Metallerin direnç sıcaklık katsayıları

Sorun 18.1. Sıcaklığı ölçmek için belirli bir sıcaklıkta demir tel kullanıldı. T 1 = 10 °C direnç R 1 = 15Ohm. Belirli bir sıcaklıkta T 2 direnci vardı R 2 = 18,25 ohm. Bu sıcaklığı bulun. Demirin sıcaklık direnci katsayısı a = 6,0×10 –3 1/°С'dir.

Sayısal değerleri yerine koyalım:

Cevap: .

DURMAK! Kendiniz karar verin: A5, B7–B9, C3–C4.

Sorun 18.2. Sıcaklığı bul T Gerilimli bir ağa bağlıysa 2 tungsten filamanlı ampul sen= Filamentten 220 V akım geçer BEN= 0,68 A. Sıcaklıkta T 1 = 20 °C diş direnci R 1 = 36Ohm. Tungsten direncinin sıcaklık katsayısı a = 4,8×10 –3 1/°С.

Cevap:

DURMAK! Kendiniz karar verin: B10–B12, C4, C6, C8.

Süperiletkenlik

Pirinç. 18.3

1911'de Hollandalı bilim adamı Kamerlingh Onnes, mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda bazı maddelerin direncinin aniden sıfıra düştüğünü keşfetti (Şekil 18.3). Bu olaya süperiletkenlik adı verildi. Bir süperiletken halkasında uyarılan akım, kaynak kaldırıldıktan sonra aylarca ve yıllarca kaybolmadan devam edebilir.

Saf metallerin yaklaşık yarısı süperiletken duruma geçebilir ve şu anda toplamda binden fazla süperiletken bilinmektedir. Saf metaller arasında niyobyum en yüksek geçiş sıcaklığına (9,3 K) sahiptir ve alaşımlar arasında “rekor sahibi” niyobyumun germanyumla (23,2 K) bileşiğidir.

Güçlü bir manyetik alanda süperiletkenlik ortadan kalkar. Süperiletkenin sıcaklığı geçiş noktasından ne kadar uzaksa, yıkıcı manyetik alan da o kadar güçlü olmalıdır. Böylesine yıkıcı bir manyetik alan aynı zamanda bir süperiletkendeki akımın alanı da olabilir. Bazı alaşımlar birkaç bin amperlik akımlarda süperiletkenliği korumayı başarır.

Oda sıcaklığına yakın sıcaklıklarda süper iletken malzemeler oluşturmanın mümkün olup olmadığı hala bilinmiyor. Bu tür malzemelerin yaratılması, elektriğin herhangi bir mesafeye kayıpsız olarak iletilmesini mümkün kılacaktır. Bununla birlikte, artık sıvı helyum (kaynama noktası 4,2 K) ile soğutulan süper iletken sargılara sahip elektromıknatıslar, parçacık hızlandırıcılarda sıklıkla kullanılmaktadır. güçlü jeneratörler mevcut ve diğer bazı cihazlarda. Büyük pratik önemi Kolayca bulunabilen ve ucuz sıvı nitrojen olan 77 K'nın kaynama noktasında süper iletken bir durumu koruyabilen malzemelerin yaratılması olabilir.

Muhtemelen herkes süperiletkenliğin etkisini biliyor. Her durumda, onun hakkında bir şeyler duyduk. Bu etkinin özü eksi 273 °C'de iletkenin akan akıma karşı direncinin ortadan kalkmasıdır. Bu örnek tek başına sıcaklığa bağımlılığın olduğunu anlamak için yeterlidir. A özel bir parametreyi tanımlar - sıcaklık direnci katsayısı.

Herhangi bir iletken akımın içinden geçmesini engeller. Bu direnç her iletken malzeme için farklıdır; belirli bir malzemenin doğasında bulunan birçok faktör tarafından belirlenir, ancak bu daha fazla tartışılmayacaktır. Şu anda ilgi çekici olan, sıcaklığa bağımlılığı ve bu bağımlılığın doğasıdır.

Metaller genellikle elektrik akımını iletir; sıcaklık arttıkça dirençleri artar, sıcaklık düştükçe dirençleri azalır. 1 °C başına böyle bir değişimin büyüklüğüne direncin sıcaklık katsayısı veya kısaca TCR denir.

