников от температуры.
Оборудование: источник постоянного тока, стальная спираль, амперметр, спиртовка (или свеча), спички, штатив, ключ, соединительный провод.
Ход исследования:

1. Соберите последовательную электрическую цепь, представленную на рисунке (a).
2. Замкнув ключ, отметьте силу тока в цепи по показаниям амперметра. При помощи зажженной спиртовки нагрейте в течение 1-2 минут спираль с током и проследите, как изменяется сила электрического тока.
3. Потушив спиртовку, пронаблюдайте за показаниями амперметра при охлаждении спирали с током.

Обсудите результаты:
• Как изменяется сила тока в цепи при нагревании и охлаждении металлической спирали с током?
• К какому выводу вы пришли в ходе исследования?

Результаты исследования показали, что при изменении температуры сопротивление металлического проводника тоже меняется: с увеличением температуры сопротивление металлического проводника увеличивается, при уменьшении температуры — уменьшается.

Почему при нагревании металлического проводника его сопротивление увеличивается? Согласно классической электронной теории, при нагревании металлического проводника с током амплитуда колебательного движения положительных ионов, находящихся в узлах его кристаллической решетки, увеличивается. В результате число столкновений упорядоченно движущихся свободных электронов с ионами резко увеличивается, следовательно при нагревании сопротивление проводника увеличивается.

В итоге сила тока в металлическом проводнике уменьшается. В интервале небольших температур сопротивление металлических проводников линейно зависит от температуры, и эта зависимость определяется следующей формулой (b):

R = R ₀ (1 + αΔ) или R = R₀ (1 + αΔT). (1.1)

Электрическое сопротивление полупроводников — Справочник химика 21

    Явление же уменьшения электрического сопротивления полупроводника под действием света получило назва- [c.167]

    Электрическое сопротивление полупроводников находится в пределах 10 —10 Ом-см и занимает промежуточное положение между сопротивлением хороших проводников (10″ Ом-см) и изоляторов (10 —10 Ом-см). В отличие от металлов, сопротивление полупроводников возрастает с ростом температуры. [c.192]

    Явление же уменьшения электрического сопротивления полупроводника под действием света называется внутренним фотоэффектом, а основанные на этом явлении приборы — фотосопротивлениями. [c.195]

    ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ [c.227]

    Определение удельного электрического сопротивления полупроводников и установление зависимости сопротивления от температуры [c.230]

    Еще одна интересная особенность — ширина запрещенной зоны, определяющая основные свойства полупроводника, в данном случае величина не постоянная, как у неорганических материалов, а переменная. Ею можно легко управлять. Например, можно получать различные производные полиацетилена, в которых водород замещается различными радикалами. Можно удлинять или укорачивать полимерные цепи. Можно по-разному укладывать полимерные молекулы в волокна и пленки, менять электрическое сопротивление в местах контакта между молекулами. [c.128]

    Особыми свойствами, отличающими их как от металлов, так и от изоляторов, обладают полупроводники. При низких температурах их электрическое сопротивление весьма велико и в этих условиях они проявляют свойства изоляторов. Однако при нагревании или при освещении электрическая проводимость полупроводников резко возрастает и может достигать величин, сравнимых с проводимостью металлов. [c.635]

    Оксиды металлов являются полупроводниками, т. е. веществами, электрическое сопротивление которых занимает промежуточное положение между электрическим сопротивлением металлов и диэлектриков и свойства которых (в частности, электропроводность) существенно зависят от температуры. При этом оксиды делятся на две группы  [c.20]

    Большая часть минералов и горных пород обладает низкой электрической проводимостью и, следовательно, высоким удельным электрическим сопротивлением р. В геофизике численное значение этой величины принято выражать для куба, ребро которого равно 1 м. Следовательно, размерность этой константы будет Ом м. Удельное сопротивление минералов колеблется от 10 до 10 Ом м. В зависимости от численного значения минералы условно разделяются на три группы проводники — р 10 Ом-м. [c.120]

    Резистивные стеклоэмали обладают повышенным удельным электрическим сопротивлением (на три порядка и более выше проводниковых) с нормированным значением температурного коэффициента благодаря применению в качестве наполнителя полупроводников и полуметаллов. Их применяют в составе рисунка печатных микроузлов для всего диапазона номиналов резисторов, применяемых в РЭА. [c.57]

    Теллур как элементарное вещество в обычных условиях представлен только одной формой. На рис. 3.2 показана форма, по структуре аналогичная серому селену межатомное расстояние Те—Те 2,835 А, валентный угол 103,2°, вещество является полупроводником, однако по сравнению с селеном обладает гораздо меньшей величиной электрического сопротивления. При нагревании под давлением свыше 70 кбар образуется аллотропная модификация, соответствующая металлическому состоянию р-формы полония и принадлежащая к ромбоэдрической структурной системе. В газовой фазе устойчивыми являются формы Тег и Те, обладающие парамагнитными свойствами. [c.107]

    Принцип получения информации о температуре ОК основан на температурной зависимости электрического сопротивления материалов. Указанным свойством обладают многое материалы, при этом наиболее широкое применение в практике НК оно нашло при измерении и контроле температуры металлов, полупроводников и электролитов. [c.551]

    Электрические свойства [1]. Электрическое сопротивление углей сильно зависит от влажности, температуры, химического состава и наличия минеральных компонентов. В целом угли являются полупроводниками. Удельное электрическое сопротивление для бурых и каменных углей составляет 10 — 10 ° Ом-см, для антрацитов 5-10 —2-10 Ом-см. Минималь- [c.52]

    Чувствительную область детектора, т. е. область, в которой существует электрическое поле, можно увеличить, приложив к переходу обратное смещение. Если к и-области присоединить плюс источника напряжения, а к /7-области — минус , то свободные заряды перемещаются в направлении от перехода. В результате чувствительный объем детектора увеличивается (рис. 6.2.7), а емкость перехода уменьшается. Темновой ток в этом случае обусловлен неосновными носителями заряда (электронами и дырками). Концентрация неосновных носителей может быть на несколько порядков меньше концентрации собственных носителей. Поэтому ток, обусловленный тепловой генерацией носителей в области р—и-перехода, оказывается на несколько порядков меньше тока той же природы в собственном полупроводнике. Почти полное отсутствие свободных носителей в обедненной области означает, что удельное сопротивление полупроводника в ней гораздо больше удельного сопротивления материала вне перехода. Ширину чувствительной области можно увеличить не только за счет приложенного обратного смещения, но и вводя между р- и и-областями полупроводник с собственной проводимостью. В этом случае образуется так называемая р—/— и-структура. [c.86]

    Термометры сопротивления изготовляют из металлов, которые при изменении температуры заметно меняют свое электрическое сопротивление. В качестве материала для промышленных термометров сопротивления обычно используют платину, медь или никель. Однако способность изменять сопротивление в зависимости от температуры присуща также и полупроводникам вполне возможно, что по мере усовершенствования полупроводниковых материалов они найдут широкое применение в термометрах сопротивления. [c.384]

