اعتماد المقاومة الكهربائية على درجة الحرارة – الموصلية الفائقة. كيف تعتمد المقاومة على درجة الحرارة؟

ترجع مقاومة المعادن إلى حقيقة أن الإلكترونات التي تتحرك في الموصل تتفاعل مع أيونات الشبكة البلورية وبالتالي تفقد جزءًا من الطاقة التي تكتسبها في المجال الكهربائي.

تظهر التجربة أن مقاومة المعادن تعتمد على درجة الحرارة. يمكن أن تتميز كل مادة بقيمة ثابتة لها تسمى معامل درجة الحرارة للمقاومة α. هذا المعامل يساوي التغير النسبي في مقاومة الموصل عند تسخينه بمقدار 1 K: α =

حيث ρ 0 هي المقاومة عند درجة الحرارة T 0 = 273 K (0 درجة مئوية)، ρ هي المقاومة عند درجة حرارة معينة T. ومن ثم، يتم التعبير عن اعتماد مقاومة موصل معدني على درجة الحرارة بواسطة دالة خطية: ρ = ρ 0 (1+ αT).

يتم التعبير عن اعتماد المقاومة على درجة الحرارة بنفس الوظيفة:

ص = R0 (1+αT).

تختلف معاملات درجة حرارة مقاومة المعادن النقية قليلًا نسبيًا عن بعضها البعض وتساوي تقريبًا 0.004 كلفن -1. يؤدي التغير في مقاومة الموصلات مع تغير درجة الحرارة إلى حقيقة أن خاصية الجهد الحالي ليست خطية. وهذا ملحوظ بشكل خاص في الحالات التي تتغير فيها درجة حرارة الموصلات بشكل كبير، على سبيل المثال عند تشغيل مصباح متوهج. يوضح الشكل خاصية الفولت أمبير. كما يتبين من الشكل، فإن قوة التيار في هذه الحالة لا تتناسب بشكل مباشر مع الجهد. ومع ذلك، لا ينبغي للمرء أن يعتقد أن هذا الاستنتاج يتعارض مع قانون أوم. إن التبعية المصاغة في قانون أوم صالحة فقط مع المقاومة المستمرة.يتم استخدام اعتماد مقاومة الموصلات المعدنية على درجة الحرارة في أجهزة القياس والأتمتة المختلفة. وأهمها هو ميزان الحرارة المقاومة. الجزء الرئيسي من مقياس حرارة المقاومة عبارة عن سلك بلاتيني ملفوف على إطار من السيراميك. يتم وضع السلك في وسط يجب تحديد درجة حرارته. وذلك بقياس مقاومة هذا السلك ومعرفة مقاومته عند t 0 = 0 °C (أي . ص 0)،احسب درجة حرارة الوسط باستخدام الصيغة الأخيرة.

الموصلية الفائقة.ومع ذلك، قبل أواخر التاسع عشرالخامس. كان من المستحيل التحقق من مدى اعتماد مقاومة الموصلات على درجة الحرارة في المنطقة درجات الحرارة المنخفضة. فقط في بداية القرن العشرين. تمكن العالم الهولندي ج. كامرلينج أونيس من تحويل الغاز الأكثر صعوبة في تكثيفه - الهيليوم - إلى حالة سائلة. تبلغ درجة غليان الهيليوم السائل 4.2 كلفن. وهذا ما جعل من الممكن قياس مقاومة بعض المعادن النقية عند تبريدها إلى درجة حرارة منخفضة جدًا.

في عام 1911، توج عمل كامرلينج أونز باكتشاف كبير. وبدراسة مقاومة الزئبق أثناء تبريده باستمرار، اكتشف أنه عند درجة حرارة 4.12 كلفن، تنخفض مقاومة الزئبق فجأة إلى الصفر. وبعد ذلك، تمكن من ملاحظة نفس الظاهرة في عدد من المعادن الأخرى عندما تم تبريدها إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. ظاهرة الفقدان الكامل للمعادن المقاومة الكهربائيةعند درجة حرارة معينة تسمى الموصلية الفائقة.

لا يمكن لجميع المواد أن تصبح موصلات فائقة، لكن عددها كبير جدًا. ومع ذلك، فقد تبين أن العديد منها لديها خاصية أعاقت استخدامها بشكل كبير. اتضح أنه بالنسبة لمعظم المعادن النقية، تختفي الموصلية الفائقة عندما تكون في مجال مغناطيسي قوي. لذلك، عندما يتدفق تيار كبير عبر موصل فائق، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا حول نفسه وتختفي فيه الموصلية الفائقة. ومع ذلك، تبين أن هذه العقبة يمكن التغلب عليها: فقد وجد أن بعض السبائك، على سبيل المثال، النيوبيوم والزركونيوم والنيوبيوم والتيتانيوم، وما إلى ذلك، لديها خاصية الحفاظ على الموصلية الفائقة عند القيم الحالية العالية. وقد سمح هذا باستخدام الموصلية الفائقة على نطاق أوسع.

تُظهر التجربة وفقًا للاعتبارات العامة للفقرة 46 أن مقاومة الموصل تعتمد أيضًا على درجة حرارته.

دعونا نلف عدة أمتار من السلك الحديدي الرفيع (قطره 0.1-0.2 مم) 1 على شكل حلزوني ونوصله بدائرة تحتوي على بطارية من الخلايا الجلفانية 2 ومقياس التيار الكهربائي 3 (الشكل 81). نختار مقاومة هذا السلك بحيث تنحرف إبرة مقياس التيار الكهربائي في درجة حرارة الغرفة عن المقياس بأكمله تقريبًا. بعد ملاحظة قراءات مقياس التيار الكهربائي، نقوم بتسخين السلك بقوة باستخدام الشعلة. سنرى أنه مع تسخينه، يتناقص التيار في الدائرة، مما يعني أن مقاومة السلك تزداد عند تسخينه. ولا تحدث هذه النتيجة مع الحديد فحسب، بل مع جميع المعادن الأخرى أيضًا. مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد مقاومة المعادن. تعتبر هذه الزيادة كبيرة بالنسبة لبعض المعادن: بالنسبة للمعادن النقية عند تسخينها إلى 100 درجة مئوية تصل إلى 40-50%؛ بالنسبة للسبائك عادة ما يكون أقل. هناك سبائك خاصة لا تتغير فيها المقاومة تقريبًا مع زيادة درجة الحرارة؛ مثل، على سبيل المثال، قسطنطين (من كلمة لاتينيةثوابت - ثابت) والمنجنين. يستخدم قسطنطين لصنع بعض أدوات القياس.

