مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد مقاومة المعادن. المقاومة الحرارية. لماذا تقل مقاومة أشباه الموصلات مع زيادة درجة الحرارة

المقاومة مقابل درجة الحرارة

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة

اذهب الى: برنامج الملاحة، ابحث

تعتمد المقاومة R للموصل المنتظم للمقطع العرضي الثابت على خصائص مادة الموصل وطولها والمقطع العرضي على النحو التالي:

أين ρ - المقاومة النوعية مادة الموصل ، L هي طول الموصل ، و S هي منطقة المقطع العرضي. يُطلق على مقلوب المقاومة الموصلية. ترتبط هذه القيمة بدرجة الحرارة بواسطة صيغة نرنست-أينشتاين:

T هي درجة حرارة الموصل.

D هو معامل انتشار حاملات الشحنة ؛

Z هو عدد الشحنات الكهربائية للناقل ؛

ه - الشحنة الكهربائية الأولية ؛

ج - تركيز ناقلات الشحن ؛

ثابت بولتزمان.

وبالتالي ، ترتبط مقاومة الموصل بدرجة الحرارة على النحو التالي:

يمكن أن تعتمد المقاومة أيضًا على المعلمات S و I نظرًا لأن المقطع العرضي وطول الموصل يعتمدان أيضًا على درجة الحرارة.

2) الغاز المثالي هو نموذج رياضي للغاز ، حيث يُفترض أن: 1) يمكن إهمال الطاقة الكامنة لتفاعل الجزيئات بالمقارنة مع طاقتها الحركية ؛ 2) الحجم الإجمالي لجزيئات الغاز ضئيل ؛ 3) لا تعمل قوى الجذب أو التنافر بين الجزيئات ، وتصادمات الجسيمات مع بعضها البعض ومع جدران الوعاء مرنة تمامًا ؛ 4) وقت التفاعل بين الجزيئات لا يكاد يذكر مقارنة بمتوسط \u200b\u200bالوقت بين الاصطدامات. في النموذج الممتد للغاز المثالي ، تكون الجسيمات التي يتكون منها على شكل كرات مرنة أو إهليلجي ، مما يسمح للمرء أن يأخذ في الاعتبار طاقة ليس فقط حركة انتقالية ، ولكن أيضًا حركة اهتزازية دورانية ، وكذلك ليس فقط تصادمات الجسيمات المركزية ، ولكن أيضًا خارج المركز.

ضغط الغاز:

يملأ الغاز دائمًا حجمًا محاطًا بجدران لا يمكن اختراقها. فمثلا، قنينة غاز أو يتم ملء الأنبوب الداخلي لإطار السيارة بشكل موحد تقريبًا بالغاز.

في محاولة للتوسع ، يمارس الغاز ضغطًا على جدران الأسطوانة أو أنبوب الإطار أو أي جسم آخر ، صلبًا أو سائلًا ، يتلامس معه. إذا لم نأخذ في الاعتبار تأثير مجال الجاذبية الأرضية ، والذي ، بالأبعاد المعتادة للأوعية ، يغير الضغط بشكل ضئيل فقط ، فعند التوازن ، يبدو لنا أن ضغط الغاز في الوعاء منتظم تمامًا. تنطبق هذه الملاحظة على العالم الكبير. إذا تخيلنا ما يحدث في الصورة المصغرة للجزيئات التي تشكل الغاز في الوعاء ، فلن يكون هناك أي تساؤل حول أي توزيع موحد للضغط. في بعض الأماكن من سطح الجدار ، تصطدم جزيئات الغاز بالجدران ، بينما في أماكن أخرى لا توجد تأثيرات. هذه الصورة تتغير طوال الوقت بطريقة فوضوية. تصطدم جزيئات الغاز بجدران الأوعية ، ثم تطير بسرعة تساوي تقريبًا سرعة الجزيء قبل الاصطدام.

غاز مثالي. يُستخدم نموذج الغاز المثالي لشرح خصائص مادة في الحالة الغازية. يفترض نموذج الغاز المثالي ما يلي: الجزيئات لها حجم ضئيل مقارنة بحجم الوعاء ، وقوى الجذب لا تعمل بين الجزيئات ، وتعمل قوى التنافر عندما تتصادم الجزيئات مع بعضها البعض ومع جدران الوعاء.

مهمة التذكرة رقم 16

1) العمل يساوي الطاقة * الوقت \u003d (الجهد التربيعي) / المقاومة * الوقت

المقاومة \u003d 220 فولت * 220 فولت * 600 ثانية / 66000 جول \u003d 440 أوم

1. التيار المتردد. قيمة RMS للتيار والجهد.