    Тип детектора также определяется природой и интенсивностью излучения, проходящего через ячейку с образцом. Например, для ионизирующего излучения, такого, как рентгеновские лучи, подходящими детекторами являются счетчики Гейгера, пропорциональные или сцинтилляционные счетчики. Излучение низкой частоты (т. е. инфракрасное) регистрируют главным образом по вызываемому им тепловому эффекту поэтому основным элементом детектора для этого случая обычно служит чувствительная термопара или термосопротивление. В ячейках, которые широко используются для регистрации близкого инфракрасного излучения (длина волны от 0,8 до 3 мкм), чувствительным элементом является полупроводник (например, сульфид свинца, теллурид свинца или германий). При воздействии подобного облучения электроны в полупроводнике переходят в зону проводимости, и его электрическое сопротивление падает. Электрический ток, который протекает через полупроводник при наложении некоторого потенциала, является мерой интенсивности падающего излучения. [c.122]

    Примеси специально вводятся в кремний и германий для создания полупроводниковых свойств. То, что кремний и германий не являются проводниками электричества, может быть объяснено с помощью зонной теории металлов (см. стр. 237). Все валентные электроны в этих кристаллах находятся в полностью заполненной зоне, и между этой и следующей зоной (пустой) имеется энергетическая щель, которая не может быть преодолена обычным путем. При повышении температуры увеличивается число электронов, обладающих избытком энергии, достаточным для перехода через щель в следующую зону, и, поскольку эта зона почти полностью пустая, такие электроны могут двигаться при наложении электрического потенциала. Сопротивление полупроводника в отличие от металла убывает при повышении температуры. Полу-проводимость кремния и германия значительно возрастает при специальном введении примесных атомов из групп П1 или V. Эти атомы, вероятно, не занимают положения в [c.260]

    Полупроводниковые термосопротивления основаны на свойстве полупроводников уменьшать электрическое сопротивление при увеличении температуры. [c.30]

    Термометры сопротивления из полупроводников или термисторы отличаются тем, что электрическое сопротивление их уменьшается с повышением температуры. [c.165]

    Тепловые приемники. Принцип действия болометра основан на изменении электрического сопротивления полупроводника или металла при нагреве чувствительного элемента поглощенным тепловым излучением. Исторически болометры были одними из первых видов ИК детекторов, однако их применение в тепловизорах в течение длительного времени сдерживалось их значительной инерционностью. В конце ХХ-го века появились малоинерционные микроболометрические (ферроэлектрические) матрицы, на основе которых были созданы неохлаждаемые матричные тепловизоры, получившие в настоящее время большое распространение. [c.211]

    Карбин впервые был получен синтетически, но позднее обнаружен и в природе. Это черный мелкокристаллический порошок, относящийся к наиболее стабильной форме углерода. По электрическим свойствам карбин является полупроводником, его электрическое сопротивление при облучении светом резко уменьшается. Различают а-карбин и /3-карбин. Первая аллотропная модификация карбина представляет собой линейную полимерную цепь из ацетиленовых фрагментов (полиин)  [c.407]

    По электрическим свойствам материалы делятся на диэлектрики, полупроводники, проводники и сверхпроводники. Они отличаются друг от друга по величине удельного электрического сопротивления, характеру изменения его в зависимости от температуры и по механизму проводилюсти. [c.634]

    Полупроводники характеризуются удельным электрическим сопротивлением от 10 до 10 Ом-м. К полупроводникам относятся простые вещества, находящиеся при условиях, близких к нормальным, в твердом состоянии В, С, 81, Се, 8п, Р, Аз, 8Ь, 8, 8е, Те, I. Полупроводниками являются многие бинарные соединения оксиды (2пО, РеО), сульфиды (2п8, Стакже сложные соединения. Наиболее распространенные бинарные соединения полупроводников можно определить по простому правилу — это должны быть соединения по числу валентных электронов изоэлектронные бинарному соединению из атомов IV главной подгруппы. То есть это соединения элементов только четвертой, третьей и пятой, второй и шестой групп периодической системы. Ширина запрещенной зоны в полупроводниках изменяется от 0,08 эВ (у металла Зп) до 5,31 эВ (у неметалла С(алмаз))- [c.635]

    Однако реальные полупроводники всегда имеют примеси, которые существенно влияют на характер электрической проводимости, в этом случае называемой примесной. Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорные примеси имеют на валентной электронной оболочке большее число электронов, чем их число на валентной электронной оболочке атома основного элемента полупроводника. Например, примеси атомов элементов V или VI главных подгрупп периодической системы в кристаллической решетке кремния (IV главная подгруппа) будут донорными. В зонной структуре полупроводника появляются дополнительные электроны проводимости. Если атом примеси содержит меньше валентных электронов, чем атом основного элемента, то полупроводник содержит в валентной зоне дополнительные свободные МО, на которые могут переходить валентные электроны. Такие примеси называются акцепторными, они приводят к появлению дополнительных дырок проводимости. По отношению к кремнию такими примесями будут элементы III главной подгруппы. Полупроводники с преобладающим содержанием донорных примесей называются полупроводниками с электронной проводимостью или п-типа. Если же преобладают примеси акцепторные, то полупроводники называются полупроводниками с дырочной проводимостью или р-типа. Для получения примесных полупроводников полупроводники, полученные специальными кристаллофизическими методами в сверхчистом состоянии, легируются элементами акцепторами или донорами электронов в микродозах, не превышающих 10 %. Примеси резко изменяют собственную электрическую проводимость полупроводников, поскольку количество носителей заряда, поставляемых ими обычно больше, чем их число в чистом полу-прово,цнике. Так, чистый кремний имеет удельное электрическое сопротивление электронной проводимости около 150-10 Ом-м, дырочной проводимости в.4 раза, электронной проводимости после легирования фосфором и дырочной проводимости после легирования бором — в 20 раз меньше. [c.636]

    Сульфид таллия, обладающий свойствами полупроводников, применяют в радиотехнике. Электрическое сопротивление в нем уменьшается с повышением интенсивности падающего света. В последнее время стали использовать весьма чувствительные сернистоталлиевые фотоэлементы (ФЭСТ). Полупроводниковый слой в них создается из смеси сульфида таллия с теллуром, наносимой путем возгонки в вакууме на железную пластинку. Сернисто-таллиевые фотоэлементы восприимчивы не только к видимым лучам, но и к невидимым инфракрасным лучам, источником которых является любой нагретый предмет. [c.189]

    Измерение больших импульсных мощностей в технике сверхвысоких частот — сложная проблема. Речь идет о сотнях тысяч и даже миллионах ватт. Обычные калориметрические измерения неудобны вся измеряемая мощность поглощается приборами. Это значит, что СВЧ генератор временно отключается от полезной нагрузки. Кроме того, калориметрические измерения в силу своей индукционности сообщают данные о средней, а не о импульсной мощности. Этих недостатков лишен вышеупомянутый прибор. Принцип его действия прост. В волноводе, по которому распространяется большая сверхвысокая мощность, создается сильное электрическое поле. Если в электрическом поле поместить полупроводник (германий, кремний или полупроводниковое соединение), то в результате безынерционного разогрева электронов сопротивление полупроводника изменится на вполне определенную величину. По ней можно точно судить о напряженности поля, а следовательно, и о СВЧ мощности. Прибор на горячих электронах в отличие от калориметрического позволяет производить замеры мощности при работе генератора на полезную нагрузку. [c.520]

