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

ترجع مقاومة المعادن إلى حقيقة أن الإلكترونات التي تتحرك في موصل تتفاعل مع أيونات الشبكة البلورية وتفقد جزءًا من الطاقة التي تكتسبها في مجال كهربائي.

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

حيث ρ 0 هي المقاومة عند درجة حرارة T 0 = 273 كلفن (0 درجة مئوية) ، ρ هي المقاومة عند درجة حرارة معينة T. ومن ثم ، يتم التعبير عن اعتماد مقاومة الموصل المعدني على درجة الحرارة كدالة خطية: ρ = ρ 0 (1+ αT).

يتم التعبير عن اعتماد المقاومة على درجة الحرارة بنفس الوظيفة:

R = R0 (1 + αT).

تختلف معاملات درجة حرارة مقاومة المعادن النقية قليلاً نسبيًا عن بعضها البعض وتساوي تقريبًا 0.004 كلفن -1. يؤدي التغيير في مقاومة الموصلات مع تغير درجة الحرارة إلى حقيقة أن خاصية الجهد الحالي ليست خطية. هذا ملحوظ بشكل خاص في الحالات التي تتغير فيها درجة حرارة الموصلات بشكل كبير ، على سبيل المثال ، عند تشغيل المصباح المتوهج. يوضح الشكل خاصية فولت - أمبير. كما يتضح من الشكل ، فإن القوة الحالية في هذه الحالة لا تتناسب طرديًا مع الجهد. ومع ذلك ، لا ينبغي للمرء أن يعتقد أن هذا الاستنتاج يتعارض مع قانون أوم. الاعتماد المنصوص عليه في قانون أوم صالح فقط بمقاومة مستمرة.يتم استخدام اعتماد مقاومة الموصلات المعدنية على درجة الحرارة في مختلف أجهزة القياس والأجهزة الأوتوماتيكية. أهمها ميزان الحرارة المقاومة. الجزء الرئيسي من مقياس حرارة المقاومة عبارة عن سلك بلاتيني ملفوف على إطار من السيراميك. يتم وضع السلك في بيئة يتم تحديد درجة حرارتها. عن طريق قياس مقاومة هذا السلك ومعرفة مقاومته عند t 0 \ u003d 0 ° C (أي R0) ،احسب درجة حرارة الوسط باستخدام الصيغة الأخيرة.

الموصلية الفائقة.ومع ذلك ، من قبل أواخر التاسع عشرالخامس. كان من المستحيل التحقق من مدى اعتماد مقاومة الموصلات على درجة الحرارة في منطقة جدا درجات الحرارة المنخفضة. فقط في بداية القرن العشرين. تمكن العالم الهولندي جي كامرلنج أونز من تحويل أصعب الغاز المكثف ، الهليوم ، إلى حالة سائلة. تبلغ درجة غليان الهيليوم السائل 4.2 كلفن ، مما جعل من الممكن قياس مقاومة بعض المعادن النقية عند تبريدها إلى درجة حرارة منخفضة جدًا.

في عام 1911 ، انتهى عمل Kamerling-Onnes باكتشاف كبير. عند التحقيق في مقاومة الزئبق أثناء تبريده المستمر ، وجد أنه عند درجة حرارة 4.12 كلفن ، انخفضت مقاومة الزئبق فجأة إلى الصفر. بعد ذلك ، تمكن من ملاحظة نفس الظاهرة في عدد من المعادن الأخرى عندما تم تبريدها إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. ظاهرة الفقد الكامل للمعادن المقاومة الكهربائيةعند درجة حرارة معينة تسمى الموصلية الفائقة.

لا يمكن أن تصبح كل المواد موصلات فائقة ، لكن عددها كبير جدًا. ومع ذلك ، وجد أن العديد منهم لديهم خاصية أعاقت استخدامهم 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 الموصلية الفائقة فيه. ومع ذلك ، تبين أن هذه العقبة يمكن التغلب عليها: فقد وجد أن بعض السبائك ، على سبيل المثال ، النيوبيوم والزركونيوم والنيوبيوم والتيتانيوم ، وما إلى ذلك ، لها خاصية الحفاظ على الموصلية الفائقة عند نقاط القوة الحالية العالية. سمح هذا باستخدام أكثر انتشارًا للموصلية الفائقة.

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

نقوم بلف عدة أمتار من السلك الحديدي الرفيع (قطره 0.1-0.2 مم) 1 على شكل لولب ونوصله بدائرة تحتوي على بطارية من الخلايا الجلفانية 2 ومقياس التيار الكهربائي 3 (الشكل 81). نختار مقاومة هذا السلك بحيث تنحرف إبرة مقياس التيار تقريبًا إلى النطاق الكامل في درجة حرارة الغرفة. بعد ملاحظة قراءات مقياس التيار ، نقوم بتسخين السلك بقوة بموقد. سنرى أنه مع تسخين التيار في الدائرة ، فإنه يتناقص ، مما يعني أن مقاومة السلك تزداد عند تسخينها. يتم الحصول على هذه النتيجة ليس فقط بالحديد ، ولكن مع جميع المعادن الأخرى. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد مقاومة المعادن. بالنسبة لبعض المعادن ، تكون هذه الزيادة كبيرة: بالنسبة للمعادن النقية ، عند تسخينها إلى 100 درجة مئوية ، فإنها تصل إلى 40-50٪ ؛ في السبائك ، عادة ما يكون أقل. هناك سبائك خاصة لا تتغير فيها المقاومة تقريبًا مع زيادة درجة الحرارة ؛ مثل ، على سبيل المثال ، Constantan (from كلمة لاتينيةالثوابت - ثابت) والمانجانين. يستخدم Constantan لصنع بعض أدوات القياس.