2. تأثير الكهروضوئية. قوانين تأثير الصورة. معادلة أينشتاين.

3. أوجد سرعة الضوء الأحمر \u003d 671 نانومتر في الزجاج بمعامل انكسار 1.64.

إجابات على التذكرة رقم 17

التيار المتردد هو تيار كهربائي يتغير في الحجم والاتجاه بمرور الوقت ، أو ، في حالة معينة ، يتغير في الحجم ، مع الحفاظ على اتجاهه في الدائرة الكهربائية دون تغيير.

تسمى القيمة الفعالة (الفعالة) للتيار المتناوب حجم التيار المباشر ، والذي سينتج عن عمله نفس العمل (التأثير الحراري أو الديناميكي الكهروديناميكي) مثل التيار المتناوب خلال فترة واحدة. في الأدب الحديث ، غالبًا ما يستخدم التعريف الرياضي لهذه القيمة - قيمة جذر متوسط \u200b\u200bالتربيع للتيار المتردد.

بمعنى آخر ، يمكن تحديد القيمة الفعالة للتيار من خلال الصيغة:

بالنسبة إلى تذبذبات التيار التوافقي ، يتم تحديد القيم الفعالة لـ EMF والجهد بطريقة مماثلة.

التأثير الكهروضوئي ، التأثير الكهروضوئي - انبعاث الإلكترونات بواسطة مادة تحت تأثير الضوء (أو أي إشعاع كهرومغناطيسي آخر). في المواد المكثفة (الصلبة والسائلة) ، يتم تحرير التأثير الكهروضوئي الخارجي والداخلي.

قوانين ستوليتوف لتأثير الصورة:

صياغة القانون الأول للتأثير الكهروضوئي: تتناسب قوة التيار الضوئي طرديًا مع كثافة تدفق الضوء.

وفقًا للقانون الثاني للتأثير الكهروضوئي ، يكون الحد الأقصى الطاقة الحركية تزداد الإلكترونات المنبعثة من الضوء خطيًا مع تواتر الضوء ولا تعتمد على شدتها.

القانون الثالث للتأثير الكهروضوئي: لكل مادة حد أحمر للتأثير الضوئي ، أي الحد الأدنى لتكرار الضوء (أو الحد الأقصى لطول موجة λ0) ، حيث لا يزال التأثير الضوئي ممكنًا ، وإذا لم يعد يحدث تأثير الصورة. تم تقديم تفسير نظري لهذه القوانين في عام 1905 من قبل أينشتاين. ووفقًا له ، فإن الإشعاع الكهرومغناطيسي هو تيار من الكميات الفردية (الفوتونات) مع طاقة كل منها ، حيث h هو ثابت بلانك. في حالة التأثير الضوئي ، ينعكس جزء من الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط من سطح المعدن ، ويتغلغل جزء منه في الطبقة السطحية للمعدن ويتم امتصاصه هناك. بعد امتصاص الفوتون ، يتلقى الإلكترون طاقة منه ، وأداء وظيفة الشغل φ ، يترك المعدن: أقصى طاقة حركية للإلكترون عندما يغادر المعدن.

قوانين تأثير الصورة الخارجية

قانون ستوليتوف: مع التركيب الطيفي الثابت لحادث الإشعاع الكهرومغناطيسي على المسار الضوئي ، يتناسب التيار الضوئي التشبع مع إشعاع الكاثود (خلاف ذلك: عدد الإلكترونات الضوئية التي خرجت من الكاثود في ثانية واحدة يتناسب طرديًا مع كثافة الإشعاع):

ولا تعتمد السرعة الأولية القصوى للإلكترونات الضوئية على شدة الضوء الساقط ، بل يتم تحديدها فقط بترددها.

لكل مادة حد أحمر للتأثير الكهروضوئي ، أي الحد الأدنى لتردد الضوء (حسب الطبيعة الكيميائية المواد وظروف السطح) ، والتي تحتها يكون التأثير الكهروضوئي مستحيلًا.

معادلات أينشتاين (تسمى أحيانًا "معادلة أينشتاين-هلبرت") هي معادلات مجال الجاذبية في النسبية العامة ، وتربط متري الزمكان المنحني بخصائص المادة التي تملأه. يستخدم المصطلح أيضًا في صيغة المفرد: "معادلة أينشتاين" ، نظرًا لأن هذه معادلة واحدة في تدوين الموتر ، على الرغم من أنها في المكونات نظام معادلات تفاضلية جزئية.