    Фотопроводяш,ие детекторы — это твердые детекторы, известные как полупроводники, электрическое сопротивление которых при облучении (освещении) существенно уменьшается. [c.178]

    Электрические свойства углей определяются проводимостью ими электрического тока. Ископаемые угли могут быть отнесены к полупроводникам. Удельное электрическое сопротивление каменных углей и антрацитов, определенное для порошка, при комнатной температуре и атмосферном давлении составляет для углей средней стадии метаморфизма Ю —2 10 Ом см, для антрацитов 5.10 —2 ЮЮм см. На проводимость угля сушественное влияние оказывают температура, химический состав примесей, гифоскопич-носгь и другие факторы. Начиная со 100 С сопротивление угля резко падает. При 900 С сопротивление составляет 4—5 Ом см. [c.27]

    Электропроводность к — величина, обратная электрическому сопротивлению, — характеризует способность материала проводить электрический ток. Для ненаполненных полимеров, в том числе эластомеров, значения лг = // / с1Еэ (где I — сила тока, Еэ — напряженность приложенного электрического поля) весьма малы и близки к значениям к для диэлектриков [30]. Наряду со способностью к поляризации в электрическом поле это свидетельствует о принадлежности полимеров к классу диэлектриков, т.е. об отсутствии у них свободных электронов. В последние годы для создания полимерных изделий, обладающих высокой проводимостью и выполняющих роль полупроводников, нашли широкое применение материалы, способные длительно сохранять заряд на поверхности после электризации, так называемые электреты. [c.551]

    Термопреобразователи сопротивления. Принцип действия термопреобразователей сопротивления основан на изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников от температуры. Известно, что сопротивление проводника или полупроводника, по которому протекает электрический ток, изменяется в зависимости от температуры. При этом электрический ток также изменяет свое значение. При повышении температуры сопротивление в проводниках увеличивается, а в полупроводниках уменьшается. Это свойство и используется в термопреобразователях сопротивления. В проводниковых термопреобразователях сопротивления зависимость изменения сопротивления от температуры близка к линейной, в полупроводниковых эта зависимость нелинейна. [c.315]

    Элементы, располагающиеся в периодической таблице правее и ниже бора, находящегося в подгруппе 1ПБ, другими словами, невдалеке от линии,, проходящей через 3, ЗЬ, Те, дают простые вещества, обладающие как металлическим, так и неметаллическим характером. Их полиморфизм (разнообразие форм) иллюстрирует рис. 3.3. В качестве критерия метал-личиости или неметалличности могут быть.выбраны самые разнообразные свойства, однако наиболее однозначным показателем является легкость протекания электрического тока, или электропроводность. Помимо величины электрического сопротивления следует учитывать также и температурный коэффициент сопротивления. Кристаллы, которые проявляют нормальную металлическую проводимость (повышение сопротивления с увеличением температуры), на рисунке помечены буквой М (металлический характер). Кристаллы, у которых с повышением температуры электрическое сопротивление уменьшается, являются полупроводниками, и их можно рассматривать как особый случай изоляторов, в которых неметаллические свой- [c.100]

    Селен, теллур, полоний. Селен устойчив в виде аллотропном модификации серого цвета, расстояние Se—Se 2,37 А, валентный угол 103°, в целом структура представляет собой агрегат из компактно сложенных спиралеобразных цепей (рис. 3.2). Сточки зрения электрического сопротивления это вещество является полупроводником с ззмечательны.ми свойствами (разд. 7 настоящей главы). При облучении светом его электропроводность возрастает, поэтому селен используют в фотоэлементах и солнечных батареях. Помимо этой формы известна модификация, напоминающая ромбическую серу и имеющая в основе циклическую структуру Ses (расстояние Se—Se 2,34 А, валентный угол 105°), существующую в двух аллотропных разновидностях а- и 3-формы. Обе они красного цвета, относятся к моноклинной сингонии и во всех отношениях проявляют свойства неметаллов, причем, будучи нагреты до 75 °С, превращаются в стабильную форму. Пары селена парамагнитны и состоят из молекул Se2 и Se. [c.107]

    Тензорезистивный эффект (тен-зоэффект) Свойство проводников и полупроводников изменять электрическое сопротивление при объемном или линейном деформировании [c.556]

    Ряд авторов [23, 24, 51, 53] при измерении разницы в температурах кипения раствора И растворителя в качестве термочувствительного элемента используют термистры (полупроводники), так как при работе они ие дают побочных электрических эффектов, имеющих место, когда применяются термопары. Кроме того, при незначительном изменении температуры очень резко изменяется сопротивление полупроводников. Чувствительность приборов, в которых в качестве термоизмерительного устройства служат термистры, также высока. Так, чувствительность прибора, применяемого Лерне и Майори [24, 53], [c.227]

    Поскольку полупроводники других химических типов являются типичными катализаторами окислительно-восстаповительпого типа, мы опробовали Ое как катализатор модельных реакций этого типа. В опытах использовался порошок Ое, полученный дроблением монокристалличе-ских образцов с удельным электрическим сопротивлением 5—10 ом-см (в ряде опытов использовалась пленка Ое, полученная напылением в вакууме или пиролизом ОеН4). Исследование каталитических свойств проводилось в статических условиях в кварцевом реакторе, соединенном с вакуумной системой. [c.103]

    Карбид кремния не разлагается под действием кислот, за исключением фосфорной и смеси азотной и плавиковой, но легко разлагается под действием расплавленных щелочей, железа, меди. Сера и водяной пар разлагают карбид кремния при температурах свыше 1000° С. На воздухе медленное окисление начинается с 870° С при повышении температуры скорость окисления возрастает. По электрическим свойствам карбид кремния относится к полупроводникам. Удельное электрическое сопротивление внутри кристаллов 51С лежит в пределах от 1 до до 10 ом-см, суммарное удельное сопротивление кристаллов, с учетом сопротивления поверхностного слоя имеет нелинейный характер при больших плотностях тока (около 10 а/см ) суммарное удельное сопротивление составляет около 10 ом-см, при малых плотностях тока (порядка 10 а1см ) оно возрастает до 10 ом-см и более. [c.154]

    Полупроводники. Твердые тела, которые по величине электрического сопротивления при комнатной температуре расположены между проводниками и изоляторами. При тепловом возбуждении полупроводников выше определенной температуры концентрация носителей электрического заряда увеличивается с повышением температуры. Чистые полупроводники, которые не содержат примесей, называются собственными полупроводниками полупроводники, электрические свойства которых зависят от примесей, называются несобственными. Несобственные полупроводники, имеюш,ие избыток носителей с отрицательными зарядами (электроны), называются иолуприводника.ми /мина иолуироводники, имеюш,ие избыток носителей положительного заряда (дырки), называются полупроводниками р-типа. [c.95]

fusion — Почему сопротивление уменьшается при повышении температуры в плазме?

