Чөлөөт электрон концентраци nМеталл дамжуулагч дахь температур нэмэгдэж байгаа нь бараг өөрчлөгдөөгүй боловч дулааны хөдөлгөөний дундаж хурд нэмэгддэг. Кристал торны зангилааны чичиргээ мөн нэмэгддэг. Дунд зэргийн уян чичиргээний квантыг ихэвчлэн нэрлэдэг фонон. Кристал торны жижиг дулааны чичиргээг фононуудын цуглуулга гэж үзэж болно. Температур нэмэгдэхийн хэрээр атомуудын дулааны чичиргээний далайц нэмэгддэг, өөрөөр хэлбэл. чичиргээт атомын эзэлдэг бөмбөрцөг эзэлхүүний хөндлөн огтлол нэмэгдэнэ.
Тиймээс температур нэмэгдэхийн хэрээр цахилгаан талбайн нөлөөн дор электрон шилжилтийн замд улам олон саад тотгор гарч ирдэг. Энэ нь электроны дундаж чөлөөт зам λ буурч, электронуудын хөдөлгөөн буурч, үүний үр дүнд металлын дамжуулах чанар буурч, эсэргүүцэл нэмэгдэхэд хүргэдэг (Зураг 3.3). Өгөгдсөн температурт энэ дамжуулагчийн эсэргүүцлийн утгатай холбоотой температур нь 3К-ээр өөрчлөгдөхөд дамжуулагчийн эсэргүүцлийн өөрчлөлтийг температурын эсэргүүцлийн коэффициент гэнэ. TK ρэсвэл . Эсэргүүцлийн температурын коэффициентийг K -3 хэмжинэ. Металлын эсэргүүцлийн температурын коэффициент эерэг байна. Дээр өгөгдсөн тодорхойлолтоос харахад дифференциал илэрхийлэл TK ρхэлбэртэй байна:
(3.9)
Металлын цахим онолын дүгнэлтээс харахад хатуу төлөвт байгаа цэвэр металлын утга нь хамгийн тохиромжтой хийн тэлэлтийн температурын коэффициент (TK) -тай ойролцоо байх ёстой, өөрөөр хэлбэл. 3: 273 = 0.0037. Үнэн хэрэгтээ ихэнх металлууд нь ≈ 0.004-тэй байдаг.
Температур бүрийн хувьд температурын коэффициент байдаг гэдгийг анхаарна уу TK ρ. Практикт тодорхой температурын хувьд дундаж утгыг ашигладаг TK ρэсвэл :
, (3.10)
Хаана ρ3Тэгээд ρ2- температур дахь дамжуулагч материалын эсэргүүцэл T3Тэгээд T2тус тус (энэ тохиолдолд T2 > T3); гэж нэрлэгддэг зүйл байдаг эсэргүүцлийн дундаж температурын коэффициент-аас температурын мужид энэ материалын T3өмнө T2.
Энэ тохиолдолд температур нь нарийн хязгаарт өөрчлөгдөхөд T3өмнө T2хамаарлын хэсэгчилсэн шугаман ойролцоо тооцоог хүлээн авна ρ(T):
(3.11)
Цахилгаан материалын лавлах номонд ихэвчлэн 20 0 С-ийн утгыг өгдөг.
|
Зураг.3.1 Эсэргүүцлийн хамаарал ρ температураас хамаарч металл дамжуулагч Т. Үсрэх ρ (салбар 5) нь хайлах цэгтэй тохирч байна T PL.
Зураг 3.2. Зэсийн эсэргүүцлийн температураас хамаарах хамаарал. Үсрэлт нь зэсийн хайлах температур 1083 0 С-тэй тохирч байна.
Томъёо (3.33)-аас харахад дамжуулагчийн эсэргүүцэл нь бага температур ба температурыг эс тооцвол температураас шугаман хамааралтай байна (3.3-р зурагт 4-р салбар). өндөр температурхайлах Т>T PL.
Температур 0 0 К-д ойртох тусам хамгийн тохиромжтой металл дамжуулагч нь эсэргүүцэлтэй байдаг ρ 0 (салбар 3) руу чиглэдэг. Хэд хэдэн келвиний жижиг талбайд (маш бага хэмжээний хольцтой) техникийн хувьд цэвэр дамжуулагчийн хувьд үнэ цэнэ ρ температураас хамаарахаа больж, тогтмол болдог (салбар 2). Үүнийг "үлдэгдэл" эсэргүүцэл гэж нэрлэдэг ρ OST.Хэмжээ ρ OSTзөвхөн хольцоор тодорхойлогддог. Металл хэдий чинээ цэвэр байна төдий чинээ бага байна ρ OST .
Үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо, өөр хамаарал боломжтой ρ температур дээр, тухайлбал, тодорхой температурт Т Сэсэргүүцэл ρ бараг тэг болж огцом буурдаг (салбар 3). Энэ төлөвийг хэт дамжуулагч гэж нэрлэдэг бөгөөд ийм шинж чанартай дамжуулагчийг хэт дамжуулагч гэж нэрлэдэг. Хэт дамжуулагчийн үзэгдлийг доор 3.3-т авч үзэх болно.
Жишээ 3. 6. Өрөөний температурт зэсийн эсэргүүцлийн температурын коэффициент 4,3 30-3 -3 К. Зэс дамжуулагчийг 300-3000 К хүртэл халаахад электроны чөлөөт зам хэдэн удаа өөрчлөгдөхийг тодорхойл.
Шийдэл.Электрон дундаж чөлөөт зам нь эсэргүүцэлтэй урвуу пропорциональ байна. Иймд халах үед зэсийн эсэргүүцэл хэд дахин өсөхөд электроны дундаж чөлөөт зам хэд дахин багасна. Зэсийн эсэргүүцэл хэд дахин нэмэгдэнэ. Үүний үр дүнд электрон чөлөөт зам 3 дахин багасна.
Хайлах явцад металлын эсэргүүцлийн өөрчлөлт.
Металууд хатуугаас шингэн рүү шилжих үед тэдгээрийн ихэнх нь эсэргүүцлийн эсэргүүцэл нэмэгддэг ρ , 3.3-р зурагт үзүүлснээр (салбар 5). Хүснэгт 3.2-т хайлах явцад янз бүрийн металлын эсэргүүцлийн харьцангуй өөрчлөлтийг харуулсан утгыг харуулав. Хайлах явцад эзэлхүүн нь нэмэгдэж буй металлын (Hg, Au, Zn, Sn, Na) хувьд хайлах явцад эсэргүүцэл нэмэгддэг, өөрөөр хэлбэл. нягтралыг багасгах. Гэсэн хэдий ч галли (Ga), висмут (Bi) зэрэг зарим металлууд буурдаг ρ 0.58 ба 0.43 дахин их байна. Хайлсан төлөвт байгаа ихэнх металлын хувьд эсэргүүцэл нь температур нэмэгдэх тусам нэмэгддэг (3.3-р зурагт 6-р салбар), энэ нь тэдгээрийн эзлэхүүн нэмэгдэж, нягтрал буурахтай холбоотой юм.
Хүснэгт 3.2. Хайлах явцад янз бүрийн металлын эсэргүүцлийн харьцангуй өөрчлөлт.
Деформацийн үед металлын эсэргүүцлийн өөрчлөлт.
Өөрчлөх ρ металл дамжуулагчийн уян хатан хэв гажилтын үед металл болор торны зангилааны чичиргээний далайцын өөрчлөлтөөр тайлбарлагддаг. Сунгах үед эдгээр далайц нэмэгдэж, шахагдах үед буурдаг. Зангилааны хэлбэлзлийн далайц нэмэгдэх нь цэнэгийн тээвэрлэгчдийн хөдөлгөөн буурч, улмаар ρ нэмэгдэхэд хүргэдэг.
Хэлбэлзлийн далайц буурах нь эсрэгээр ρ буурахад хүргэдэг. Гэсэн хэдий ч мэдэгдэхүйц хуванцар хэв гажилт нь дүрэм ёсоор болор торны гажуудлаас болж металлын эсэргүүцлийг 4-6% -иас ихгүй нэмэгдүүлдэг. Үл хамаарах зүйл бол вольфрам (W), ρ мэдэгдэхүйц шахалтаар хэдэн арван хувиар нэмэгддэг. Дээрхтэй холбогдуулан цахилгааны шинж чанарыг алдагдуулахгүйгээр дамжуулагч материалын бат бөх чанарыг нэмэгдүүлэхийн тулд хуванцар хэв гажилт, түүний үр дүнд үүссэн хатуурлыг ашиглах боломжтой. Дахин талстжих үед эсэргүүцлийг анхны утга руу нь дахин бууруулж болно.
|
Хайлшийн тусгай эсэргүүцэл.