تبدو المعادلات كما يلي:

حيث موتر Ricci ، الذي تم الحصول عليه من موتر انحناء الزمكان عن طريق لفه على طول زوج من المؤشرات ، R هو الانحناء القياسي ، أي موتر Ricci الملتف ، موتر متري ، o

الثابت الكوني ، وهو موتر زخم الطاقة للمادة ، (π هو الرقم pi ، c هو سرعة الضوء في الفراغ ، G هو ثابت الجاذبية لنيوتن).

تحدي التذكرة رقم 17

ك \u003d 10 * 10 ف 4 \u003d 10 فولت 5 ن / م \u003d 100000 ن / م

F \u003d ك * دلتا L.

دلتا L \u003d ملغ / ك

الجواب 2 سم

1. معادلة مندليف - كلابيرون. مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري. الصفر المطلق.

2. التيار الكهربائي في المعادن. أهم أحكام النظرية الإلكترونية للمعادن.

3. ما السرعة التي يكتسبها صاروخ في دقيقة واحدة ، متحركًا من حالة السكون بعجلة 60 م / ث 2؟

إجابات على التذكرة رقم 18

1) معادلة حالة الغاز المثالي (أحيانًا معادلة كلابيرون أو معادلة مندليف-كلابيرون) هي صيغة تحدد العلاقة بين الضغط والحجم المولي ودرجة الحرارة المطلقة للغاز المثالي. المعادلة هي:

ضغط ف

Vm - الحجم المولي

R- ثابت الغاز العام

T - درجة الحرارة المطلقة ، K.

تمت تسمية هذا الشكل من التدوين على اسم معادلة مندليف-كلابيرون (قانون).

احتوت المعادلة المشتقة بواسطة Clapeyron على بعض ثابت الغاز غير العالمي r الذي يجب قياس قيمته لكل غاز:

وجد منديليف أن r يتناسب طرديًا مع u ، وهو معامل التناسب R الذي أطلق عليه ثابت الغاز العام.

مقياس درجة الحرارة الحرارية (مقياس كلفن) - مقياس درجة حرارة مطلقة لا يعتمد على خصائص مادة قياس الحرارة (النقطة المرجعية هي درجة حرارة صفرية مطلقة). يعتمد بناء مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري على القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، وعلى وجه الخصوص ، على استقلالية كفاءة كارنو للدورة عن طبيعة سائل العمل. تُعرَّف وحدة درجة الحرارة الديناميكية الحرارية - كلفن (ك) - على أنها 1 / 273.16 من درجة الحرارة الديناميكية الحرارية للنقطة الثلاثية للماء.

درجة الحرارة الصفرية المطلقة (أقل في كثير من الأحيان - درجة حرارة الصفر المطلق) هي الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي يمكن أن يمتلكها جسم مادي في الكون. الصفر المطلق هو أصل مقياس درجة الحرارة المطلقة ، مثل مقياس كلفن. في عام 1954 ، أنشأ المؤتمر العام X للأوزان والمقاييس مقياسًا لدرجة الحرارة الديناميكية الحرارية بنقطة مرجعية واحدة - نقطة ثلاثية من الماء ، تم أخذ درجة حرارتها 273.16 كلفن (بالضبط) ، والتي تتوافق مع 0.01 درجة مئوية ، بحيث تتوافق درجة الحرارة مع الصفر المطلق على المقياس المئوي −273.15 درجة مئوية.

التيار الكهربائي هو الحركة الموجهة (المنظمة) للجسيمات المشحونة. يمكن أن تكون هذه الجسيمات: في المعادن - الإلكترونات ، في الإلكتروليت - الأيونات (الكاتيونات والأنيونات) ، في الغازات - الأيونات والإلكترونات ، في فراغ شروط معينة - الإلكترونات في أشباه الموصلات - الإلكترونات والثقوب (موصلية ثقب الإلكترون). في بعض الأحيان ، يُطلق على التيار الكهربائي أيضًا اسم تيار الإزاحة الناتج عن تغيير في المجال الكهربائي بمرور الوقت.