أرز. 81. تجربة تبين اعتماد مقاومة السلك على درجة الحرارة. عند تسخينها ، تزداد مقاومة السلك: 1 - سلك ، 2 - بطارية من الخلايا الجلفانية ، 3 - مقياس التيار الكهربائي

خلاف ذلك ، تتغير مقاومة الإلكتروليتات عند تسخينها. دعونا نكرر التجربة الموصوفة ، ولكن دعونا ندخل نوعًا من المنحل بالكهرباء في الدائرة بدلاً من السلك الحديدي (الشكل 82). سنرى أن قراءات مقياس التيار الكهربائي تزداد طوال الوقت عند تسخين الإلكتروليت ، مما يعني أن مقاومة الإلكتروليت تقل مع زيادة درجة الحرارة. لاحظ أن مقاومة الفحم وبعض المواد الأخرى تقل أيضًا عند تسخينها.

أرز. 82. تجربة تبين اعتماد مقاومة الإلكتروليت على درجة الحرارة. عند تسخينها ، تقل مقاومة الإلكتروليت: 1 - إلكتروليت ، 2 - بطارية من الخلايا الجلفانية ، 3 - مقياس التيار الكهربائي

يستخدم اعتماد مقاومة المعادن على درجة الحرارة لبناء موازين الحرارة المقاومة. في أبسط أشكاله ، هذا هو سلك بلاتيني رفيع ملفوف على صفيحة ميكا (الشكل 83) ، ومقاومته معروفة جيدًا عند درجات حرارة مختلفة. يتم وضع مقياس حرارة المقاومة داخل الجسم المراد قياس درجة حرارته (على سبيل المثال ، في الفرن) ، وترتبط أطراف الملف بالدائرة. من خلال قياس مقاومة اللف ، يمكن تحديد درجة الحرارة. غالبًا ما تستخدم موازين الحرارة هذه لقياس درجات الحرارة العالية جدًا والمنخفضة جدًا ، والتي عندها موازين الحرارة الزئبقيةلم تعد قابلة للتطبيق.

أرز. 83. مقياس حرارة المقاومة

تسمى الزيادة في مقاومة الموصل عند تسخينه بمقدار 1 درجة مئوية ، مقسومة على المقاومة الأولية ، معامل درجة الحرارة للمقاومة وعادة ما يتم الإشارة إليها بالحرف. بشكل عام ، فإن معامل درجة الحرارة للمقاومة نفسها يعتمد على درجة الحرارة. القيمة لها معنى واحد ، على سبيل المثال ، إذا رفعنا درجة الحرارة من 20 إلى 21 درجة مئوية ، والآخر عندما ترتفع درجة الحرارة من 200 إلى 201 درجة مئوية. ولكن في كثير من الحالات ، يكون التغيير على نطاق واسع إلى حد ما من درجات الحرارة ضئيلًا ، ويمكن استخدام قيمة متوسطة فوق هذا النطاق. إذا كانت مقاومة الموصل عند درجة حرارة مساوية ودرجة حرارة مساوية لمتوسط ​​القيمة

. (48.1)

عادة ، المقاومة عند درجة حرارة 0 درجة مئوية تؤخذ على أنها.

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

مادة		مادة
التنغستن
		قسنطينة
		المنجانين

في الجدول. 3 يوضح القيم لبعض الموصلات.

48.1. عند تشغيل المصباح الكهربائي ، يختلف التيار في الدائرة في اللحظة الأولى عن التيار الذي يتدفق بعد أن يبدأ المصباح في التوهج. كيف يتغير التيار في دائرة بمصباح كهربائي ومصباح كهربائي بشريط معدني؟

48.2. مقاومة المصباح المتوهج مع خيوط التنجستن المطفأة هي 60 أوم. عند تسخينها بالكامل ، تزداد مقاومة المصباح إلى 636 أوم. ما هي درجة حرارة الشعيرة المسخنة؟ استخدم الجدول. 3.

48.3. تبلغ مقاومة الفرن الكهربائي مع لف النيكل في حالة عدم التسخين 10 أوم. ماذا ستكون مقاومة هذا الفرن عند تسخين لفه إلى 700 درجة مئوية؟ استخدم الجدول. 3.

على أساس الكلاسيكية النظرية الإلكترونيةيمكن تفسير موصلية المعادن من خلال قانون جول لينز.

تحدث الحركة المنظمة للإلكترونات تحت تأثير قوى المجال. كما ذكر أعلاه ، سنفترض أنه في لحظة الاصطدام بالأيونات الموجبة للشبكة البلورية ، تنقل الإلكترونات طاقتها الحركية بالكامل إليها. بنهاية المسار الحر ، تكون سرعة الإلكترون و الطاقة الحركية

(14.9)

الطاقة المنبعثة من وحدة حجم المعدن (كثافة الطاقة) تساوي ناتج طاقة إلكترون واحد وعدد الاصطدامات في الثانية وعلى تركيز الإلكترونات ن:

(14.10)

مع مراعاة (14.7) لدينا

- قانون جول لينز في شكل تفاضلي.

