प्रतिरोध तापमान पर कैसे निर्भर करता है

अपने अभ्यास में, प्रत्येक इलेक्ट्रीशियन धातुओं, अर्धचालकों, गैसों और तरल पदार्थों में आवेश वाहकों के पारित होने के लिए अलग-अलग स्थितियों का सामना करता है। करंट का परिमाण विद्युत प्रतिरोध से प्रभावित होता है, जो पर्यावरण के प्रभाव में विभिन्न तरीकों से बदलता है।

इन कारकों में से एक तापमान के संपर्क में है। चूंकि यह वर्तमान प्रवाह की स्थितियों में महत्वपूर्ण परिवर्तन करता है, इसलिए इसे विद्युत उपकरणों के निर्माण में डिजाइनरों द्वारा ध्यान में रखा जाता है। विद्युत प्रतिष्ठानों के रखरखाव और संचालन में शामिल विद्युत कर्मियों को व्यावहारिक कार्य में इन कार्यों का सक्षम रूप से उपयोग करना चाहिए।

धातुओं के विद्युत प्रतिरोध पर तापमान का प्रभाव

स्कूल भौतिकी पाठ्यक्रम में, ऐसा प्रयोग करने का प्रस्ताव है: एक एमीटर, एक बैटरी, तार का एक टुकड़ा, कनेक्टिंग तार और एक मशाल लें। बैटरी के साथ एमीटर के बजाय, आप ओममीटर को कनेक्ट कर सकते हैं या मल्टीमीटर में इसके मोड का उपयोग कर सकते हैं।

अगला, आपको चित्र में दिखाए गए विद्युत सर्किट को इकट्ठा करना होगा और सर्किट में करंट को मापना होगा।इसका मान मिलीमीटर पैमाने पर एक काले तीर द्वारा दर्शाया जाता है।

अब हम बर्नर की आंच को तार के पास लाते हैं और इसे गर्म करना शुरू करते हैं। यदि आप एमीटर को देखें, तो आप देखेंगे कि सुई बाईं ओर जाएगी और लाल रंग में चिह्नित स्थिति तक पहुंच जाएगी।

प्रयोग के परिणाम से पता चलता है कि जब धातुओं को गर्म किया जाता है, तो उनकी चालकता कम हो जाती है और उनका प्रतिरोध बढ़ जाता है।

इस घटना का गणितीय औचित्य चित्र में सूत्रों द्वारा दिया गया है। निचली अभिव्यक्ति में यह स्पष्ट रूप से देखा गया है कि धातु कंडक्टर का विद्युत प्रतिरोध «आर» सीधे उसके तापमान «टी» के आनुपातिक है और कई अन्य मापदंडों पर निर्भर करता है।

ताप धातु व्यवहार में विद्युत प्रवाह को कैसे सीमित करती है

उज्जवल लैंप

हर दिन जब रोशनी चालू होती है, हम गरमागरम लैंपों में इस संपत्ति की अभिव्यक्ति का सामना करते हैं। आइए 60 वाट के बल्ब पर सरल मापन करें।

4.5 V लो-वोल्टेज बैटरी द्वारा संचालित सबसे सरल ओममीटर के साथ, हम आधार के संपर्कों के बीच प्रतिरोध को मापते हैं और 59 ओम का मान देखते हैं। यह मान ठंडे धागे के स्वामित्व में है।

हम बल्ब को सॉकेट में पेंच करेंगे और इसे एमीटर के माध्यम से 220 वोल्ट के होम नेटवर्क के वोल्टेज से जोड़ेंगे। एमीटर की सुई 0.273 एम्पीयर पढ़ेगी। से एक सर्किट के एक खंड के लिए ओम का नियम गर्म अवस्था में धागे का प्रतिरोध निर्धारित करें। यह 896 ओम होगा और पिछले ओममीटर रीडिंग को 15.2 गुना बढ़ा देगा।

यह अतिरिक्त चमकदार शरीर की धातु को जलने और विनाश से बचाता है, जिससे वोल्टेज के तहत इसका दीर्घकालिक संचालन सुनिश्चित होता है।