TCS değeri pozitif veya negatif olabilir. Pozitifse sıcaklık arttıkça artar, negatifse azalır. Elektrik akımı iletkeni olarak kullanılan çoğu metal için TCR pozitiftir. Biri en iyi rehberler bakırdır, bakırın sıcaklık direnci katsayısı tam olarak en iyisi değildir, ancak diğer iletkenlerle karşılaştırıldığında daha azdır. Sadece TCR değerinin çevresel parametreler değiştiğinde direnç değerinin ne olacağını belirlediğini unutmamanız yeterli. Bu katsayı ne kadar büyük olursa, değişimi o kadar anlamlı olacaktır.

Elektronik ekipman tasarlanırken direncin bu sıcaklığa bağlılığı dikkate alınmalıdır. Önemli olan, ekipmanın her koşulda çalışması gerektiğidir. çevre, aynı arabalar eksi 40 °C'den artı 80 °C'ye kadar çalıştırılır. Ancak arabada çok fazla elektronik var ve çevrenin devre elemanlarının çalışması üzerindeki etkisini hesaba katmazsanız, elektronik ünitenin normal şartlarda mükemmel çalıştığı ancak çalışmayı reddettiği bir durumla karşılaşabilirsiniz. Düşük veya yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında.

Koşullara olan bu bağımlılık dış ortam ve devre parametrelerini hesaplarken direnç sıcaklık katsayısı kullanılarak ekipman geliştiricileri tarafından tasarlanırken dikkate alınır. Kullanılan malzemeler ve hesaplama formülleri için TCR verilerini içeren tablolar vardır; buna göre TCR'yi bilerek, her koşulda direnç değerini belirleyebilir ve devrenin çalışma modlarındaki olası değişikliği hesaba katabilirsiniz. Ancak TKS'yi anlamak için artık ne formüllere ne de tablolara ihtiyaç var.

TCR değeri çok küçük olan metallerin olduğu ve bunların parametreleri çevresel değişikliklere zayıf bir şekilde bağlı olan dirençlerin üretiminde kullanıldığı unutulmamalıdır.

Direnç sıcaklık katsayısı yalnızca çevresel parametrelerdeki dalgalanmaların etkisini hesaba katmak için değil, aynı zamanda maruz kalan malzemeyi bilerek ölçülen direncin hangi sıcaklığa karşılık geldiğini belirlemek için tabloları kullanmanın yeterli olduğu için de kullanılabilir. . Böyle bir sayaç olarak sıradan bir bakır tel kullanılabilir, ancak çoğunu kullanmanız ve örneğin bir bobin şeklinde sarmanız gerekecektir.

Yukarıdakilerin tümü, sıcaklık direnç katsayısının kullanılmasıyla ilgili tüm konuları tam olarak kapsamamaktadır. Yarı iletkenlerde ve elektrolitlerde bu katsayı ile ilgili çok ilginç uygulama olanakları vardır, ancak sunulanlar TCS kavramını anlamak için yeterlidir.

İletken direnci (R) (direnç) () sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklıktaki () küçük değişikliklere olan bu bağımlılık bir fonksiyon olarak sunulur:

iletkenin 0 o C sıcaklıktaki direnci nerede; - sıcaklık direnci katsayısı.

TANIM

Sıcaklık katsayısı elektrik direnci () zincirin bir bölümünün göreceli artışına (R) eşit bir fiziksel miktar çağırın (veya dirençİletken 1 o C ısıtıldığında meydana gelen ortam ()) Matematiksel olarak, direnç sıcaklık katsayısının belirlenmesi şu şekilde gösterilebilir:

Değer, elektrik direnci ile sıcaklık arasındaki ilişkiyi karakterize eder.

Bu aralıktaki sıcaklıklarda çoğu metal için söz konusu katsayı sabit kalır. Saf metaller için sıcaklık direnci katsayısı genellikle şu şekilde alınır:

Bazen ortalama sıcaklık direnç katsayısından bahsederler ve bunu şu şekilde tanımlarlar:

belirli bir sıcaklık aralığında () sıcaklık katsayısının ortalama değeri nerede?

