(9)
Величину α, характеризующую зависимость изменения удельного сопротивления при нагревании от рода вещества, называют температурным коэффициентом сопротивления. Температурный коэффициент сопротивления измеряют числом, показывающим, на какую часть своей величины, взятой при О 0С, изменяется удельное сопротивление при нагревании на 1 °С:
.
(Покажите, что единицей α является 0С-1.)
У всех металлов α - величина положительная, так как их сопротивление при нагревании возрастает. У чистых металлов температурные коэффициенты мало отличаются друг от друга, и приближенно их можно считать равными 0,004 °С-1 (около (1/273) °С-1). У металлических сплавов удельное сопротивление значительно больше, чем у чистых металлов, а температурные коэффициенты много меньше. Есть сплавы, например константан и манганин, у которых коэффициент,а настолько мал, что их сопротивление можно считать не зависящим от температуры.
Выведем формулу для расчета сопротивления проводников при различных температурах. Из (9) имеем
.
(9а)
Подставляя это значение pt в (7), окончательно получим
(10)
Зависимость сопротивления металлов от температуры используется в термометрах сопротивления. Они позволяют измерять температуру с точностью до тысячных долей градуса (поскольку сопротивление можно измерять с высокой точностью). Отметим еще, что коэффициент, а для угля и электролитов, а также для чистых полупроводников отрицателен, так как их сопротивление при нагревании уменьшается.
Сверхпроводимость
Зависимость сопротивления от температуры, оказывается, не всегда можно выражать формулой (10). При низких температурах были/обнаружены интересные отклонения от этой зависимости. При приближении температуры некоторых проводников из чистых металлов к абсолютному нулю их сопротивление стремится не к нулю, как следует из (10), а к некоторому предельному значению, отличному от нуля.
Измеряя сопротивления проводников при очень низких температурах, голландский физик X. Камерлинг - Оннес в 1911г. обнаружил явление, названное позднее сверхпроводимостью.
Оказалось, что в некоторых случаях при достаточно низкой температуре сопротивление вещества скачком падает до нуля (рисунок 2).
Рисунок 2 – Сверхпроводимость
Если из такого вещества сделать замкнутую цепь (например, кольцо) и возбудить в ней ток, то он будет циркулировать в цепи сколько угодно долгое время, так как носители тока не будут терять своей энергии на нагревание проводника.
Сверхпроводимость обнаружена у нескольких сот металлов и сплавов. Интересно, что некоторые металлы, в том числе и самые хорошие (в обычных условиях) проводники – Cu, Ag, Au, Pt, Li, Na, K, Fe, Ni и другие – не обладают сверхпроводимостью.
Сверхпроводимость позволяет получать при низких температурах в проводниках небольшого сечения огромные токи. Поэтому из сверхпроводников (сплавы ниобий – титан, ниобий –олово и другие) изготавливаются обмотки мощных электрических генераторов и сверхмощных электромагнитов, которые охлаждаются жидким гелием до 4 К. Разрабатываются сверхпроводящие кабели для передачи электроэнергии. Для этих целей подбирают сплавы, позволяющие увеличить температуру перехода в сверхпроводящее состояние (так, у чистого ниобия она равна примерно 9 К, у сплава ниобий- олово примерно 18 К, ниобий – германий примерно 23 К).
Эквивалентное сопротивление
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.