पावर-ऑन ट्रांज़िएंट

जब धागा काम कर रहा होता है, तो विद्युत प्रवाह को गर्म करने और गर्मी के हिस्से को पर्यावरण में हटाने के बीच उस पर एक थर्मल संतुलन बनाया जाता है। लेकिन चालू करने के प्रारंभिक चरण में, जब वोल्टेज लागू किया जाता है, तो क्षणिक होते हैं, जिससे एक करंट पैदा होता है, जिससे फिलामेंट जल सकता है।

क्षणिक प्रक्रियाएं थोड़े समय के लिए होती हैं और इस तथ्य के कारण होती हैं कि धातु को गर्म करने पर विद्युत प्रतिरोध में वृद्धि की दर वर्तमान में वृद्धि के साथ गति नहीं रखती है। उनके पूरा होने के बाद, ऑपरेशन का तरीका स्थापित किया जाता है।

जब दीपक लंबे समय तक चमकता है, तो उसके फिलामेंट की मोटाई धीरे-धीरे गंभीर अवस्था में पहुंच जाती है, जिससे जलने लगती है।अक्सर, यह क्षण अगले नए स्विच ऑन पर होता है।

लैम्प के जीवन को बढ़ाने के लिए, इनरश करेंट को निम्न का उपयोग करके विभिन्न तरीकों से कम किया जाता है:

1. सुचारू आपूर्ति और तनाव मुक्त करने वाले उपकरण;

2. प्रतिरोधों, अर्धचालकों या थर्मिस्टर्स (थर्मिस्टर्स) के फिलामेंट से श्रृंखला कनेक्शन के लिए सर्किट।

ऑटोमोटिव लाइटिंग फिक्स्चर के लिए इनरश करंट को सीमित करने के एक तरीके का एक उदाहरण नीचे दी गई तस्वीर में दिखाया गया है।

यहां स्विच एसए को एफयू फ्यूज के माध्यम से चालू करने के बाद बल्ब को करंट की आपूर्ति की जाती है और रेसिस्टर आर द्वारा सीमित किया जाता है, जिसका नाममात्र मूल्य चुना जाता है ताकि यात्रियों के दौरान करंट नाममात्र मूल्य से अधिक न हो।

जब फिलामेंट को गर्म किया जाता है, तो इसका प्रतिरोध बढ़ जाता है, जिससे इसके संपर्कों और KL1 रिले के समानांतर-जुड़े कॉइल के बीच संभावित अंतर में वृद्धि होती है।जब वोल्टेज रिले सेटिंग मान तक पहुँच जाता है, तो KL1 का सामान्य रूप से खुला संपर्क बंद हो जाएगा और रोकनेवाला को बायपास कर देगा। पहले से स्थापित मोड का ऑपरेटिंग करंट बल्ब से बहना शुरू हो जाएगा।

प्रतिरोधक थर्मामीटर

इसके विद्युत प्रतिरोध पर धातु के तापमान के प्रभाव का उपयोग माप उपकरणों के संचालन में किया जाता है। वे कहते हैं प्रतिरोध थर्मामीटर.

उनका संवेदनशील तत्व एक पतली धातु के तार से बना होता है जिसका प्रतिरोध निश्चित तापमान पर सावधानी से मापा जाता है। यह धागा स्थिर थर्मल गुणों वाले आवास में लगाया जाता है और सुरक्षात्मक आवरण से ढका होता है। निर्मित संरचना को ऐसे वातावरण में रखा गया है जिसके तापमान पर लगातार नजर रखी जानी चाहिए।

विद्युत सर्किट के कंडक्टर संवेदनशील तत्व के टर्मिनलों पर लगे होते हैं, जो प्रतिरोध माप सर्किट को जोड़ते हैं। डिवाइस के पहले किए गए अंशांकन के आधार पर इसका मान तापमान मानों में परिवर्तित हो जाता है।

बैरेटर - वर्तमान स्टेबलाइजर

यह एक उपकरण का नाम है जिसमें हाइड्रोजन गैस के साथ एक ग्लास सीलबंद सिलेंडर और लोहे, टंगस्टन या प्लेटिनम से बने धातु के तार का सर्पिल होता है। यह डिज़ाइन दिखने में गरमागरम प्रकाश बल्ब जैसा दिखता है, लेकिन इसमें एक विशिष्ट गैर-रैखिक वर्तमान-वोल्टेज विशेषता है।