В своем вопросе вы смешиваете две вещи, которые хорошо разделены:

1. Сверхпроводимость
2. Удельное сопротивление в плазме

Обратите внимание, что сверхпроводимость наступает только тогда, когда вы находитесь ниже определенного порога, это не постоянное уменьшение удельного сопротивления (или увеличение проводимости), как вы косвенно сказали в своем вопросе.

После того, как мы это проясним, я сейчас попытаюсь ответить на ваш вопрос:

Прежде всего, вы должны знать, что такое плазма: плазма состоит из заряженных частиц (ионов и электронов) и некоторых нейтралов.Заряженные частицы взаимодействуют друг с другом посредством кулоновской силы, и это главное отличие по сравнению с газом: в газе частицы взаимодействуют только посредством прямых столкновений, они должны столкнуться друг с другом. Однако в плазме они взаимодействуют через свои электрические поля на гораздо больших расстояниях. Этот тип «столкновений» называется кулоновских столкновений , и частицы в плазме почти никогда не «касаются» друг друга (взаимодействуют только их электрические поля).

В то время как столкновения в классическом газе могут привести к большим изменениям исходного направления частиц (просто представьте, как два биллиардных шара сталкиваются друг с другом), в плазме ситуация иная.Представьте себе положительно заряженный ион, который сидит где-то, а электрон проходит на некотором расстоянии. Из-за кулоновского взаимодействия траектория электрона будет несколько искажена (и это то, что мы называем кулоновским столкновением в плазме).

Изменение начальной траектории зависит от расстояния между частицами, чем они ближе, тем сильнее сила между ними и тем больше изменение. Но это зависит также от скорости электрона: чтобы получить новую траекторию электрона — новое направление — вы добавляете компоненты вектора скорости, т.е.е. то из исходного направления и что из-за кулоновской силы. Если исходное направление теперь очень велико, результирующее изменение траектории будет небольшим. Высокая скорость может быть преобразована в высокую температуру, таким образом, чем выше температура, тем меньше изменение первоначального направления электрона.

Чтобы иметь некоторую аналогию с классическим газом, мы обычно определяем столкновение в плазме как сумму тех кулоновских столкновений, которые приводят к изменению исходного направления на 90 °.В сочетании с тем, что я написал в последнем абзаце, это означает, что более высокая температура требует большего количества этих кулоновских взаимодействий, чтобы изменить исходное направление на 90 °.

Следовательно, более высокая температура означает уменьшение эффективной частоты столкновений. А уменьшение частоты столкновений приводит к увеличению проводимости, поскольку частицы меньше возмущаются на своем пути через плазму, они реже сталкиваются. И это должно ответить на ваш вопрос.

Как работают резисторы — Пиример сопротивления в электронике

СОПРОТИВЛЕНИЕ

Сопротивление — это одна из трех основных величин в электрических или электронных цепях:

Ток — это поток электронов по цепи. Это основная величина, потому что она действительно работает и дает желаемые результаты. Измеряем ток в Амперах. (См. «ЕДИНИЦЫ»)

Напряжение — это сила, которая заставляет ток течь в цепи. Фактически, мы иногда называем напряжение «электродвижущей силой» или «ЭДС».»Мы измеряем его в вольтах.

Сопротивление контролирует прохождение тока. Мы измеряем его в Ом.

Эти три величины настолько важны для электрических и электронных схем, что их связывает простое уравнение, называемое законом Ома. Закон Ома гласит, что ток, протекающий в цепи, пропорционален напряжению, приложенному к цепи, и обратно пропорционален сопротивлению цепи. Другими словами, для данного напряжения ток в цепи будет уменьшаться с увеличением сопротивления.

Математически закон Ома: I = E / R, или ток равен напряжению, деленному на сопротивление. Это простое уравнение можно преобразовать, чтобы найти напряжение или сопротивление с учетом двух других величин. (Например, если вы знаете напряжение и ток в цепи, вы можете рассчитать сопротивление цепи, разделив напряжение на ток.) ​​

Закон Ома действительно фундаментален. Здесь начинается разработка всех электрических или электронных схем!

ПРОВОДНИКИ И ИЗОЛЯТОРЫ

Все материалы являются либо проводниками, либо изоляторами; материал либо проводит электрический ток, либо препятствует его течению.

Не все проводники одинаково способны поддерживать ток. Медь — лучший проводник, чем никель. Серебро — лучший проводник, чем медь. Золото — лучший проводник, чем Серебро. Углерод — плохой проводник.

Точно так же не идеальны изоляторы. В сухом виде дерево является изолятором, но во влажном состоянии становится проводником. Лучшие изоляторы — это стекло и керамика. Пластмассы, такие как эпоксидная смола, обычно являются хорошими изоляторами.

Есть также материалы, которые не являются ни проводниками, ни изоляторами.Их называют «полупроводниками», они используются для изготовления транзисторов. Мы не будем здесь обсуждать транзисторы, но интересно, что на самом деле это только резисторы, которыми могут управлять электронные схемы. Это еще раз показывает, что закон Ома имеет фундаментальное значение для проектирования схем.

РЕЗИСТОРЫ

Есть несколько способов изготовления резисторов для электрических или электронных схем. Углеродные резисторы изготавливаются путем присоединения выводов к стержню или стержню из углеродного материала. Материал обычно изготавливается путем суспендирования углеродных частиц в пластическом материале.Материал «смесь определяет стойкость».

Угольные резисторы

имеют серьезные ограничения. Они не могут рассеивать большую мощность, и их сложно изготовить с небольшими допусками по сопротивлению. Однако автоматизированное производство производит их в больших количествах, поэтому их стоимость невысока.

Некоторые резисторы изготавливаются из металлических пленок или оксидов. Эти резисторы имеют небольшие размеры и могут изготавливаться с хорошими допусками. Но они не могут справиться с более высокими уровнями мощности. Другой тип пленочного резистора изготавливается из токопроводящих чернил.Они недороги, но нестабильны, имеют ограниченное рассеивание мощности и плохие допуски по сопротивлению.

Резисторы с проволочной обмоткой изготавливаются путем наматывания отрезка провода на изолирующий сердечник. Они могут рассеивать большие уровни мощности по сравнению с другими типами и могут быть изготовлены с очень жесткими допусками по сопротивлению и контролируемыми температурными характеристиками.

Его длина, площадь поперечного сечения и материал определяют сопротивление провода. Медь — хороший проводник, но имеет некоторое сопротивление (току.) Медный провод небольшого диаметра, длиной 100 футов, может иметь сопротивление в несколько Ом. Однако проволока из никелевого сплава небольшого диаметра длиной всего один фут может иметь сопротивление в несколько тысяч Ом.

Riedon производит резисторы с проволочной обмоткой, используя проволоку из нескольких металлических сплавов и размеров. Выбор проволоки зависит от нескольких факторов. Например, для конструкции с высоким сопротивлением потребуется длинный медный провод и большой резистор. Тот же резистор может быть изготовлен из проволоки из никелевого сплава короткой длины, в результате чего устройство будет намного меньше.Однако, когда требуется высокоточный резистор, легче подрезать сопротивление, удалив несколько дюймов провода с низким сопротивлением, чем обрезав миллиметры провода с высоким сопротивлением.