أرز. 81. تجربة توضح اعتماد مقاومة السلك على درجة الحرارة. عند تسخينه، تزداد مقاومة السلك: 1 - السلك، 2 - بطارية الخلايا الجلفانية، 3 - الأميتر

وبخلاف ذلك، تتغير مقاومة الإلكتروليتات عند تسخينها. دعونا نكرر التجربة الموصوفة، ولكن أدخل نوعا من المنحل بالكهرباء في الدائرة بدلا من سلك الحديد (الشكل 82). سنرى أن قراءات الأميتر تزداد طوال الوقت عندما يتم تسخين الإلكتروليت، مما يعني أن مقاومة الإلكتروليتات تتناقص مع زيادة درجة الحرارة. لاحظ أن مقاومة الفحم وبعض المواد الأخرى تقل أيضًا عند تسخينها.

أرز. 82. تجربة توضح اعتماد مقاومة المنحل بالكهرباء على درجة الحرارة. عند تسخينه، تنخفض مقاومة المنحل بالكهرباء: 1 – المنحل بالكهرباء، 2 – بطارية الخلايا الجلفانية، 3 – مقياس التيار الكهربائي

يتم استخدام اعتماد مقاومة المعادن على درجة الحرارة لبناء موازين الحرارة المقاومة. في أبسط صوره، يكون عبارة عن سلك بلاتيني رفيع ملفوف على صفيحة ميكا (الشكل 83)، ومقاومته معروفة جيدًا عند درجات حرارة مختلفة. يتم وضع مقياس حرارة المقاومة داخل الجسم الذي تريد قياس درجة حرارته (على سبيل المثال، في الفرن)، ويتم توصيل أطراف الملف بالدائرة. عن طريق قياس مقاومة اللف، يمكن تحديد درجة الحرارة. غالبًا ما تستخدم موازين الحرارة هذه لقياس درجات الحرارة العالية جدًا والمنخفضة جدًا موازين الحرارة الزئبقيةلم تعد قابلة للتطبيق.

أرز. 83. ميزان الحرارة المقاومة

تسمى الزيادة في مقاومة الموصل عند تسخينه بمقدار 1 درجة مئوية، مقسومة على المقاومة الأولية، بمعامل درجة حرارة المقاومة، وعادةً ما يُشار إليه بالحرف. بشكل عام، معامل درجة حرارة المقاومة نفسها يعتمد على درجة الحرارة. وللقيمة معنى واحد، على سبيل المثال، إذا قمنا بزيادة درجة الحرارة من 20 إلى 21 درجة مئوية، وآخر إذا قمنا بزيادة درجة الحرارة من 200 إلى 201 درجة مئوية. ولكن في كثير من الحالات يكون التغير على نطاق واسع من درجات الحرارة غير مهم، ويمكن استخدام القيمة المتوسطة على هذا النطاق. إذا كانت مقاومة موصل عند درجة الحرارة تساوي، وعند درجة الحرارة تساوي، فإن القيمة المتوسطة

. (48.1)

عادة ما يتم أخذ المقاومة عند درجة حرارة 0 درجة مئوية كقيمة.

الجدول 3. متوسط ​​معامل درجة الحرارة لمقاومة بعض الموصلات (في المدى من 0 إلى 100 درجة مئوية)

مادة		مادة
التنغستن
		كونستانتان
		مانجانين

في الجدول ويبين الجدول 3 قيم بعض الموصلات.

48.1. عند تشغيل مصباح كهربائي، فإن التيار المار في الدائرة في اللحظة الأولى يختلف عن التيار الذي يتدفق بعد أن يبدأ المصباح الكهربائي في التوهج. كيف يتغير التيار في دائرة بها مصباح كربون ومصباح بفتيل معدني؟

48.2. تبلغ مقاومة المصباح المتوهج المطفأ بفتيل التنغستن 60 أوم. عند تسخينه بالكامل، تزيد مقاومة المصباح الكهربائي إلى 636 أوم. ما هي درجة حرارة الخيط الساخن؟ استخدم الجدول. 3.

48.3. مقاومة الفرن الكهربائي مع ملف النيكل في حالة غير ساخنة هي 10 أوم. ما هي مقاومة هذا الفرن عندما يتم تسخين لفه إلى 700 درجة مئوية؟ استخدم الجدول. 3.

على أساس الكلاسيكية نظرية الإلكترونيمكن تفسير موصلية المعادن بقانون جول لينز.

تحدث الحركة المنظمة للإلكترونات تحت تأثير قوى المجال. كما هو مذكور أعلاه، سنفترض أنه في لحظة الاصطدام بالأيونات الموجبة للشبكة البلورية، تقوم الإلكترونات بنقل طاقتها الحركية بالكامل إليها. وفي نهاية المسار الحر، تكون سرعة الإلكترون هي و الطاقة الحركية

(14.9)

الطاقة المنطلقة لكل وحدة حجم من المعدن (كثافة الطاقة) تساوي طاقة إلكترون واحد مضروبة في عدد الاصطدامات في الثانية وعلى تركيز الإلكترونات:

(14.10)

مع الأخذ في الاعتبار (14.7)، لدينا

- قانون جول لينز في الشكل التفاضلي.