إذا كنا مهتمين بالطاقة الصادرة عن موصل بطول ℓ ، منطقة المقطع العرضي S خلال فترة زمنية dt ، فيجب مضاعفة التعبير (14.10) بحجم الموصل V = St والوقت dt:

بشرط
(حيث R هي مقاومة الموصل) ، نحصل على قانون جول لينز بالشكل

§ 14.3 اعتماد مقاومة المعادن على درجة الحرارة. الموصلية الفائقة. قانون Wiedemann-Franz

لا تعتمد المقاومة على نوع المادة فحسب ، بل تعتمد أيضًا على حالتها ، على وجه الخصوص ، على درجة الحرارة. يمكن تمييز اعتماد المقاومة على درجة الحرارة عن طريق تحديد معامل درجة الحرارة لمقاومة مادة معينة:

(14.11)

يعطي زيادة نسبية في المقاومة مع زيادة درجة الحرارة بدرجة واحدة.

الشكل 14.3

يختلف معامل درجة الحرارة لمقاومة مادة معينة عند درجات حرارة مختلفة. هذا يدل على 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 0ºС ، ρ هي قيمتها عند درجة حرارة tºС.

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

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

استنادًا إلى النظرية الإلكترونية للتوصيل الكهربائي للمعادن ، يمكن تفسير اعتماد مقاومة الموصل على درجة الحرارة. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد مقاومتها وتقل موصليةها الكهربائية. تحليل التعبير (14.7) ، نرى أن الموصلية الكهربائية تتناسب مع تركيز إلكترونات التوصيل ومتوسط ​​المسار الحر <ℓ> ، أي. الاكثر <ℓ> ، فإن التداخل الأقل للحركة المنظمة للإلكترونات هو التصادمات. الموصلية الكهربائية تتناسب عكسياً مع متوسط ​​السرعة الحرارية < υ τ > . تزداد السرعة الحرارية بشكل متناسب مع زيادة درجة الحرارة
مما يؤدي إلى انخفاض في التوصيل الكهربائي وزيادة مقاومة الموصلات. معادلة التحليل (14.7) ، يمكن للمرء ، بالإضافة إلى ذلك ، شرح اعتماد γ و على نوع الموصل.

عند درجات حرارة منخفضة جدًا تتراوح من 1-8 درجة كلفن ، تنخفض مقاومة بعض المواد بشكل حاد بمليارات المرات وتصبح عمليًا مساوية للصفر.

هذه الظاهرة ، التي اكتشفها الفيزيائي الهولندي جي كامرلينج أونز لأول مرة في عام 1911 ، تسمى الموصلية الفائقة . في الوقت الحاضر ، تم تحديد الموصلية الفائقة لعدد من العناصر النقية (الرصاص ، والقصدير ، والزنك ، والزئبق ، والألمنيوم ، وما إلى ذلك) ، وكذلك لعدد كبير من سبائك هذه العناصر مع بعضها البعض ومع عناصر أخرى. على التين. يوضح الشكل 14.3 بشكل تخطيطي اعتماد مقاومة الموصلات الفائقة على درجة الحرارة.

تم إنشاء نظرية الموصلية الفائقة في عام 1958 بواسطة N.N. بوجوليوبوف. وفقًا لهذه النظرية ، فإن الموصلية الفائقة هي حركة الإلكترونات في شبكة بلورية بدون اصطدام مع بعضها البعض ومع ذرات شعرية. تتحرك جميع إلكترونات التوصيل كتدفق واحد لسائل مثالي غير لزج ، دون التفاعل مع بعضها البعض ومع الشبكة ، أي دون التعرض للاحتكاك. لذلك ، فإن مقاومة الموصلات الفائقة هي صفر. ينحرف مجال مغناطيسي قوي ، يخترق الموصل الفائق ، الإلكترونات ، ويؤدي إلى كسر "التدفق الصفحي" لتدفق الإلكترونات ، إلى اصطدام الإلكترونات بالشبكة ، أي تنشأ المقاومة.

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

أحد أهم التطبيقات العملية للموصلية الفائقة هو استخدامها في المغناطيسات الكهربائية ذات اللفائف فائقة التوصيل. إذا لم يكن هناك مجال مغناطيسي حرج يدمر الموصلية الفائقة ، فبمساعدة هذه المغناطيسات الكهربائية ، سيكون من الممكن الحصول على حقول مغناطيسية من عشرات ومئات الملايين من الأمبيرات لكل سنتيمتر. من المستحيل الحصول على مثل هذه الحقول الثابتة الكبيرة بالمغناطيسات الكهربائية العادية ، لأن هذا يتطلب طاقة هائلة ، وسيكون من المستحيل عمليًا إزالة الحرارة المتولدة عندما يمتص الملف مثل هذه القوى الكبيرة. في المغناطيس الكهربائي فائق التوصيل ، يكون استهلاك الطاقة للمصدر الحالي ضئيلًا ، واستهلاك الطاقة لتبريد الملف إلى درجة حرارة الهيليوم (4.2ºK) هو أربعة أوامر من حيث الحجم أقل من المغناطيس الكهربائي التقليدي الذي يخلق نفس الحقول. تُستخدم الموصلية الفائقة أيضًا لإنشاء أنظمة ذاكرة للآلات الرياضية الإلكترونية (عناصر ذاكرة كريوترون).