МОЩНОСТЬ

Мы измеряем электрическую мощность в ваттах. В резистивной цепи мощность рассчитывается путем возведения тока в квадрат и умножения этого значения на сопротивление. (P = IxR) Резисторы с проволочной обмоткой превосходно подходят для приложений с более высокой номинальной мощностью.

Поскольку резисторы препятствуют прохождению тока, они выделяют тепло.Если резистор работает в пределах своей номинальной мощности, тепло безвредно рассеивается в окружающую среду. Но если мы превысим номинальную мощность, резистор не сможет рассеять избыточное тепло, и его температура повысится. Резистор выйдет из строя, обычно действуя как предохранитель и размыкая цепь. Если резистор используется в среде с высокой температурой, его номинальная мощность должна быть снижена или «понижена».

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ

В резисторах с проволочной обмоткой другим фактором выбора является температурная характеристика проволоки.

Сопротивление всех материалов изменяется при изменении их температуры. При понижении температуры сопротивление (обычно) снижается. Фактически, при достаточном охлаждении материал становится «сверхпроводником» без значительного сопротивления. Повышение температуры (обычно) увеличивает сопротивление.

Температурный коэффициент сопротивления (TCR) провода или резистора связывает изменение сопротивления с изменением температуры. Обычно это выражается в «миллионных долях на градус Цельсия» (TCR = ppm / ° C.Таким образом, температурный коэффициент сопротивления показывает, насколько изменится сопротивление (ppm), если температура изменится на один градус Цельсия. (Иногда мы измеряем температуру в градусах Фаренгейта. Но сегодня градусы Цельсия более распространены и приемлемы.)

Специальные сплавы для проволоки имеют особые температурные коэффициенты. Например, «Evenohm» (торговое название проволочного сплава с низким TCR) сформулировано так, чтобы иметь небольшой TCR от 5 до 10 ppm / ° C. Чистый никель имеет гораздо больший TCR, равный 6700 ppm / ° C.Медь имеет TCR 3900 ppm / ° C. Эти и другие сплавы позволяют нам «адаптировать» резистор к желаемым характеристикам в приложениях, где меняются температуры.

В качестве практического примера, резистор с сопротивлением 1000 Ом, сделанный из чистой никелевой проволоки, будет иметь новое сопротивление 1670 Ом, если мы увеличим его температуру с 20 ° C до 120 ° C. В том же приложении резистор, сделанный из провода Evenohm, увеличился бы только до 1001 Ом.

ИНДУКТИВНОСТЬ

Есть еще одна величина, похожая на сопротивление.Это называется реактивным сопротивлением. Как и сопротивление, мы измеряем реактивное сопротивление в омах, и это соответствует правилу закона Ома.

Реактивность возникает в электрических или электронных цепях, только если ток быстро меняется. Обычно это важно в цепях «переменного тока» (AC), где ток периодически меняет направление и амплитуду с некоторой скоростью, называемой «частотой». Однако реактивное сопротивление не существует в цепях «постоянного тока» (DC), где ток течет в одном направлении и его амплитуда не меняется быстро.

Реактивность возникает из-за того, что все элементы схемы имеют «индуктивность» и «емкость». В цепях переменного тока емкость резисторов с проволочной обмоткой редко бывает достаточно большой, чтобы ее можно было принять во внимание, поэтому мы проигнорируем ее в этом обсуждении. Однако индуктивность резисторов с проволочной обмоткой может быть критической!

Все проводники имеют некоторую индуктивность. Когда проводник скручен в спираль, как это обычно бывает в резисторах с проволочной обмоткой, эта индуктивность становится больше. В цепях переменного тока индуктивность вызывает «индуктивное реактивное сопротивление».»Индуктивное реактивное сопротивление и сопротивление складываются, увеличивая номинал резистора.

Индуктивное реактивное сопротивление увеличивается с увеличением частоты переменного тока. Например, у резистора может быть достаточно индуктивности, чтобы создать 1 Ом реактивного сопротивления на частоте 60 Гц (циклов в секунду). Если мы увеличим частоту до 6000 Гц (звуковая частота), реактивное сопротивление увеличится до 100 Ом. Увеличение частоты до 6 000 000 Гц (радиочастота) увеличивает реактивное сопротивление резистора до 10 000 Ом.

Очевидно, что индуктивность резисторов с проволочной обмоткой может быть значительной в цепях переменного тока! Когда реактивное сопротивление играет важную роль в цепях переменного тока, Riedon может намотать провод особым образом, чтобы устранить или уменьшить индуктивность резистора.

ЕДИНИЦ:

Амперы: («Амперы») Вольт:
миллиампер = 1/1000 ампер, милливольт = 1/1000 вольт
микроампер = 1/1000000 ампер, микровольт = 1/1000000 вольт

Ом:

кОм («кОм») = 1000 Ом
МОм = 1000000 Ом

Температурный коэффициент сопротивления | Физика проводников и изоляторов

Вы могли заметить в таблице удельных сопротивлений, что все значения указаны для температуры 20 ° C.Если вы подозревали, что это означает, что удельное сопротивление материала может изменяться с температурой, вы были правы!

Значения сопротивления для проводов при любой температуре, отличной от стандартной (обычно указываемой на уровне 20 Цельсия) в таблице удельного сопротивления, должны определяться по еще одной формуле:

Константа «альфа» (α) известна как температурный коэффициент сопротивления и символизирует коэффициент изменения сопротивления на градус изменения температуры.Так же, как все материалы имеют определенное удельное сопротивление (при 20 ° C), они также изменяют сопротивление в зависимости от температуры на определенную величину. Для чистых металлов этот коэффициент является положительным числом, что означает, что сопротивление увеличивается на с повышением температуры. Для элементов углерода, кремния и германия этот коэффициент является отрицательным числом, что означает, что сопротивление уменьшается на с повышением температуры. Для некоторых металлических сплавов температурный коэффициент сопротивления очень близок к нулю, что означает, что сопротивление практически не изменяется при изменении температуры (хорошее свойство, если вы хотите построить прецизионный резистор из металлической проволоки!).В следующей таблице приведены температурные коэффициенты сопротивления для нескольких распространенных металлов, как чистых, так и легированных:

Температурные коэффициенты сопротивления при 20 градусах Цельсия

* = Стальной сплав с содержанием железа 99,5%, углерода 0,5% тыс.

Давайте посмотрим на пример схемы, чтобы увидеть, как температура может повлиять на сопротивление провода и, следовательно, на характеристики схемы:

Эта цепь имеет полное сопротивление проводов (провод 1 + провод 2) 30 Ом при стандартной температуре.Составив таблицу значений напряжения, тока и сопротивления получаем:

При 20 ° C мы получаем 12,5 В на нагрузке и всего 1,5 В (0,75 + 0,75) падаем на сопротивление провода. Если бы температура поднялась до 35 ° по Цельсию, мы могли бы легко определить изменение сопротивления для каждого отрезка провода. Предполагая использование медной проволоки (α = 0,004041), получаем:

Пересчитав значения нашей схемы, мы увидим, какие изменения принесет это повышение температуры:

Как видите, напряжение на нагрузке упало (с 12.От 5 до 12,42 вольт), а падение напряжения на проводах выросло (с 0,75 до 0,79 вольт) в результате повышения температуры. Хотя изменения могут показаться незначительными, они могут быть значительными для линий электропередач, протянувшихся на несколько километров между электростанциями и подстанциями, подстанциями и нагрузками. Фактически, электроэнергетические компании часто должны учитывать изменения сопротивления линии в результате сезонных колебаний температуры при расчете допустимой нагрузки системы.