إذا كنا مهتمين بالطاقة المنطلقة من موصل بطول ℓ، مساحة المقطع العرضي S خلال فترة زمنية dt، فيجب ضرب التعبير (14.10) بحجم الموصل V=St والوقت dt:

معتبرا أن
(حيث R هي مقاومة الموصل)، نحصل على قانون جول لينز في النموذج

§ 14.3 اعتماد مقاومة المعدن على درجة الحرارة. الموصلية الفائقة. قانون فيدمان-فرانز

لا تعتمد المقاومة المحددة على نوع المادة فحسب، بل تعتمد أيضًا على حالتها، وعلى وجه الخصوص، على درجة الحرارة. يمكن وصف اعتماد المقاومة على درجة الحرارة من خلال تحديد معامل درجة حرارة المقاومة لمادة معينة:

(14.11)

ويعطي زيادة نسبية في المقاومة مع زيادة درجة الحرارة بمقدار درجة واحدة.

الشكل 14.3

يختلف معامل درجة الحرارة للمقاومة لمادة معينة عندما درجات حرارة مختلفة. وهذا يوضح أن المقاومة لا تتغير خطيًا مع درجة الحرارة، ولكنها تعتمد عليها بطريقة أكثر تعقيدًا.

ρ=ρ 0 (1+αt) (14.12)

حيث ρ 0 هي المقاومة عند 0 درجة مئوية، ρ هي قيمتها عند درجة الحرارة t درجة مئوية.

يمكن أن يكون معامل درجة الحرارة للمقاومة موجبًا أو سالبًا. بالنسبة لجميع المعادن، تزداد المقاومة مع زيادة درجة الحرارة، وبالتالي بالنسبة للمعادن

ألفا >0. بالنسبة لجميع الإلكتروليتات، على عكس المعادن، تنخفض المقاومة دائمًا عند تسخينها. تقل مقاومة الجرافيت أيضًا مع زيادة درجة الحرارة. لمثل هذه المواد α<0.

استنادا إلى النظرية الإلكترونية للتوصيل الكهربائي للمعادن، من الممكن تفسير اعتماد مقاومة الموصل على درجة الحرارة. مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد مقاومتها، وتقل موصليتها الكهربائية. وبتحليل التعبير (14.7)، نرى أن التوصيل الكهربائي يتناسب مع تركيز إلكترونات التوصيل ومتوسط ​​المسار الحر <ℓ> ، أي. الاكثر <ℓ> ، كلما قل التداخل الذي تشكله الاصطدامات على الحركة المنظمة للإلكترونات. الموصلية الكهربائية تتناسب عكسيا مع متوسط ​​السرعة الحرارية < υ τ > . تزداد السرعة الحرارية بشكل متناسب مع زيادة درجة الحرارة
مما يؤدي إلى انخفاض التوصيل الكهربائي وزيادة مقاومة الموصلات. من خلال تحليل الصيغة (14.7)، من الممكن أيضًا شرح اعتماد γ و ρ على نوع الموصل.

عند درجات حرارة منخفضة جدًا تتراوح بين 1 و8 درجات مئوية، تنخفض مقاومة بعض المواد بشكل حاد مليارات المرات وتصبح صفرًا عمليًا.

تسمى هذه الظاهرة، التي اكتشفها لأول مرة الفيزيائي الهولندي ج. كامرلينج-أونيس في عام 1911، الموصلية الفائقة . حاليا، تم إنشاء الموصلية الفائقة في عدد من العناصر النقية (الرصاص والقصدير والزنك والزئبق والألمنيوم وغيرها)، وكذلك في عدد كبير من سبائك هذه العناصر مع بعضها البعض ومع العناصر الأخرى. في التين. يوضح الشكل 14.3 بشكل تخطيطي اعتماد مقاومة الموصلات الفائقة على درجة الحرارة.

تم إنشاء نظرية الموصلية الفائقة في عام 1958 من قبل ن.ن. بوجوليوبوف. ووفقا لهذه النظرية، فإن الموصلية الفائقة هي حركة الإلكترونات في الشبكة البلورية دون تصادم مع بعضها البعض ومع ذرات الشبكة. تتحرك جميع إلكترونات التوصيل كتدفق واحد لسائل مثالي غير لزج، دون أن تتفاعل مع بعضها البعض أو مع الشبكة، أي. دون التعرض للاحتكاك. وبالتالي فإن مقاومة الموصلات الفائقة هي صفر. يؤدي المجال المغناطيسي القوي، الذي يخترق الموصل الفائق، إلى انحراف الإلكترونات، وكسر "التدفق الصفحي" لتدفق الإلكترون، مما يؤدي إلى اصطدام الإلكترونات بالشبكة، أي. تنشأ المقاومة.

في حالة التوصيل الفائق، يتم تبادل كمات الطاقة بين الإلكترونات، مما يؤدي إلى خلق قوى تجاذب بين الإلكترونات أكبر من قوى كولوم التنافرية. في هذه الحالة، تتشكل أزواج الإلكترونات (أزواج كوبر) مع لحظات مغناطيسية وميكانيكية معوضة بشكل متبادل. تتحرك هذه الأزواج من الإلكترونات في الشبكة البلورية دون مقاومة.

أحد أهم التطبيقات العملية للموصلية الفائقة هو استخدامها في المغناطيسات الكهربائية ذات الملفات فائقة التوصيل. إذا لم يكن هناك مجال مغناطيسي حرج يدمر الموصلية الفائقة، فبمساعدة هذه المغناطيسات الكهربائية، سيكون من الممكن الحصول على مجالات مغناطيسية تبلغ عشرات ومئات الملايين من الأمبيرات لكل سنتيمتر. من المستحيل الحصول على مثل هذه المجالات الثابتة الكبيرة باستخدام المغناطيسات الكهربائية التقليدية، لأن ذلك سيتطلب قوى هائلة، وسيكون من المستحيل عمليا إزالة الحرارة المتولدة عندما يمتص الملف مثل هذه القوى الكبيرة. في المغناطيس الكهربائي فائق التوصيل، يكون استهلاك الطاقة للمصدر الحالي ضئيلًا، ويكون استهلاك الطاقة لتبريد الملف إلى درجة حرارة الهيليوم (4.2 درجة كلفن) أقل بأربعة مراتب من المغناطيس الكهربائي التقليدي الذي يخلق نفس المجالات. تُستخدم الموصلية الفائقة أيضًا لإنشاء أنظمة ذاكرة للآلات الرياضية الإلكترونية (عناصر الذاكرة المبردة).