Farklı maddeler için sıcaklık direnci katsayısı

Çoğu metal sıfırdan büyük bir sıcaklık direnç katsayısına sahiptir. Bu, sıcaklık arttıkça metallerin direncinin arttığı anlamına gelir. Bu, termal titreşimleri artıran kristal kafes üzerindeki elektron saçılmasının bir sonucu olarak meydana gelir.

Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda (-273 o C) direnç çok sayıda metaller keskin bir şekilde sıfıra düşer. Metallerin süperiletken duruma geçtiği söyleniyor.

Safsızlık içermeyen yarı iletkenler negatif sıcaklık direnç katsayısına sahiptir. Sıcaklık arttıkça dirençleri azalır. Bunun nedeni iletim bandına doğru hareket eden elektron sayısının artmasıdır, bu da yarı iletkenin birim hacmi başına delik sayısının artması anlamına gelir.

Elektrolit çözeltileri var. Elektrolitlerin direnci sıcaklık arttıkça azalır. Bunun nedeni, moleküllerin ayrışması sonucu serbest iyonların sayısındaki artışın, çözücü moleküllerle çarpışmalar sonucunda iyonların saçılmasındaki artışı aşmasıdır. Elektrolitler için sıcaklık direnç katsayısının yalnızca küçük bir sıcaklık aralığında sabit bir değer olduğu söylenmelidir.

Birimler

Sıcaklık direnci katsayısını ölçmek için temel SI birimi:

Problem çözme örnekleri

Egzersiz yapmak

Tungsten spiralli bir akkor lamba, B voltajına sahip bir ağa bağlanır, içinden A akımı akar.O C sıcaklığında Ohm direncine sahipse spiralin sıcaklığı ne olacaktır? Tungsten direncinin sıcaklık katsayısı

Çözüm

Sorunu çözmenin temeli olarak, direncin formun sıcaklığına bağımlılığı formülünü kullanıyoruz:

tungsten filamanın 0 o C sıcaklıktaki direnci nerededir. (1.1) ifadesinden ifade ederek:

Ohm kanununa göre devrenin bir kısmı için:

Haydi hesaplayalım

Direnç ve sıcaklığı birbirine bağlayan denklemi yazalım:

Hesaplamaları yapalım:

Cevap

Metal	*20 ºС'de özgül direnç ρ, Ohmmm²/m**	Sıcaklık direnci katsayısı α, ºС -1


Alüminyum
Demir çelik)


Köstence
Manganin

Direnç sıcaklık katsayısı α, 1 ohm'luk bir iletkenin direncinin sıcaklıktaki (iletkenin ısıtılması) 1 ºС artmasıyla ne kadar arttığını gösterir.

T sıcaklığındaki iletken direnci aşağıdaki formülle hesaplanır:

r t = r 20 + α* r 20 *(t - 20 ºС)

burada r 20, iletkenin 20 ºС sıcaklıktaki direncidir, r t, iletkenin t sıcaklığındaki direncidir.

Akım Yoğunluğu

Kesit alanı S = 4 mm² olan bir bakır iletkenden I = 10 A akım geçmektedir.Akım yoğunluğu nedir?

Akım yoğunluğu J = I/S = 10 A/4 mm² = 2,5 A/mm².

[I = 2,5 A akımı 1 mm²'lik bir kesit alanından akar; S] kesitinin tamamı boyunca I = 10 A akımı akar.

Dikdörtgen kesitli (20x80) mm² bir şalt barası I = 1000 A akım taşımaktadır. Baradaki akım yoğunluğu nedir?

Lastiğin kesit alanı S = 20x80 = 1600 mm². Akım Yoğunluğu

J = G/Ç = 1000 A/1600 mm² = 0,625 A/mm².

Bobinin teli 0,8 mm çapında dairesel bir kesite sahiptir ve 2,5 A/mm² akım yoğunluğuna izin verir. Telden hangi izin verilen akım geçebilir (ısıtma izin verilen değeri aşmamalıdır)?

Telin kesit alanı S = π * d²/4 = 3/14*0,8²/4 ≈ 0,5 mm².