ОБЗОР:

• Большинство проводящих материалов изменяют удельное сопротивление при изменении температуры.Вот почему значения удельного сопротивления всегда указываются для стандартной температуры (обычно 20 или 25 ° C).
• Коэффициент изменения сопротивления на градус Цельсия при изменении температуры называется температурным коэффициентом сопротивления . Этот коэффициент представлен греческой строчной буквой «альфа» (α).
• Положительный коэффициент для материала означает, что его сопротивление увеличивается с повышением температуры. Чистые металлы обычно имеют положительный температурный коэффициент сопротивления.Коэффициенты, приближающиеся к нулю, могут быть получены путем легирования некоторых металлов.
• Отрицательный коэффициент для материала означает, что его сопротивление уменьшается с повышением температуры. Полупроводниковые материалы (углерод, кремний, германий) обычно имеют отрицательные температурные коэффициенты сопротивления.
• Формула, используемая для определения сопротивления проводника при температуре, отличной от указанной в таблице сопротивлений, выглядит следующим образом:

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Влияние температуры на сопротивление

Влияние температуры на сопротивление

Если вы посмотрите на катушку нагревателя, вы увидите, что как только через катушку протекает ток, он становится горячим и ярко-красным.Вы когда-нибудь говорили о его причине? Он нагревается из-за сопротивления проводника. Когда ток течет по проводнику, ему препятствует сопротивление проводника. Это свойство помехи называется сопротивлением проводника. Итак, можно сказать: «Свойство, из-за которого проводник препятствует прохождению тока через него, называется сопротивлением».

Обычно сопротивление проводника увеличивается при повышении температуры и сопротивление уменьшается при понижении температуры.Но исключение составляет углерод. Сопротивление углерода снижается при повышении температуры. Следует помнить, что сопротивление пропорционально температуре. Температурный коэффициент сопротивления устанавливает связь между температурой и сопротивлением. В случае проводника сопротивление увеличивается с увеличением температуры и уменьшается в случае изолятора из-за повышения температуры.

Сопротивление проводника зависит от температуры. Изменение сопротивления при изменении температуры выражается температурным коэффициентом сопротивления.Теперь посмотрим, в чем причина его такого тепловыделения. Из-за протекания тока в электрической цепи выделяется тепло, что можно объяснить электронной теорией. В проводнике много свободных электронов. При приложении разности потенциалов между выводами беспроводниковые электроны движутся через межмолекулярные пространства и взаимодействуют с атомами и молекулами. В результате в проводнике возникает сопротивление. При повышении температуры атомы и молекулы получают больше тепловой энергии, и их колебания возрастают.Следовательно, увеличивается количество столкновений со свободными электронами. Сопротивление также увеличивается вместе с ним. В результате проводник нагревается.

Сопротивление проводника зависит от его температуры. Обычно сопротивление увеличивается при повышении температуры, а сопротивление уменьшается при понижении температуры. Предположим, что сопротивление проводника при 0 ⁰ C равно R ₀ , а при t ⁰ C его сопротивление составляет R _t , тогда

R _t = R ₀ (1 + αt)

Здесь α = константа.Он называется температурным коэффициентом сопротивления.

Итак, α = (R _t — R ₀ ) / R ₀ t

lf R ₀ = 1, t = 1 ⁰ тогда, α = (R _t — R ₀ ).

Изменение сопротивления проводника с единичным сопротивлением, которое происходит при каждом повышении температуры по Цельсию, называется температурным коэффициентом сопротивления этого проводника.

Единица температурного коэффициента ( ⁰ C) ^-1 или (K ^-1 ).

Температурный коэффициент сопротивления алюминия составляет 3,9 x 10 ^-3 (° C) ^-1 ; означает, что если температура алюминиевого проводника с сопротивлением 1 Ом увеличивается на 1 ° C, его сопротивление увеличивается на 3,9 x 10 ^-3 Ом.

Как погода влияет на проводников

Высокие температуры вызывают расширение проводников и, следовательно, увеличение их длины. Обратное верно для условий низких температур. Изменение длины варьируется от одного проводника к другому в зависимости от его теплового расширения.Например, длина медных проводников изменяется на 5 футов на 1000 футов длины при изменении температуры проводника от 100 до 0 °, в то время как алюминий изменяется примерно на 7 футов. Длина увеличивается с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры.

Это увеличение или уменьшение длины вызывает серьезное беспокойство при прокладке линий электропередачи между опорами и опорами или при установке других силовых соединителей. Это изменение длины должно быть учтено, поскольку его отсутствие может вызвать катастрофу.

Изменения погоды связаны с повышением и понижением температуры и, таким образом, влияют на линии электропередачи и другие проводники. Однако изменение температуры — это только один фактор, влияющий на линии электропередач. Ниже приведены изменения, которые происходят с линиями электропередач и другими проводниками в результате погодных изменений:

Изменения летом

Количество тепла, рассеиваемого силовыми проводами, уменьшается в жаркую и безветренную погоду. Обычно, если температура воздуха вокруг кабеля низкая, больше тепла теряется от кабеля к воздуху.Если воздух уже горячий, теплообмен уменьшается. Это низкое тепловыделение вызывает перегрев линий. Однако повышение температуры проводника (перегрев) ухудшается, когда кабели передают слишком большую мощность, чем требуется. Первым следствием этой повышенной температуры проводника является заедание, то есть выпучивание кабеля между двумя полюсами вниз, вызванное увеличением длины кабелей.

Заедание является самым большим во время экстремально жаркой погоды (самое сильное повышение температуры) летом.Увеличение длины приводит к изгибу кабеля вниз из-за действия силы тяжести. Чрезмерное провисание опасно, если оно ниже допустимого расстояния по высоте — кабели могут соприкасаться с деревьями, зданиями и другими конструкциями под ними, что может стать причиной поражения электрическим током и пожара.

Чрезмерное провисание представляет собой дополнительный вес линии электропередачи, и это увеличение может привести к выходу линии из строя или к смещению слабых опор и опор. Эффекты могут быть небольшими, но постепенными, поэтому опоры и башни в конце концов упадут или потребуют некоторой регулировки / замены через некоторое время, что дорого.Это провисание также может привести к короткому замыканию линий. Чрезмерное провисание также обходится дорого, поскольку приводит к увеличению электрического сопротивления. Это означает, что провисшая линия электропередачи пропускает меньший ток, чем обычно, что приводит к недостаточному питанию электрического оборудования и промышленных предприятий. Устранение провисания также требует больших затрат времени и средств.