التيار الكهربائي له المظاهر التالية:

تسخين الموصلات (في الموصلات الفائقة لا يوجد إطلاق للحرارة) ؛

التغيير التركيب الكيميائي الموصلات (لوحظ بشكل رئيسي في المنحلات بالكهرباء) ؛

مخلوق حقل مغناطيسي (تتجلى في جميع الموصلات دون استثناء)

نظرية الأحماض والقواعد هي مجموعة من المفاهيم الفيزيائية والكيميائية الأساسية التي تصف طبيعة وخصائص الأحماض والقواعد. يقدمون جميعًا تعريفات للأحماض والقواعد - فئتان من المواد التي تتفاعل مع بعضها البعض. تتمثل مهمة النظرية في توقع نواتج التفاعل بين الحمض والقاعدة وإمكانية حدوثه ، حيث يتم استخدام الخصائص الكمية لقوة الحمض والقاعدة. تكمن الاختلافات بين النظريات في تعريفات الأحماض والقواعد ، وخصائص قوتها ، ونتيجة لذلك ، في قواعد توقع نواتج التفاعل بينهما. لديهم جميعًا مجال التطبيق الخاص بهم ، والذي تتداخل فيه المناطق جزئيًا.

الأحكام الرئيسية للنظرية الإلكترونية للمعادن التفاعلية منتشرة للغاية بطبيعتها وتستخدم على نطاق واسع في الممارسة العلمية والصناعية. المفاهيم النظرية للأحماض والقواعد لها أساسى في تكوين جميع النظم المفاهيمية للكيمياء ولها تأثير متعدد الأوجه على تطوير العديد من المفاهيم النظرية في جميع التخصصات الكيميائية الرئيسية. على أساس النظرية الحديثة الأحماض والقواعد ، مثل فروع العلوم الكيميائية مثل كيمياء المحاليل المائية وغير المائية للكهارل ، مقياس الأس الهيدروجيني في الوسط غير المائي ، التحفيز الحمضي القاعدي المتجانس وغير المتجانس ، نظرية وظائف الحموضة ، والعديد غيرها.

تحدي التذكرة رقم 18

الخامس \u003d عند \u003d 60 م / ث 2 * 60 ث \u003d 3600 م / ث

الجواب: 3600 م / ث

1. فراغ الحالي. أنبوب أشعة الكاثود.

2. فرضية كوانتوم بلانك. الطبيعة الكمومية للضوء.

3. صلابة الأسلاك الفولاذية 10،000 N / m. كم سيطول الكابل إذا تم تعليق حمل يزن 20 كجم منه.

إجابات على التذكرة رقم 19

1) للحصول على تيار كهربائي في فراغ ، من الضروري وجود ناقلات حرة. يمكن الحصول عليها من خلال انبعاث الإلكترونات بالمعادن - انبعاث الإلكترون (من اللاتينية emissio - release).

كما هو معروف ، في درجات الحرارة العادية يتم الاحتفاظ بالإلكترونات داخل المعدن ، على الرغم من أنها تخضع للحركة الحرارية. وبالتالي ، هناك قوى بالقرب من السطح تعمل على الإلكترونات ويتم توجيهها إلى المعدن. هذه هي القوى الناشئة عن التجاذب بين الإلكترونات والأيونات الموجبة في الشبكة البلورية. نتيجة لذلك ، في طبقة سطحية معادن ، يظهر مجال كهربائي ، ويزداد الجهد بمقدار معين Dj عند المرور من الفضاء الخارجي إلى المعدن. وفقًا لذلك ، تقل الطاقة الكامنة للإلكترون بمقدار eDj.

أنبوب الصورة عبارة عن جهاز شعاع إلكتروني يحول الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية. يستخدم على نطاق واسع في أجهزة التلفزيون ، حتى التسعينيات ، كانت أجهزة التلفزيون تستخدم حصريًا على أساس kinescope. يعكس اسم الجهاز كلمة "kinetics" المرتبطة بالأرقام المتحركة على الشاشة.

الأجزاء الرئيسية:

مسدس إلكتروني ، مصمم لتشكيل شعاع إلكتروني ، في مناظير حركية ملونة وأنابيب تذبذبية متعددة الحزم مدمجة في كشاف ضوئي إلكتروني ؛

شاشة مغطاة بالفوسفور - مادة تتوهج عندما يضربها شعاع إلكتروني ؛

نظام انحراف ، يتحكم في الشعاع بطريقة تشكل الصورة المطلوبة.

2) فرضية بلانك هي فرضية طرحها ماكس بلانك في 14 ديسمبر 1900 وتتألف من حقيقة أنه عندما يتم إصدار الإشعاع الحراري وامتصاصه ليس بشكل مستمر ، ولكن في كمات منفصلة (أجزاء). كل جزء من الكم له طاقة E ، متناسبة مع تردد ν من الإشعاع:

حيث h أو معامل التناسب ، الذي سمي فيما بعد بثابت بلانك. على أساس هذه الفرضية ، اقترح اشتقاقًا نظريًا للعلاقة بين درجة حرارة الجسم والإشعاع المنبعث من هذا الجسم - صيغة بلانك.

