Температурный коэффициент сопротивления (ТКС)

Электрическое сопротивление проводника зависит от материала из которого он изготовлен, от поперечного сечения, длин, удельного сопротивления и размеров. Данная зависимость выражается формулой из курса физики или электротехники:

(R=ρ × l)/S
где: R=ρ удельное сопротивление, l - длина проводника, S площадь сечения

Из закона Ома для участка цепи хорошо видно что при росте сопротивления падает ток. Поэтому, если сопротивление проводника постоянно, то с ростом приложенного напряжения, ток должен расти линейно. Но в реальности этого не происходит. Так как сопр. проводников, величина не постоянная.

Например, если к регулируемому источнику питания подключить лампочку накаливания, и постепенно повышать напряжение на ней, доводя до номинала, то легко увидеть, что ток растет совсем не по линейному закону, а как-то с приближением напряжения к номиналу, ток через спираль растет гораздо медленнее, причем лампочка горит все ярче.

Закон Ома вроде бы и не работает ведь мы не видим того, что с ростом вдвое приложенного к спирали напряжения, вдвое увеличился и ток. На самом деле сопр. нити накала непостоянно и зависит от температуры.

Так как высокая электрическая проводимость металлов связана с наличием в них большого количества свободных носителей заряда — электронов проводимости. Свободные носители, образуются из валентных электронов атомов, которые для всего металлического проводника являются общими, они не принадлежат какому либо конкретному атому.

Под действием электрического поля, свободные электроны переходят из хаотичного в почти упорядоченное движение, при этом возникает электрический ток. Но двигаясь по проводнику электроны на своем пути встречают небольшие преграды в виде неоднородностей ионной решетки, из-за ее тепловых колебаний. Начинается процесс взаимодействия электронов с ионами, их энергия перетекает ионам решетки, появляется хаотичное тепловое движение электронов, поэтому проводник и греется при протекании по нему тока.

Итак, сопротивление металлических проводников имеет почти линейную зависимость от температуры. А т.к при нагревании металлов геометрические размеры проводника практически не изменяются, то и ρ имеет почти линейную температурную зависить. Эти зависимости можно описать формулами:

ρ=ρ0(1+αt), R=R0(1+αt
где ρ0 — удельное сопротивление проводника при температуре равной 0°C; α — температурный коэффициент сопротивления.

ТКС численно равен относительному изменению сопр. проводника при изменении его температуры на один градус Кельвина. В таблице ниже представлены значения температурного коэффициента для некоторых металлов и диэлектриков.

Для металлов ТКС хоть и невелик, но всегда больше нуля.

Температурный коэффициент сопротивления α характеризует зависимость электрического сопротивления материала от температуры. Единица измерения температурного коэффициента - единица деленная на градус Кельвина ((1/К) ). При температурах от нулевой до 100 градусов цельсия, у большинства металлов рассматриваемый коэффициент альфа остается постоянным.

У газов и электролитов, сплавов, легированных полупроводников, тепловая зависимость более сложная чем у металлов. Сплавы с очень низким ТКС, например манганин и константан, используют в электроизмерительных приборах.

Температурный коэффициент сопротивления для разных веществ

Большинство металлов имеет ТКС выше нуля. Это говорит о том, что сопротивление металлов с увелечением температуры возрастает. Это происходит из-за рассеяния электронов на кристаллической решетке, которая усиливает тепловые колебания. При температурах приближенных к абсолютному нулю ТКС металлов резко снижается до нулевых значений, металлы переходят в сверхпроводящее состояние.

Полупроводники, не имеющие примесей, обладают отрицательным ТКС. Их сопр. с ростом температуры снижается. Т.к увеличивается количество электронов, которые переходят в зону проводимости, при этом ростет число дырок в единице объема.