Перегрев проводников также вызывает отжиг алюминия, который постепенно ухудшает физические и электрические свойства проводника. Это может повлиять на их сопротивление и, следовательно, на эффективность передачи мощности.Поврежденные кабели линии электропередачи имеют более высокую вероятность обрыва в условиях низких температур.

Существует множество методов борьбы с провисанием линий электропередачи. Если сделать линии длиннее, чем фактическое расстояние между двумя полюсами или башнями, можно контролировать защелкивание, оставление чрезмерного припуска может способствовать чрезмерному провисанию.

В качестве альтернативы, энергетические компании отслеживают повышение температуры, чтобы при необходимости предпринять необходимые действия, например, отрегулировать длину затронутого участка линии электропередачи.Некоторые также строят более высокие опоры передачи, чтобы выдерживать огромные провалы. Другие ограничивают токовые нагрузки, чтобы компенсировать повышенную температуру окружающей среды. Другие также используют пружинные и предварительно напряженные натяжители.

Зимние эффекты

Понижение температуры может повлиять на линии электропередач из-за увеличения количества тепла, рассеиваемого проводниками. Это способствует снижению температуры проводника и, следовательно, сокращению или сокращению линий электропередачи. Эти кабели могут оборваться в результате такого укорачивания, если во время установки останется недостаточный припуск.Обрыв и падение столбов / башен иногда имеют катастрофические последствия и могут привести к пожарам и гибели людей.

Зимой из-за обледенения линий электропередачи они становятся слишком тяжелыми, чтобы их нельзя было переносить на столбах или башнях, что увеличивает их шансы на выход из строя. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Помимо температуры и образования льда, на проседание также влияет ветер. Известно, что ветер охлаждает кабели, что позволяет им передавать больше энергии, чем обычно. Если ветер дует под прямым углом к ​​линии электропередачи, это вызовет увеличение передаваемой мощности на 10-40 процентов.Это может вызвать перегрев лески и, как следствие, дальнейшее провисание.

Ветер может иметь аналогичные воздействия летом и зимой. Однако экстремальные ветровые условия во время неконтролируемого прогиба могут увеличить вероятность контакта линий друг с другом или с окружающими конструкциями. Ветер также может увеличить вероятность защелкивания из-за физического напряжения натянутых кабелей.

D&F Liquidators обслуживает потребности в строительных материалах для электротехники более 30 лет.Это международная информационная служба площадью 180 000 квадратных метров, расположенная в Хейворде, Калифорния. Он хранит обширный инвентарь электрических соединителей, фитингов, автоматических выключателей, распределительных коробок, проводов, предохранительных выключателей и т. Д. Он закупает электрические материалы у ведущих компаний по всему миру. Компания также ведет обширный инвентарь взрывозащищенной электротехнической продукции и современных решений в области электрического освещения. Поскольку компания D&F закупает материалы оптом, она имеет уникальную возможность предложить конкурентоспособную структуру ценообразования.Кроме того, он может удовлетворить самые взыскательные запросы и отгрузить материал в тот же день.

Нагрев

Джоулей: зависимость сопротивления от температуры | Научный проект

Давайте проведем эксперимент, чтобы понять, как решения вашего друга, вероятно, повлияли на ваше опасно горячее зарядное устройство для ноутбука!

Изучите джоулевое нагревание и объясните зависимость сопротивления от температуры.

• Морозильная камера
• Поднос для кубиков льда
• Разделочная доска
• Лента
• 2 резистора 10 Ом, 10 Вт
• 2 резистора 1000 Ом
• Аккумулятор 9 В
• Батарейка AA
• Амперметр (опция)
• 2 провода с удаленной изоляцией с обоих концов

1. За день до проведения эксперимента поместите резистор на дно каждого отдельного отделения для кубиков льда в лотке для кубиков льда.Согните провода так, чтобы они торчали поверх лотка, как зубцы вилки: они должны опираться на одну сторону прорези и выступать из лотка не менее чем на дюйма. Наполните лоток водой и оставьте его на ночь в морозильной камере.
2. Приклейте к разделочной доске два провода. Провода должны быть согнуты на 90 градусов на одном конце, лежать ровно и не касаться друг друга. Не заклеивайте концы лентой — оставьте их открытыми, чтобы мы могли подключить их к нашим резисторам. Другой конец должен выступать за край разделочной доски примерно на 2 дюйма.Согните эти концы внутрь, чтобы они могли обхватить аккумулятор, когда вы поместите его между ними.
3. Повторите шаг 2, чтобы настроить другую тестовую станцию ​​(вы можете использовать ту же разделочную доску, если хотите, только убедитесь, что вы разложили их). Таким образом, у вас будет два набора проводов для резисторов.
4. Подсоедините каждую батарею к проводам на испытательной станции. Убедитесь, что провода не соприкасаются — мы пока не хотим замыкать цепь!
5. Соберите все материалы и достаньте лоток для льда из морозильной камеры.Сначала снимите кубики с резисторами на 1000 Ом. Поместите каждый так, чтобы штыри попали под изогнутые провода на разделочной доске, завершая каждую цепь. Как вы думаете, что будет?
6. Через минуту снимите резисторы на 1000 Ом и замените их резисторами на 10 Ом. Наблюдать. Снимите резисторы на 10 Ом через одну минуту. Как вы думаете, что будет на этот раз? Почему?

Дополнительно: Подключите амперметр к вашей цепи и посмотрите, сколько тока течет, когда резисторы находятся во льду по сравнению скогда их нет. Что вы наблюдаете?

Ваш 10-омный резистор растопил лед! Однако батарейка АА не расплавилась так быстро, как 9-вольтовая батарейка.

Yo Вы наблюдаете явление, называемое нагреванием джоулей . Джоулев нагрев — это то, что происходит, когда вы пропускаете ток через все, что имеет сопротивление (что на самом деле все, кроме сверхпроводников!). Это то, что заставляет электрические тостеры работать, и именно поэтому компьютерам нужны вентиляторы, чтобы они охлаждались.Джоулев нагрев пропорционален квадрату напряжения, деленному на сопротивление. Это означает, что более высокие напряжения увеличивают количество тепла на много , а более низкие сопротивления также увеличивают тепло. Когда элементы схемы нагреваются, их сопротивление увеличивается, что также снижает количество тока, который может проходить через них. В некотором смысле ваш друг был прав в том, что меньшее сопротивление позволит вашему ноутбуку заряжаться быстрее, но он не учел, насколько сильно он нагреется.

Нагрев

Джоулей происходит, когда электроны сталкиваются с ионами (заряженными атомами) в материале, когда они движутся по цепи.Батарея AA на 1,5 В, которую вы подключили к своей цепи, переместила бы электроны со скоростью более 1500000 метров в секунду, если бы они ни с чем не сталкивались. Этого достаточно, чтобы облететь весь мир за двадцать пять секунд! Однако электроны сталкиваются с предметами и рассеиваются. Это в основном то, что составляет сопротивление.

Когда электроны сталкиваются с ионами, они заставляют ионы колебаться. Это источник тепла, который вы видите в своей цепи. Фактически, температура — это просто число, которое количественно определяет эту молекулярную вибрацию (тепло).Когда ваш друг вставил резистор меньшей мощности и увеличил напряжение вашего зарядного устройства, он заставил резистор выделять гораздо больше тепла, чем было создано зарядное устройство. Причина, по которой более низкое сопротивление увеличивает джоулев нагрев, заключается в том, что через материал протекает гораздо больше тока (электронов) и, следовательно, гораздо больше столкновений между электронами и ионами в резисторе.

