وابستگی مقاومت الکتریکی به دما(94/01/31)

 وابستگی مقاومت الکتریکی به دما

اغلب مقاومتهای الکتریکی تابع دما هستند. در فلزات رسانا با افز ایش دما مقاومت الکتریکی افزایش می یابد در برخی فلزات این افزایش مقاومت قابل توجه است مثلا در فلزات خالص با گرم کردن به اندازه 100 درجه سلسیوس ، افزایش مقاومت به اندازه 40 تا 50 درصد است ، در حالیکه در آلیاژها این افزایش مقاومت با دما کمتر محسوس است. آلیاژهای خاصی وجود دارند که تغییرات مقاومت آنها با افزایش دما تقریبا صفر است ( مثل کنستانتان و منگانین ) .

مقاومت الکتریکی الکترولیت ها با تغییر دما به طرز متفاوتی تغییر می کند.بطوریکه با گرم کردن و افزایش دما مقاومت الکترولیت کاهش می یابد .

در برخی مواد مثل زغال سنگ و نیمه رسانا ها با افز ایش دما اندازه مقاومت الکتریکی کاهش می یابد .تغییر مقاومت با دما در نیمه رساناها 10 تا 20 برابر فلزات رساناست و با گرم کردن آنها به اندازه 100 درجه سلسیوس مقاومت الکتریکی آنها حدودا یک پنجاهم ( یا 02/0 ) برابر می شود.

از این ویژگی در ساخت دماسنج های مقاومتی برای اندازه گیری دماهای بسیار پایین و یا بسیار بالا که خارج از گستره کاربرد دماسنج ها جیوه ای است بهره می گیرند و با توجه به اینکه نیمه رساناها دارای ضریب مقاومت دمایی بسیار بالایی هستند به مقاومت های حساس به دما یا ترمیستورها ( thermistors ) معروفند.و در کنترل خودکار ، فاصله سنجی و نیز دماسنج های خیلی دقیق و بسیار حساس کاربرد دارند.  

 

 

  

وابستگی مقاومت الکتریکی به دما

اغلب مقاومتهای الکتریکی تابع دما هستند. در فلزات رسانا با افز ایش دما  مقاومت الکتریکی افزایش می یابد در برخی فلزات این افزایش مقاومت  قابل توجه است مثلا در فلزات خالص با گرم کردن به اندازه  100  درجه سلسیوس ، افزایش مقاومت به اندازه 40 تا 50 درصد است ، در حالیکه در آلیاژها این افزایش مقاومت با دما کمتر محسوس است. آلیاژهای خاصی وجود دارند که تغییرات مقاومت آنها با افزایش دما  تقریبا صفر است ( مثل کنستانتان و منگانین ) .

مقاومت الکتریکی الکترولیت ها با تغییر دما به طرز متفاوتی تغییر می کند.بطوریکه با گرم کردن و افزایش دما مقاومت الکترولیت کاهش می یابد .

 در برخی مواد مثل زغال سنگ و نیمه رسانا ها با افز ایش دما اندازه مقاومت الکتریکی کاهش می یابد . تغییر مقاومت با دما در نیمه رساناها 10 تا 20 برابر فلزات رساناست و با گرم کردن آنها به اندازه 100 درجه سلسیوس مقاومت الکتریکی آنها  حدودا یک پنجاهم ( یا  02/0 ) برابر می شود.

از این ویژگی در ساخت دماسنج های مقاومتی برای اندازه گیری دماهای بسیار پایین  و یا بسیار بالا  که خارج از گستره کاربرد دماسنج ها جیوه ای است بهره می گیرند و با توجه به اینکه نیمه رساناها دارای ضریب مقاومت دمایی بسیار بالایی هستند به مقاومت های حساس به دما یا ترمیستورها  (  thermistors )   معروفند.و در کنترل خودکار ، فاصله سنجی و نیز دماسنج های خیلی دقیق و بسیار حساس کاربرد دارند.