İzin verilen akım I = J*S = 2,5 A/mm² * 0,5 mm² = 1,25 A.

Transformatör sargısı için izin verilen akım yoğunluğu J = 2,5 A/mm². Sargıdan I = 4 A akım geçmektedir, kesiti (çapı) ne olmalıdır yuvarlak bölüm sargının aşırı ısınmaması için iletken?

Kesit alanı S = I/J = (4 A) / (2,5 A/mm²) = 1,6 mm²

Bu bölüm 1,42 mm'lik bir tel çapına karşılık gelir.

4 mm² kesitli yalıtımlı bir bakır tel, izin verilen maksimum 38 A akım taşır (tabloya bakın). İzin verilen akım yoğunluğu nedir? 1, 10 ve 16 mm² kesitli bakır teller için izin verilen akım yoğunlukları nelerdir?

1). İzin verilen akım yoğunluğu

J = G/Ç = 38 A / 4mm² = 9,5 A/mm².

2). 1 mm²'lik bir kesit için izin verilen akım yoğunluğu (tabloya bakınız)

J = I/S = 16 A / 1 mm² = 16 A/mm².

3). 10 mm² izin verilen akım yoğunluğu kesiti için

J = 70 A / 10 mm² = 7,0 A/mm²

4). 16 mm² izin verilen akım yoğunluğu kesiti için

J = G/Ç = 85 A / 16 mm² = 5,3 A/mm².

İzin verilen akım yoğunluğu artan kesitle birlikte azalır. Masa B sınıfı yalıtımlı elektrik kabloları için geçerlidir.

Bağımsız olarak çözülmesi gereken sorunlar

Transformatör sargısından I = 4 A'lık bir akım akmalıdır. İzin verilen J = 2,5 A/mm² akım yoğunluğunda sargı telinin kesiti ne olmalıdır? (S = 1,6 mm²)

0,3 mm çapındaki bir tel 100 mA akım taşır. Akım yoğunluğu nedir? (J = 1,415 A/mm²)

çapındaki yalıtımlı telden yapılmış bir elektromıknatısın sarımı boyunca

d = 2,26 mm (yalıtım hariç) 10 A akım geçer.Yoğunluk nedir

akım? (J = 2,5 A/mm²).

4. Transformatör sargısı 2,5 A/mm² akım yoğunluğuna izin verir. Sargıdaki akım 15 A'dır. Yuvarlak bir telin sahip olabileceği en küçük kesit ve çap nedir (yalıtım hariç)? (mm² cinsinden; 2,76 mm).

Sayfa 1

Negatif sıcaklık direnci katsayısı kendi malzemeleri Sıcaklık değişimlerini elektrik sinyaline dönüştürmek için termistörlerde kullanılır. Kullanılan malzemeler çoğunlukla nikel, bakır, manganez ve çinko oksitlerinin sıkıştırılmış tozlarıdır. Düşük sıcaklık termometresi olarak germanyum veya diğer yarı iletkenlerin kullanılması da mümkündür.

Bu tür yarı iletkenlerin negatif sıcaklık direnç katsayısı, tüm safsızlıkların iyonize olmadığı veya içsel elektrik iletkenliğinin meydana gelmediği sıcaklık bölgelerinde gözlenir. Her iki durumda da yarı iletkenin direncinin bağımlılığı esas olarak yük taşıyıcıların konsantrasyonundaki değişiklikle belirlenir, çünkü bu durumda hareketliliklerindeki nispeten zayıf değişiklik ihmal edilebilir.

Sermet filmlerin negatif sıcaklık direnç katsayısı (- 200 - 10 - b derece 1), elektriksel iletkenliğin metalik mekanizmasının bunlarda baskın olmadığını gösterir. Sermet filmin elektriksel direnci formülasyona ve buharlaşma sırasındaki dağılmaya bağlıdır, ancak son tavlama sırasında sıcaklık ve bekletme süresi değiştirilerek kolayca ayarlanabilir. Tavlama sonucunda sadece direnç değil sıcaklık katsayısı da değişir.