Сверхпроводники — это специальные материалы, не обладающие сопротивлением. Поэтому они почти не производят джоулева нагрева! Эти материалы необходимы для таких технологий, как ускорители частиц, поезда на магнитной подушке и магнитно-резонансная томография.Они были бы чрезвычайно полезны для бытовой электроники, если бы не тот факт, что для работы им нужно было очень холодно, а некоторые должны быть ниже -130 градусов по Цельсию!

Заявление об ограничении ответственности и меры предосторожности

Education.com предлагает идеи проекта Science Fair для информационных целей.
только для целей. Education.com не дает никаких гарантий или заверений
относительно идей проектов Science Fair и не несет ответственности за
любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких
Информация.Получая доступ к идеям проекта Science Fair, вы отказываетесь от
отказаться от любых претензий к Education.com, которые возникают в связи с этим. Кроме того, ваш
доступ к веб-сайту Education.com и идеям проектов Science Fair покрывается
Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, которые включают ограничения
об ответственности Education.com.

Настоящим дается предупреждение, что не все идеи проекта подходят для всех
индивидуально или при любых обстоятельствах. Реализация идеи любого научного проекта
должны проводиться только в соответствующих условиях и с соответствующими родительскими
или другой надзор.Прочтите и соблюдайте правила техники безопасности всех
Материалы, используемые в проекте, являются исключительной ответственностью каждого человека. За
Для получения дополнительной информации обратитесь к справочнику по научной безопасности вашего штата.

Тепловое сопротивление — обзор

5.2.2.3 Теплообмен внутри скважинного теплообменника и его основные влияющие факторы

В соответствии с основными принципами, обсуждавшимися ранее при работе с сильно связанными источниками тепла окружающей среды, при проектировании скважинного тепла В теплообменнике (BHE) очень важно обеспечить — рентабельным способом — подачу или отбор тепла из земли без чрезмерной разницы температур между жидким теплоносителем и окружающей землей, тем самым минимизируя разницу между T _2r и T ₂ (см. Рисунок 5.1). Эта разница температур сильно зависит от параметра, известного как тепловое сопротивление жидкости относительно земли, в котором двумя основными составляющими этого сопротивления являются тепловое сопротивление между жидкостью-теплоносителем и стенкой скважины, известное как тепловое сопротивление скважины , и термическое сопротивление окружающего грунта от стенки скважины до некоторого подходящего среднего уровня температуры, называемого термическим сопротивлением грунта (см. Eskilson, 1987; Hellström & Kjellsson, 1998).

Термическое сопротивление грунта включает окружающий грунт от стенки скважины до некоторого эталонного уровня температуры, обычно естественной ненарушенной температуры грунта T ₂ в приложениях типа GSHP. ⁵ В этом типе применения удобно рассматривать тепловую реакцию из-за скачкообразного изменения удельной скорости закачки тепла q (Вт / м) ⁶ , заданной на единицу длины ствола скважины, и связать температуру эволюция с зависящим от времени тепловым сопротивлением заземления R _g , так что:

(5.2) Tb − T2 = qRg

, где T _b — температура в стенке скважины. Единица термического сопротивления грунта R _г — К / (Вт / м). Другим важным фактором при проектировании скважинных систем является тепловое сопротивление между теплоносителем в проточных каналах ствола скважины и стенкой ствола скважины. Тепловое сопротивление жидкости к стенке ствола скважины дает разницу температур между температурой жидкости в коллекторе ( T _f ) и температурой на стенке ствола скважины ( T _b ) для определенной удельной скорости теплопередачи. q (Вт / м):

(5.3) Tf − Tb = qRb

As T _f представляет реальную температуру, при которой тепловой насос фактически забирает тепло из холодного резервуара (Tf≈T2r), из комбинации уравнения (5.2) и Уравнение (5.3) легко вывести:

(5.4) T2r − T2 = q (Rg + Rb)

Следовательно, с точки зрения производительности системы, мы можем видеть, что важно минимизировать термическое воздействие на грунт, а также на состояние ствола скважины. тепловое сопротивление. Однако тепловое сопротивление грунта сильно зависит от таких факторов, как удельное тепловое сопротивление грунта (в зависимости от типа или состава грунта), которое проектировщик не может изменить.Также важно отметить, что обычно используется несколько групп скважин. Тепловое взаимодействие между соседними скважинами разовьется через относительно короткое время, что повлияет на значение R _г . Обычный подход здесь заключается в измерении с помощью так называемых методов импульсного или переходного отклика (TRT) (ASHRAE, 2002; Gehlin, 1998) индивидуального значения скважины R _g , которое затем экстраполируется путем моделирования. через соответствующие так называемые g-функции к поведению всего скважинного поля.Наконец, R _г также зависит от того, насколько интенсивно грунт использовался ранее для термического извлечения / закачки и, следовательно, от энергетического поведения системы (характеризуемого количеством часов, в течение которых система использовалась при полной нагрузке на протяжении всего нагрева. время года).

Термическое сопротивление скважины зависит от расположения проточных каналов и тепловых свойств используемых материалов. Типичные значения, наблюдаемые при полевых испытаниях, варьируются от 0,01 К / (Вт / м) для разомкнутой коаксиальной схемы до примерно 0.25 К / (Вт / м) для одинарных U-образных труб из бентонитового раствора с плохим тепловым контактом с окружающей стенкой скважины. Для типичной скорости теплопередачи 50 Вт / м соответствующие перепады температур, которые могут возникнуть из-за термического сопротивления ствола скважины, будут варьироваться от 0,5 ° C до значений вплоть до 12,5 ° C, что потенциально может очень существенно повлиять на работу системы. Чтобы свести к минимуму R _b , для обеспечения лучшей теплопередачи используются заполняющие материалы (например, бентонит, бетон и т. Д.) В скважинах, залитых раствором.Однако в заполненных водой скважинах — очень популярных на севере Европы — теплопередача вызывает естественную конвекцию в скважинной воде и в окружающем проницаемом грунте. Этот эффект возможен только при соблюдении определенных условий грунта и приводит к снижению общего термического сопротивления скважины.

В целом термическое сопротивление ствола скважины зависит:

•

От качества раствора

•

От материала трубы ствола скважины

•

От потока жидкости внутри ППТ если условия потока ламинарные, тепловой контакт намного хуже, чем в условиях турбулентного потока

•

Возможное тепловое короткое замыкание между нижним и восходящим участками внутри ППТ

Использование более высоких скоростей потока может свести к минимуму последнее два фактора, но в результате возникает компромисс с увеличением потребности в насосах.

Наконец, при рассмотрении уравнения (5.4) можно пойти другим путем: ограничить удельную скорость отвода тепла q . Это подход некоторых из наиболее известных стандартов для разработки мелководных геотермальных источников, таких как немецкий стандарт VDI 5450 (VDI, 2008).