في وقت لاحق ، تم تأكيد فرضية بلانك تجريبياً.

تعتبر هذه الفرضية ولادة ميكانيكا الكم.

الطبيعة الكمومية للضوء هي جسيم أولي ، كم من الإشعاع الكهرومغناطيسي (بالمعنى الضيق للضوء). إنه جسيم عديم الكتلة يمكن أن يوجد في فراغ يتحرك بسرعة الضوء فقط. شحنة الفوتون الكهربائية هي أيضًا صفر. يمكن أن يكون الفوتون في حالتين فقط من السين مع إسقاط مغزلي على اتجاه الحركة (الحلزونية) ± 1. في الفيزياء ، يتم الإشارة إلى الفوتونات بالحرف γ.

تصف الديناميكا الكهربية الكلاسيكية الفوتون على أنه موجة كهرومغناطيسية ذات استقطاب دائري يمين أو يسار. من وجهة نظر ميكانيكا الكم الكلاسيكية ، يتميز الفوتون كجسيم كمي بازدواجية موجة-جسيم ، ويعرض في نفس الوقت خصائص الجسيم والموجة.

تحدي التذكرة رقم 19

F \u003d ك * دلتا L.

دلتا L \u003d ملغ / ك

دلتا L \u003d 20 كجم * 10000 ن / كجم / 100000 ن / م \u003d 2 سم

الجواب 2 سم

1. التيار الكهربائي في أشباه الموصلات. الموصلية الجوهرية لأشباه الموصلات في مثال السيليكون.

2. قوانين انعكاس وانكسار الضوء.

3. ما الشغل الذي يقوم به المجال الكهربائي لتحريك 5 × 10 18 إلكترونًا في قسم الدائرة بفارق جهد 20 فولت.

إجابات على التذكرة رقم 20

التيار الكهربائي في أشباه الموصلات عبارة عن مادة ، من حيث الموصلية النوعية ، تحتل مكانًا وسيطًا بين الموصلات والعوازل الكهربائية وتختلف عن الموصلات من خلال اعتماد الموصلية بشدة على تركيز الشوائب ودرجة الحرارة والتعرض أنواع مختلفة إشعاع. الخاصية الرئيسية لأشباه الموصلات هي زيادة التوصيل الكهربائي مع زيادة درجة الحرارة.

أشباه الموصلات عبارة عن مواد ذات فجوة نطاق بترتيب عدة إلكترون فولت (eV). على سبيل المثال ، يمكن تصنيف الماس على أنه شبه موصل واسع الفجوة ، بينما يُصنف زرنيخيد الإنديوم على أنه شبه موصل ضيق الفجوة. تشتمل أشباه الموصلات على العديد من العناصر الكيميائية (الجرمانيوم ، والسيليكون ، والسيلينيوم ، والتيلوريوم ، والزرنيخ ، وغيرها) ، وعددًا كبيرًا من السبائك والمركبات الكيميائية (زرنيخيد الغاليوم ، إلخ). تقريبا كل المواد غير العضوية في العالم من حولنا هي أشباه موصلات. أكثر أشباه الموصلات انتشارًا في الطبيعة هو السيليكون ، والذي يشكل حوالي 30٪ من قشرة الأرض.

كل مادة لها مقاومتها الخاصة. علاوة على ذلك ، ستعتمد المقاومة على درجة حرارة الموصل. سوف نتحقق من ذلك بإجراء التجربة التالية.

دعنا نمرر التيار من خلال ملف الصلب. في دائرة لولبية ، قم بتوصيل مقياس التيار الكهربائي في سلسلة. سيظهر بعض المعنى. الآن سنقوم بتسخين الملف في لهب موقد غاز. ستنخفض القيمة الحالية التي يظهرها مقياس التيار. أي أن القوة الحالية ستعتمد على درجة حرارة الموصل.

تتغير المقاومة مع درجة الحرارة

لنفترض أنه عند درجة حرارة 0 درجة ، تكون مقاومة الموصل تساوي R0 ، وعند درجة حرارة t ، تكون المقاومة مساوية لـ R ، فإن التغير النسبي في المقاومة سيكون متناسبًا طرديًا مع التغير في درجة الحرارة t:

• (R-R0) / R \u003d a * t.

في هذه الصيغة ، a هو معامل التناسب ، والذي يسمى أيضًا معامل درجة الحرارة. يميز اعتماد المقاومة التي تمتلكها مادة على درجة الحرارة.