Yarı iletkenler, mutlak değerde metallerinkinden 10 - 20 kat daha büyük olan negatif bir sıcaklık direnç katsayısına sahiptir. Yarı iletkenlerin bu özelliği teknolojide çeşitli amaçlarla, örneğin sıcaklıktaki küçük değişikliklerle direnci keskin bir şekilde değişen termistörlerin üretimi için kullanılır.

Yarı iletkenler, mutlak değerde metallerinkinden 10 - 20 kat daha büyük olan negatif bir sıcaklık direnç katsayısına sahiptir. Yarı iletkenlerin bu özelliği teknolojide çeşitli amaçlarla, örneğin direnç değeri sıcaklıktaki hafif değişikliklerle keskin bir şekilde değişen termistörlerin üretimi için kullanılır.

Termistörlerin negatif sıcaklık direnç katsayısı vardır.

Yarı iletkenler, mutlak değerde metallerinkinden 10 - 20 kat daha büyük olan negatif bir sıcaklık direnç katsayısına sahiptir. Yarı iletkenlerin bu özelliği teknolojide çeşitli amaçlarla, örneğin sıcaklıktaki küçük değişikliklerle değeri keskin bir şekilde değişen termal dirençlerin (termistörler) üretimi için kullanılır.

Varistörlerin negatif sıcaklık direnç katsayısı vardır. Oda sıcaklığında bu katsayının değeri - 0 3 ila - 0 5% X derece-1 arasında değişir. Sıcaklık azaldıkça artar, sıcaklık arttıkça azalır. Doğrusal olmama katsayısı p sıcaklıkla çok az değişir.

Bir termistörün büyük bir negatif sıcaklık direnç katsayısı vardır, dolayısıyla onu pozitif sıcaklık katsayısına sahip bir metal direnç devresine dahil etmek (bkz. Şekil 8.8), devre özelliklerini neredeyse sıcaklıktan bağımsız hale getirebilir. Böylece, termistörlerin yardımıyla elektrik devresinin bir dizi elemanı için sıcaklık dengelemesi, termal kontrol sağlamak kolaydır. çeşitli mekanizmalar, yangın alarmı.

Termistör büyük bir negatif sıcaklık direnç katsayısına sahiptir, dolayısıyla onu pozitif sıcaklık katsayısına sahip metalize dirençlerden oluşan bir devre içine dahil etmek (bkz. Şekil 8.8), devre özelliklerini neredeyse sıcaklıktan bağımsız hale getirebilir. Böylece termistörlerin yardımıyla elektrik devresinin bir dizi elemanı için sıcaklık dengelemesi, çeşitli mekanizmaların termal kontrolü ve yangın alarmları sağlamak kolaydır.

Direnç ölçümlerinin sonuçları büzülme boşluklarından, gaz kabarcıklarından, kalıntılardan ve diğer kusurlardan büyük ölçüde etkilenir. Ayrıca, Şekil. Şekil 155, katı çözeltiye giren küçük miktarlardaki yabancı maddelerin de ölçülen iletkenlik üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, elektrik direncini ölçmek için tatmin edici numuneler üretmek,

dilatometrik çalışma. Bu, direnç sıcaklık katsayısının ölçüldüğü başka bir faz diyagramları oluşturma yöntemine yol açtı.

Sıcaklık direnci katsayısı

Sıcaklıkta elektriksel direnç

Matthiessen, katı çözeltide ikinci bileşenin az miktarda bulunması nedeniyle metal direncindeki artışın sıcaklığa bağlı olmadığını buldu; bundan böyle katı bir çözelti için değerin konsantrasyona bağlı olmadığı sonucu çıkar. Bu, direnç sıcaklık katsayısının orantılı olduğu, yani iletkenlik olduğu ve bileşime bağlı olarak a katsayısının grafiğinin katı bir çözeltinin iletkenlik grafiğine benzer olduğu anlamına gelir. Özellikle geçiş metalleri için bu kuralın bilinen birçok istisnası vardır, ancak çoğu durumda bu yaklaşık olarak doğrudur.

Ara fazların sıcaklık direnç katsayısı, bağlantının kendisinin yüksek dirence sahip olduğu durumlarda bile genellikle saf metallerle aynı büyüklüktedir. Ancak belirli bir sıcaklık aralığında sıcaklık katsayısı sıfır veya negatif olan ara fazlar da vardır.

