Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. На прошлой лекции мы с вами познакомились с электрическим током в металлах и мы узнали каким образом стало ясно, что свободными носителями зарядов в металлах являются электроны. Мы с вами уже изучали немного свойства металлических проводников. Помните мы когда-то изучали зависимость силы тока, проходящего через проводник штепсельного реостата от напряжения на его выводах. У нас была специальная установка для того, чтобы можно было подавать на металлический проводник определенное напряжение и измерять силу тока в этом проводнике и результат, который мы с вами получили был вот такой...
И давайте проведем этот опыт еще раз, но уже с некоторыми небольшими изменениями...давайте построим вольт-амперную характеристику обычной лампы накаливания и узнаем некоторые вещи - зависимость сопротивления проводника от температуры. И так давайте исследуем зависимость силы тока от напряжения, еще раз повторим, не в штепсельном реостате, а в лампе накаливания...
Теперь давайте построим вольт-амперную характеристику лампочки.
А теперь попробуем объяснить почему? Это же главная задача физики объяснить почему. Почему у реостата из проведенного ранее нами опыта вольт-амперная характеристика линейная, а у лампы накаливания она сублинейна. Причина в том, что лампа накаливания при пропускании электрического тока накаливается, а проводники в реостате нет. Лампа накаливания потому так и называется лампой накаливания, потому что температура вольфрамовой нити очень сильно увеличивается, настолько, что она начинает светиться, а у реостата теплота тоже выделяется в большом объеме и ее выделяется столько же сколько и в лампочке примерно, но она отводится в окружающую среду благодаря большой площади поверхности. А спираль лампы накаливания очень маленькая, поэтому ее теплоотдача низкая и для того, чтобы происходила эта теплоотдача приходится раскалять нить до высокой температуры.
И так мы выяснили с вами, что из-за того, что в отличии от проводников реостата, нить лампы накаливания не сохраняет свою температуру, а разогревается под действием, протекающего электрического тока и ее вольт-амперная характеристика не линейная, а сублинейная. Ну а теперь давайте рассчитаем сопротивление при каждом из напряжений...
Давайте еще раз повторим полученный нами вывод: при увеличении температуры сопротивление металлов увеличивается.
А теперь давайте попробуем ответить на вопрос почему при увеличении температуры сопротивление металлов увеличивается? Для того, чтобы ответить на этот вопрос для начала нужно вспомнить, а почему металлы обладают сопротивлением:
- носители заряда - электроны при своем движении натыкаются на узлы кристаллической решетки и теряют свою скорость и потом электрическим полем их потом опять приходится разгонять. Если такие соударения электронов и ионов кристаллической решетки будут происходить чаще, что будет с сопротивлением? Оно будет увеличиваться. А что будет происходит со скоростью теплового движения носителей заряда с ростом температуры? Ведь, у нас как происходит движение? Мы уже выяснили, что на тепловое движение накладывается дрейф. Когда мы повышаем температуру металла при этом увеличивается скорость теплового движения, поэтому от одного иона до другого носители заряда быстрее доходят. Это раз.
- во-вторых: чем отличается поведение иона при низкой температуре от поведения иона при высокой температуре? При высокой температуре ион колеблется с большим размахом (амплитудой).
А теперь давайте представим себе, что мы сами являемся носителя заряда и идем, например, по базару. На базаре очень спокойная обстановка и покупатели ходят не спеша от лотка к лотку и нам необходимо пройти через его торговые ряды. Что нам может мешать это сделать? Нам могут мешать сделать это другие покупатели, которых мы будем считать ионами кристаллической решетки. Если они ведут себя спокойно, т.е не слишком буйно, то мы легко и с большой скоростью пройдем через эти торговые ряды. А если вдруг на базаре наблюдается какая-то паника, то покупатели между рядами начинают метаться туда-сюда и нам уже труднее будет пройти через торговые ряды, потому что мы будем без конца натыкаться на других покупателей.
И в металле происходят похожие процессы. При нагревании в металле начинается своеобразная "паника" при колебаниях ионов кристаллической решетки, они начинают колебаться с большей амплитудой и как бы занимают больше места. А это означает, что столкновения начинают происходить чаще. Столкновения носителей заряда происходят чаще - это приводит к уменьшению дрейфовой скорости и соответственно к увеличению сопротивлению металла. Оказывается, что в довольно широком диапазоне температур сопротивление металла с температурой связано линейно и формула температурной зависимости ничем не отличается от формулы теплового расширения.
Давайте узнаем в каких единицах измеряется температурный коэффициент сопротивления материалов
Ниже приведем таблицу температурных коэффициентов сопротивления для нескольких наиболее распространенных металлов.
В приведенной выше таблице стоит вот на что обратить внимание. У сплавов температурный коэффициент сопротивления ниже, чем у чистых металлов. Это интересное свойство используется на практике. Где используется константан? Константан используется при изготовлении высокоточных резисторов. Помните такое устройство - магазин сопротивлений? Магазин сопротивлений позволяет получать любое сопротивление с помощью переключателей. Так вот катушки резисторов магазинов сопротивлений намотаны константаном. Кроме того, кстати, они намотаны в два провода и как вы думаете зачем? Это так называемая бифилярная намотка, которая не создает магнитного поля.Какой же физический смысл имеет температурный коэффициент сопротивления материала?
Давайте строго сформулируем физический смысл температурного коэффициента сопротивления - температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при увеличении его температуры на один градус абсолютной шкалы температуры.
И давайте построим график зависимости сопротивления от температуры.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.