Widerstände - dies sind passive Elemente eines elektrischen Stromkreises, die zur Steuerung eines elektrischen Stroms verwendet werden. Wenn jedoch elektrischer Strom durch den Widerstand fließt, wird sein Material erhitzt. Es ist interessant, wie sich dies auf den Widerstand eines Widerstands auswirkt und wie sich physikalische Phänomene auf seine Eigenschaften auswirken.
Wenn ein Widerstand erhitzt wird, ändert sich sein Widerstand. Die Bildung dieses Phänomens ist mit den elektrischen und physikalischen Prozessen verbunden, die im Widerstandsmaterial auftreten. Die Arbeit des Widerstands in der technischen Schaltung ist mit der physikalischen Einwirkung eines elektrischen Stroms auf ihn verbunden. Wenn Strom fließt, entsteht ein Joule-Effekt - der Prozess der Umwandlung der Energie des elektrischen Stroms in Wärmeenergie im Widerstandsmaterial.
Der Prozess, den Widerstand eines Widerstands beim Erhitzen zu ändern, beruht auf einer Änderung seiner elektrischen Eigenschaften und basiert auf der Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur. Ein erhitzter Widerstand hat einen größeren Widerstand als ein kalter Widerstand. Dies liegt an der Zunahme der durchschnittlichen Länge des freien Laufs von Elektronen aufgrund der erhöhten Amplitude der thermischen Schwingungen des Kristallgitters.
Ein wichtiger Aspekt ist die Wahl des Materials zur Herstellung des Widerstands, da jedes Material seine eigenen einzigartigen Eigenschaften aufweist, einschließlich der Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur. Für die häufigsten Arten von Widerständen, wie Kohle- und Metallschichtwiderständen, besteht eine festgelegte Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur, die bei ihrer Konstruktion und Verwendung in Schaltungen berücksichtigt wird.
Änderung des Widerstandswiderstands beim Erhitzen
Ein Grund für die Änderung des Widerstandswiderstands beim Erhitzen - ändern Sie seinen elektrischen Widerstand mit der Temperatur. Ein idealer Widerstand hat einen konstanten Widerstand, aber echte Widerstände haben normalerweise einen positiven Temperaturwiderstandskoeffizienten. Dies bedeutet, dass der Widerstand des Widerstands mit steigender Temperatur ansteigt und mit Abnahme abnimmt. Dieses Verhalten ist auf eine Änderung der freien Länge der freien Elektronen im leitfähigen Widerstandsmaterial zurückzuführen, wenn sich die Temperatur ändert.
Ein weiterer Grund für die Änderung des Widerstandswiderstands beim Erhitzen ist der Effekt thermoelektronische Emission. Wenn der Widerstand erhitzt wird, entsteht ein Raum mit unterschiedlicher Temperatur um ihn herum, was zu einer Potentialdifferenz zwischen seinen Enden führt. Dieser Effekt kann zu Messfehlern und der Verwendung eines Widerstands in elektrischen Schaltungen führen.
Das Verständnis der Änderung des Widerstandswiderstands beim Erhitzen ist wichtig, da dies seine Auswirkungen auf den Betrieb von elektrischen Schaltungen berücksichtigt und Messfehler vermieden werden können. Der Effekt, den Widerstand des Widerstands beim Erhitzen zu ändern, kann auch in einigen Geräten und Thermometern verwendet werden.
Thermistor: Funktionsprinzip und Merkmale
Thermistoren sind eine Art variabler Widerstände, deren Widerstand von der Umgebungstemperatur abhängt. Dieser Effekt ist auf eine Änderung der elektrischen Eigenschaften des Materials zurückzuführen, aus dem der Widerstand hergestellt wird, wenn sich seine Temperatur ändert.
Das Funktionsprinzip von Thermistoren basiert auf der Verwendung von Materialien mit einem negativen oder positiven Temperaturwiderstandskoeffizienten. Das thermistische Material hat die Eigenschaft, seinen Widerstand mit einer Temperaturänderung zu ändern. Wenn die Temperatur ansteigt, kann der Widerstand des Thermistors sowohl ansteigen als auch abnehmen.
Die Hauptmaterialien, die in Thermistoren verwendet werden, sind Metalle oder Halbleiter wie Platin, Nickel-Chromlegierungen, Thermistoren auf Basis von Tetraetoxysilan und anderen polymeren Materialien.
Um die Änderung des Widerstands bei einer Temperaturänderung zu bestimmen, werden Thermistor in der Regel in Verbindung mit einer Brückenschaltung verwendet, bei der einer der Widerstände ein Thermistor ist. Wenn Sie den ursprünglichen Widerstandswert kennen und seinen Wert ändern, wenn sich die Temperatur ändert, können Sie die Umgebungstemperatur selbst bestimmen.
