प्रतिरोध का तापमान गुणांक

कंडक्टर का विद्युत प्रतिरोध आमतौर पर कंडक्टर की सामग्री पर निर्भर करता है, इसकी लंबाई और क्रॉस-सेक्शन पर, या अधिक संक्षेप में, प्रतिरोध पर और कंडक्टर के ज्यामितीय आयामों पर। यह निर्भरता सर्वविदित है और सूत्र द्वारा व्यक्त की गई है:

सभी के लिए जाना जाता है और विद्युत परिपथ के सजातीय खंड के लिए ओम का नियम, जिससे यह देखा जा सकता है कि प्रतिरोध जितना अधिक होगा, धारा उतनी ही कम होगी। इस प्रकार, यदि तार का प्रतिरोध स्थिर है, तो जैसे-जैसे लागू वोल्टेज बढ़ता है, धारा को रैखिक रूप से बढ़ना चाहिए। लेकिन हकीकत में ऐसा नहीं है। तारों का प्रतिरोध स्थिर नहीं है।

आपको उदाहरण के लिए दूर जाने की जरूरत नहीं है। यदि आप एक प्रकाश बल्ब को एक समायोज्य बिजली की आपूर्ति (एक वाल्टमीटर और एक एमीटर के साथ) से जोड़ते हैं और धीरे-धीरे उस पर वोल्टेज बढ़ाते हैं, तो इसे नाममात्र मूल्य पर लाते हैं, आप आसानी से देखेंगे कि वर्तमान रैखिक रूप से नहीं बढ़ता है: वोल्टेज करीब आता है दीपक का नाममात्र मूल्य, इसके कॉइल के माध्यम से करंट अधिक से अधिक धीरे-धीरे बढ़ता है और प्रकाश अधिक से अधिक उज्ज्वल हो जाता है।

ऐसी कोई बात नहीं है कि कॉइल पर लगाए गए वोल्टेज को दोगुना करने से करंट दोगुना हो जाएगा। ओम का नियम पकड़ में नहीं आता है। वास्तव में, ओम का नियम पूरा होता है और वास्तव में दीपक के फिलामेंट का प्रतिरोध स्थिर नहीं होता है, यह तापमान पर निर्भर करता है।

आइए याद करें कि धातुओं की उच्च विद्युत चालकता का कारण क्या है। यह बड़ी संख्या में आवेश वाहकों - वर्तमान घटकों - की धातुओं में उपस्थिति से जुड़ा है चालन इलेक्ट्रॉन… ये धातु के परमाणुओं के वैलेंस इलेक्ट्रॉनों द्वारा गठित इलेक्ट्रॉन हैं, जो पूरे कंडक्टर के लिए सामान्य हैं, वे प्रत्येक व्यक्तिगत परमाणु से संबंधित नहीं हैं।

कंडक्टर पर लागू एक विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, मुक्त चालन इलेक्ट्रॉन अराजक से अधिक या कम आदेशित आंदोलन में जाते हैं - एक विद्युत प्रवाह बनता है। लेकिन इलेक्ट्रॉनों को उनके रास्ते में बाधाओं का सामना करना पड़ता है, आयन जाली की विषमताएं, जैसे कि जाली दोष, इसके तापीय कंपन के कारण होने वाली एक विषम संरचना।

इलेक्ट्रॉन आयनों के साथ बातचीत करते हैं, गति खो देते हैं, उनकी ऊर्जा जाली आयनों में स्थानांतरित हो जाती है, जाली आयन कंपन में परिवर्तित हो जाती है, और इलेक्ट्रॉनों के थर्मल संचलन की अराजकता स्वयं बढ़ जाती है, जिससे कंडक्टर गर्म हो जाता है जब वर्तमान इसके माध्यम से गुजरता है।

डाइलेक्ट्रिक्स में, अर्धचालक, इलेक्ट्रोलाइट्स, गैसें, गैर-ध्रुवीय तरल पदार्थ - प्रतिरोध का कारण भिन्न हो सकता है, लेकिन ओम का नियम स्पष्ट रूप से स्थायी रूप से रैखिक नहीं रहता है।