وفي عام 1853، أثبت فيدمان وفرانز ذلك تجريبيًا أن نسبة التوصيل الحراري π إلى التوصيل الكهربائي γ لجميع المعادن عند نفس درجة الحرارة هي نفسها وتتناسب مع درجة حرارتها الديناميكية الحرارية.

وهذا يشير إلى أن الموصلية الحرارية في المعادن، مثل الموصلية الكهربائية، ترجع إلى حركة الإلكترونات الحرة. سنفترض أن الإلكترونات تشبه الغاز أحادي الذرة، الذي يساوي معامل التوصيل الحراري له، حسب النظرية الحركية للغازات،

(14.13)

(ن هو تركيز الذرات، م هو كتلة الذرة،<ℓ>-متوسط ​​المسار الحر للإلكترون، c V - الحرارة النوعية).

للغاز أحادي الذرة

(k هو ثابت بولتزمان، M هو الكتلة المولية).

(14.14)

ومن المعادلتين (14.7) و (14.14) نجد نسبة التوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي للمعدن:

(14.15)

ومن المعروف من النظرية الحركية للغازات أن
، ثم

(14.16)

(k و e قيمتان ثابتتان).

ولذلك فإن نسبة التوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي للمعدن تتناسب مع درجة الحرارة الديناميكية الحرارية، والتي تم تحديدها بموجب قانون فيدمان-فرانز. بما أن k =1.38∙10 -23 J/K؛ ه = 1.6∙10 -19 درجة مئوية إذن

(14.17)

يتم استيفاء قانون فيدمان-فرانز لمعظم المعادن عند درجة حرارة تتراوح بين 100-400 كلفن، ولكن عند درجات الحرارة المنخفضة ينتهك القانون بشكل كبير. هناك معادن (البريليوم والمنغنيز) لا تخضع لقانون فيدمان-فرانز على الإطلاق. تم العثور على طريقة للخروج من التناقضات التي لا يمكن التغلب عليها في النظرية الإلكترونية الكمومية للمعادن.

اعتماد المقاومة على درجة الحرارة

تعتمد المقاومة R لموصل متجانس ذو مقطع عرضي ثابت على خصائص مادة الموصل وطوله ومقطعه العرضي كما يلي:

حيث ρ - المقاومة النوعيةالمواد الموصلة, لهو طول الموصل، و س- مساحة المقطع العرضي. ويسمى متبادل المقاومة الموصلية. ترتبط هذه الكمية بدرجة الحرارة بواسطة صيغة نرنست-آينشتاين:

وبالتالي فإن مقاومة الموصل ترتبط بدرجة الحرارة كما يلي:

يمكن أن تعتمد المقاومة أيضًا على المعلمات، نظرًا لأن المقطع العرضي وطول الموصل يعتمدان أيضًا على درجة الحرارة.

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

انظر ما هو "اعتماد المقاومة على درجة الحرارة" في القواميس الأخرى:

التعيين الرسومي التقليدي لمقياس حرارة المقاومة مقياس حرارة المقاومة هو جهاز إلكتروني مصمم لقياس درجة الحرارة ويعتمد على اعتماد المقاومة الكهربائية ... ويكيبيديا

ميزان الحرارة المقاومة- مقياس حرارة يعتمد مبدأ تشغيله على اعتماد المقاومة الكهربائية لمادة العنصر الحساس في مقياس الحرارة على درجة الحرارة. [RD 01.120.00 KTN 228 06] مقياس حرارة مقاومة السيارة هو مقياس حرارة، كقاعدة عامة... ... دليل المترجم الفني

GOST 6651-2009: نظام الدولة لضمان توحيد القياسات. محولات المقاومة الحرارية المصنوعة من البلاتين والنحاس والنيكل. المتطلبات الفنية العامة وطرق الاختبار- المصطلحات GOST 6651 2009: نظام الدولةضمان توحيد القياسات. محولات المقاومة الحرارية المصنوعة من البلاتين والنحاس والنيكل. شائعة متطلبات تقنيةوطرق الاختبار الوثيقة الأصلية: 3.18 وقت التفاعل الحراري ...

GOST R 8.625-2006: نظام الدولة لضمان توحيد القياسات. موازين الحرارة المقاومة مصنوعة من البلاتين والنحاس والنيكل. المتطلبات الفنية العامة وطرق الاختبار- المصطلحات GOST R 8.625 2006: نظام الدولة لضمان توحيد القياسات. موازين الحرارة المقاومة مصنوعة من البلاتين والنحاس والنيكل. المتطلبات الفنية العامة وطرق الاختبار المستند الأصلي: 3.18 وقت التفاعل الحراري: الوقت ... كتاب مرجعي للقاموس لمصطلحات التوثيق المعياري والتقني

قيمة تساوي التغير النسبي في المقاومة الكهربائية لقسم من الدائرة الكهربائية أو مقاومة مادة ما عندما تتغير درجة الحرارة بمقدار واحد. معامل درجة الحرارة للمقاومة يميز الاعتماد... ... ويكيبيديا

الظاهرة التي اكتشفها P. L. Kapitsa (1941) في الهيليوم السائل فائق السيولة هي عندما تنتقل الحرارة من المادة الصلبة. من الجسم إلى الهيليوم السائل، ينشأ اختلاف في درجة الحرارة p DT عند الواجهة. ثبت لاحقًا أن ك. ت.جسدية عامة... ... الموسوعة الفيزيائية

