प्रतिरोधक तापमान गुणांक

कंडक्टरचा विद्युत प्रतिकार सामान्यतः कंडक्टरच्या सामग्रीवर, त्याच्या लांबीवर आणि क्रॉस-सेक्शनवर किंवा थोडक्यात, प्रतिरोध आणि कंडक्टरच्या भूमितीय परिमाणांवर अवलंबून असतो. हे अवलंबित्व सुप्रसिद्ध आहे आणि सूत्राद्वारे व्यक्त केले जाते:

सर्वांना ज्ञात आणि इलेक्ट्रिक सर्किटच्या एकसंध विभागासाठी ओमचा नियम, ज्यावरून हे पाहिले जाऊ शकते की प्रतिकार जितका जास्त असेल तितका प्रवाह कमी होईल. अशाप्रकारे, जर वायरचा प्रतिकार स्थिर असेल, तर लागू व्होल्टेज जसजसे वाढत जाईल तसतसे विद्युत प्रवाह रेषीयपणे वाढला पाहिजे. पण प्रत्यक्षात तसे होत नाही. तारांचा प्रतिकार स्थिर नसतो.

उदाहरणांसाठी फार दूर जाण्याची गरज नाही. जर तुम्ही लाइट बल्बला समायोज्य वीज पुरवठ्याशी (व्होल्टमीटर आणि अॅमीटरसह) कनेक्ट केले आणि हळूहळू त्यावरील व्होल्टेज वाढवून त्यास नाममात्र मूल्यापर्यंत आणले, तर तुम्हाला सहज दिसेल की विद्युत् प्रवाह रेषीयपणे वाढत नाही: व्होल्टेज जवळ येतो. दिव्याचे नाममात्र मूल्य, त्याच्या कॉइलमधून प्रवाह अधिक आणि अधिक हळूहळू वाढतो आणि प्रकाश अधिकाधिक तेजस्वी होतो.

कॉइलला लागू व्होल्टेज दुप्पट केल्याने विद्युत प्रवाह दुप्पट होईल असे काही नाही. ओमचा नियम धारण केलेला दिसत नाही. खरं तर, ओमचा नियम पूर्ण झाला आहे आणि दिव्याच्या फिलामेंटचा प्रतिकार स्थिर नाही, ते तापमानावर अवलंबून आहे.

धातूंच्या उच्च विद्युत चालकतेचे कारण काय आहे ते आठवूया. हे मोठ्या संख्येने चार्ज वाहक - वर्तमान घटक - धातूंमधील उपस्थितीशी संबंधित आहे. वहन इलेक्ट्रॉन… हे धातूच्या अणूंच्या व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन्सद्वारे तयार झालेले इलेक्ट्रॉन आहेत, जे संपूर्ण कंडक्टरसाठी सामान्य आहेत, ते प्रत्येक वैयक्तिक अणूशी संबंधित नाहीत.

कंडक्टरला लागू केलेल्या इलेक्ट्रिक फील्डच्या कृती अंतर्गत, मुक्त वहन इलेक्ट्रॉन अव्यवस्थित पासून कमी-अधिक क्रमाने हालचालीकडे जातात - एक विद्युत प्रवाह तयार होतो. परंतु इलेक्ट्रॉन्सना त्यांच्या मार्गात अडथळे येतात, आयन जाळीची एकसमानता, जसे की जाळीतील दोष, त्याच्या थर्मल कंपनांमुळे एक विसंगत रचना.

इलेक्ट्रॉन आयनांशी संवाद साधतात, गती गमावतात, त्यांची ऊर्जा जाळीच्या आयनमध्ये हस्तांतरित केली जाते, जाळीच्या आयन कंपनांमध्ये रूपांतरित होते आणि इलेक्ट्रॉनच्या थर्मल हालचालीचा गोंधळ स्वतःच वाढतो, ज्यामधून विद्युत् प्रवाह जातो तेव्हा कंडक्टर गरम होतो.

डायलेक्ट्रिक्स, सेमीकंडक्टर्स, इलेक्ट्रोलाइट्स, वायू, नॉनपोलर लिक्विड्समध्ये—प्रतिरोधाची कारणे भिन्न असू शकतात, परंतु ओहमचा नियम स्पष्टपणे कायमचा रेखीय राहत नाही.