في عام 1853 ، أثبت Wiedemann و Franz ذلك بشكل تجريبي أن نسبة التوصيل الحراري λ إلى الموصلية الكهربائية γ هي نفسها لجميع المعادن عند نفس درجة الحرارة وتتناسب مع درجة حرارتها الديناميكية الحرارية.

يشير هذا إلى أن الموصلية الحرارية في المعادن ، وكذلك التوصيل الكهربائي ، ترجع إلى حركة الإلكترونات الحرة. سنفترض أن الإلكترونات تشبه الغاز أحادي الذرة ، الموصلية الحرارية لها ، وفقًا للنظرية الحركية للغازات ، تساوي

(14.13)

(ن هو تركيز الذرات ، م هي كتلة الذرة ،<ℓ>هو متوسط ​​المسار الحر للإلكترون ، c V هي السعة الحرارية المحددة).

لغاز أحادي الذرة

(ك - ثابت بولتزمان ، M - الكتلة المولية).

(14.14)

من 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).

لذلك ، فإن نسبة التوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي للمعدن تتناسب مع درجة الحرارة الديناميكية الحرارية ، والتي حددها قانون Wiedemann-Franz. منذ k \ u003d 1.38 ∙ 10 -23 J / K ؛ ه \ u003d 1.6 ∙ 10-19 درجة مئوية ، إذن

(14.17)

يتم استيفاء قانون Wiedemann-Franz لمعظم المعادن عند درجة حرارة 100-400 كلفن ، ولكن عند درجة حرارة منخفضة يتم انتهاك القانون بشكل كبير. هناك معادن (البريليوم والمنغنيز) لا تخضع لقانون Wiedemann-Franz على الإطلاق. تم العثور على طريقة للخروج من التناقضات المستعصية في نظرية الكم الإلكترونية للمعادن.

اعتماد المقاومة على درجة الحرارة

تعتمد المقاومة R للموصل المتجانس للمقطع العرضي الثابت على خصائص مادة الموصل وطولها ومقطعها العرضي على النحو التالي:

أين ص - المقاومة النوعيةمادة موصل ، إلهو طول الموصل ، و س- مساحة المقطع العرضي. يسمى مقلوب المقاومة الموصلية. ترتبط هذه القيمة بدرجة الحرارة بواسطة صيغة نرنست-أينشتاين:

لذلك ، ترتبط مقاومة الموصل بدرجة الحرارة بالعلاقة التالية:

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

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

شاهد ما هو "المقاومة مقابل درجة الحرارة" في القواميس الأخرى:

تعيين رسم تقليدي لميزان حرارة المقاومة مقياس حرارة المقاومة هو جهاز إلكتروني مصمم لقياس درجة الحرارة وبناءً على اعتماد المقاومة الكهربائية ... ويكيبيديا

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

GOST 6651-2009: نظام الدولة لضمان توحيد القياسات. المزدوجات الحرارية المقاومة مصنوعة من البلاتين والنحاس والنيكل. المتطلبات الفنية العامة وطرق الاختبار- المصطلحات GOST 6651 2009: نظام الدولةضمان توحيد القياسات. المزدوجات الحرارية المقاومة مصنوعة من البلاتين والنحاس والنيكل. شائعة متطلبات تقنيةوالوثيقة الأصلية لطرق الاختبار: 3.18 وقت التفاعل الحراري ...

GOST R 8.625-2006: نظام حالة لضمان توحيد القياسات. ترمومتر مقاومة مصنوع من البلاتين والنحاس والنيكل. المتطلبات الفنية العامة وطرق الاختبار- المصطلحات GOST R 8.625 2006: نظام الدولة لضمان توحيد القياسات. ترمومتر مقاومة مصنوع من البلاتين والنحاس والنيكل. المتطلبات الفنية العامة وطرق الاختبار المستند الأصلي: 3.18 وقت التفاعل الحراري: الوقت ... قاموس - كتاب مرجعي للمصطلحات المعيارية والتقنية

قيمة مساوية للتغير النسبي في المقاومة الكهربائية لجزء من دائرة كهربائية أو مقاومة مادة مع تغير درجة الحرارة لكل وحدة. معامل درجة الحرارة للمقاومة يميز الاعتماد ...... ويكيبيديا

هذه الظاهرة التي اكتشفها P.L.Kapitsa (1941) في السائل الفائق الهيليوم ، والتي تتكون من حقيقة أنه أثناء انتقال الحرارة من المواد الصلبة. من الجسم إلى الهيليوم السائل عند الواجهة يوجد اختلاف في درجة الحرارة p DT. علاوة على ذلك ، فقد ثبت أن To. ر.البدنية العامة ... ... موسوعة فيزيائية