Өмнө дурьдсанчлан, хольц нь металлын зөв бүтцийг алдагдуулдаг бөгөөд энэ нь тэдний эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. 3.3-т эсэргүүцэл ρ ба цахилгаан дамжуулах чанарын хамаарлыг үзүүлэв γ зэсийн агууламж Нхувийн фракцаар янз бүрийн хольц . Аливаа хайлш нь хайлштай харьцуулахад хайлштай металлын цахилгаан эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг гэдгийг бид онцолж байна. Энэ нь метал нь доод хэмжээтэй байх тохиолдолд мөн хамаарна ρ. Жишээлбэл, мөнгөтэй зэс хайлш хийх үед ρ -аас илүү зэс-мөнгөний хайлш байх болно ρ гэсэн хэдий ч зэсийн ρ -аас бага мөнгө ρ зэсийг 3.3-р зурагнаас харж болно.
Зураг 3.3. Эсэргүүцлийн хамаарал ρ болон дамжуулах чанар γ хольцын агууламжаас зэс .
Их хэмжээний өсөлт ρ хоёр металл хоорондоо нийлсэн тохиолдолд ажиглагддаг хатуу шийдэл, нэг металлын атомууд нөгөө металлын болор тор руу ордог. Муруй ρ хайлш дахь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн агууламжийн хоорондох тодорхой тодорхой харьцаанд тохирсон хамгийн их хэмжээтэй байна. Ийм өөрчлөлт ρ хайлшийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн агууламжаас харахад хайлш нь цэвэр металлтай харьцуулахад илүү төвөгтэй бүтэцтэй тул хайлшийг сонгодог металлтай зүйрлэх боломжгүй болсонтой холбон тайлбарлаж болно.
Энэ тохиолдолд γ хайлшийн тусгай дамжуулалтын өөрчлөлт нь зөвхөн тээвэрлэгчдийн хөдөлгөөний өөрчлөлтөөс гадна зарим тохиолдолд температур нэмэгдэхийн хэрээр тээвэрлэгчдийн концентрацийн хэсэгчилсэн өсөлтөөс үүдэлтэй байдаг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр хөдөлгөөний бууралт нь тээвэрлэгчийн концентрацийн өсөлтөөр нөхөгддөг хайлш нь тэг температурын эсэргүүцлийн коэффициенттэй байна. Жишээлбэл, 3.4-т зэс-никель хайлшийн эсэргүүцэл нь хайлшийн найрлагаас хамааралтай болохыг харуулж байна.
Дулааны багтаамж, дулаан дамжуулалт ба дамжуулагчийн хайлуулах дулаан.
Дулааны багтаамжбодисын дулаан шингээх чадварыг тодорхойлдог Qхалах үед. Дулааны багтаамж ХАМТямар ч физик биеийг фазын төлөвийг өөрчлөхгүйгээр 3К-аар халаахад энэ биеийг шингээсэн дулааны энергийн хэмжээтэй тэнцэх утгыг хэлнэ. Дулааны багтаамжийг Ж/К-ээр хэмждэг. Металл материалын дулааны багтаамж нь температур нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Тиймээс дулааны багтаамж ХАМТтөлөвийн хязгааргүй бага өөрчлөлтөөр тодорхойлогддог:
|
Зураг 3.4. Зэс-никель хайлшийн эсэргүүцлийн найрлагаас хамаарах хамаарал (жингийн хувиар).
Дулааны багтаамжийн харьцаа ХАМТбиеийн жинд мхувийн дулаан багтаамж гэж нэрлэдэг -тай:
Тусгай дулаан багтаамжийг Ж/(кг? К)-ээр хэмждэг. Металлын хувийн дулаан багтаамжийн утгыг хүснэгтэд үзүүлэв. 3.3. Хүснэгт 3.3-аас харахад галд тэсвэртэй материал нь дулааны хувийн багтаамж багатай байдаг. Жишээлбэл, вольфрамын хувьд (W) -тай=238, молибдений хувьд (Mo) -тай=264J/(кг?К). Бага хайлдаг материалууд нь эсрэгээрээ өндөр дулаан багтаамжтай байдаг. Жишээлбэл, хөнгөн цагаан (Al) -тай=922, магнийн хувьд (Mg) -тай=3040Ж/(кг? К). Зэс нь тодорхой дулаан багтаамжтай c = 385 Ж/(кг? К). Металл хайлшийн хувьд дулааны хувийн багтаамж нь 300-2000 Ж/(кг? К) байна. C нь чухал шинж чанарметалл
Дулаан дамжуулалтындулааны хөдөлгөөн ба түүнийг бүрдүүлэгч хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд жигд бус халсан орчинд дулааны энерги Q шилжихийг нэрлэдэг. Ямар ч орчинд, аль ч биед дулаан дамжуулалт нь илүү халуун хэсгээс хүйтэн хэсэг рүү явагддаг. Дулаан дамжуулалтын үр дүнд хүрээлэн буй орчны температур эсвэл биеийн температур тэнцүү байна. Металлын хувьд дулааны энерги нь дамжуулагч электронуудаар дамждаг. Металлын нэгж эзэлхүүн дэх чөлөөт электронуудын тоо маш их байдаг. Тиймээс, дүрмээр бол металлын дулаан дамжуулалт нь диэлектрикийн дулаан дамжилтын илтгэлцүүрээс хамаагүй их байдаг. Металлын хольц бага байх тусам тэдгээрийн дулаан дамжуулалт өндөр байдаг. Бохирдол ихсэх тусам тэдгээрийн дулаан дамжуулалт буурдаг.
Мэдэгдэж байгаагаар дулаан дамжуулах үйл явцыг Фурьегийн хуулиар тодорхойлдог.
. (3.14)
Энд дулааны урсгалын нягтрал, өөрөөр хэлбэл координатын дагуу дамжих дулааны хэмжээ байна xцаг хугацааны нэгж дэх хөндлөн огтлолын нэгжээр, Ж/м 2?с,
Координатын дагуух температурын градиент x, К/м,
Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр (өмнө нь томилогдсон) гэж нэрлэгддэг пропорциональ коэффициент, W / K?m.
Тиймээс дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь хоёр ойлголттой нийцдэг: энэ нь дулаан дамжуулах үйл явц ба энэ үйл явцыг тодорхойлдог пропорциональ коэффициент юм.
Тиймээс метал дахь чөлөөт электронууд нь түүний цахилгаан ба дулаан дамжуулалтыг хоёуланг нь тодорхойлдог. Металлын цахилгаан дамжуулах чанар γ өндөр байх тусам түүний дулаан дамжуулалт их байх ёстой. Температур нэмэгдэхийн хэрээр метал дахь электронуудын хөдөлгөөн, үүний дагуу түүний тусгай дамжуулалт γ буурах үед металлын дулаан дамжилтын илтгэлцүүрийн хувийн дамжуулалттай харьцаа /γ нэмэгдэх ёстой. Математикийн хувьд үүнийг илэрхийлдэг Видеман-Франц-Лоренцын хууль
/γ = L 0 T, (3.15)
Хаана Т- термодинамик температур, K,
Л 0 - Лоренцын тоо, тэнцүү
Л 0 = . (3.16)
Энэ илэрхийлэлд Больцманы тогтмолын утгыг орлуулах к= J/K ба электрон цэнэг д= 3.602?30 -39 Кл бид авна Л 0 = /
Wiedemann-Franz-Lorentz хууль нь ихэнх металлын хувьд хэвийн хэмжээнд ойр эсвэл бага зэрэг нэмэгдсэн температурын мужид (үл хамаарах зүйл нь манган ба бериллий) хангагдсан байдаг. Энэ хуулийн дагуу цахилгаан дамжуулах чанар өндөртэй металууд нь мөн өндөр дулаан дамжуулалттай байдаг.
Температур ба хайлуулах дулаан. Хатуу талст биет нэг фазаас нөгөөд шилжих явцад шингэсэн дулааныг фазын шилжилтийн дулаан гэнэ. Ялангуяа хатуу биетээс шингэн рүү шилжих явцад хатуу талст биет шингэсэн дулааныг нэрлэдэг хайлуулах дулаан,ба хайлах температурыг (тогтмол даралттай үед) гэж нэрлэдэг хайлах цэгболон тэмдэглэнэ T PL.. Температурт хатуу талст биетийн нэгж массад өгөх ёстой дулааны хэмжээ. T PLшингэн төлөвт шилжүүлэх гэж нэрлэдэг хайлуулах хувийн дулаан r PLмөн MJ/kg эсвэл kJ/kg-ээр хэмжигддэг. Хэд хэдэн металлын хайлуулах тусгай дулааны утгыг Хүснэгт 3.3-т үзүүлэв.