نطاق قياس المحول الحراري للمقاومة- 3.7 نطاق قياس المحول الحراري للمقاومة: نطاق درجة الحرارة الذي يتم فيه اعتماد مقاومة المحول الحراري للمقاومة على درجة الحرارة، التي تم تطبيعها وفقًا لهذا المعيار، ضمن الحدود ... ... كتاب مرجعي للقاموس لمصطلحات التوثيق المعياري والتقني

مستشعر ميزان الحرارة المقاومة- 3.2 عنصر حساس لمقياس حرارة المقاومة؛ SE: مقاوم مصنوع من سلك معدني أو غشاء مزود بأسلاك لتوصيل أسلاك التوصيل، وله اعتماد معروف للمقاومة الكهربائية على درجة الحرارة و... ... كتاب مرجعي للقاموس لمصطلحات التوثيق المعياري والتقني

عنصر حساس للمقاومة الحرارية المحول- 3.2 عنصر حساس لمحول المقاومة الحرارية؛ SE: مقاوم مصنوع من سلك معدني أو غشاء مزود بأسلاك لتوصيل أسلاك التوصيل، وله اعتماد معروف للمقاومة الكهربائية على... ... كتاب مرجعي للقاموس لمصطلحات التوثيق المعياري والتقني

نطاق قياس ترمومتر المقاومة- 3.7 نطاق قياس مقياس حرارة المقاومة: نطاق درجة الحرارة الذي يتم فيه اعتماد مقاومة السيارة على درجة الحرارة، التي تم تطبيعها وفقًا لهذا المعيار، ضمن فئة التسامح المقابلة. مصدر … كتاب مرجعي للقاموس لمصطلحات التوثيق المعياري والتقني

كتب

• مجموعة من الجداول. الفيزياء. الديناميكا الكهربائية (10 جداول)، . ألبوم تعليمي مكون من 10 أوراق. كهرباءالقوة الحالية. مقاومة. قانون أوم لقسم من الدائرة. اعتماد مقاومة الموصل على درجة الحرارة. توصيل الأسلاك. المجالات الكهرومغناطيسية. قانون أوم…
• مجموعة من الجداول. الفيزياء. التيار المباشر (8 جداول) . ألبوم تعليمي مكون من 8 أوراق. كهرباء. القوة الحالية. مقاومة. قانون أوم لقسم من الدائرة. اعتماد مقاومة الموصل على درجة الحرارة. التيار الكهربائي في أشباه الموصلات ...

اعتماد المقاومة على درجة الحرارة

مادة من ويكيبيديا – الموسوعة الحرة

اذهب الى: برنامج الملاحة، ابحث

تعتمد المقاومة R لموصل متجانس ذو مقطع عرضي ثابت على خصائص مادة الموصل وطوله ومقطعه العرضي كما يلي:

حيث ρ هي مقاومة المادة الموصلة، وL هو طول الموصل، وS هي مساحة المقطع العرضي. ويسمى متبادل المقاومة الموصلية. ترتبط هذه الكمية بدرجة الحرارة بواسطة صيغة نرنست-آينشتاين:

T - درجة حرارة الموصل؛

D هو معامل انتشار ناقلات الشحنة؛

Z هو عدد الشحنات الكهربائية للحامل؛

ه - الشحنة الكهربائية الأولية.

ج - تركيز حامل الشحنة؛

ثابت بولتزمان.

وبالتالي فإن مقاومة الموصل ترتبط بدرجة الحرارة كما يلي:

يمكن أن تعتمد المقاومة أيضًا على المعلمتين S وI، نظرًا لأن المقطع العرضي وطول الموصل يعتمدان أيضًا على درجة الحرارة.

2) الغاز المثالي - نموذج رياضي للغاز يفترض فيه ما يلي: 1) يمكن إهمال الطاقة الكامنة لتفاعل الجزيئات مقارنة بطاقتها الحركية. 2) الحجم الإجمالي لجزيئات الغاز لا يكاد يذكر؛ 3) لا تعمل قوى الجذب أو التنافر بين الجزيئات، وتصادمات الجزيئات فيما بينها ومع جدران الوعاء تكون مرنة تمامًا؛ 4) وقت التفاعل بين الجزيئات لا يكاد يذكر مقارنة بمتوسط ​​الوقت بين الاصطدامات. في النموذج الموسع للغاز المثالي، تكون الجزيئات التي يتكون منها على شكل مجالات مرنة أو إهليلجية، مما يجعل من الممكن مراعاة طاقة ليس فقط الحركة الانتقالية، ولكن أيضًا الحركة الدورانية التذبذبية، وكذلك ليس فقط الاصطدامات المركزية، ولكن أيضًا غير المركزية للجسيمات.

ضغط الغاز:

يملأ الغاز دائمًا حجمًا محدودًا بجدران لا يمكن اختراقه. على سبيل المثال، اسطوانة غازأو أن الأنبوب الداخلي لإطار السيارة مملوء بالغاز بشكل متساوٍ تقريبًا.

أثناء محاولته التمدد، يضغط الغاز على جدران الأسطوانة أو أنابيب الإطارات أو أي جسم آخر، صلب أو سائل، يتلامس معه. إذا لم نأخذ في الاعتبار عمل مجال الجاذبية الأرضية، والذي مع الأحجام المعتادة للأوعية يغير الضغط بشكل طفيف فقط، فعندما يكون ضغط الغاز في الوعاء في حالة توازن، يبدو لنا أنه متجانس تمامًا. تنطبق هذه الملاحظة على الكون الكبير. إذا تخيلنا ما يحدث في الصورة المصغرة للجزيئات التي يتكون منها الغاز في الوعاء، فلا يمكن الحديث عن أي توزيع موحد للضغط. في بعض الأماكن على سطح الجدار تصطدم جزيئات الغاز بالجدران، بينما في أماكن أخرى لا يكون هناك أي ارتطام. تتغير هذه الصورة طوال الوقت بطريقة فوضوية. تصطدم جزيئات الغاز بجدران الأوعية ثم تطير بعيدًا بسرعة تقريبية سرعة متساويةالجزيئات قبل الاصطدام.