نطاق قياس مقاومة درجة الحرارة المحول- 3.7 نطاق قياس المقاومة الحرارية: نطاق درجة الحرارة الذي يتم فيه اعتماد مقاومة المزدوجات الحرارية المقاومة على درجة الحرارة ، المقيسة وفقًا لهذه المواصفة القياسية ، ضمن ... ... قاموس - كتاب مرجعي للمصطلحات المعيارية والتقنية

عنصر استشعار ترمومتر المقاومة- 3.2 عنصر الاستشعار في ميزان حرارة المقاومة ؛ SE: المقاوم مصنوع من سلك معدني أو غشاء مع خيوط لتوصيل أسلاك التوصيل ، وله اعتماد معروف للمقاومة الكهربائية على درجة الحرارة و ... ... ... قاموس - كتاب مرجعي للمصطلحات المعيارية والتقنية

عنصر استشعار المقاومة الحرارية- 3.2 عنصر الاستشعار في المحول الحراري للمقاومة ؛ SE: المقاوم مصنوع من سلك معدني أو غشاء به خيوط لتوصيل أسلاك التوصيل ، مع اعتماد معروف للمقاومة الكهربائية على ... ... قاموس - كتاب مرجعي للمصطلحات المعيارية والتقنية

نطاق قياس ترمومتر المقاومة- 3.7 مدى قياس ترمومتر المقاومة مصدر … قاموس - كتاب مرجعي للمصطلحات المعيارية والتقنية

كتب

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

اعتماد المقاومة على درجة الحرارة

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة

اذهب الى: برنامج الملاحة، ابحث

تعتمد المقاومة R للموصل المتجانس للمقطع العرضي الثابت على خصائص مادة الموصل وطولها ومقطعها العرضي على النحو التالي:

حيث ρ هي مقاومة مادة الموصل ، L هي طول الموصل ، و S هي منطقة المقطع العرضي. يسمى مقلوب المقاومة الموصلية. ترتبط هذه القيمة بدرجة الحرارة بواسطة صيغة نرنست-أينشتاين:

T هي درجة حرارة الموصل ؛

D هو معامل انتشار حاملات الشحنة ؛

Z هو عدد الشحنات الكهربائية للناقل ؛

ه - الشحنة الكهربائية الأولية ؛

ج - تركيز حاملات الشحنة ؛

ثابت بولتزمان.

لذلك ، ترتبط مقاومة الموصل بدرجة الحرارة بالعلاقة التالية:

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

2) الغاز المثالي - نموذج رياضي للغاز ، حيث يُفترض أن: 1) يمكن إهمال الطاقة الكامنة لتفاعل الجزيئات بالمقارنة مع طاقتها الحركية ؛ 2) الحجم الإجمالي لجزيئات الغاز ضئيل ؛ 3) لا تعمل قوى الجذب أو التنافر بين الجزيئات ، كما أن تصادم الجسيمات بينها وبين جدران الوعاء يكون مرنًا تمامًا ؛ 4) وقت التفاعل بين الجزيئات لا يكاد يذكر مقارنة بمتوسط ​​الوقت بين الاصطدامات. في النموذج الموسع للغاز المثالي ، تكون الجسيمات التي يتكون منها في شكل كرات مرنة أو إهليلجي ، مما يجعل من الممكن مراعاة الطاقة ليس فقط للحركة الانتقالية ، ولكن أيضًا الحركة الاهتزازية الدورانية ، وكذلك ليس فقط التصادمات المركزية ، ولكن أيضًا غير المركزية للجسيمات.

ضغط الغاز:

يملأ الغاز دائمًا حجمًا محاطًا بجدران غير قابلة للاختراق. على سبيل المثال، اسطوانة غازأو تمتلئ حجرة إطار السيارة بالغاز بشكل متساوٍ تقريبًا.

في محاولة للتوسع ، يمارس الغاز ضغطًا على جدران الأسطوانة أو حجرة الإطارات أو أي جسم آخر ، صلبًا أو سائلًا ، يتلامس معه. إذا لم نأخذ في الحسبان تأثير مجال جاذبية الأرض ، والذي ، مع الأبعاد المعتادة للأوعية ، يغير الضغط بشكل ضئيل فقط ، فعند التوازن ، يبدو لنا أن ضغط الغاز في الوعاء منتظم تمامًا. تشير هذه الملاحظة إلى العالم الكبير. إذا تخيلنا ما يحدث في الصورة المصغرة للجزيئات التي تشكل الغاز في الوعاء ، فلن يكون هناك أي تساؤل حول أي توزيع موحد للضغط. في بعض الأماكن على سطح الجدار ، تصطدم جزيئات الغاز بالجدران ، بينما في أماكن أخرى لا توجد تأثيرات. هذه الصورة تتغير طوال الوقت بطريقة فوضوية. تصطدم جزيئات الغاز بجدران الأوعية ، ثم تطير بسرعة تقارب سرعة متساويةالجزيئات قبل الاصطدام.

غاز مثالي. يستخدم نموذج الغاز المثالي لشرح خصائص المادة في الحالة الغازية. يفترض نموذج الغاز المثالي ما يلي: الجزيئات لها حجم ضئيل مقارنة بحجم الوعاء ، ولا توجد قوى جذب بين الجزيئات ، وعندما تصطدم الجزيئات ببعضها البعض ومع جدران الوعاء ، تعمل قوى التنافر.