Хүснэгт.3. 3. Зарим металлын хайлуулах хувийн дулаан.
Хайлах цэгээс хамааран галд тэсвэртэй металлыг ялгаж, хайлах цэг нь төмрийнхөөс өндөр байдаг, өөрөөр хэлбэл. 3539 0 С-ээс дээш ба хайлах температур 500 0 С-аас бага хайлах температурын 500 0 С-аас 3539 0 С хүртэлх температурын хязгаар нь хайлах цэгийн дундаж утгыг хэлнэ.
Металлаас гарах электроны ажлын функц.
Туршлагаас харахад чөлөөт электронууд ердийн температурт металаас бараг гардаггүй. Энэ нь металлын гадаргуугийн давхаргад барьж буй цахилгаан орон үүсдэгтэй холбоотой юм. Энэ цахилгаан орон нь электроныг металлаас хүрээлэн буй вакуум руу урсахаас сэргийлдэг боломжит хаалт гэж үзэж болно.
Баривчлах боломжит саадыг хоёр шалтгаанаар бий болгодог. Нэгдүгээрт, металлаас электронууд гадагшилсны үр дүнд үүссэн илүүдэл эерэг цэнэгийн таталцлын хүч, хоёрдугаарт, гадаргын ойролцоо электрон үүл үүсгэсэн өмнө нь ялгарсан электронуудын түлхэх хүчнээс үүдэлтэй. металл. Энэхүү электрон үүл нь эерэг торны ионуудын гаднах давхаргатай хамт цахилгаан давхар давхаргыг үүсгэдэг бөгөөд цахилгаан талбар нь параллель хавтангийн конденсатортой төстэй юм. Энэ давхаргын зузаан нь хэд хэдэн атом хоорондын зайтай (30 -30 -30 -9 м) тэнцүү байна.
Энэ нь гадаад орон зайд цахилгаан орон үүсгэхгүй, харин чөлөөт электронуудыг металаас зугтахаас сэргийлж болзошгүй саадыг үүсгэдэг. Металлаас гарах электроны ажлын функц нь металл-вакуум интерфэйс дэх боломжит саадыг даван туулахын тулд хийсэн ажил юм. Металлаас электрон нисч гарахын тулд метал дахь эерэг цэнэгийн татах хүч болон өмнө нь металаас ялгарч буй электронуудын түлхэлтийн хүчийг даван туулахад хангалттай тодорхой энергитэй байх ёстой. Энэ энергийг А үсгээр тэмдэглэж, металаас гарч буй электроны ажлын функц гэж нэрлэдэг. Ажлын функцийг дараахь томъёогоор тодорхойлно.
Хаана д- электрон цэнэг, K;
Гаралтын боломж, В.
Дээр дурдсан зүйлс дээр үндэслэн дамжуулагч электронуудын металлын нийт эзэлхүүн нь хавтгай ёроолтой боломжит худгийг төлөөлдөг гэж үзэж болно, гүн нь ажлын функц A-тай тэнцүү байна. Ажлын функцийг электрон вольтоор (eV) илэрхийлнэ. . Металлын электрон ажлын функцийн утгыг Хүснэгт 3.3-т үзүүлэв.
Хэрэв та ажлын функцийг даван туулахын тулд металл дахь электронуудад хангалттай энерги өгдөг бол зарим электронууд металаас гарч болно. Металл электрон ялгаруулах энэ үзэгдлийг гэж нэрлэдэг электрон ялгаралт. Чөлөөт электронуудыг авахын тулд электрон тоног төхөөрөмжтусгай металл электрод байдаг - катод.
Катодын электронууд руу энергийг дамжуулах аргаас хамааран дараахь төрлийн электрон ялгаруулалтыг ялгадаг.
- термионик, катодыг халаасны үр дүнд электронуудад нэмэлт энерги өгдөг;
- фотоэлектроник,катодын гадаргуу нь цахилгаан соронзон цацрагт өртдөг;
- хоёрдогч электрон, энэ нь өндөр хурдтай хөдөлж буй электрон эсвэл ионуудын урсгалаар катодыг бөмбөгдсөний үр дүн юм;
- электростатик, катодын гадаргуу дээрх хүчтэй цахилгаан орон нь түүний хязгаараас давсан электронуудын зугтахыг дэмждэг хүчийг бий болгодог.
Термионы ялгаралтын үзэгдлийг вакуум хоолой, рентген хоолой, электрон микроскоп гэх мэт зүйлд ашигладаг.
Дулааны цахилгаан хөдөлгөгч хүч (thermoEMF).
Хоёр өөр металл дамжуулагч А ба В (эсвэл хагас дамжуулагч) холбогдох үед (Зураг 3.5) холбоо барих боломжит зөрүү, энэ нь янз бүрийн металлын электронуудын ажлын функцийн ялгаатай байдлаас үүдэлтэй. Үүнээс гадна янз бүрийн металл ба хайлшийн электрон концентраци нь өөр өөр байж болно.
Энэ тохиолдолд А металлын электронууд нь илүү өндөр концентрацитай байдаг бөгөөд тэдгээрийн концентраци бага байдаг В металл руу шилжинэ. Үүний үр дүнд А металл эерэг цэнэгтэй, В металл сөрөг цэнэгтэй болно. Металлын электрон онолын дагуу A ба B дамжуулагчийн хоорондох холбоо барих потенциалын зөрүү буюу EMF нь тэнцүү байна (Зураг 3.5):
(3.17)
Хаана У АТэгээд У Б- металлтай харьцах боломж; н АТэгээд н Б- А ба В металлын электрон концентраци; к- Больцман тогтмол, д- электрон цэнэг; Т- термодинамик температур. Хэрэв В метал дахь электроны концентраци их байвал нэгээс бага тооны логарифм сөрөг байх тул потенциалын зөрүү тэмдэг өөрчлөгдөнө. Холбоо барих потенциалын зөрүүг туршилтаар хэмжиж болно. Анхны ийм хэмжилтийг 3797 онд Италийн физикч А.Вольта хийж, энэ үзэгдлийг нээжээ.
|
Зураг 3.5. Хоёр өөр дамжуулагч A ба B хооронд контактын потенциалын зөрүү буюу EMF үүсэх.
Хэрэв А ба В хоёр дамжуулагч нь хаалттай хэлхээ үүсгэвэл (Зураг 3.6) хоёр контактын температур ижил байвал боломжит ялгааны нийлбэр эсвэл үүссэн emf нь тэг болно.
(3.18)
Хэрэв контактуудын аль нэг нь эсвэл хоёр металлын "уулзвар" нь температуртай байдаг T3, нөгөө нь - температур T2. Энэ тохиолдолд тэнцүү уулзваруудын хооронд thermo-EMF үүсдэг
(3.19)
Хаана 
- μV/K-ээр хэмжигдсэн өгөгдсөн хос дамжуулагчийн тогтмол термо-EMF коэффициент. Энэ нь "халуун" ба "хүйтэн" контактуудын температурын үнэмлэхүй утга, түүнчлэн холбоо барих материалын шинж чанараас хамаарна. Томъёо (3.39)-аас харахад thermo-EMF нь уулзвар хоорондын температурын зөрүүтэй пропорциональ байх ёстой.
|
Зураг 3.6. Термопар диаграм.
Термо-EMF-ийн уулзварын температурын зөрүүгээс хамаарал нь үргэлж хатуу шугаман байдаггүй. Тиймээс коэффициент хамт Ттемпературын утгын дагуу тохируулах ёстой Т 3Тэгээд Т 2.
Өөр өөр металл эсвэл хайлшаар хийгдсэн, бие биенээсээ тусгаарлагдсан, хоёр газар гагнасан хоёр утаснуудын системийг гэнэ. термопар.Энэ нь температурыг хэмжихэд хэрэглэгддэг. Нэг уулзвар (хүйтэн) температурыг ихэвчлэн мэддэг бөгөөд хоёр дахь уулзварыг температурыг хэмжихийг хүссэн газарт байрлуулна. Хэмжих хэрэгсэл, жишээлбэл милливольтметр термопартай холбогдсон байна мВ, Цельсийн градус буюу Кельвин градусаар төгссөн (Зураг 3.6).