अशा प्रकारे, धातूंसाठी, तापमानात वाढ झाल्यामुळे क्रिस्टल जाळीच्या थर्मल कंपनांमध्ये आणखी वाढ होते आणि वहन इलेक्ट्रॉनच्या हालचालींचा प्रतिकार वाढतो.दिव्याच्या प्रयोगातून हे पाहिले जाऊ शकते: चकाकीची चमक वाढते, परंतु वर्तमान कमी वाढते. याचा अर्थ तापमानातील बदलामुळे दिवा फिलामेंटच्या प्रतिकारशक्तीवर परिणाम झाला.

परिणामी, हे स्पष्ट होते की प्रतिकार धातूच्या तारा तापमानावर जवळजवळ रेखीय अवलंबून असते. आणि जर आपण हे लक्षात घेतले की गरम झाल्यावर, वायरचे भौमितिक परिमाण किंचित बदलतात, तर विद्युत प्रतिकार देखील तापमानावर जवळजवळ रेषीयपणे अवलंबून असतो. हे अवलंबित्व सूत्रांद्वारे व्यक्त केले जाऊ शकते:

च्या शक्यता लक्ष द्या. समजा की 0 ° C वर कंडक्टरचा प्रतिकार R0 आहे, तर t ° C तापमानात ते R (t) मूल्य घेईल, आणि प्रतिकारातील सापेक्ष बदल α * t ° C च्या समान असेल. हा प्रमाणिकता घटक α ला रेझिस्टन्सचे तापमान गुणांक म्हणतात... हे पदार्थाच्या विद्युत् प्रतिरोधकतेचे त्याच्या वर्तमान तापमानावरील अवलंबित्व दर्शवते.

हे गुणांक कंडक्टरच्या विद्युत प्रतिकारातील सापेक्ष बदलाच्या बरोबरीचे असते जेव्हा त्याचे तापमान 1K ने बदलते (एक अंश केल्विन, जे तापमानात एक अंश सेल्सिअस बदलाच्या समतुल्य असते).

धातूंसाठी, TCR (तापमानाचे प्रतिरोधक गुणांक α), जरी तुलनेने लहान असले तरी ते नेहमी शून्यापेक्षा मोठे असते, कारण जेव्हा विद्युत् प्रवाह जातो तेव्हा इलेक्ट्रॉन अधिक वेळा क्रिस्टल जाळीच्या आयनांशी टक्कर देतात, तापमान जितके जास्त असेल तितके जास्त असते. त्यांची थर्मल अराजक गती जितकी जास्त असेल आणि त्यांची गती जास्त असेल.जाळीच्या आयनांसह गोंधळलेल्या गतीमध्ये आदळल्याने, धातूचे इलेक्ट्रॉन ऊर्जा गमावतात, ज्याचा परिणाम म्हणून आपण पाहतो - वायर गरम झाल्यावर प्रतिकार वाढतो. ही घटना तांत्रिकदृष्ट्या वापरली जाते प्रतिरोधक थर्मामीटर.

अशाप्रकारे, प्रतिरोधक α चे तापमान गुणांक तापमानावरील पदार्थाच्या विद्युत प्रतिरोधकतेचे अवलंबित्व दर्शवते आणि 1 / K — केल्विन ते -1 च्या पॉवरमध्ये मोजले जाते. विरुद्ध चिन्हासह मूल्याला चालकता तापमान गुणांक म्हणतात.

शुद्ध अर्धसंवाहकांसाठी, टीसीएस त्यांच्यासाठी नकारात्मक आहे, म्हणजेच, वाढत्या तापमानासह प्रतिकार कमी होतो, हे या वस्तुस्थितीमुळे होते की तापमान वाढते, अधिकाधिक इलेक्ट्रॉन प्रवाहकेंद्रात जातात, तर छिद्रांची एकाग्रता देखील वाढते. . समान यंत्रणा द्रव नॉनपोलर आणि सॉलिड डायलेक्ट्रिक्सचे वैशिष्ट्य आहे.

स्निग्धता कमी झाल्यामुळे आणि पृथक्करण वाढल्यामुळे ध्रुवीय द्रव वाढत्या तापमानासह त्यांचा प्रतिकार झपाट्याने कमी करतात. या मालमत्तेचा वापर इलेक्ट्रॉन ट्यूबला उच्च इनरश करंट्सच्या विध्वंसक प्रभावापासून संरक्षण करण्यासाठी केला जातो.

मिश्रधातू, डोप केलेले सेमीकंडक्टर, वायू आणि इलेक्ट्रोलाइट्ससाठी, शुद्ध धातूंपेक्षा प्रतिरोधाचे थर्मल अवलंबन अधिक जटिल आहे. खूप कमी TCS असलेले मिश्र धातु, जसे की मॅंगॅनिन आणि कॉन्स्टंटन, वापरले जातात विद्युत मोजमाप साधने.