معامل درجة الحرارة مقاومة يساوي عدديًا التغير النسبي في مقاومة الموصل عند تسخينه بمقدار 1 كلفن.

معامل درجة الحرارة لجميع المعادن فوق الصفر. مع تغيرات درجة الحرارة ، سوف تتغير قليلاً. لذلك ، إذا كان تغير درجة الحرارة صغيرًا ، فيمكن اعتبار معامل درجة الحرارة ثابتًا ويساوي متوسط \u200b\u200bالقيمة من نطاق درجة الحرارة هذا.

تنخفض محاليل الإلكتروليت مع زيادة درجة الحرارة. وهذا يعني أن معامل درجة الحرارة بالنسبة لهم سيكون أقل من الصفر.

تعتمد مقاومة الموصل على مقاومة الموصل وعلى حجم الموصل. نظرًا لأن أبعاد الموصل تتغير قليلاً أثناء التسخين ، فإن المقاومة هي المكون الرئيسي للتغيير في مقاومة الموصل.

اعتماد مقاومة الموصل على درجة الحرارة

دعنا نحاول إيجاد اعتماد مقاومة الموصل على درجة الحرارة.

استبدل قيم المقاومة R \u003d p * l / S R0 \u003d p0 * l / S في الصيغة التي تم الحصول عليها أعلاه.

نحصل على الصيغة التالية:

• p \u003d p0 (1 + a * t).

يظهر هذا الاعتماد في الشكل التالي.

دعنا نحاول معرفة سبب زيادة المقاومة

عندما نزيد درجة الحرارة ، تزداد سعة تذبذبات الأيونات في عقد الشبكة البلورية. وبالتالي ، فإن الإلكترونات الحرة سوف تتصادم معها في كثير من الأحيان. في حالة حدوث تصادم ، سيفقدون اتجاه حركتهم. وبالتالي ، فإن التيار سينخفض.

تزداد الطاقة الحركية للذرات والأيونات ، وتبدأ في الاهتزاز بقوة أكبر حول مواضع التوازن ، ولا تملك الإلكترونات مساحة كافية للحركة الحرة.

2. كيف تعتمد مقاومة الموصل على درجة حرارته؟ في أي وحدات يقاس معامل درجة الحرارة للمقاومة؟

تزداد مقاومة الموصلات خطيًا مع زيادة درجة الحرارة وفقًا للقانون

3. كيف يمكنك تفسير الاعتماد الخطي لمقاومة الموصل على درجة الحرارة؟

تعتمد مقاومة الموصل خطيًا على تواتر تصادمات الإلكترونات مع ذرات وأيونات الشبكة البلورية ، ويعتمد هذا التردد على درجة الحرارة.

4. لماذا تنخفض مقاومة أشباه الموصلات بزيادة درجة الحرارة؟

مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد عدد الإلكترونات الحرة ، وبما أن عدد حاملات الشحنة يزداد ، تقل مقاومة أشباه الموصلات.

5. وصف عملية التوصيل الجوهري في أشباه الموصلات.

تفقد ذرة أشباه الموصلات إلكترونًا وتصبح موجبة الشحنة. يتم تشكيل ثقب في غلاف الإلكترون - شحنة موجبة. وهكذا ، فإن التوصيل الجوهري لأشباه الموصلات يتم بواسطة نوعين من الناقلات: الإلكترونات والثقوب.

\u003e\u003e الفيزياء: اعتماد مقاومة الموصل على درجة الحرارة

المواد المختلفة لها مقاومات مختلفة (انظر الفقرة 104). هل تعتمد المقاومة على حالة الموصل؟ على درجة حرارته؟ يجب أن توفر التجربة الجواب.
إذا قمت بتمرير التيار من البطارية عبر الملف الفولاذي ، ثم بدأت في تسخينه في لهب الموقد ، فسيظهر مقياس التيار انخفاضًا في القوة الحالية. هذا يعني أنه مع تغير درجة الحرارة ، تتغير مقاومة الموصل.
إذا كانت مقاومة الموصل عند درجة حرارة 0 درجة مئوية ص 0وفي درجة الحرارة ر إنها متساوية ر، فإن التغير النسبي في المقاومة ، كما تظهر التجربة ، يتناسب طرديًا مع التغير في درجة الحرارة ر:

ابعاد متزنة α اتصل معامل درجة حرارة المقاومة... يميز اعتماد مقاومة مادة ما على درجة الحرارة. معامل درجة الحرارة للمقاومة يساوي عدديًا التغير النسبي في مقاومة الموصل عند تسخينه بمقدار 1 كلفن ، بالنسبة لجميع الموصلات المعدنية ، المعامل α \u003e 0 وتختلف قليلاً مع درجة الحرارة. إذا كان نطاق تغير درجة الحرارة صغيرًا ، فيمكن اعتبار معامل درجة الحرارة ثابتًا ويساوي متوسط \u200b\u200bقيمته في نطاق درجة الحرارة هذا. المعادن النقية α ≈ 1/273 ك -1. يملك المحاليل المنحل بالكهرباء ، لا تزداد المقاومة مع زيادة درجة الحرارة ، بل تنخفض... بالنسبة لهم α < 0. Например, для 10%-ного раствора поваренной соли α ≈ -0.02 ك -1.
عندما يتم تسخين الموصل ، تتغير أبعاده الهندسية قليلاً. تتغير مقاومة الموصل بشكل أساسي بسبب التغيير في مقاومته. من الممكن إيجاد اعتماد هذه المقاومة على درجة الحرارة عن طريق استبدال القيم الموجودة في الصيغة (16.1)
... تؤدي الحسابات إلى النتيجة التالية:

مثل α يتغير قليلاً عندما تتغير درجة حرارة الموصل ، ثم يمكننا أن نفترض أن مقاومة الموصل خطيًا تعتمد على درجة الحرارة ( شكل 16.2).

يمكن تفسير الزيادة في المقاومة بحقيقة أنه مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد اتساع اهتزازات الأيونات في عقد الشبكة البلورية ، وبالتالي تصطدم الإلكترونات الحرة بها في كثير من الأحيان ، مما يؤدي إلى فقدان اتجاه الحركة. على الرغم من أن المعامل α صغير جدًا ، مع مراعاة اعتماد المقاومة على درجة الحرارة عند الحساب أجهزة التدفئة الضرورة القصوى. وبالتالي ، تزداد مقاومة خيوط التنجستن للمصباح المتوهج عندما يمر التيار عبره بأكثر من 10 مرات.
بالنسبة لبعض السبائك ، على سبيل المثال ، سبيكة من النحاس والنيكل (ثابتان) ، يكون معامل درجة الحرارة للمقاومة صغيرًا جدًا: α ≈ 10-5 ك -1 ؛ مقاومة كونستانتان كبيرة: ρ ≈ 10 -6 أوم م.تستخدم هذه السبائك لتصنيع مقاومات مرجعية ومقاومات إضافية لأدوات القياس ، أي في تلك الحالات التي تتطلب عدم تغير المقاومة بشكل ملحوظ مع تقلبات درجات الحرارة.
يتم استخدام اعتماد مقاومة المعادن على درجة الحرارة في موازين الحرارة المقاومة... عادة ، يتم أخذ سلك البلاتين كعنصر العمل الرئيسي لميزان الحرارة هذا ، ومن المعروف جيدًا اعتماد مقاومته على درجة الحرارة. يتم الحكم على التغيرات في درجات الحرارة من خلال التغير في مقاومة السلك التي يمكن قياسها.
يمكن لمقاييس الحرارة هذه قياس درجات الحرارة المنخفضة جدًا والعالية جدًا عندما تكون موازين الحرارة السائلة التقليدية غير مناسبة.
تزداد مقاومة المعادن خطيًا مع زيادة درجة الحرارة. في محاليل الإلكتروليت ، يتناقص مع زيادة درجة الحرارة.

???
1. عندما تستهلك المصباح الكثير من الطاقة: فور تشغيلها أو بعد بضع دقائق؟
2. إذا لم تتغير مقاومة لولب الموقد الكهربائي مع درجة الحرارة ، فهل يجب أن يكون طوله أكبر أم أقل بالقدرة المقدرة؟

مياكيشيف ، بي بي بوكوفتسيف ، إن إن سوتسكي ، الفيزياء للصف العاشر

محتوى الدرس مخطط الدرس دعم إطار عرض الدرس أساليب متسارعة التقنيات التفاعلية ممارسة المهام والتمارين ورش عمل الاختبار الذاتي ، والدورات التدريبية ، والحالات ، والمهام المنزلية ، والواجبات ، وأسئلة المناقشة ، والأسئلة البلاغية من الطلاب الرسوم التوضيحية مقاطع الصوت والفيديو والوسائط المتعددة صور ، صور مخططات ، جداول ، مخططات فكاهة ، نكت ، مرح ، أمثال كاريكاتورية ، أقوال ، كلمات متقاطعة ، اقتباسات المكملات الملخصات مقالات نصائح لأوراق الغش الغريبة والكتب المدرسية والمفردات الأساسية والإضافية للمصطلحات الأخرى تحسين الكتب المدرسية والدروس إصلاحات الشوائب في البرنامج التعليمي تحديث جزء في الكتاب المدرسي من عناصر الابتكار في الدرس واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة للمعلمين فقط دروس مثالية خطة التقويم للسنة القواعد الارشادية جدول المناقشة دروس متكاملة

إذا كان لديك أي تصحيحات أو اقتراحات لهذا الدرس ،

تعتمد المقاومة الكهربائية لجميع المواد تقريبًا على درجة الحرارة. طبيعة هذا الاعتماد في مواد مختلفة مختلف.