Зарим тохиолдолд хяналтын реле эсвэл ороомог ороомог нь термопарын төгсгөлд холбогддог (Зураг 3.7). Тодорхой температурын зөрүүд хүрэхэд thermoEMF-ийн нөлөөн дор релений ороомог P-ээр гүйдэл гүйж эхэлдэг бөгөөд энэ нь реле ажиллах эсвэл хавхлагыг соленоид ашиглан нээхэд хүргэдэг. Хамгийн түгээмэл термопаруудын жишээ, тэдгээрийн температурын хүрээ, хэрэглээг 325-330-р хуудсанд доор өгөв.
|
Зураг 4Зураг 3.7. Автомат удирдлагын хэлхээнд термопарыг релетэй холбох диаграмм
Thermo-EMF нь зарим тохиолдолд ашигтай байж болох ч зарим тохиолдолд хортой байдаг. Жишээлбэл, термопараар температурыг хэмжихэд энэ нь ашигтай байдаг. Энэ нь хэмжих хэрэгсэл болон лавлах резисторуудад хортой. Энд тэд зэстэй харьцуулахад хамгийн бага дулаан-EMF коэффициент бүхий материал, хайлшийг ашиглахыг хичээдэг.
Жишээ 3.7.Термопарыг хүйтэн уулзварын температурт тохируулсан Т 0 =0 o C. Шалгалт тохируулгын өгөгдлийг 3.4-р хүснэгтэд үзүүлэв
Хүснэгт 3.4
Термопар тохируулгын өгөгдөл
| Т, o C | ||||||||||||
| Thermo-EMF, мВ | 0,0 | 0,33 | 0,65 | 3,44 | 2,33 | 3,25 | 4.23 | 5,24 | 6,27 | 7,34 | 8,47 | 9,63 |
Энэ термопарыг зуухны температурыг хэмжихэд ашигласан. Хэмжилтийн үед термопарын хүйтэн уулзварын температур 300 o C. Хэмжилтийн үед вольтметр нь 7.82 мВ хүчдэлийг харуулсан. Шалгалт тохируулгын хүснэгтийг ашиглан зууханд байгаа температурыг тодорхойлно.
Шийдэл. Хэрэв хэмжилт хийх явцад хүйтэн уулзварын температур нь тохируулгын нөхцөлд тохирохгүй байвал завсрын температурын хуулийг дараах байдлаар бичнэ.
Холболтын температурыг хаалтанд зааж өгсөн болно. Олдсон термо-EMF нь шалгалт тохируулгын хүснэгтийн дагуу зуухны температуртай тохирч байна. Т= 900 ° C.
Дамжуулагчийн шугаман тэлэлтийн температурын коэффициент(TCLR). Энэ коэффициент нь температураас хамаарч дамжуулагчийн шугаман хэмжээс, ялангуяа уртын харьцангуй өөрчлөлтийг харуулдаг.
Энэ нь K-3-т хэмжигддэг. Зураг 3.8-д хийсэн 3 м урт саваа өргөтгөлүүдийг үзүүлэв төрөл бүрийн материал, температур нэмэгдэж,
|
Зураг 3.8. Материалын температураас 1 м урт бариулын суналтын хамаарал.
Хэрэв резистор нь утсаар хийгдсэн бол халаах үед утасны урт ба түүний радиус нь түүний температуртай пропорциональ хэмжээгээр нэмэгддэг гэдгийг санах нь зүйтэй. Хөндлөн огтлол нь шугаман хэмжээсийн квадраттай пропорциональ хэмжээгээр нэмэгддэг, i.e. радиусын квадраттай пропорциональ. Энэ нь халаах үед утасны шугаман хэмжээсүүд нэмэгдэх тусам энэ утасны эсэргүүцэл буурдаг гэсэн үг юм. Тиймээс утсыг халаах үед түүний эсэргүүцлийн утгад эсрэг чиглэлд ажилладаг хоёр хүчин зүйл нөлөөлдөг: эсэргүүцэл ρ нэмэгдэх ба утасны хөндлөн огтлолын өсөлт.
Дээрхээс шалтгаалан утасны цахилгаан эсэргүүцлийн температурын коэффициент нь дараахь байдалтай тэнцүү байна.
Ачааллын тэлэлтийн үе нь ийм суналтыг нөхөх боломжгүй болно. Энэ тохиолдолд контактын сүлжээний тохируулга эвдэрч, унжилт нэмэгдэж, хэвийн гүйдэл цуглуулах нөхцөл хангагдахгүй. Ийм нөхцөлд галт тэрэгний өндөр хурдыг хангах боломжгүй бөгөөд одоогийн коллекторууд эвдрэх бодит аюул заналхийлж байна.
Ийм үзэгдэл үүсэхээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд утаснуудын халаалтын температурыг энэ контактын сүлжээний дизайны хэвийн үйл ажиллагааны нөхцлийг хангах нөхцөлд зөвшөөрөгдсөн утгаар хязгаарлах ёстой. Хэрэв температур энэ зөвшөөрөгдөх хэмжээнээс дээш байвал зүтгүүрийн ачааллыг хязгаарлах шаардлагатай.
Үүнээс гадна зангууны хэсгүүдийн уртыг хязгаарлаж, утасны урт нь 800 м-ээс хэтрэхгүй байх ёстой. Энэ тохиолдолд контактын утасны температур 300 0 С-ээр нэмэгдэхэд суналт нь 3.4 м-ээс ихгүй байх бөгөөд энэ нь зүтгүүрийн түдгэлзүүлэлтийн суналтын нөхөн олговрын нөхцөлд бүрэн зөвшөөрөгдөх болно. Хэрэв бид хамгийн бага температурыг -40 0 С гэж үзвэл контактын утасны хамгийн их температур 60 0 С-ээс хэтрэхгүй байх ёстой (зарим загварт 50 0 С).
Цахилгаан вакуум төхөөрөмжийг бүтээхдээ металл дамжуулагчийг тэдгээрийн TCLE нь вакуум шил эсвэл вакуум керамиктай ойролцоо байхаар сонгох шаардлагатай. Үгүй бол дулааны цочрол үүсч, вакуум төхөөрөмжийг устгахад хүргэдэг.
Дамжуулагчийн механик шинж чанарсуналтын бат бэх ба тасрах Δ суналтаар тодорхойлогддог л/лтүүнчлэн эмзэг байдал, хатуулаг. Эдгээр шинж чанарууд нь механик болон дулааны эмчилгээ, түүнчлэн дамжуулагч дахь хайлш ба хольц байгаа эсэх. Үүнээс гадна суналтын бат бэх нь металлын температур, суналтын хүчний үргэлжлэх хугацаа зэргээс хамаарна.
Дээр дурьдсанчлан контактын утаснуудын шугаман тэлэлтийг нөхөхийн тулд тэдгээрийн хурцадмал байдлыг 30 кН (3 т) хүчдэл үүсгэдэг жинтэй температурын компенсатороор гүйцэтгэдэг. Энэ хурцадмал байдал нь гүйдэл цуглуулах хэвийн нөхцлийг хангадаг. Хүчдэл их байх тусам суспенз нь илүү уян хатан байх болно илүү сайн нөхцөлодоогийн цуглуулга Гэсэн хэдий ч зөвшөөрөгдөх хурцадмал байдал нь суналтын бат бэхээс хамаардаг бөгөөд энэ нь температур нэмэгдэх тусам буурдаг.
Холбоо барих утас хийсэн хатуу татсан зэсийн хувьд 200 0 С-ээс дээш температурт суналтын бат бэх огцом буурдаг. Түр зуурын суналтын бат бэх нь өндөр температурт өртөх хугацаа нэмэгдэх тусам буурдаг. Үнэмлэхүй температураас хамааран металл хугарах хүртэл хугацаа Т(K) ба дизайны онцлог, үйлдвэрлэлийн технологийг дараахь томъёогоор тодорхойлно.
. (3.22)
Энд: C 3 ба C 2 нь металлын хийц, шинж чанараас хамааран дулааны эсэргүүцлийн коэффициент юм. Зураг 3.9-д янз бүрийн металлаар хийсэн утаснуудын хувьд устах хугацаа нь Цельсийн хэмээр илэрхийлэгдсэн температураас хамаарахыг харуулав.
Тиймээс суспензийн уян хатан чанарыг нэмэгдүүлэхийн тулд контактын утасны хурцадмал байдлыг нэмэгдүүлэхдээ 3.9-р зурагт заасны дагуу контактын утасны бат бэхийг харгалзан үзэх шаардлагатай.
|
Зураг 3. 9. Температур ба утасны төрлөөс металл хагарахаас өмнөх хугацаанаас хамаарах байдал. 1 - хөнгөн цагаан ба судалтай ган-хөнгөн цагаан; 2 - зэсийн контакт; 3 - судалтай ган-зэсийн биметалл; 4 - хүрэл халуунд тэсвэртэй контакт.
Дамжуулагчийн эсэргүүцэл (R) (эсэргүүцэл) () температураас хамаарна. Температурын бага зэргийн өөрчлөлтөөс хамаарах энэ хамаарлыг () функцээр үзүүлэв.