غاز مثالي. لشرح خصائص المادة في الحالة الغازية، يتم استخدام نموذج الغاز المثالي. يفترض نموذج الغاز المثالي ما يلي: الجزيئات لها حجم صغير بشكل لا يُذكر مقارنة بحجم الوعاء، ولا توجد قوى تجاذب بين الجزيئات، وعندما تصطدم الجزيئات ببعضها البعض وبجدران الوعاء، تعمل قوى تنافر.

مشكلة في التذكرة رقم 16

1) الشغل يساوي القدرة * الزمن = ( مربع الجهد ) / المقاومة * الزمن

المقاومة = 220 فولت * 220 فولت * 600 ثانية / 66000 جول = 440 أوم

1. التيار المتردد. القيمة الفعالة للتيار والجهد.

2. التأثير الكهروضوئي. قوانين التأثير الكهروضوئي. معادلة أينشتاين.

3. تحديد سرعة الضوء الأحمر = 671 نانومتر في الزجاج الذي معامل انكساره 1.64.

أجوبة التذكرة رقم 17

التيار المتناوب هو تيار كهربائي يتغير مقداره واتجاهه مع مرور الوقت، أو في حالة معينة يتغير مقداره مع الحفاظ على اتجاهه في الدائرة الكهربائية دون تغيير.

تسمى القيمة الفعالة (الفعالة) للتيار المتردد بالقيمة التيار المباشر، والتي سيؤدي عملها إلى نفس العمل (التأثير الحراري أو الكهروديناميكي) مثل التيار المتردد قيد النظر خلال فترة واحدة. في الأدب الحديث، يتم استخدام التعريف الرياضي لهذه الكمية في كثير من الأحيان - الجذر التربيعي لقيمة التيار المتردد.

بمعنى آخر، يمكن تحديد القيمة الفعالة للتيار بالصيغة:

ل الاهتزازات التوافقيةالتيار وبطريقة مماثلة، يتم تحديد القيم الفعالة للمجالات الكهرومغناطيسية والجهد.

التأثير الكهروضوئي، التأثير الكهروضوئي - انبعاث الإلكترونات من مادة ما تحت تأثير الضوء (أو أي إشعاع كهرومغناطيسي آخر). في المواد المكثفة (الصلبة والسائلة) هناك تأثير كهروضوئي خارجي وداخلي.

قوانين ستوليتوف للتأثير الكهروضوئي:

صياغة القانون الأول للتأثير الكهروضوئي: تتناسب قوة التيار الكهروضوئي بشكل مباشر مع كثافة تدفق الضوء.

وفقًا للقانون الثاني للتأثير الكهروضوئي، فإن الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات المنبعثة بواسطة الضوء تزداد خطيًا مع تردد الضوء ولا تعتمد على شدته.

القانون الثالث للتأثير الكهروضوئي: لكل مادة حد أحمر للتأثير الكهروضوئي، أي الحد الأدنى لتردد الضوء (أو الطول الموجي الأقصى 0) الذي لا يزال عنده التأثير الكهروضوئي ممكنًا، وإذا لم يعد التأثير الكهروضوئي ممكنًا يحدث. وقد قدم أينشتاين التفسير النظري لهذه القوانين في عام 1905. ووفقا له، فإن الإشعاع الكهرومغناطيسي هو تيار من الكميات الفردية (الفوتونات) مع الطاقة hν لكل منها، حيث h هو ثابت بلانك. مع التأثير الكهروضوئي، ينعكس جزء من الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط من سطح المعدن، ويخترق جزء منه الطبقة السطحية للمعدن ويتم امتصاصه هناك. بعد امتصاص الفوتون، يتلقى الإلكترون الطاقة منه، ويؤدي وظيفة العمل φ، ويترك المعدن: أقصى طاقة حركية يمتلكها الإلكترون عند مغادرة المعدن.

قوانين التأثير الكهروضوئي الخارجي

قانون ستوليتوف: مع التركيب الطيفي الثابت للإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط على الكاثود الضوئي، يتناسب التيار الضوئي المشبع مع إضاءة طاقة الكاثود (وبعبارة أخرى: عدد الإلكترونات الضوئية التي خرجت من الكاثود في ثانية واحدة يتناسب طرديًا مع شدة الإشعاع):

والسرعة الأولية القصوى للإلكترونات الضوئية لا تعتمد على شدة الضوء الساقط، بل تتحدد فقط من خلال تردده.

يوجد لكل مادة حد أحمر للتأثير الكهروضوئي، أي الحد الأدنى من تردد الضوء (اعتمادًا على الطبيعة الكيميائية للمادة وحالة السطح)، والذي يكون التأثير الكهروضوئي مستحيلًا دونه.

معادلات أينشتاين (تسمى أحيانًا “معادلات أينشتاين-هيلبرت”) هي معادلات مجال الجاذبية في النظرية النسبية العامة، حيث تربط مترية الزمكان المنحني بخصائص المادة التي تملأه. ويستخدم المصطلح أيضا في صيغة المفرد: "معادلة أينشتاين" ، لأنها في تدوين الموتر معادلة واحدة ، رغم أنها في مكوناتها نظام من المعادلات التفاضلية الجزئية.

تبدو المعادلات كما يلي:

حيث يتم الحصول على موتر ريتشي من موتر انحناء الزمكان عن طريق لفه على زوج من المؤشرات، R هو الانحناء العددي، أي موتر ريتشي الملتوي، الموتر المتري، o

الثابت الكوني، ويمثل موتر زخم الطاقة للمادة، (π هو الرقم pi، وc هي سرعة الضوء في الفراغ، وG هو ثابت الجاذبية لنيوتن).