تغییر مقاومت ناشی از گرم کردن فلز به اندازه  یک درجه سلسیوس تقسیم بر مقاومت اولیه را ضریب دمایی مقاومت ( a ) گویند. در ضمن خود ضریب دمایی هم به دما بستگی دارد ولی در بیشتر موارد  در فاصله دمایی گسترده مقدار a تغییر ناچیزی دارد و برای این فاصله می توان از مقدار میانگین ضریب دمایی استفاده کرد.

معمولا موادی که با افز ایش دما  مقاومت الکتریکی آنها افزایش می یابد دارای ضریب دمایی مثبت بوده و با PTC  (  Positive temperature constant ) نشان داده می شوند  و موادی که با افز ایش دما  مقاومت الکتریکی آنها کاهش می یابد دارای ضریب دمایی منفی بوده و با NTC  (  Negative temperature constant )  نشان داده می شوند  .

بررسی اثر دما روی مواد با ضریب دمایی منفی ( NTC    ) 

1- با مجاله کردن بخشی از طول یک سیم مسی لخت انتهای آن را کلفت نموده و درون یک لوله شیشه ای نازک  فرو می بریم.

2-  انتهای یک سیم مسی دیگر را روی سطح خارجی همان لوله در محلی که سیم مسی قبلی در درون لوله قرار گرفته از بیرون می پیچیم.

3- مطابق شکل مداری شامل یک لامپ 220 ولتی و یک کلید قطع و وصل ترتیب می دهیم.

4- دو سر مدار را به برق 220 ولت وصل می کنیم مشاهده می شود به علت فزونی مقاومت الکتریکی شیشه در مدار ، لامپ روشن نمی شود.

5- بوسیله چراغ بونزن محل اتصال سیم ها با سطح درونی و بیرونی لوله شیشه ای را  از بیرون حرارت می دهیم. مشاهده می شود با اندکی افزایش دمای لوله شیشه ای لامپ روشن می شود.

6- با خاموش نمودن چراغ بونزن و به محض کاهش دمای لوله شیشه ای مقاومت الکتریکی لوله افزایش یافته و لامپ خاموش می گردد.  

بررسی اثر دما روی موادی با ضریب دمایی مثبت ( PTC    ) 

چند متر سیم آهنی نازک را دور خودکار پیچیده و بصورت فنر مانند در می آوریم و آن را در مداری شامل یک مولد با ولتاژ قابل تنظیم و یک آمپرسنج حساس قرار می دهیم.

اختلاف پتانسیل مولد را طوری انتخاب می کنیم که عقربه آمپرسنج تقریبا تا آخرین درجه ممکن منحرف شود با کمک چراغ بونزن سیم را شدت گرم می کنیم در حین گرم شدن سیم مشاهده می شود شدت جریان مدار که در آمپرسنج نمایش داده می شود کمتر می شود به عبارت دیگر مقاومت سیم بیشتر می شود.

بررسی اثر دما روی مقاومت الکتریکی الکترولیت ها

اگر در آزمایش فوق بجای سیم آهنی از محلول الکترولیت استفاده کنیم می بینیم با گرم کردن درجات آمپرسنج بیشتر می شود. به عبارت دیگر مقاومت الکترولیت کمتر می شود.

منابع:

1-  گ.س.لندسبرگ ، دوره درسی فیزیک جلد دوم . ترجمه لطیف کاشیگر ، ناصر مقبلی ، مهرانگیز طالب زاده. چاپ سوم  تهران .انتشارات فاطمی

2-  احمد احمدی ، مهرناز طلوع شمس ، آزیتا سید فدایی   ( 1389 ) - کتاب راهنمای معلم ( راهنمای تدریس ) فیزیک 3 و آزمایشگاه - تهران . شرکت چاپ و نشر کتابهای درسی  ایران

3-     ابوالقاسم قلمسیاه و محمدعلی پیغامی . فیزیک سال سوم آموزش متوسطه عمومی. تهران . شرکت چاپ و نشر کتابهای درسی  ایران