0 o C температурт дамжуулагчийн эсэргүүцэл хаана байна; - эсэргүүцлийн температурын коэффициент.
ТОДОРХОЙЛОЛТ
Цахилгаан эсэргүүцлийн температурын коэффициент() нь дамжуулагчийг 1 o С-ээр халах үед үүсэх хэлхээний хэсгийн харьцангуй өсөлт (R) (эсвэл орчны эсэргүүцэл ()) -тэй тэнцүү физик хэмжигдэхүүн юм. Математикийн хувьд эсэргүүцлийн температурын коэффициентийн тодорхойлолт дараах байдлаар төлөөлж болно.
Энэ утга нь цахилгаан эсэргүүцэл ба температурын хоорондын хамаарлыг тодорхойлдог.
Хүрээ доторх температурт ихэнх металлын хувьд авч үзэж буй коэффициент тогтмол хэвээр байна. Цэвэр металлын хувьд эсэргүүцлийн температурын коэффициентийг ихэвчлэн авдаг
Заримдаа тэд эсэргүүцлийн дундаж температурын коэффициентийн талаар ярьж, үүнийг дараах байдлаар тодорхойлдог.
өгөгдсөн температурын муж дахь температурын коэффициентийн дундаж утга хаана байна ().
Янз бүрийн бодисын эсэргүүцлийн температурын коэффициент
Ихэнх металлууд нь эсэргүүцлийн температурын коэффициенттэй байдаг Тэгээс дээш. Энэ нь температур нэмэгдэх тусам металлын эсэргүүцэл нэмэгддэг гэсэн үг юм. Энэ нь дулааны чичиргээг ихэсгэдэг болор тор дээр электрон тархалтын үр дүнд үүсдэг.
Үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо температурт (-273 o C) олон тооны металлын эсэргүүцэл тэг болж огцом буурдаг. Металл нь хэт дамжуулагч төлөвт ордог гэж ярьдаг.
Бохирдолгүй хагас дамжуулагч нь эсэргүүцлийн сөрөг температурын коэффициенттэй байдаг. Температур нэмэгдэх тусам тэдний эсэргүүцэл буурдаг. Энэ нь дамжуулагчийн зурваст шилжих электронуудын тоо нэмэгдэж байгаатай холбоотой бөгөөд энэ нь хагас дамжуулагчийн нэгж эзэлхүүн дэх нүхний тоо нэмэгддэг гэсэн үг юм.
Электролитийн уусмалууд нь . Температур нэмэгдэх тусам электролитийн эсэргүүцэл буурдаг. Энэ нь молекулуудын задралын үр дүнд чөлөөт ионы тоо нэмэгдэх нь уусгагчийн молекулуудтай мөргөлдсөний үр дүнд ионуудын тархалтын өсөлтөөс давсантай холбоотой юм. Электролитийн эсэргүүцлийн температурын коэффициент нь зөвхөн бага температурын хязгаарт тогтмол байдаг гэж хэлэх ёстой.
Нэгж
Эсэргүүцлийн температурын коэффициентийг хэмжих үндсэн SI нэгж нь:
Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ
ЖИШЭЭ 1
| Дасгал хийх | Гянтболдын спираль бүхий улайсдаг чийдэн нь В хүчдэлтэй сүлжээнд холбогдсон, гүйдэл нь түүгээр урсдаг бол o C температурт Ом эсэргүүцэлтэй бол спираль ямар температуртай байх вэ? Гянтболдын эсэргүүцлийн температурын коэффициент  .
|
| Шийдэл | Асуудлыг шийдэх үндэс болгон бид эсэргүүцлийн температураас хамаарах томъёог ашиглана. 0 o С-ийн температурт вольфрамын судлын эсэргүүцэл хаана байна. (1.1) илэрхийлэлээс бид дараах байдалтай байна. Ом хуулийн дагуу хэлхээний нэг хэсгийн хувьд бид:
Тооцоолоод үзье
Эсэргүүцэл ба температурыг холбосон тэгшитгэлийг бичье. Тооцооллыг хийцгээе: |
| Хариулах | К |
ЖИШЭЭ 2
| Дасгал хийх | Температурын үед реостатын эсэргүүцэл нь тэнцүү, амперметрийн эсэргүүцэл нь тэнцүү бөгөөд энэ нь гүйдлийн хүчийг харуулж байна Реостат нь төмрийн утсаар хийгдсэн, амперметртэй цуваа холбогдсон байна (Зураг 1). Хэрэв реостатыг температурт халаавал амперметрээр хэр их гүйдэл гүйх вэ? Төмрийн эсэргүүцлийн температурын коэффициентийг тэнцүү гэж үзье. |
Цахилгаан эсэргүүцлийн температурын коэффициент, TKS- цахилгаан эсэргүүцлийн температураас хамаарлыг илэрхийлсэн утга буюу утгын багц.
Эсэргүүцлийн температураас хамаарах хамаарал нь өөр шинж чанартай байж болох бөгөөд үүнийг ерөнхий тохиолдолд зарим функцээр илэрхийлж болно. Энэ функцийг тодорхой заасан температур, хэмжигдэхүүнгүй температураас хамаарах коэффициент бүхий хэмжээст тогтмолоор илэрхийлж болно.
.
Энэхүү тодорхойлолтод коэффициент нь зөвхөн орчны шинж чанараас хамаардаг бөгөөд хэмжсэн объектын эсэргүүцлийн үнэмлэхүй утгаас (түүний геометрийн хэмжээсээр тодорхойлогддог) хамаардаггүй болохыг харуулж байна.
Температурын хамаарал (тодорхой температурын мужид) хангалттай жигд байвал дараах хэлбэрийн олон гишүүнтээр нэлээн сайн ойртуулж болно.
Олон гишүүнтийн хүчин чадал дээрх коэффициентүүдийг эсэргүүцлийн температурын коэффициент гэж нэрлэдэг. Тиймээс температурын хамаарал нь дараах хэлбэртэй байх болно (товч байхын тулд бид үүнийг дараах байдлаар тэмдэглэнэ).
Хэрэв бид коэффициентүүд нь зөвхөн материалаас хамаарна гэдгийг харгалзан үзвэл эсэргүүцлийг дараахь байдлаар илэрхийлж болно.
Хаана 
Коэффициентүүд нь Кельвин эсвэл Цельсийн хэмжигдэхүүн эсвэл өөр температурын нэгжтэй ижил хэмжээтэй боловч хасах тэмдэгтэй байна. Нэгдүгээр зэргийн эсэргүүцлийн температурын коэффициент нь цахилгаан эсэргүүцлийн температураас шугаман хамаарлыг тодорхойлдог бөгөөд Келвин хасах нэгдүгээр зэрэглэлийг (K⁻¹) хэмждэг. Хоёр дахь градусын температурын коэффициент нь квадрат бөгөөд хоёр дахь градусыг (K⁻²) хассан келвинээр хэмжигддэг. Дээд зэргийн коэффициентийг ижил төстэй байдлаар илэрхийлнэ.
Жишээлбэл, Pt100 төрлийн цагаан алтны температур мэдрэгчийн хувьд эсэргүүцлийг тооцоолох арга нь иймэрхүү харагдаж байна.
өөрөөр хэлбэл 0°С-аас дээш температурт коэффициентийг α₁=3.9803·10⁻³ K⁻¹, α₂=−5.775·10⁻⁷ K⁻², T₀=0°C (273.15 К), түүнээс доош температурт хэрэглэнэ. 0°C, α₃=4.183·10⁻⁹ K⁻³ ба α₄=−4.183·10⁻¹² K⁻⁴ нэмсэн.
Хэдийгээр үнэн зөв тооцоолол хийхэд хэд хэдэн хүчийг ашигладаг боловч ихэнх тохиолдолд нэг шугаман коэффициент хангалттай байдаг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн TCS гэсэн утгатай байдаг. Тиймээс, жишээлбэл, эерэг TCR нь температур нэмэгдэх тусам эсэргүүцлийн өсөлт, сөрөг TCR нь бууралт гэсэн үг юм.
Цахилгаан эсэргүүцэл өөрчлөгдөх гол шалтгаан нь орчин дахь цэнэгийн тээвэрлэгчдийн концентраци болон тэдгээрийн хөдөлгөөнт өөрчлөлтүүд юм.
Өндөр TCR бүхий материалыг термистор, тэдгээрээс хийсэн гүүрний хэлхээний нэг хэсэг болгон температурт мэдрэмтгий хэлхээнд ашигладаг. Температурын нарийн өөрчлөлтийн хувьд термисторууд дээр суурилсан
Дамжуулагчийн эсэргүүцэл (R) (эсэргүүцэл) () температураас хамаарна. Температурын бага зэргийн өөрчлөлтөөс хамаарах энэ хамаарлыг () функцээр үзүүлэв.
