Направленный поток заряженных частиц циркулирует по проводникам из разных материалов при различных условиях окружающей среды.
А на величину заряда влияет значение сопротивления проводников, которое коррелирует с внешними параметрами. К этим параметрам относится и температура воздуха.
Далее более детально разберем данный вопрос.
Металлы
Как реагируют металлические материалы на изменение температуры: нагрев или охлаждение? Для рассмотрения был смоделирован следующий опыт: была собрана цепь из проволоки, амперметра, провода, батарейки и нагревающей горелки.
Для снятия начальных показателей измеряют силу тока в собранной цепи. Далее с помощью горелки разогревают металлическую спираль. С ростом температуры проволоки увеличивается сопротивление, а соответственно показатели тока падают.
Для опыта о влиянии температуры на сопротивление проводников берутся:
- Спираль из металлической проволоки
- Питающий элемент
- Амперметр
На видео можно увидеть эксперимент, описанный выше.
Существует такой параметр как сверхпроводимость проводников. При нормальных условиях окружающей среды и снижении температуры металла сопротивление падает.
Можно увидеть данную зависимость сопротивления от температуры на примере ртути. При гранично низкой температуре проводника значение сопротивления стремительно падает, приближаясь к нулю. Это и есть явление сверхпроводимости.
Газы
Газообразные вещества не способны передавать электрический поток. Для его образования нужны заряженные частицы. Такие носители называются ионами и формируются под действием окружающих условий.
Такую ситуацию подробно разберем в следующем опыте. Нам понадобятся те же устройства, что и для предыдущего, только вместо провода будут металлические пластины с небольшими разрывами между друг другом.
При исходных условиях измерительный прибор указывает на ноль. После установки горелки между проводниками можно наблюдать рост показателей силы тока.
Выше можно увидеть изображение вольт-амперной характеристики разряда в газовой среде. В графике четко видно, что после стремительного роста показатели тока становятся стабильными, несмотря на изменение напряжения.
В конце есть резкий скачек, результатом которого может быть разрушение изоляционного слоя.
А теперь разберем практическую сторону процесса изменения сопротивления при повышении температуры проводника. Простой пример применения в повседневной жизни — люминесцентные источники освещения.
Два проводника, которые называются катод и анод, помещены в колбу с инертным газом.
Что же происходит при включении? Получая питание, проводники нагреваются и происходит термоэлектронная эмиссия. Изнутри сосуд имеет специальное люминофорное покрытие, что и обеспечивает свечение.
Как взаимодействуют ртуть и люминофор? При столкновении электронов и паров ртути получается инфракрасное излучение, что и обеспечивает свечение. При подаче напряжения на катод и анод мы получаем явление проводимости газов.
Жидкости
Анионы и катионы — залог проводимости тока в жидкости, благодаря действию электрического поля. Электроны же в этом случае имеют маленько значение проводимости. Итак, перейдем к отношению сопротивления к температуре проводнике жидкости.
Для этого опыта подойдут:
- Электролит.
- Элемент питания.
- Прибор для измерения силы тока.
Об этой закономерности стоит помнить, проводя зарядку источников автономного питания, то есть батарей.
Полупроводники
Как коррелирует сопротивление к повышению температуры в полупроводниках? В первую очередь разберем вариант с полупроводниками. Полупроводники — приборы, у которых значение температурного коэффициента сопротивления (ТКС) значительно выше, нежели у металлических материалов. Они бывают положительного и отрицательного значений.
На картинке показаны изменения:
- отрицательного ТКС;
- положительного ТКС.
Каждая точка на ВАХ имеет параметры работы терморезисторов:
- функции реле характерны для температуры ниже нуля;
- для контроля изменений силы тока, температурного параметра и вольтажа используют линейные зависимости.
Терморезисторы востребованы при контроле электромагнитных излучений на ультравысоких частотах. Эти устройства часто применяют при проектировании и изготовлении сигнализирующих и охранных систем, термодатчиках, автоматических электронных дозаторах. Элементы с отрицательным ТКС актуальны для работы в охладительных установках.
Далее поговорим о термоэлементах. Работа термических элементов объясняется явлением Зеебека.
ЭДС возникает в случае повышения температурного показателя в месте соединения цепи. Тепловая энергия преобразуется в электрическую.
Для более глубокого разбора данной темы советуем прочитать руководство к изготовлению термоэлектрического генератора в домашних условиях.
И последний пункт нашей статьи — это холодильники и полупроводниковые нагреватели. Наличие полупроводников в цепи дает возможность установке иметь температурный диапазон до шестидесяти градусов.
На таком принципе и был спроектирован первый холодильник. Он обеспечивает температуру внутри установки на 16 градусов ниже. Транзит потока заряженных частиц через термоэлементы является базой для функционирования проводников.
В этой статье мы рассмотрели зависимость значений сопротивления проводников от показателей температуры. Надеемся, что изложенный материал помог Вам разобраться в интересном вопросе.