مشكلة في التذكرة رقم 17

ك = 10 * 10 في 4 = 10 في 5 ن / م = 100000 ن / م

F=ك*دلتا L

دلتا L = ملغم / ك

الإجابة 2 سم

1. معادلة مندليف-كلابيرون. مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري. الصفر المطلق.

2. التيار الكهربائي في المعادن. المبادئ الأساسية للنظرية الإلكترونية للمعادن.

3. ما السرعة التي يكتسبها الصاروخ خلال دقيقة واحدة عندما يتحرك من السكون بتسارع قدره 60 م/ث2 ؟

أجوبة التذكرة رقم 18

1) معادلة حالة الغاز المثالي (أحيانًا معادلة كلابيرون أو معادلة مندليف-كلابيرون) هي صيغة تحدد العلاقة بين الضغط والحجم المولي ودرجة الحرارة المطلقة للغاز المثالي. تبدو المعادلة كما يلي:

الضغط P

Vm- الحجم المولي

R - ثابت الغاز العالمي

تي- درجة الحرارة المطلقة، ل.

يُسمى هذا النوع من التسجيل بمعادلة مندليف-كلابيرون (قانون).

تحتوي المعادلة التي اشتقها كلابيرون على ثابت غازي غير عالمي معين r، والذي يجب قياس قيمته لكل غاز:

اكتشف مندليف أن r يتناسب طرديًا مع u، وأطلق على معامل التناسب R ثابت الغاز العالمي.

مقياس درجة الحرارة الديناميكية الحرارية (مقياس كلفن) هو مقياس درجة الحرارة المطلقة الذي لا يعتمد على خصائص المادة الحرارية (النقطة المرجعية هي درجة حرارة الصفر المطلق). يعتمد بناء مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري على القانون الثاني للديناميكا الحرارية، وعلى وجه الخصوص، على استقلال كفاءة دورة كارنو عن طبيعة السائل العامل. يتم تعريف وحدة درجة الحرارة الديناميكية الحرارية، كلفن (K)، بأنها 1/273.16 من درجة الحرارة الديناميكية الحرارية للنقطة الثلاثية للمياه.

درجة حرارة الصفر المطلق (أقل شيوعًا - درجة حرارة الصفر المطلق) - الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي يمكن أن تكون الجسد الماديفي الكون. الصفر المطلق هو أصل مقياس درجة الحرارة المطلقة، مثل مقياس كلفن. في عام 1954، أنشأ المؤتمر العام العاشر للأوزان والمقاييس مقياسًا لدرجة الحرارة الديناميكية الحرارية بنقطة مرجعية واحدة - النقطة الثلاثية للمياه، والتي تم اعتبار درجة حرارتها 273.16 كلفن (بالضبط)، والتي تقابل 0.01 درجة مئوية، بحيث على مقياس مئوية درجة الحرارة تقابل الصفر المطلق -273.15 درجة مئوية.

التيار الكهربائي هو الحركة الموجهة (المنظمة) للجزيئات المشحونة. يمكن أن تكون هذه الجزيئات: في المعادن - الإلكترونات، في الشوارد - الأيونات (الكاتيونات والأنيونات)، في الغازات - الأيونات والإلكترونات، في الفراغ في ظل ظروف معينة - الإلكترونات، في أشباه الموصلات - الإلكترونات والثقوب (توصيل ثقب الإلكترون). في بعض الأحيان يسمى التيار الكهربائي أيضًا تيار الإزاحة، والذي ينشأ نتيجة للتغير في المجال الكهربائي مع مرور الوقت.

التيار الكهربائي له المظاهر التالية:

تسخين الموصلات (لا يتم إطلاق أي حرارة في الموصلات الفائقة)؛

يتغير التركيب الكيميائيالموصلات (لوحظت بشكل رئيسي في الشوارد)؛

خلق حقل مغناطيسي(يظهر في جميع الموصلات دون استثناء)

نظريات الأحماض والقواعد هي مجموعة من المفاهيم الفيزيائية والكيميائية الأساسية التي تصف طبيعة وخصائص الأحماض والقواعد. يقدم كل منهم تعريفات للأحماض والقواعد - فئتين من المواد التي تتفاعل مع بعضها البعض. مهمة النظرية هي التنبؤ بنواتج التفاعل بين الحمض والقاعدة وإمكانية حدوثه، والتي تستخدم فيها الخصائص الكمية لقوة الحمض والقاعدة. تكمن الاختلافات بين النظريات في تعريفات الأحماض والقواعد، وخصائص قوتها، ونتيجة لذلك، في قواعد التنبؤ بمنتجات التفاعل بينهما. كل منهم لديهم مجال التطبيق الخاص بهم، والتي تتقاطع المناطق جزئيا.

الأحكام الرئيسية للنظرية الإلكترونية لتفاعل المعادن شائعة للغاية بطبيعتها وتستخدم على نطاق واسع في العلوم و الممارسة الصناعية. المفاهيم النظرية للأحماض والقواعد لها مهمفي تشكيل جميع النظم المفاهيمية للكيمياء ولها تأثير متنوع على تطوير العديد من المفاهيم النظرية في جميع التخصصات الكيميائية الرئيسية. قائم على النظرية الحديثةتم تطوير الأحماض والقواعد، وفروع من العلوم الكيميائية مثل كيمياء المحاليل الإلكتروليتية المائية وغير المائية، وقياس الأس الهيدروجيني في الوسائط غير المائية، والتحفيز الحمضي القاعدي المتجانس وغير المتجانس، ونظرية وظائف الحموضة وغيرها الكثير. .

مشكلة في التذكرة رقم 18

v=at=60m/s2*60s=3600m/s

الجواب: 3600 م/ث

1. التيار في الفراغ. أنبوب أشعة الكاثود.

2. فرضية بلانك الكمومية. الطبيعة الكمومية للضوء.