0 o С температурт дамжуулагчийн эсэргүүцэл хаана байна; - эсэргүүцлийн температурын коэффициент.
ТОДОРХОЙЛОЛТ
Цахилгаан эсэргүүцлийн температурын коэффициент() нь дамжуулагчийг 1 o С-ээр халах үед үүсдэг хэлхээний хэсгийн харьцангуй өсөлт (R) (эсвэл орчны эсэргүүцэл ()) -тэй тэнцүү физик хэмжигдэхүүн юм. Математикийн хувьд эсэргүүцлийн температурын коэффициентийн тодорхойлолт дараах байдлаар төлөөлж болно.
Энэ утга нь цахилгаан эсэргүүцэл ба температурын хоорондын хамаарлыг тодорхойлдог.
Хүрээ доторх температурт ихэнх металлын хувьд авч үзэж буй коэффициент тогтмол хэвээр байна. Цэвэр металлын хувьд эсэргүүцлийн температурын коэффициентийг ихэвчлэн авдаг
Заримдаа тэд эсэргүүцлийн дундаж температурын коэффициентийн талаар ярьж, үүнийг дараах байдлаар тодорхойлдог.
өгөгдсөн температурын муж дахь температурын коэффициентийн дундаж утга хаана байна ().
Янз бүрийн бодисын эсэргүүцлийн температурын коэффициент
Ихэнх металлууд тэгээс их эсэргүүцлийн температурын коэффициенттэй байдаг. Энэ нь температур нэмэгдэх тусам металлын эсэргүүцэл нэмэгддэг гэсэн үг юм. Энэ нь дулааны чичиргээг ихэсгэдэг болор тор дээр электрон тархалтын үр дүнд үүсдэг.
Үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо температурт (-273 o C) олон тооны металлын эсэргүүцэл тэг болж огцом буурдаг. Металл нь хэт дамжуулагч төлөвт ордог гэж ярьдаг.
Бохирдолгүй хагас дамжуулагч нь эсэргүүцлийн сөрөг температурын коэффициенттэй байдаг. Температур нэмэгдэх тусам тэдний эсэргүүцэл буурдаг. Энэ нь дамжуулагчийн зурваст шилжих электронуудын тоо нэмэгдэж байгаатай холбоотой бөгөөд энэ нь хагас дамжуулагчийн нэгж эзэлхүүн дэх нүхний тоо нэмэгддэг гэсэн үг юм.
Электролитийн уусмалууд байдаг. Температур нэмэгдэх тусам электролитийн эсэргүүцэл буурдаг. Энэ нь молекулуудын задралын үр дүнд чөлөөт ионы тоо нэмэгдэх нь уусгагчийн молекулуудтай мөргөлдсөний үр дүнд ионуудын тархалтын өсөлтөөс давсантай холбоотой юм. Электролитийн эсэргүүцлийн температурын коэффициент нь зөвхөн бага температурын хязгаарт тогтмол байдаг гэж хэлэх ёстой.
Нэгж
Эсэргүүцлийн температурын коэффициентийг хэмжих үндсэн SI нэгж нь:
Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ
| Дасгал хийх | Гянтболдын спираль бүхий улайсдаг чийдэн нь В хүчдэлтэй сүлжээнд холбогдсон, гүйдэл нь түүгээр урсдаг бол o C температурт Ом эсэргүүцэлтэй бол спираль ямар температуртай байх вэ? Гянтболдын эсэргүүцлийн температурын коэффициент  .
|
| Шийдэл | Асуудлыг шийдэх үндэс болгон бид эсэргүүцлийн температураас хамаарах томъёог ашиглана. 0 o С-ийн температурт вольфрамын судлын эсэргүүцэл хаана байна. (1.1) илэрхийлэлээс бид дараах байдалтай байна. Ом хуулийн дагуу хэлхээний нэг хэсгийн хувьд бид:
Тооцоолоод үзье
Эсэргүүцэл ба температурыг холбосон тэгшитгэлийг бичье. Тооцооллыг хийцгээе: |
| Хариулах | К |
Эсэргүүцлийн температурын коэффициент(α) - температур 1-ээр өөрчлөгдөхөд цахилгаан хэлхээний хэсгийн эсэргүүцэл эсвэл материалын цахилгаан эсэргүүцлийн харьцангуй өөрчлөлтийг K -1-ээр илэрхийлнэ. Электроникийн хувьд резисторыг ялангуяа манганин эсвэл константан хайлш гэх мэт бага α утгатай тусгай металл хайлш, эерэг эсвэл сөрөг α утгатай хагас дамжуулагч бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс (термистор) ашигладаг. Температурын эсэргүүцлийн коэффициентийн физик утгыг тэгшитгэлээр илэрхийлнэ.
Хаана dR- цахилгаан эсэргүүцлийн өөрчлөлт Ртемператур өөрчлөгдөх үед дТ.
Кондукторууд
Ихэнх металлын эсэргүүцлийн температурын хамаарал нь өргөн температурын хязгаарт шугамантай ойролцоо бөгөөд дараах томъёогоор тодорхойлогддог.
Р Т R0- эхний температурт цахилгаан эсэргүүцэл T 0 [Ом]; α - эсэргүүцлийн температурын коэффициент; ΔT- температурын өөрчлөлт нь TT 0 [K].Бага температурт дамжуулагчийн эсэргүүцлийн температурын хамаарлыг Матисений дүрмээр тодорхойлно.
Хагас дамжуулагч
NTC термисторын эсэргүүцлийн температураас хамаарах хамаарал
Термистор гэх мэт хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн хувьд эсэргүүцлийн температурын хамаарлыг голчлон цэнэгийн тээвэрлэгчийн концентрацийн температураас хамаарах хамаарлаар тодорхойлдог. Энэ бол экспоненциал хамаарал юм:
Р Т- T [Ом] температурт цахилгаан эсэргүүцэл; R∞- T = ∞ [Ом] температурт цахилгаан эсэргүүцэл; В г- зурвасын завсар - хамгийн тохиромжтой (гажиггүй) талст [eV] -д электрон байхгүй энергийн утгын хүрээ; к- Больцманы тогтмол [eV/K]. Тэгшитгэлийн зүүн ба баруун талын логарифмуудыг авч үзвэл бид дараахь зүйлийг авна.
, материалын тогтмол хаана байна. Термисторын эсэргүүцлийн температурын коэффициентийг тэгшитгэлээр тодорхойлно.
R T-ийн T-ээс хамааралтай байдлаас бид дараах байдалтай байна.
Эх сурвалжууд
- Цахилгааны инженерийн онолын үндэс: Сурах бичиг: 3 боть / V. S. Boyko, V. V. Boyko, F. Vydolob et al.; Ерөнхий доор ed. И.М.Чиженко, В.С.Бойко. - М .: ShTs "Хэвлэлийн газар" Политехник "", 2004. - T. 1: бөөн параметр бүхий шугаман цахилгаан хэлхээний тогтвортой горимууд. - 272 х.: өвчтэй. ISBN 966-622-042-3
- Шегедин А.И. Зураач В.С. Цахилгааны инженерийн онолын үндэс. 1-р хэсэг: Заавардээд боловсролын цахилгааны инженер, цахилгаан механикийн чиглэлээр зайн сургалтын оюутнуудад зориулсан боловсролын байгууллагууд. - М .: Magnolia Plus, 2004. - 168 х.
- И.М.Кучерук, И.Т.Горбачук, П.П.Луцик (2006). Физикийн ерөнхий курс: 3 боть сурах бичиг Т.2. Цахилгаан ба соронзон.Киев: Техник.
|
Металл |
Өвөрмөц эсэргүүцэл ρ 20 ºС, Ом*мм²/м |
Эсэргүүцлийн температурын коэффициент α, ºС -1 |
|
Хөнгөн цагаан | ||
|
Төмөр (ган) | ||
|
Константан | ||
|
Манганин | ||
Эсэргүүцлийн температурын коэффициент α нь температур (дамжуулагчийн халаалт) 1 ºС-ээр нэмэгдэхэд 1 ом дамжуулагчийн эсэргүүцэл хэр их нэмэгдэж байгааг харуулдаг.
t температурт дамжуулагчийн эсэргүүцлийг дараахь томъёогоор тооцоолно.
r t = r 20 + α* r 20 *(t - 20 ºС)
Энд r 20 нь 20 ºС температурт дамжуулагчийн эсэргүүцэл, r t нь t температурт дамжуулагчийн эсэргүүцэл юм.
Одоогийн нягтрал
S = 4 мм² хөндлөн огтлолтой зэс дамжуулагчаар I = 10 А гүйдэл урсаж байна.
