При проєктуванні електронних пристроїв застосовуються різні співвідношення, що дозволяють розрахувати деякі параметри електричного кола. Один з таких параметрів залежить від температури і називається питомим електричним опором, формула якого включає всі компоненти, що впливають на шукану величину.
Їх необхідно розібрати детально, оскільки це впливає на працездатність радіокомпонентів, що входять до складу різноманітної апаратури.
Загальні відомості
Електричний опір провідника залежить не тільки від його геометричних параметрів і речовини, а й від температури. Щоб з’ясувати і довести це, потрібно вивчити теорію.
Слід зазначити, що кожна речовина складається з атомів, що утворюють вузли кристалічної ґратки. Під дією електромагнітного поля відбувається впорядкований рух заряджених частинок (електроструму). Останні вдаряються об вузли цієї ґратки, тобто взаємодіють з ними. В результаті відбувається виділення теплової енергії. Після цього вони знову “розганяються” електромагнітним полем до наступної взаємодії.
Цей процес і отримав назву електричного опору. Він залежить від декількох факторів:
- Геометричних особливостей провідника.
- Кількості вільних електронів.
- Типу матеріалу.
Якщо розглянути формулу для визначення електроопору
R=pL/S
То вона складається з трьох параметрів:
Перший з них — питомий опір (позначається буквою «р»). Він є параметром, який залежить від типу речовини, а також і від температури. Для його розрахунку застосовується спеціальне співвідношення, що має такий вигляд:
p=p0 + aT
де
- р0 – табличне значення питомого опору;
- а – константа (для металу дорівнює одиниці, розчину — «0,5» і інших компонентів — «0,25»);
- T — температура провідника в Цельсіях.
Друга величина “L” — довжина провідника.
Третя “S” – величина площі поперечного перерізу. Параметр залежить від геометричної форми провідника. Наприклад, якщо жила має форму циліндра, то це значить, що необхідно розраховувати величину за такою формулою:
S= pi*R2
де
- Pi — постійна, що дорівнює 3,1415;
- R — радіус.
Крім того, співвідношення можливо записати в іншому форматі:
S= Pi (d2/4)
де
- d — діаметр провідника. Останній рекомендується вимірювати за допомогою штангенциркуля.
Якщо провідник має форму прямокутника або квадрата, то площа перетину знаходиться за формулою
S = mn
де
- m і n — сторони фігури.
Питомий опір
Фізичний сенс питомого опору в таблиці має таке формулювання: величина «р» еквівалентна відношенню опору провідника із заданого матеріалу в 1 Ом площею поперечного перерізу 1 мм2 до довжини 1 м. Vатематична форма запису:
p=[1 Ом * 1 мм2]/1м.
На підставі загального співвідношення можна вивести формулу питомого опору:
p = (RS)/L
Однак до цього фізики прийшли не відразу. Після відкриття закону Ома для повного кола та його ділянки застосовувалися тільки три складові, а саме:
- сила струму;
- напруга;
- опір.
Протягом певного часу фізики не могли зрозуміти різні вимірювання параметрів (відхилення) в електричних схемах при постійній напрузі і струмі, які фіксувалися приладами.
Виявилося, що причиною стала температура навколишнього середовища. Для звичайних металів (золота, сталі і нікеліну) величина опору при високому температурному коефіцієнті збільшувалася, а при низькому — зменшувалася.
Проведення досліду
Дослід дозволяє визначити залежність опору від температури. Для цього підійде дріт з будь-якого провідника (рекомендується використовувати нікелін). Крім того, знадобиться джерело живлення, напруга якого становить приблизно від 12 до 24 В постійного струму. Далі необхідно зібрати схему, доповнивши її лампою розжарювання і вимикачем. Елементи необхідно з’єднати послідовно.
Після складання схеми вимикач повинен бути в положенні «відключено». Якщо його включити, то лампочка буде горіти спочатку яскраво.
Однак це буде тривати недовго – до нагрівання спіралі. Фахівці рекомендують стежити за технікою безпеки. Схему необхідно збирати, використовуючи негорючі монтажні елементи.
Зміна світіння лампи доводить, що при нагріванні нікелінового дроту відбувається збільшення величини опору. При цьому зменшується сила струму, оскільки вона обернено пропорційно залежить від цієї величини.
Температурний коефіцієнт
Формула, що зв’язує опір і температурний коефіцієнт виглядає таким чином:
(R-R0)/R = at
Вона складається з наступних параметрів:
- R0 – величини середнього значення опору (при температурі за Цельсієм 0 градусів).
- a – температурного коефіцієнта.
- t – температури провідника.
Вона вимірюється за допомогою приладу, який називається омметром. Далі потрібно порахувати p через формулу:
p = p0 + aT
Знаходження невідомої величини р0 здійснюється за спеціальними таблицями, в яких вчені вже виміряли дослідним шляхом даний параметр при температурі 20 градусів за Цельсієм.
Таким чином, розрахунок опору провідника проводиться не тільки за його геометричними параметрами і речовини, з якої він складається, а й за величиною температури.