3. صلابة السلك الفولاذي هي 10000 N/m. ما مقدار طول الكابل إذا عُلقت منه حمولة وزنها 20 كجم؟

أجوبة التذكرة رقم 19

1) للحصول على تيار كهربائي في الفراغ يلزم وجود حاملات حرة. يمكن الحصول عليها من خلال انبعاث الإلكترونات بواسطة المعادن - انبعاث الإلكترون (من اللاتينية emissio - إطلاق).

وكما هو معروف، عند درجات الحرارة العادية يتم الاحتفاظ بالإلكترونات داخل المعدن، على الرغم من أنها تخضع لحركة حرارية. وبالتالي، توجد بالقرب من السطح قوى تؤثر على الإلكترونات ويتم توجيهها إلى المعدن. هذه هي القوى الناتجة عن التجاذب بين الإلكترونات والأيونات الموجبة في الشبكة البلورية. ونتيجة لذلك، تظهر المعادن في الطبقة السطحية الحقل الكهربائي، وتزداد الإمكانية عند الانتقال من الفضاء الخارجي إلى المعدن بمقدار معين دي جي. وبناء على ذلك، فإن الطاقة الكامنة للإلكترون تتناقص بمقدار eDj.

الكينسكوب هو جهاز شعاع الإلكترون الذي يتحول الإشارات الكهربائيةفي الضوء. تم استخدامها على نطاق واسع في أجهزة التلفزيون؛ حتى التسعينيات، تم استخدام أجهزة التلفزيون التي تعتمد حصريًا على مناظير الحركة. يعكس اسم الجهاز كلمة "حركية" المرتبطة بالأشكال المتحركة على الشاشة.

الأجزاء الرئيسية:

مسدس الإلكترون، المصمم لتشكيل شعاع الإلكترون، في أنابيب الصور الملونة وأنابيب الذبذبات متعددة الحزم يتم دمجها في ضوء كشاف إلكتروني بصري؛

شاشة مغطاة بالفوسفور - وهي مادة تتوهج عندما يضربها شعاع من الإلكترونات؛

يتحكم نظام الانحراف في الشعاع بطريقة تشكل الصورة المطلوبة.

2) فرضية بلانك - فرضية طرحها ماكس بلانك في 14 ديسمبر 1900 والتي تنص على أنه أثناء الإشعاع الحراري، تنبعث الطاقة ويتم امتصاصها ليس بشكل مستمر، ولكن في كميات منفصلة (أجزاء). يحتوي كل جزء كمي على طاقة E، تتناسب مع تردد الإشعاع ν:

حيث h أو معامل التناسب، والذي سمي فيما بعد بثابت بلانك. وبناءً على هذه الفرضية، اقترح اشتقاقًا نظريًا للعلاقة بين درجة حرارة الجسم والإشعاع المنبعث من هذا الجسم - صيغة بلانك.

تم تأكيد فرضية بلانك لاحقًا تجريبيًا.

ويعتبر تقديم هذه الفرضية لحظة الميلاد ميكانيكا الكم.

الطبيعة الكمومية للضوء - الجسيمات الأوليةكم الإشعاع الكهرومغناطيسي (بالمعنى الضيق - الضوء). وهو جسيم عديم الكتلة، ولا يمكن أن يوجد في الفراغ إلا من خلال التحرك بسرعة الضوء. والشحنة الكهربائية للفوتون تساوي أيضًا صفرًا. لا يمكن للفوتون أن يكون إلا في حالتين من الدوران مع إسقاط الدوران على اتجاه الحركة (الهيليكوبتر) ±1. في الفيزياء، يُرمز للفوتونات بالحرف γ.

تصف الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية الفوتون بأنه موجة كهرومغناطيسية ذات استقطاب دائري لليمين أو لليسار. من وجهة نظر ميكانيكا الكم الكلاسيكية، يتميز الفوتون باعتباره جسيمًا كميًا بثنائية الموجة والجسيم، فهو يُظهر في الوقت نفسه خصائص الجسيم والموجة.

مهمة التذكرة رقم 19

F=ك*دلتا L

دلتا L = ملغم / ك

دلتا L = 20 كجم * 10000 ن / كجم / 100000 ن / م = 2 سم

الإجابة 2 سم

1. التيار الكهربائي في أشباه الموصلات. الموصلية الجوهرية لأشباه الموصلات باستخدام مثال السيليكون.

2. قوانين انعكاس وانكسار الضوء.

3. ما الشغل الذي يبذله المجال الكهربي لتحريك 5x10 18 إلكترونًا في جزء من الدائرة بفرق جهد قدره 20 V.

أجوبة التذكرة رقم 20

التيار الكهربائي في أشباه الموصلات هو مادة تحتل موقعًا متوسطًا بين الموصلات والعوازل من حيث موصليتها المحددة وتختلف عن الموصلات في الاعتماد القوي للموصلية المحددة على تركيز الشوائب ودرجة الحرارة والتعرض. أنواع مختلفةإشعاع. الخاصية الرئيسية لأشباه الموصلات هي زيادة التوصيل الكهربائي مع زيادة درجة الحرارة.

أشباه الموصلات هي مواد تكون فجوة نطاقها في حدود عدة إلكترون فولت (eV). على سبيل المثال، يمكن تصنيف الماس على أنه شبه موصل واسع الفجوة، ويمكن تصنيف زرنيخيد الإنديوم على أنه شبه موصل ضيق الفجوة. تشمل أشباه الموصلات العديد العناصر الكيميائية(الجرمانيوم والسيليكون والسيلينيوم والتيلوريوم والزرنيخ وغيرها)، وعدد كبير من السبائك و مركبات كيميائية(زرنيخيد الغاليوم، الخ). تقريبا جميع المواد غير العضوية في العالم من حولنا هي أشباه الموصلات. أشباه الموصلات الأكثر شيوعا في الطبيعة هو السيليكون، الذي يشكل ما يقرب من 30٪ من القشرة الأرضية.