مهمة التذكرة رقم 16

1) العمل يساوي الطاقة * الوقت = (الجهد التربيعي) / المقاومة * الوقت

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

1. التيار المتردد. القيمة الفعالة للتيار والجهد.

2. تأثير الكهروضوئية. قوانين التأثير الكهروضوئي. معادلة أينشتاين.

3. حدد سرعة الضوء الأحمر = 671 نانومتر في الزجاج بمعامل انكسار 1.64.

الردود على التذكرة رقم 17

التيار المتردد هو تيار كهربائي يتغير في الحجم والاتجاه بمرور الوقت ، أو ، في حالة معينة ، يتغير في الحجم ، مع الحفاظ على اتجاهه في الدائرة الكهربائية دون تغيير.

تسمى القيمة الفعالة (الفعالة) للتيار المتردد القيمة التيار المباشر، سينتج عن عملها نفس العمل (التأثير الحراري أو الديناميكي الكهروديناميكي) مثل التيار المتردد المدروس خلال فترة واحدة. في الأدب الحديث ، يتم استخدام التعريف الرياضي لهذه الكمية في كثير من الأحيان - القيمة التربيعية لمتوسط ​​الجذر لقوة التيار المتناوب.

بمعنى آخر ، يمكن تحديد القيمة الفعالة للتيار من خلال الصيغة:

ل الاهتزازات التوافقيةالتيار بطريقة مماثلة ، يتم تحديد القيم الفعالة لـ EMF والجهد.

التأثير الكهروضوئي ، التأثير الكهروضوئي - انبعاث الإلكترونات بواسطة مادة تحت تأثير الضوء (أو أي إشعاع كهرومغناطيسي آخر). في المواد المكثفة (الصلبة والسائلة) ، تتميز التأثيرات الكهروضوئية الخارجية والداخلية.

قوانين ستوليتوف للتأثير الكهروضوئي:

صياغة القانون الأول للتأثير الكهروضوئي: تتناسب قوة التيار الضوئي طرديًا مع كثافة تدفق الضوء.

وفقًا للقانون الثاني للتأثير الكهروضوئي ، تزداد الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات المنبعثة من الضوء خطيًا مع تواتر الضوء ولا تعتمد على شدتها.

القانون الثالث للتأثير الكهروضوئي: لكل مادة حد أحمر للتأثير الكهروضوئي ، أي الحد الأدنى لتكرار الضوء (أو أقصى طول موجي λ0) حيث لا يزال التأثير الكهروضوئي ممكنًا ، وإذا لم يعد يحدث التأثير الكهروضوئي. تم تقديم التفسير النظري لهذه القوانين في عام 1905 من قبل أينشتاين. ووفقًا له ، فإن الإشعاع الكهرومغناطيسي هو تيار من الكميات الفردية (الفوتونات) مع طاقة كل منها ، حيث h هو ثابت بلانك. مع التأثير الكهروضوئي ، ينعكس جزء من الإشعاع الكهرومغناطيسي الحادث من سطح المعدن ، ويخترق الجزء إلى الطبقة السطحية للمعدن ويتم امتصاصه هناك. بعد امتصاص الفوتون ، يتلقى الإلكترون طاقة منه ، ويقوم بوظيفة الشغل φ ، يترك المعدن: أقصى طاقة حركية يمتلكها الإلكترون عندما يغادر المعدن.

قوانين التأثير الكهروضوئي الخارجي

قانون ستوليتوف: مع التركيب الطيفي الثابت لحادث الإشعاع الكهرومغناطيسي على المسار الضوئي ، يتناسب التيار الضوئي التشبع مع إضاءة الطاقة للكاثود (بخلاف ذلك: عدد الإلكترونات الضوئية التي خرجت من الكاثود في ثانية واحدة يتناسب طرديًا مع كثافة الإشعاع):

ولا تعتمد السرعة الأولية القصوى للإلكترونات الضوئية على شدة الضوء الساقط ، بل يتم تحديدها فقط بترددها.

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

معادلات أينشتاين (تسمى أحيانًا "معادلات أينشتاين-هلبرت") هي معادلات مجال الجاذبية في النظرية العامة للنسبية ، وتربط مقاييس الزمكان المنحني بخصائص المادة التي تملأه. المصطلح يستخدم أيضا في صيغة المفرد: "معادلة آينشتاين" ، لأنها في تدوين الموتر هي معادلة واحدة ، على الرغم من أنها في المكونات نظام من المعادلات التفاضلية الجزئية.

تبدو المعادلات كما يلي:

أين موتر Ricci ، الذي يتم الحصول عليه من موتر انحناء الزمكان عن طريق لفه على زوج من المؤشرات ، R هو الانحناء القياسي ، أي موتر Ricci الملتوي ، موتر متري ، o

الثابت الكوني ، a هو موتر زخم الطاقة للمادة ، (π هو الرقم pi ، c هو سرعة الضوء في الفراغ ، G هو ثابت الجاذبية لنيوتن).

مهمة التذكرة رقم 17

ك \ u003d 10 * 10 في 4 \ u003d 10 في 5 ن / م \ u003d 100000 ن / م

F = ك * دلتا L.