Die Besonderheit der Thermistoren ist eine hohe Genauigkeit der Temperaturmessung und eine gute Stabilität bei längerem Betrieb. Darüber hinaus können sie in einem weiten Temperaturbereich verwendet werden und reagieren schnell auf Veränderungen der äußeren Bedingungen.
Thermistoren finden breite Anwendung in verschiedenen Branchen und in der wissenschaftlichen Forschung. Sie werden zur Temperaturüberwachung und -regelung in Elektronik, Automatisierungssystemen, Klimaanlagen, medizinischen Geräten und anderen Bereichen eingesetzt, in denen die Genauigkeit der Temperaturmessung eine wichtige Rolle spielt.
Die Wirkung der Temperaturabhängigkeit des Widerstands
Wenn die Temperatur ansteigt, steigt die Energie der Elektronenschwingungen in den Widerstandatomen an, was die Bewegung der Elektronen beeinflusst. Elektronen kollidieren mit Atomen und anderen Elektronen mit höherer Intensität, was zu einem erhöhten Widerstandswiderstand führt. Mit anderen Worten, wenn ein Widerstand erhitzt wird, erhöht sich sein Widerstand.
Die Temperaturabhängigkeit des Widerstands wird durch das ohmsche Gesetz bestimmt:
R = R0 * (1 + α * (T - T0)),
wobei R der Widerstand des Widerstands bei einer gegebenen Temperatur T ist, ist R0 der Widerstand des Widerstands bei einer Referenztemperatur T0, α ist der Temperaturkoeffizient, der vom Material und der Form des Widerstands abhängt.
Bei den meisten Materialien erhöht sich der Widerstand mit steigender Temperatur. Es gibt jedoch Ausnahmen. Einige Legierungen, wie Manganin, haben einen negativen Temperaturkoeffizienten, dh ihr Widerstand nimmt ab, wenn die Temperatur steigt.
Um die Temperaturabhängigkeit des Widerstands zu berücksichtigen, werden in elektronischen Schaltungen verschiedene Methoden verwendet, z. B. die Kompensation von Temperaturdrift oder die Verwendung von Widerständen mit einem bestimmten Temperaturkoeffizienten. Solche Widerstände können die Änderung des Widerstands kompensieren und sorgen für die notwendige Stabilität des Systems bei Temperaturänderungen.
Wie wirkt sich die Erwärmung auf die Leitfähigkeit des Materials aus
Wenn ein Leiter erhitzt wird, beginnen sich seine Atome und Moleküle schneller zu bewegen, was zu einer erhöhten Anzahl von Kollisionen mit Elektronen führt, die elektrischen Strom transportieren. Eine aktivere Bewegung von Atomen und Molekülen erhöht die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen und erhöht dadurch den Widerstand des Leiters.
Um dieses Phänomen qualitativ zu beschreiben, wird das ohmsche Gesetz verwendet, das besagt, dass der Widerstand des Leiters direkt proportional zu seiner Länge und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche ist. Wenn sich jedoch die Temperatur des Leiters ändert, beeinflusst die Widerstandsmaterialgemeinschaft auch den Temperaturausdehnungskoeffizienten.
Die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes des Leiters kann durch die Gleichung ausgedrückt werden:
wobei Rt - leiterwiderstand bei Temperatur T,
R0 - leiterwiderstand bei normaler Temperatur T0,
α - der Temperaturkoeffizient des Widerstandes des Leiters,
ΔT ist die Temperaturdifferenz zwischen T und T0.
Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Werte für den Temperaturwiderstandskoeffizienten. Einige Materialien, wie Metalle, haben einen positiven Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass ihr Widerstand beim Erhitzen zunimmt. Andere Materialien, wie Halbleiter, können einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen, was bedeutet, dass ihr Widerstand beim Erhitzen abnimmt.
Eine Änderung des Widerstandes des Leiters beim Erhitzen kann sowohl positive als auch negative Auswirkungen haben. Zum Beispiel können in elektrischen Schaltungen Leiter und Widerstände speziell unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit entworfen und verwendet werden, um andere Änderungen an elektronischen Komponenten auszugleichen. Unter unkontrollierten Bedingungen kann die Erwärmung der Leiter jedoch zu Signalverzerrungen, Überhitzung und sogar zu Schäden an elektronischen Geräten führen.
| Das Material | Widerstandstemperaturkoeffizient (α), 1/°C |
|---|---|
| Kupfer | 0.0039 |
| Aluminium | 0.004 |
| Eisen | 0.0065 |
| Nickellegierung | 0.005 |
| Kohlenstoffzusammensetzung | -0.0005 |
| Konstantan | 0.00002 |
Daher ist es wichtig zu verstehen, wie sich die Erwärmung auf die Leitfähigkeit eines Materials auswirkt, um elektronische Geräte und elektrische Schaltungen zu entwickeln und die unerwünschten Auswirkungen der Erwärmung von Leitern zu verhindern.