Одоогийн нягт J = I/S = 10 А/4 мм² = 2.5 А/мм².
[I = 2.5 А гүйдэл нь 1 мм² хөндлөн огтлолын талбайгаар урсдаг; I = 10 А гүйдэл бүхэлдээ S хөндлөн огтлолын туршид урсдаг].
Тэгш өнцөгт хөндлөн огтлолтой (20х80) мм² хуваарилах төхөөрөмжийн автобус нь I = 1000 А гүйдлийг дамжуулдаг. Автобусны гүйдлийн нягт ямар байх вэ?
Дугуйны хөндлөн огтлолын хэмжээ S = 20x80 = 1600 мм². Одоогийн нягтрал
J = I/S = 1000 A/1600 mm² = 0.625 A/mm².
Ороомгийн утас нь 0.8 мм-ийн диаметртэй дугуй хөндлөн огтлолтой бөгөөд 2.5 А/мм² гүйдлийн нягтыг зөвшөөрдөг. Ямар зөвшөөрөгдөх гүйдлийг утсаар дамжуулж болох вэ (халаалт нь зөвшөөрөгдөх хэмжээнээс хэтрэхгүй байх ёстой)?
Утасны хөндлөн огтлолын талбай S = π * d²/4 = 3/14*0.8²/4 ≈ 0.5 мм².
Зөвшөөрөгдөх гүйдэл I = J*S = 2.5 А/мм² * 0.5 мм² = 1.25 А.
Трансформаторын ороомгийн зөвшөөрөгдөх гүйдлийн нягт J = 2.5 А/мм². I = 4 А гүйдэл нь ороомогоор дамждаг бөгөөд ороомог хэт халахгүйн тулд дамжуулагчийн дугуй хөндлөн огтлолын хөндлөн огтлол (диаметр) ямар байх ёстой вэ?
Хөндлөн огтлолын талбай S = I/J = (4 A) / (2.5 А/мм²) = 1.6 мм²
Энэ хэсэг нь 1.42 мм диаметртэй утастай тохирч байна.
4 мм² хөндлөн огтлолтой тусгаарлагдсан зэс утас нь 38 А-ийн зөвшөөрөгдөх хамгийн их гүйдлийг дамжуулдаг (хүснэгтийг үз). Зөвшөөрөгдөх гүйдлийн нягт гэж юу вэ? 1, 10 ба 16 мм² хөндлөн огтлолтой зэс утаснуудын зөвшөөрөгдөх гүйдлийн нягтууд хэд вэ?
1). Зөвшөөрөгдөх гүйдлийн нягт
J = I/S = 38 A / 4mm² = 9.5 A/mm².
2). 1 мм² хөндлөн огтлолын хувьд зөвшөөрөгдөх гүйдлийн нягт (хүснэгтийг үз)
J = I/S = 16 A / 1 mm² = 16 A/mm².
3). 10 мм²-ийн зөвшөөрөгдөх гүйдлийн нягтын хөндлөн огтлолын хувьд
J = 70 A / 10 мм² = 7.0 А / мм²
4). 16 мм² хөндлөн огтлолын хувьд зөвшөөрөгдөх гүйдлийн нягт
J = I / S = 85 A / 16 мм² = 5.3 А / мм².
Зөвшөөрөгдөх гүйдлийн нягт нь хөндлөн огтлолын хэмжээ нэмэгдэх тусам буурдаг. Хүснэгт В ангиллын тусгаарлагчтай цахилгааны утсанд хүчинтэй.
Бие даан шийдвэрлэх асуудал
Трансформаторын ороомгоор I = 4 А гүйдэл гүйх ёстой J = 2.5 А/мм² зөвшөөрөгдөх гүйдлийн нягттай ороомгийн утасны хөндлөн огтлол нь ямар байх ёстой вэ? (S = 1.6 мм²)
0.3 мм-ийн диаметртэй утас нь 100 мА гүйдэл дамжуулдаг. Одоогийн нягтрал хэд вэ? (J = 1.415 А/мм²)
диаметртэй тусгаарлагдсан утсаар хийсэн цахилгаан соронзон ороомгийн дагуу
d = 2.26 мм (тусгаарлагчийг эс тооцвол) 10 А-ийн гүйдэл нь ямар нягтралтай байдаг
Одоогийн? (J = 2.5 А/мм²).
4. Трансформаторын ороомог нь 2.5 А/мм² гүйдлийн нягтыг зөвшөөрдөг. Ороомог дахь гүйдэл нь 15 А. Дугуй утас (тусгаарлагчийг оруулаагүй) хамгийн бага хөндлөн огтлол ба диаметр хэд вэ? (мм²; 2.76 мм).
Эсэргүүцлийн хэмжилтийн үр дүнд агшилтын хөндий, хийн бөмбөлөг, оруулга болон бусад согогууд ихээхэн нөлөөлдөг. Үүнээс гадна, Зураг. 155-аас харахад хатуу уусмал руу орох бага хэмжээний хольц нь хэмжсэн дамжуулалтад ихээхэн нөлөөлдөг. Тиймээс цахилгаан эсэргүүцлийг хэмжихэд хангалттай дээж гаргах нь илүү хэцүү байдаг.
дилатометрийн судалгаа. Энэ нь эсэргүүцлийн температурын коэффициентийг хэмждэг фазын диаграммыг бий болгох өөр аргыг бий болгоход хүргэсэн.
Эсэргүүцлийн температурын коэффициент
Температурын цахилгаан эсэргүүцэл
Маттиессен хатуу уусмал дахь хоёр дахь бүрэлдэхүүн хэсэг бага хэмжээгээр агуулагдаж байгаатай холбоотойгоор металлын эсэргүүцлийн өсөлт нь температураас хамаардаггүй болохыг олж мэдсэн; Ийм хатуу уусмалын утга нь концентрацаас хамаарахгүй гэсэн үг. Энэ нь эсэргүүцлийн температурын коэффициент нь пропорциональ, өөрөөр хэлбэл цахилгаан дамжуулах чанар бөгөөд найрлагаас хамаарах коэффициентийн график нь хатуу уусмалын дамжуулалтын графиктай төстэй гэсэн үг юм. Ялангуяа шилжилтийн металлын хувьд энэ дүрмийн үл хамаарах зүйлүүд олон байдаг боловч ихэнх тохиолдолд энэ нь ойролцоогоор үнэн байдаг.
Завсрын фазын эсэргүүцлийн температурын коэффициент нь холболт нь өөрөө өндөр эсэргүүцэлтэй байсан ч гэсэн ихэвчлэн цэвэр металлынхтай ижил хэмжээтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч тодорхой температурын муж дахь температурын коэффициент нь тэг эсвэл сөрөг байдаг завсрын үе шатууд байдаг.
Маттиессений дүрэм нь зөвхөн хатуу уусмалд хамаарна, гэхдээ хоёр фазын хайлшийн хувьд энэ нь үнэн мэт харагдах олон тохиолдол байдаг. Эсэргүүцлийн температурын коэффициентийг найрлагатай харьцуулбал муруй нь ихэвчлэн дамжуулалтын муруйтай ижил хэлбэртэй байдаг тул фазын өөрчлөлтийг ижил аргаар илрүүлж болно. Эмзэг болон бусад шалтгааны улмаас цахилгаан дамжуулах чанарыг хэмжихэд тохиромжтой дээжийг гаргах боломжгүй үед энэ аргыг хэрэглэхэд тохиромжтой.
Практикт хоёр температурын хоорондох дундаж температурын коэффициентийг эдгээр температурт хайлшийн цахилгаан эсэргүүцлийг хэмжих замаар тодорхойлно. Хэрэв авч үзэж буй температурын мужид фазын өөрчлөлт гарахгүй бол коэффициентийг дараах томъёогоор тодорхойлно.
интервал багатай адил утгатай болно. Хатуу хайлшийн хувьд температур болон
0 ° ба 100 ° -ийг тус тус авахад тохиромжтой бөгөөд хэмжилтүүд нь бөхөөх температурт фазын мужийг өгнө. Гэсэн хэдий ч хэрэв хэмжилтийг өндөр температурт хийсэн бол фазын хил нь температурын хооронд хаа нэгтээ оршдог бол интервал нь 100 ° -аас хамаагүй бага байх ёстой.