دلتا L = ملغ / ك

الجواب 2 سم

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

2. التيار الكهربائي في المعادن. أساسيات النظرية الإلكترونية للمعادن.

3. ما السرعة التي يكتسبها الصاروخ في دقيقة واحدة ، متحركًا من حالة السكون بعجلة 60 م / ث 2؟

الردود على 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:

ضغط ف

Vm - الحجم المولي

R هو ثابت الغاز العالمي

T- درجة الحرارة المطلقة، ل.

سمي هذا الشكل من الكتابة على اسم معادلة (قانون) مندليف - كلابيرون.

احتوت المعادلة المشتقة بواسطة Clapeyron على ثابت غاز غير عالمي معين r ، والذي يجب قياس قيمته لكل غاز:

وجد Mendeleev أيضًا أن r يتناسب طرديًا مع معامل التناسب u R الذي أطلق عليه ثابت الغاز العام.

مقياس درجة الحرارة الحرارية (مقياس كلفن) - مقياس درجة حرارة مطلقة لا يعتمد على خصائص مادة قياس الحرارة (النقطة المرجعية هي درجة حرارة الصفر المطلق). يعتمد بناء مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري على القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، وعلى وجه الخصوص ، على استقلالية كفاءة دورة كارنو عن طبيعة سائل العمل. تُعرَّف وحدة درجة الحرارة الديناميكية الحرارية ، كلفن (K) ، بأنها 1 / 273.16 من درجة الحرارة الديناميكية الحرارية للنقطة الثلاثية للماء.

درجة حرارة الصفر المطلق (نادرًا - درجة حرارة الصفر المطلق) - الحد الأدنى لدرجة الحرارة أ الجسد الماديفي الكون. يعمل الصفر المطلق كنقطة مرجعية لمقياس درجة حرارة مطلقة ، مثل مقياس كلفن. في عام 1954 ، أنشأ المؤتمر العام للأوزان والمقاييس مقياس حرارة ديناميكي حراري بنقطة مرجعية واحدة - النقطة الثلاثية للماء ، والتي تعتبر درجة حرارتها 273.16 كلفن (بالضبط) ، والتي تقابل 0.01 درجة مئوية ، بحيث يتوافق الصفر المطلق على مقياس مئوية مع درجة حرارة −273.15 درجة مئوية.

التيار الكهربائي - حركة موجهة (مرتبة) للجسيمات المشحونة. يمكن أن تكون هذه الجسيمات: في المعادن - الإلكترونات ، في الإلكتروليتات - 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 ، يُطلق على التيار الكهربائي أيضًا اسم تيار الإزاحة الناتج عن تغيير في المجال الكهربائي بمرور الوقت.

التيار الكهربائي له المظاهر التالية:

تسخين الموصلات (لا يوجد إطلاق للحرارة في الموصلات الفائقة) ؛

يتغير التركيب الكيميائيالموصلات (لوحظ بشكل رئيسي في المنحلات بالكهرباء) ؛

خلق حقل مغناطيسي(يتجلى 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 - فئتان من المواد التي تتفاعل مع بعضها البعض. تتمثل مهمة النظرية في توقع نواتج التفاعل بين الحمض والقاعدة وإمكانية حدوثه ، حيث يتم استخدام الخصائص الكمية لقوة الحمض والقاعدة. تكمن الاختلافات بين النظريات في تعريفات الأحماض والقواعد ، وخصائص قوتها ، ونتيجة لذلك ، في قواعد توقع نواتج التفاعل بينهما. كل منهم لديهم مجال التطبيق الخاص بهم ، والذي تتقاطع فيه المناطق جزئيًا.

الأحكام الرئيسية للنظرية الإلكترونية للمعادن التفاعلية شائعة للغاية في الطبيعة وتستخدم على نطاق واسع في العلوم و الممارسة الصناعية. المفاهيم النظرية للأحماض والقواعد لها أهميةفي تكوين جميع النظم المفاهيمية للكيمياء ولها تأثير متعدد الجوانب على تطوير العديد من المفاهيم النظرية في جميع التخصصات الكيميائية الرئيسية. قائم على النظرية الحديثةالأحماض والقواعد ، مثل فروع العلوم الكيميائية مثل كيمياء المحاليل الإلكتروليتية المائية وغير المائية ، وقياس الأس الهيدروجيني في الوسط غير المائي ، والحفز الحمضي القاعدي المتجانس وغير المتجانس ، ونظرية وظائف الحموضة ، والعديد من الوظائف الأخرى التي تم تطويرها.

مهمة التذكرة رقم 18

الخامس = عند = 60 م / ث 2 * 60 ث = 3600 م / ث

الجواب: 3600 م / ث

1. التيار في الفراغ. أنبوب أشعة الكاثود.

2. فرضية بلانك الكمومية. الطبيعة الكمومية للضوء.

3. صلابة السلك الفولاذي 10000 N / m. كم من الوقت سيطول الكابل إذا تم تعليق وزنه 20 كجم.