इस प्रकार, धातुओं के लिए, तापमान में वृद्धि से क्रिस्टल जाली के थर्मल कंपन में और भी अधिक वृद्धि होती है, और चालन इलेक्ट्रॉनों की गति का प्रतिरोध बढ़ जाता है।यह दीपक के प्रयोग से देखा जा सकता है: चमक की चमक बढ़ जाती है, लेकिन धारा कम बढ़ जाती है। इसका अर्थ है कि तापमान में परिवर्तन ने लैंप फिलामेंट के प्रतिरोध को प्रभावित किया।

नतीजतन, यह स्पष्ट हो जाता है कि प्रतिरोध धातु के तार तापमान पर लगभग रैखिक रूप से निर्भर करता है। और अगर हम इस बात को ध्यान में रखते हैं कि गर्म होने पर तार के ज्यामितीय आयाम थोड़ा बदल जाते हैं, तो विद्युत प्रतिरोध भी तापमान पर लगभग रैखिक रूप से निर्भर करता है। इन निर्भरताओं को सूत्र द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:

आइए बाधाओं पर ध्यान दें। मान लीजिए कि 0 ° C पर कंडक्टर का प्रतिरोध R0 है, तो तापमान t ° C पर यह मान R (t) लेगा, और प्रतिरोध में सापेक्ष परिवर्तन α * t ° C के बराबर होगा। यह आनुपातिकता कारक α कहा जाता है प्रतिरोध का तापमान गुणांक... यह किसी पदार्थ के विद्युत प्रतिरोध की उसके वर्तमान तापमान पर निर्भरता को दर्शाता है।

यह गुणांक संख्यात्मक रूप से एक कंडक्टर के विद्युत प्रतिरोध में सापेक्ष परिवर्तन के बराबर होता है जब इसका तापमान 1K (एक डिग्री केल्विन, जो तापमान में एक डिग्री सेल्सियस परिवर्तन के बराबर होता है) से बदलता है।

धातुओं के लिए, TCR (प्रतिरोध α का तापमान गुणांक), हालांकि अपेक्षाकृत छोटा है, हमेशा शून्य से अधिक होता है, क्योंकि जब करंट गुजरता है, तो इलेक्ट्रॉन अधिक बार क्रिस्टल जाली के आयनों से टकराते हैं, तापमान जितना अधिक होता है, t .is उनकी ऊष्मीय अराजक गति जितनी अधिक होगी और उनकी गति उतनी ही अधिक होगी।जाली आयनों के साथ अराजक गति में टकराने से, धातु के इलेक्ट्रॉन ऊर्जा खो देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप हम देखते हैं - जैसे-जैसे तार गर्म होता है, प्रतिरोध बढ़ता जाता है। इस घटना का तकनीकी रूप से उपयोग किया जाता है प्रतिरोध थर्मामीटर.

इस प्रकार, प्रतिरोध α का तापमान गुणांक तापमान पर पदार्थ के विद्युत प्रतिरोध की निर्भरता को दर्शाता है और इसे 1 / K - केल्विन में -1 की शक्ति में मापा जाता है। विपरीत चिन्ह वाले मान को चालकता का तापमान गुणांक कहा जाता है।

शुद्ध अर्धचालकों के लिए, TCS उनके लिए ऋणात्मक है, अर्थात, बढ़ते तापमान के साथ प्रतिरोध कम हो जाता है, यह इस तथ्य के कारण है कि जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अधिक से अधिक इलेक्ट्रॉन चालन क्षेत्र में गुजरते हैं, जबकि छिद्रों की सांद्रता भी बढ़ती है . एक ही तंत्र तरल गैर-ध्रुवीय और ठोस अचालक की विशेषता है।

चिपचिपाहट में कमी और हदबंदी में वृद्धि के कारण बढ़ते तापमान के साथ ध्रुवीय तरल पदार्थ तेजी से अपने प्रतिरोध को कम करते हैं। इस संपत्ति का उपयोग इलेक्ट्रॉन ट्यूबों को उच्च घुसपैठ धाराओं के विनाशकारी प्रभावों से बचाने के लिए किया जाता है।

मिश्र धातुओं, डोप्ड अर्धचालकों, गैसों और इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए, प्रतिरोध की तापीय निर्भरता शुद्ध धातुओं की तुलना में अधिक जटिल होती है। बहुत कम टीसीएस वाली मिश्रधातु, जैसे मैंगानिन और कॉन्स्टेंटन का उपयोग किया जाता है विद्युत मापने के उपकरण.