Matthiessen kuralı, kesin olarak yalnızca katı çözeltiler için geçerlidir, ancak bunun iki fazlı alaşımlar için de geçerli olduğu birçok durum vardır. Direncin sıcaklık katsayısı kompozisyona göre çizilirse eğri genellikle iletkenlik eğrisiyle aynı şekle sahiptir, böylece faz dönüşümü aynı şekilde tespit edilebilir. Bu yöntemin kırılganlık veya diğer nedenlerden dolayı iletkenlik ölçümlerine uygun numuneler üretmenin mümkün olmadığı durumlarda kullanılması uygundur.

Pratikte iki sıcaklık arasındaki ortalama sıcaklık katsayısı, alaşımın bu sıcaklıklardaki elektriksel direnci ölçülerek belirlenir. Söz konusu sıcaklık aralığında hiçbir faz dönüşümü meydana gelmezse, katsayı aşağıdaki formülle belirlenir:

aralık küçükse aynı anlama sahip olacaktır. Sertleştirilmiş alaşımlar için sıcaklık ve

Sırasıyla 0° ve 100°'nin alınması uygundur ve ölçümler söndürme sıcaklığındaki faz bölgesini verecektir. Ancak ölçümler yüksek sıcaklıklarda yapılıyorsa, faz sınırı sıcaklıklar arasında bir yerdeyse aralık 100°'den çok daha az olmalıdır.

Pirinç. 158. (taramaya bakın) Gümüş büyü sisteminde (Tamman) elektriksel iletkenlik ve elektrik direncinin sıcaklık katsayısı

Bu yöntemin en büyük avantajı, a katsayısının numunenin iki sıcaklıktaki bağıl direncine bağlı olması ve dolayısıyla numunedeki çukurlaşma ve diğer metalurjik kusurlardan etkilenmemesidir. İletkenlik ve sıcaklık katsayısı eğrileri

Bazı alaşım sistemlerindeki dirençler birbirini tekrar eder. Pirinç. 158'den alınmıştır erken iş Tamman (eğriler gümüş ve magnezyum alaşımlarını ifade eder); Daha sonraki çalışmalar, -katı çözelti bölgesinin sıcaklığın azalmasıyla azaldığını ve faz bölgesinde bir üst yapının bulunduğunu gösterdi. Diğer bazı faz sınırları da son zamanlarda değişikliklere uğramıştır, böylece Şekil 2'de sunulan diyagram ortaya çıkmıştır. 158 yalnızca tarihi öneme sahiptir ve doğru ölçümler için kullanılamaz.

Bakır direnci sıcaklıkla değişir, ancak önce Ethernet üzerinden DC gücü için önemli olan iletkenlerin elektriksel direncinden (ohmik direnç) mi bahsettiğimize yoksa veri ağlarındaki sinyallerden mi bahsettiğimize karar vermemiz gerekir. sonra yayılma sırasında ekleme kaybından bahsediyoruz elektromanyetik dalga bükümlü çift ortamında ve zayıflamanın sıcaklığa (ve daha az önemli olmayan frekansa) bağımlılığı.

Bakır direnci

Uluslararası SI sisteminde iletkenlerin direnci Ohm∙m cinsinden ölçülür. IT alanında, iletken kesitleri genellikle mm2 cinsinden gösterildiğinden, sistem dışı boyut Ohm∙mm2 /m daha sık kullanılır; bu, hesaplamalar için daha uygundur. 1 Ohm∙mm2 /m değeri, 1 Ohm∙m'den milyon kat daha azdır ve 1 m uzunluğunda ve 1 mm2 kesit alanına sahip homojen bir iletken olan bir maddenin direncini karakterize eder. 1 Ohm direnç.

Saf elektrik bakırının 20°C'deki direnci 0,0172 Ohm∙mm2 /m. Çeşitli kaynaklarda 0,018 Ohm∙mm2 /m'ye kadar değerler bulabilirsiniz, bu aynı zamanda elektrik bakırı için de geçerli olabilir. Değerler malzemenin tabi tutulduğu işleme göre değişiklik göstermektedir. Örneğin, telin çekilmesinden (çekilmesinden) sonra tavlama, bakırın direncini yüzde birkaç oranında azaltır, ancak bu, öncelikle elektriksel özelliklerden ziyade mekanik özellikleri değiştirmek için yapılır.