I - V विशेषता पर, इसकी एक निश्चित सीमा में, एक कार्य क्षेत्र बनता है, जो ताप तत्व पर लागू वोल्टेज के उतार-चढ़ाव पर निर्भर नहीं करता है। इस क्षेत्र में, बेरेट बिजली आपूर्ति तरंग की अच्छी तरह से भरपाई करता है और इसके साथ श्रृंखला में जुड़े लोड के लिए वर्तमान स्टेबलाइजर के रूप में काम करता है।

बैरेट का संचालन फिलामेंट बॉडी की तापीय जड़ता के गुणों पर आधारित होता है, जो फिलामेंट के छोटे क्रॉस-सेक्शन और इसके चारों ओर हाइड्रोजन की उच्च तापीय चालकता द्वारा प्रदान किया जाता है। इसलिए, जब डिवाइस का वोल्टेज कम हो जाता है, तो इसके फिलामेंट से गर्मी को हटाने में तेजी आती है।

गरमागरम लैंप और गरमागरम लैंप के बीच यह मुख्य अंतर है, जहां चमक की चमक को बनाए रखने के लिए, वे फिलामेंट से संवहनी गर्मी के नुकसान को कम करना चाहते हैं।

अतिचालकता

सामान्य परिवेशी परिस्थितियों में, जब कोई धातु कंडक्टर ठंडा होता है, तो उसका विद्युत प्रतिरोध कम हो जाता है।

जब केल्विन माप प्रणाली के अनुसार महत्वपूर्ण तापमान शून्य डिग्री के करीब पहुंच जाता है, तो शून्य के प्रतिरोध में तेज गिरावट होती है। सही तस्वीर पारा के लिए ऐसी निर्भरता दिखाती है।

सुपरकंडक्टिविटी नामक इस घटना को सामग्री बनाने के लिए अनुसंधान का एक आशाजनक क्षेत्र माना जाता है जो लंबी दूरी पर इसके प्रसारण के दौरान बिजली के नुकसान को काफी कम कर सकता है।

हालांकि, अतिचालकता के निरंतर अध्ययन से कई पैटर्न प्रकट होते हैं जहां अन्य कारक महत्वपूर्ण तापमान क्षेत्र में धातु के विद्युत प्रतिरोध को प्रभावित करते हैं। विशेष रूप से, जब प्रत्यावर्ती धारा अपने दोलनों की आवृत्ति में वृद्धि के साथ गुजरती है, तो एक प्रतिरोध उत्पन्न होता है, जिसका मान प्रकाश तरंगों की अवधि के साथ हार्मोनिक्स के सामान्य मूल्यों की सीमा तक पहुँच जाता है।

विद्युत प्रतिरोध / गैसों की चालकता पर तापमान का प्रभाव

गैसें और सामान्य हवा अचालक हैं और बिजली का संचालन नहीं करती हैं।इसके निर्माण के लिए आवेश वाहकों की आवश्यकता होती है, जो बाहरी कारकों के परिणामस्वरूप बने आयन होते हैं।

ताप माध्यम के एक ध्रुव से दूसरे ध्रुव तक आयनीकरण और आयनों की गति का कारण बन सकता है। आप इसे एक साधारण प्रयोग के उदाहरण से देख सकते हैं। चलो वही उपकरण लेते हैं जिसका उपयोग धातु के कंडक्टर के प्रतिरोध पर हीटिंग के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए किया गया था, लेकिन एक कंडक्टर के बजाय, हम दो धातु प्लेटों को हवा के स्थान से अलग करके कंडक्टर से जोड़ते हैं।

सर्किट से जुड़ा एक एमीटर कोई करंट नहीं दिखाएगा। यदि बर्नर की लौ प्लेटों के बीच रखी जाती है, तो डिवाइस का तीर शून्य से विचलित हो जाएगा और गैस माध्यम से गुजरने वाली धारा का मान दिखाएगा।

इस प्रकार, यह पाया गया कि गर्म होने पर गैसों में आयनीकरण होता है, जो विद्युत आवेशित कणों की गति और माध्यम के प्रतिरोध में कमी की ओर जाता है।