الردود على التذكرة رقم 19

1) للحصول على تيار كهربائي في الفراغ ، من الضروري وجود ناقلات حرة. يمكن الحصول عليها عن طريق انبعاث الإلكترونات من المعادن - انبعاث الإلكترون (من اللاتينية emissio - الإطلاق).

كما تعلم ، في درجات الحرارة العادية ، يتم الاحتفاظ بالإلكترونات داخل المعدن ، على الرغم من أنها تؤدي حركة حرارية. وبالتالي ، بالقرب من السطح توجد قوى تعمل على الإلكترونات وتوجه داخل المعدن. هذه هي القوى التي تنشأ بسبب التجاذب بين الإلكترونات والأيونات الموجبة للشبكة البلورية. نتيجة لذلك ، تظهر الطبقة السطحية للمعادن الحقل الكهربائي، وتزداد الإمكانية بقيمة معينة Dj عند المرور من الفضاء الخارجي إلى المعدن. وفقًا لذلك ، تقل الطاقة الكامنة للإلكترون بمقدار eDj.

إن kinescope هو جهاز أشعة الكاثود الذي يقوم بالتحويل إشارات كهربائيةفي الضوء. يستخدم على نطاق واسع في أجهزة التلفزيون ، حتى التسعينيات من القرن الماضي ، تم استخدام أجهزة التلفزيون حصريًا على أساس شريط سينمائي. يعكس اسم الجهاز كلمة "الحركية" المرتبطة بالأرقام المتحركة على الشاشة.

الأجزاء الرئيسية:

مسدس إلكتروني ، مصمم لتشكيل شعاع إلكتروني ، في مناظير الحركة الملونة وأنابيب راسم الذبذبات متعددة الحزم مدمجة في جهاز عرض ضوئي إلكتروني ؛

شاشة مغطاة بالفوسفور - مادة تتوهج عندما يضربها شعاع إلكتروني ؛

يتحكم نظام الانحراف في الحزمة بطريقة تشكل الصورة المطلوبة.

2) فرضية بلانك - فرضية طرحها ماكس بلانك في 14 ديسمبر 1900 وتتألف من حقيقة أنه أثناء الإشعاع الحراري ، يتم إصدار الطاقة وامتصاصها ليس بشكل مستمر ، ولكن في كمات منفصلة (أجزاء). يحتوي كل جزء من الكم على طاقة E تتناسب مع تردد ν للإشعاع:

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

تم تأكيد فرضية بلانك تجريبياً في وقت لاحق.

يعتبر تقدم هذه الفرضية لحظة الميلاد ميكانيكا الكم.

الطبيعة الكمومية للضوء - الجسيمات الأولية، كمية من الإشعاع الكهرومغناطيسي (بالمعنى الضيق - الضوء). إنه جسيم عديم الكتلة لا يمكن أن يوجد في الفراغ إلا بالتحرك بسرعة الضوء. الشحنة الكهربائية للفوتون تساوي أيضًا صفرًا. يمكن للفوتون أن يكون فقط في حالتين مغزليتين مع إسقاط مغزلي على اتجاه الحركة (الحلزونية) ± 1. في الفيزياء ، يتم الإشارة إلى الفوتونات بالحرف γ.

تصف الديناميكا الكهربية الكلاسيكية الفوتون بأنه موجة كهرومغناطيسية ذات استقطاب دائري يمين أو يسار. من وجهة نظر ميكانيكا الكم الكلاسيكية ، يتميز الفوتون كجسيم كمي بازدواجية الموجة الجسدية ، ويعرض في نفس الوقت خصائص الجسيم والموجة.

مهمة التذكرة رقم 19

F = ك * دلتا L.

دلتا L = ملغ / ك

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

الجواب 2 سم

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

2. قوانين انعكاس وانكسار الضوء.

3. ما الشغل الذي يقوم به المجال الكهربائي لتحريك 5 × 10 18 إلكترونًا في قسم دائرة بفرق جهد 20 فولت.

الردود على التذكرة رقم 20

التيار الكهربائي في أشباه الموصلات هو مادة تحتل ، من حيث الموصلية ، موقعًا وسيطًا بين الموصلات والعوازل الكهربائية وتختلف عن الموصلات في اعتمادها القوي على الموصلية على تركيز الشوائب ودرجة الحرارة والتعرض. أنواع مختلفةإشعاع. الخاصية الرئيسية لأشباه الموصلات هي زيادة التوصيل الكهربائي مع زيادة درجة الحرارة.

أشباه الموصلات عبارة عن مواد تكون فجوة نطاقها في حدود بضعة إلكترون فولت (eV). على سبيل المثال ، يمكن أن يُعزى الماس إلى أشباه الموصلات ذات الفجوة الواسعة ، وزرنيخيد الإنديوم - إلى تلك ذات الفجوة الضيقة. العديد من أشباه الموصلات العناصر الكيميائية(الجرمانيوم والسيليكون والسيلينيوم والتيلوريوم والزرنيخ وغيرها) ، وعدد كبير من السبائك و مركبات كيميائية(زرنيخيد الغاليوم ، إلخ). تقريبا جميع المواد غير العضوية في العالم من حولنا هي أشباه موصلات. أكثر أنواع أشباه الموصلات شيوعًا في الطبيعة هو السيليكون ، والذي يشكل حوالي 30٪ من قشرة الأرض.