Bakır direncinin Ethernet üzerinden Güç uygulamaları için doğrudan etkileri vardır. İletkene enjekte edilen orijinal DC akımının yalnızca bir kısmı iletkenin uzak ucuna ulaşacaktır; yol boyunca bir miktar kayıp kaçınılmazdır. Örneğin, PoE Tip 1 kaynak tarafından sağlanan 15,4 W'tan en az 12,95 W'ın uzak uçtaki güç sağlanan cihaza ulaşmasını gerektirir.

Bakırın direnci sıcaklığa göre değişir, ancak IT sıcaklıkları için değişiklikler küçüktür. Dirençteki değişim aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanır:

ΔR = α R ΔT

R2 = R1 (1 + α (T2 - T1))

burada ΔR özdirençteki değişimdir, R taban seviyesi olarak alınan bir sıcaklıktaki özdirençtir (genellikle 20°C), ΔT sıcaklık gradyanıdır, α belirli bir malzeme için özdirencin sıcaklık katsayısıdır (boyut °C -1) ). 0°C ila 100°C aralığında bakır için 0,004 °C -1 sıcaklık katsayısı kabul edilir. Bakırın 60°C'deki direncini hesaplayalım.

R 60°C = R 20°C (1 + α (60°C - 20°C)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm2 /m

Sıcaklığın 40°C artmasıyla direnç %16 arttı. Kablo sistemlerini çalıştırırken elbette bükümlü çift yüksek sıcaklıklarda bulunulmamalı, buna izin verilmemelidir. Doğru şekilde tasarlandığında ve kurulu sistem kabloların sıcaklığı normal 20°C'den çok az farklılık gösterir ve bu durumda dirençteki değişiklik küçük olacaktır. Telekomünikasyon standartlarının gereklerine göre direnç İletken bakır Kategori 5e veya Kategori 6 bükümlü çift kablodaki 100 m uzunluğundaki kablo, 20°C'de 9,38 ohm'u aşmayacaktır. Pratikte üreticiler bu değere bir marjla uyuyorlar, yani 25°C ÷ 30°C sıcaklıklarda bile bakır iletkenin direnci bu değeri aşmıyor.

Bükülü Çift Sinyal Zayıflaması / Ekleme Kaybı

Bir elektromanyetik dalga bakır bükümlü çift kablo boyunca yayıldığında, enerjisinin bir kısmı yakın uçtan uzak uca doğru yol boyunca dağılır. Kablo sıcaklığı ne kadar yüksek olursa sinyal o kadar zayıflar. Yüksek frekanslarda zayıflama, düşük frekanslara göre daha fazladır ve daha yüksek kategoriler için, ekleme kaybı testi için kabul edilebilir sınırlar daha sıkıdır. Bu durumda tüm sınır değerler 20°C sıcaklığa ayarlanmıştır. Orijinal sinyal 20°C'de P güç seviyesiyle 100 m uzunluğundaki bir bölümün uzak ucuna ulaşırsa, yüksek sıcaklıklarda bu tür sinyal gücü daha kısa mesafelerde gözlemlenecektir. Segmentin çıkışında aynı sinyal gücünü sağlamak gerekiyorsa, ya daha kısa bir kablo takmanız (ki bu her zaman mümkün değildir) ya da daha düşük zayıflamaya sahip kablo markalarını seçmeniz gerekecektir.