Das Auftreten von thermischem Rauschen in Widerständen
Thermisches Rauschen ist zufällige Schwankungen des elektrischen Potenzials, die aufgrund der thermischen Bewegung von Elektronen im Widerstand auftreten. Rauschparameter wie Amplitude, Frequenz und spektrale Dichte hängen vom Widerstand des Widerstands und seiner Temperatur ab.
Thermisches Rauschen ist in verschiedenen elektrischen Schaltungen und Geräten unerwünscht, da es Störungen und Signalverzerrungen verursacht. Um die Auswirkungen von thermischem Rauschen zu reduzieren, ist es wichtig, die richtigen Widerstände mit minimalem Rauschen zu wählen und geeignete Methoden und Schaltungstechniken bei der Konstruktion und Herstellung von Geräten anzuwenden.
Einer der Schlüsselparameter, der das thermische Rauschen eines Widerstands charakterisiert, ist sein äquivalenter Rauschwiderstand. Dies ist ein Widerstand, der durch den Austausch eines Widerstands gegen eine ideale Rauschquelle mit der gleichen Rauscheingangsspannung den gleichen Geräuschpegel am Ausgang des Verstärkungskreises erzeugt.
Daher ist das Verständnis und die Berücksichtigung des thermischen Rauschwiderstandes ein wichtiger Aspekt bei der Konstruktion und Verwendung von elektrischen Schaltungen und Geräten, um sicherzustellen, dass sie mit den geringsten Störungen und Signalverzerrungen funktionieren.
Die Verwendung von Thermistoren in der modernen Elektronik
Eine der Hauptanwendungen von Thermistoren ist ihre Verwendung in automatischen Temperaturüberwachungs- und Regelsystemen. Solche Systeme werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, beispielsweise in industriellen Prozessen, Klimaanlagen, medizinischen Geräten und Haushaltsgeräten. Die Thermistoren ermöglichen eine genaue Messung der Temperatur und die Übertragung dieser Informationen an das Kontrollsystem, das den Betrieb der Ausrüstung regelt.
Auch Thermistoren werden häufig in elektronischen Geräten zum Schutz vor Überhitzung eingesetzt. Sie können in einer Steuerplatine, einem Mikroprozessor oder anderen Elementen verwendet werden, die bei Überschreitung der Betriebstemperaturgrenze brennen oder beschädigt werden können. Thermistoren ermöglichen es Ihnen, die steigende Temperatur zu bestimmen und die notwendigen Maßnahmen zu ergreifen, um Schäden zu vermeiden.
Aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen haben thermodynamische Resistoren auch in Geräten zur Messung und Kontrolle thermodynamischer Parameter Anwendung gefunden. Sie werden in Thermometern, Thermometern, Wärmetauschern und anderen ähnlichen Geräten verwendet. Mit Thermistoren können Sie die aktuelle Temperatur genau messen und anzeigen sowie Daten zur Analyse und Steuerung bereitstellen.
Einfluss der Temperatur auf die Messgenauigkeit von Widerständen
Wenn die Temperatur des Widerstands ansteigt, erhöht sich sein Widerstand. Dies liegt an den physikalischen Phänomenen, die in der Struktur des Widerstands auftreten. Grundsätzlich ist die Änderung des Widerstands auf eine Zunahme der Anzahl von Elektronen zurückzuführen, die eine thermische Bewegung erfahren, was zu einem Anstieg des Widerstands führt.
Die Änderung des Widerstandswiderstands beim Erhitzen kann einen signifikanten Einfluss auf die Messgenauigkeit haben. Wenn ein Widerstand in einem Stromkreis verwendet wird, um Strom oder Spannung zu messen, kann seine Änderung zu ungenauen Ergebnissen führen. Dies ist besonders wichtig bei der Arbeit mit hochpräzisen Messgeräten, bei denen selbst geringe Widerstandsänderungen erhebliche Auswirkungen auf die Messgenauigkeit haben können.
Es gibt verschiedene Methoden zur Kompensation des Temperatureffekts, um die Änderung des Widerstandswiderstands beim Erhitzen zu berücksichtigen. Eine solche Methode ist die Verwendung von Kompensationswiderständen mit einem entgegengesetzten Temperaturkoeffizienten. Somit wird die Änderung des Widerstands eines Widerstands durch die Änderung des Widerstands eines anderen kompensiert.
Die Genauigkeit der Widerstandsmessungen kann verbessert werden, indem Widerstände mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten der Widerstandsänderung ausgewählt werden. Solche Widerstände haben stabilere Eigenschaften, wenn sich die Temperatur ändert, was eine höhere Messgenauigkeit ermöglicht.
Schluss: die Temperatur hat einen signifikanten Einfluss auf die Genauigkeit der Widerstandsmessungen. Es wird empfohlen, Widerstände mit niedrigen Temperaturkoeffizienten für Widerstandsänderungen zu verwenden und die Temperatureffekte mit Kompensationswiderständen zu kompensieren, um eine genauere Messung und einen stabileren Betrieb der Schaltungen zu gewährleisten.