करंट का मान बाहरी लागू वोल्टेज स्रोत की शक्ति और उसके संपर्कों के बीच संभावित अंतर से प्रभावित होता है। यह उच्च मूल्यों पर गैसों की इन्सुलेट परत को तोड़ने में सक्षम है। प्रकृति में इस तरह के मामले की एक विशिष्ट अभिव्यक्ति एक झंझावात के दौरान बिजली का प्राकृतिक निर्वहन है।

गैसों में करंट प्रवाह की करंट-वोल्टेज विशेषता का एक अनुमानित दृश्य ग्राफ में दिखाया गया है।

प्रारंभिक चरण में, तापमान और संभावित अंतर के प्रभाव में, आयनीकरण में वृद्धि और वर्तमान का मार्ग लगभग रैखिक रूप से मनाया जाता है। वक्र तब एक क्षैतिज दिशा प्राप्त करता है जब वोल्टेज में वृद्धि से धारा में वृद्धि नहीं होती है।

विनाश का तीसरा चरण तब होता है जब लागू क्षेत्र की उच्च ऊर्जा आयनों को गति देती है जिससे वे तटस्थ अणुओं से टकराने लगते हैं, बड़े पैमाने पर उनसे नए आवेश वाहक बनते हैं। नतीजतन, धारा तेजी से बढ़ जाती है, जिससे ढांकता हुआ परत टूट जाती है।

गैस चालकता का व्यावहारिक उपयोग

गैसों के माध्यम से धारा प्रवाह की घटना का उपयोग रेडियो-इलेक्ट्रॉन लैंप और फ्लोरोसेंट लैंप में किया जाता है।

इस प्रयोजन के लिए, दो इलेक्ट्रोड एक सीलबंद ग्लास सिलेंडर में एक अक्रिय गैस के साथ रखे जाते हैं:

1. एनोड;

2. कैथोड।

एक फ्लोरोसेंट लैंप में, वे तंतुओं के रूप में बने होते हैं जो थर्मोनिक विकिरण बनाने के लिए चालू होने पर गर्म हो जाते हैं। फ्लास्क की भीतरी सतह पर फॉस्फोरस की परत चढ़ी होती है। यह इलेक्ट्रॉनों की एक धारा द्वारा बमबारी पारा वाष्प द्वारा उत्सर्जित अवरक्त विकिरण द्वारा निर्मित प्रकाश के दृश्य स्पेक्ट्रम का उत्सर्जन करता है।

डिस्चार्ज करंट तब होता है जब बल्ब के विभिन्न सिरों पर स्थित इलेक्ट्रोड के बीच एक निश्चित मान का वोल्टेज लगाया जाता है।

जब कोई एक तंतु जलता है, तो इस इलेक्ट्रोड का इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन गड़बड़ा जाएगा और दीपक नहीं जलेगा। हालांकि, यदि आप कैथोड और एनोड के बीच संभावित अंतर को बढ़ाते हैं, तो बल्ब के अंदर फिर से एक गैस डिस्चार्ज दिखाई देगा और फॉस्फर ल्यूमिनेसेंस फिर से शुरू हो जाएगा।

यह क्षतिग्रस्त तंतुओं के साथ एलईडी बल्बों के उपयोग और उनके सेवा जीवन का विस्तार करने की अनुमति देता है। यह केवल ध्यान में रखा जाना चाहिए कि एक ही समय में उस पर वोल्टेज को कई बार बढ़ाना आवश्यक है, और इससे ऊर्जा की खपत और सुरक्षित उपयोग के जोखिम में काफी वृद्धि होती है।

तरल पदार्थ के विद्युत प्रतिरोध पर तापमान का प्रभाव

तरल पदार्थों में करंट का प्रवाह मुख्य रूप से बाहरी विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत पिंजरों और आयनों की गति के कारण होता है। इलेक्ट्रॉनों द्वारा चालकता का केवल एक छोटा अंश प्रदान किया जाता है।