في المعادن ذات التركيب البلوري ، يكون المسار الحر للإلكترونات كحاملات شحنة محدودًا بسبب اصطدامها بالأيونات الموجودة في عقد الشبكة البلورية. في حالة الاصطدام ، تنتقل الطاقة الحركية للإلكترونات إلى الشبكة. بعد كل تصادم ، تكتسب الإلكترونات ، تحت تأثير قوى المجال الكهربائي ، السرعة مرة أخرى ، ومع الاصطدامات اللاحقة ، تعطي الطاقة المكتسبة لأيونات الشبكة البلورية ، مما يزيد من اهتزازاتها ، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة المادة. وبالتالي ، يمكن اعتبار الإلكترونات وسطاء في تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة. تصاحب الزيادة في درجة الحرارة زيادة في الحركة الحرارية الفوضوية لجزيئات مادة ما ، مما يؤدي إلى زيادة عدد تصادمات الإلكترونات معها وتعقيد الحركة المنظمة للإلكترونات.

بالنسبة لمعظم المعادن ضمن درجات حرارة التشغيل ، تزداد المقاومة خطيًا

أين و - المقاومة عند درجات الحرارة الأولية والنهائية ؛

- ثابت لمعامل معدني معين ، يسمى معامل درجة الحرارة للمقاومة (TCR) ؛

T1 و T2 - درجات حرارة البداية والنهاية.

بالنسبة للموصلات من النوع الثاني ، تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة تأينها ؛ وبالتالي ، فإن TCS لهذا النوع من الموصلات يكون سالبًا.

يتم إعطاء قيم مقاومة المواد و TCR في الكتب المرجعية. عادةً ما يتم إعطاء قيم المقاومة عند درجة حرارة +20 درجة مئوية.

يتم تحديد مقاومة الموصل من خلال التعبير

R2 \u003d R1
(2.1.2)

مثال على المهمة 3

حدد مقاومة السلك النحاسي لخط نقل ثنائي السلك عند +20 درجة مئوية و +40 درجة مئوية ، إذا كان المقطع العرضي للسلك S \u003d

120 ملم ، وطول الخط l \u003d 10 km.

القرار

باستخدام الجداول المرجعية ، نجد المقاومة النحاس عند + 20 درجة مئوية ومعامل درجة الحرارة للمقاومة :

\u003d 0.0175 أوم مم / م ؛ \u003d 0.004 درجة .

أوجد مقاومة السلك عند T1 \u003d +20 ° C بالصيغة R \u003d ، مع الأخذ في الاعتبار طول الأسلاك الأمامية والعائدة للخط:

R1 \u003d 0.0175
2 \u003d 2.917 أوم.

تم العثور على مقاومة الأسلاك عند درجة حرارة + 40 درجة مئوية بواسطة الصيغة (2.1.2)

R2 \u003d 2.917 \u003d 3.15 أوم.

المهمة

يتكون خط علوي من ثلاثة أسلاك بطول L بسلك ، وعلامته التجارية مذكورة في الجدول 2.1. من الضروري إيجاد القيمة المشار إليها بعلامة "؟" ، باستخدام المثال المحدد واختيار الخيار بالبيانات المشار إليها فيه وفقًا للجدول 2.1.

وتجدر الإشارة إلى أن المشكلة ، على عكس المثال ، تنص على حسابات مرتبطة بسلك واحد من الخط. في العلامات التجارية للأسلاك غير المعزولة ، يشير الحرف إلى مادة السلك (A - الألومنيوم ؛ M - النحاس) ، ويشير الرقم إلى المقطع العرضي للسلك فيمم .

الجدول 2.1

	طول الخط L ، كم	ماركة الأسلاك	درجة حرارة السلك Т ، درجة مئوية	مقاومة السلك RT عند درجة الحرارة T ، أوم

تنتهي دراسة مادة الموضوع بالعمل بالاختبارات رقم 2 (TOE-

ETM / PM "ورقم 3 (TOE - ETM / IM)