Цагаан будаа. 158. (скан харна уу) Мөнгө-шидэт систем дэх цахилгаан эсэргүүцлийн цахилгаан дамжуулалт ба температурын коэффициент (Тамман)
Энэ аргын том давуу тал нь а коэффициент нь хоёр температурт дээжийн харьцангуй эсэргүүцэлээс хамаардаг тул дээж дэх нүхжилт болон бусад металлургийн согогууд нөлөөлдөггүй. Дамжуулах чадвар ба температурын коэффициентийн муруй
Зарим хайлшийн систем дэх эсэргүүцэл нь хоорондоо төстэй байдаг. Цагаан будаа. 158-аас авсан эрт ажилТамман (муруй нь мөнгө, магнийн хайлшийг хэлдэг); илүү оройтож ажилТемператур буурах тусам хатуу уусмалын бүс буурч, фазын бүсэд дээд бүтэц байгааг харуулсан. Бусад фазын хил хязгаар саяхан өөрчлөгдсөн тул Зураг дээр үзүүлсэн диаграммыг үзүүлэв. 158 нь зөвхөн түүхэн сонирхолтой бөгөөд нарийн хэмжилт хийхэд ашиглах боломжгүй.
Дамжуулагчийн цахилгаан эсэргүүцэл нь ерөнхийдөө дамжуулагчийн материал, түүний урт ба хөндлөн огтлолоос, эсвэл товчоор хэлбэл, дамжуулагчийн эсэргүүцэл ба геометрийн хэмжээсээс хамаарна. Энэ хамаарлыг сайн мэддэг бөгөөд дараах томъёогоор илэрхийлнэ.
Хүн бүр мэддэг бөгөөд үүнээс харахад гүйдэл бага байх тусам эсэргүүцэл өндөр байх болно. Тиймээс хэрэв дамжуулагчийн эсэргүүцэл тогтмол байвал хүчдэл нэмэгдэх тусам гүйдэл шугаман нэмэгдэх ёстой. Гэвч бодит байдал дээр энэ нь тийм биш юм. Дамжуулагчийн эсэргүүцэл нь тогтмол биш юм.
Та холоос жишээ хайх шаардлагагүй. Хэрэв тийм бол тохируулж болох блоктэжээлийн хангамж (вольтметр ба амперметрээр), чийдэнг холбож, түүн дээрх хүчдэлийг аажмаар нэмэгдүүлж, нэрлэсэн утгад хүргэх үед гүйдэл шугаман өсөхгүй байгааг анзаарахад хялбар байдаг: хүчдэл нь нэрлэсэн утгатай ойртох тусам чийдэнгийн шилжилтийн үед түүний спираль дамжих гүйдэл улам аажмаар нэмэгдэж, гэрлийн чийдэн улам гэрэлтсээр байна.
Спиральд өгсөн хүчдэл хоёр дахин нэмэгдэхэд гүйдэл мөн хоёр дахин нэмэгддэг гэсэн ойлголт байдаггүй. Ом-ын хууль үйлчилдэггүй бололтой. Үнэн хэрэгтээ Ом-ын хууль үнэн бөгөөд чийдэнгийн утаснуудын эсэргүүцэл нь тогтмол биш, температураас хамаардаг.
Металлын өндөр цахилгаан дамжуулах чадвартай юу холбоотой болохыг санацгаая. Энэ нь гүйдлийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд болох олон тооны цэнэгийн тээвэрлэгч металууд байдагтай холбоотой юм. Эдгээр нь бүхэл бүтэн дамжуулагчийн хувьд нийтлэг байдаг металлын атомуудын валентийн электронуудаас үүссэн электронууд юм.
Дамжуулагчид хэрэглэсэн цахилгаан орны нөлөөн дор чөлөөт дамжуулагч электронууд эмх замбараагүй байдлаас их бага эмх цэгцтэй хөдөлгөөн рүү шилждэг. цахилгаан. Гэвч электронууд замдаа саад тотгор, ионы торны нэгэн төрлийн бус байдал, тухайлбал торны согог, дулааны чичиргээнээс үүдэлтэй нэг төрлийн бус бүтэцтэй тулгардаг.
Электронууд ионуудтай харилцан үйлчилж, эрч хүчээ алдаж, энерги нь торны ионуудад шилжиж, торны ионуудын чичиргээ болж хувирч, электронуудын дулааны хөдөлгөөний эмх замбараагүй байдал эрчимжиж, гүйдэл дамжин өнгөрөх үед дамжуулагч халдаг. .
Диэлектрик, хагас дамжуулагч, электролит, хий, туйлтгүй шингэнд эсэргүүцлийн шалтгаан нь өөр байж болох ч Ом-ын хууль нь үргэлж шугаман хэвээр байдаггүй нь ойлгомжтой.
Тиймээс металлын хувьд температурын өсөлт нь болор торны дулааны чичиргээг улам бүр нэмэгдүүлж, дамжуулагч электронуудын хөдөлгөөний эсэргүүцэл нэмэгддэг. Үүнийг чийдэнгийн туршилтаас харж болно: гэрлийн тод байдал нэмэгдсэн боловч гүйдэл бага өссөн. Өөрөөр хэлбэл, температурын өөрчлөлт нь чийдэнгийн утаснуудын эсэргүүцэлд нөлөөлсөн.
Үүний үр дүнд эсэргүүцэл нь температураас бараг шугаман хамааралтай болох нь тодорхой болно. Хэрэв халаах үед дамжуулагчийн геометрийн хэмжээ бага зэрэг өөрчлөгддөгийг харгалзан үзвэл цахилгаан эсэргүүцэл нь температураас бараг шугаман хамааралтай байдаг. Эдгээр хамаарлыг дараах томъёогоор илэрхийлж болно.
Коэффициентүүдэд анхаарлаа хандуулцгаая. 0°С-д дамжуулагчийн эсэргүүцэл R0-тэй тэнцүү байх ба дараа нь t°C температурт R(t) утгыг авах ба эсэргүүцлийн харьцангуй өөрчлөлт нь α*t°C-тэй тэнцүү байна. Энэ пропорциональ коэффициентийг α гэж нэрлэдэг эсэргүүцлийн температурын коэффициент. Энэ нь бодисын цахилгаан эсэргүүцлийн одоогийн температураас хамаарах хамаарлыг тодорхойлдог.
Энэ коэффициент нь дамжуулагчийн температур 1К-ээр өөрчлөгдөхөд цахилгаан эсэргүүцлийн харьцангуй өөрчлөлттэй тоон утгаараа тэнцүү байна (Кельвин градусын температур нь Цельсийн нэг градусын температурын өөрчлөлттэй тэнцэнэ).
Металлын хувьд TCR (эсэргүүцлийн температурын коэффициент α) нь харьцангуй бага боловч үргэлж тэгээс их байдаг, учир нь гүйдэл дамжих үед электронууд болор торны ионуудтай илүү олон удаа мөргөлддөг тул температур өндөр байх тусам тэдгээрийн эсэргүүцэл өндөр байдаг. дулааны эмх замбараагүй хөдөлгөөн ба тэдгээрийн хурд өндөр байх тусам. Торны ионуудтай эмх замбараагүй хөдөлгөөнөөр мөргөлдөхөд металлын электронууд энерги алддаг бөгөөд үүний үр дүнд бидний харж байгаа зүйл бол дамжуулагчийг халаах үед эсэргүүцэл нэмэгддэг. Энэ үзэгдлийг техникийн хувьд ашигладаг.
Тэгэхээр, эсэргүүцлийн температурын коэффициент αЭнэ нь бодисын цахилгаан эсэргүүцлийн температураас хамаарах хамаарлыг тодорхойлдог бөгөөд 1/K - келвин -1-ийн хүчээр хэмжигддэг. Эсрэг тэмдэгтэй утгыг дамжуулалтын температурын коэффициент гэж нэрлэдэг.
Цэвэр хагас дамжуулагчийн хувьд TCR нь тэдний хувьд сөрөг байдаг, өөрөөр хэлбэл температур нэмэгдэхийн хэрээр эсэргүүцэл буурч байгаа нь температур өсөх тусам илүү олон электронууд дамжуулалтын зурваст шилжиж, нүхний концентраци мөн адил байдагтай холбоотой юм. нэмэгддэг. Үүнтэй ижил механизм нь шингэн туйлтгүй ба хатуу диэлектрикийн шинж чанартай байдаг.
Туйлын шингэн нь зуурамтгай чанар буурч, диссоциаци ихсэх тусам температур нэмэгдэхийн хэрээр эсэргүүцлээ эрс бууруулдаг. Энэ өмч нь электрон хоолойг өндөр гүйдлийн хор хөнөөлтэй нөлөөллөөс хамгаалахад ашиглагддаг.
Хайлш, хайлштай хагас дамжуулагч, хий, электролитийн хувьд эсэргүүцлийн дулааны хамаарал нь цэвэр металлаас илүү төвөгтэй байдаг. Манганин, константан зэрэг маш бага TCR бүхий хайлшийг ашигладаг.