तरल इलेक्ट्रोलाइट के विद्युत प्रतिरोध पर तापमान के प्रभाव को चित्र में दिखाए गए सूत्र द्वारा वर्णित किया गया है। चूँकि इसमें तापमान गुणांक α का मान हमेशा ऋणात्मक होता है, जैसे-जैसे ताप बढ़ता है, चालकता बढ़ती है और प्रतिरोध घटता है, जैसा कि ग्राफ में दिखाया गया है।

तरल ऑटोमोटिव (और न केवल) बैटरी चार्ज करते समय इस घटना को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

अर्धचालकों के विद्युत प्रतिरोध पर तापमान का प्रभाव

तापमान के प्रभाव में अर्धचालक पदार्थों के गुणों को बदलने से उनका उपयोग संभव हो गया है:

• थर्मल रेज़िज़टेंस;

• थर्माकोपल्स;

• रेफ्रिजरेटर;

• हीटर।

थर्मिस्टर

इस नाम का अर्थ है अर्धचालक उपकरण जो गर्मी के प्रभाव में अपने विद्युत प्रतिरोध को बदलते हैं। उन लोगों के प्रतिरोध का तापमान गुणांक (TCR) धातुओं की तुलना में काफी अधिक है।

अर्धचालकों के लिए TCR मान धनात्मक या ऋणात्मक हो सकता है। इस पैरामीटर के अनुसार, वे सकारात्मक «आरटीएस» और नकारात्मक «एनटीसी» थर्मिस्टर्स में विभाजित हैं। उनकी अलग-अलग विशेषताएं हैं।

थर्मिस्टर के संचालन के लिए, इसकी वर्तमान-वोल्टेज विशेषता के बिंदुओं में से एक का चयन किया जाता है:

• रैखिक खंड का उपयोग तापमान को नियंत्रित करने या धाराओं या वोल्टेज को बदलने के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए किया जाता है;

• TCS <0 वाले तत्वों की I-V विशेषता की अवरोही शाखा रिले के रूप में अर्धचालक के उपयोग की अनुमति देती है।

अल्ट्राहाई फ्रीक्वेंसी पर होने वाली इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन प्रक्रियाओं की निगरानी या मापने के लिए रिले थर्मिस्टर का उपयोग सुविधाजनक है। यह सिस्टम में उनका उपयोग सुनिश्चित करता है:

1. ताप नियंत्रण;

2. फायर अलार्म;

3. बल्क मीडिया और तरल पदार्थों की प्रवाह दर का नियमन।

एक छोटे TCR> 0 वाले सिलिकॉन थर्मिस्टर्स का उपयोग कूलिंग सिस्टम और ट्रांजिस्टर के तापमान स्थिरीकरण में किया जाता है।

थर्मोकपल्स

ये अर्धचालक सीबेक घटना के आधार पर काम करते हैं: जब दो बिखरी हुई धातुओं के सोल्डर जोड़ को गर्म किया जाता है, तो एक बंद सर्किट के जंक्शन पर एक ईएमएफ होता है। इस प्रकार, वे तापीय ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।

ऐसे दो तत्वों के निर्माण को थर्मोकपल कहा जाता है। इसकी दक्षता 7 ÷ 10% के भीतर है।

लघु आकार और उच्च पठन सटीकता के साथ-साथ कम बिजली के वर्तमान स्रोतों की आवश्यकता वाले डिजिटल कंप्यूटिंग उपकरणों के लिए थर्मोक्यूल्स का उपयोग थर्मामीटर में किया जाता है।

सेमीकंडक्टर हीटर और रेफ्रिजरेटर

वे थर्माकोउल्स का पुन: उपयोग करके काम करते हैं जिसके माध्यम से विद्युत प्रवाह गुजरता है। इस मामले में, जंक्शन के एक स्थान पर इसे गर्म किया जाता है, और विपरीत स्थान पर इसे ठंडा किया जाता है।

सेलेनियम, बिस्मथ, सुरमा, टेल्यूरियम पर आधारित सेमीकंडक्टर कनेक्शन थर्मोकपल में 60 डिग्री तक तापमान अंतर सुनिश्चित करने की अनुमति देते हैं। इसने सेमीकंडक्टर्स से रेफ्रिजरेटर का डिज़ाइन बनाना संभव बना दिया, जिसमें शीतलन कक्ष में तापमान -16 डिग्री से नीचे था।