20°C'nin üzerindeki sıcaklıklardaki ekranlı kablolar için, sıcaklıktaki 1 derecelik bir değişiklik, zayıflamada %0,2'lik bir değişikliğe yol açar
40°C'ye kadar sıcaklıklardaki tüm kablo türleri ve tüm frekanslar için, sıcaklıktaki 1 derecelik bir değişiklik, zayıflamada %0,4'lük bir değişikliğe yol açar
40°C ila 60°C arasındaki sıcaklıklardaki tüm kablo türleri ve tüm frekanslar için, sıcaklıktaki 1 derecelik bir değişiklik, zayıflamada %0,6'lık bir değişikliğe yol açar
Kategori 3 kablolarda santigrat derece başına %1,5 zayıflama değişimi yaşanabilir

Zaten 2000'in başında. TIA/EIA-568-B.2 standardı, kablonun yüksek sıcaklıktaki ortamlara kurulması durumunda izin verilen maksimum Kategori 6 kalıcı bağlantı/kanal uzunluğunun azaltılmasını tavsiye eder ve sıcaklık ne kadar yüksek olursa segment de o kadar kısa olmalıdır.

Kategori 6A'daki frekans tavanının kategori 6'ya göre iki kat daha yüksek olduğu göz önüne alındığında, bu tür sistemlere yönelik sıcaklık kısıtlamaları daha da sıkı olacaktır.

Günümüzde uygulamaları hayata geçirirken Yetki Belgesi Maksimum 1 gigabit hızlardan bahsediyoruz. Ancak 10 Gigabit uygulamalar kullanıldığında Ethernet Üzerinden Güç en azından şimdilik bir seçenek değil. Dolayısıyla ihtiyaçlarınıza bağlı olarak sıcaklık değiştiğinde bakır direncindeki değişimi veya zayıflamadaki değişimi dikkate almanız gerekir. Her iki durumda da kabloların 20°C’ye yakın sıcaklıklarda tutulmasını sağlamak en mantıklısıdır.

Isıtma sırasında atomların Brownian hareketinin aktivasyonundan dolayı metalin direnci artar. Direnci daha yüksek olan bazı alaşımlar pratik olarak artan sıcaklıkla değişmez (manganin, konstantan). Bunun nedeni alaşımların özel yapısı ve elektronların ortalama serbest yolunun kısa olmasıdır.

İletkenlikteki değişiklik

Sıcaklık direnci katsayısı- malzeme ısıtıldığında veya soğutulduğunda iletkenlikteki değişimi yansıtır. Sıcaklık katsayısı α ile gösterilirse, 20 °C'deki özdirenç Ro ile gösterilirse, o zaman malzeme t° sıcaklığına ısıtıldığında özdirenç R1 = Ro (1 + (α(t1 - to))

Bir örnek verelim. Fechral'in sıcaklık katsayısı = 0,0001 / 1 derece ve nikrom için α = 0,0002 / 1 derece. Bu, 100 °C'ye kadar ısıtmanın fekralin elektrik direncini %1, nikromun ise %2 arttırdığı anlamına gelir.

Bir parça nikrom tel 1 m

Kesit (mm)	Elektrik direnci t° 20 °C (ohm)	Elektrik direnci t° 100 °C (ohm)	Elektrik direnci t° 1000 °C (ohm)
0,3	15,71	16,05	19,1
0,5	5,6	5,612	5,72
0,7	2,89	2,95	3,4,7
0,9	1,7	1,734	2,04
1,0	1,4	1,428	1,68
1,5	0,62	0,632	0,742
2,0	0,35	0,357	0,42
2,5	0,22	0,224	0,264
3,0	0,16	0,163	0,192
4,0	0,087	0,0887	0,104
5,0	0,056	0,0673	0,079
6,0	0,039	0,0398	0,0468
7,0	0,029	0,0296	0,0348
8,0	0,022	0,0224	0,0264
9,0	0,017	0,01734	0,0204
10,0	0,014	0,01428	0,0168

İletkenlerin sıcaklığa bağlı olarak dirençlerini değiştirme özelliği kullanılmaktadır. termokupllar metalurjik proseslerin yanı sıra kurutma ve pişirme fırınlarında sıcaklığı ölçmek için.

Sağlayıcı

Demir dışı ve paslanmaz çelik ürünler pazarında tanınmış bir uzman olan tedarikçi "Auremo", şu adresten satın almayı teklif ediyor: Uygun Fiyat nikrom, fekral, termokupllar:. Büyük seçim Stokta var. GOST'a uygunluk ve Uluslararası standartlar kalite. Nikrom, fekral, termokupllar her zaman mevcuttur, tedarikçiden fiyat en uygunudur. Toptan müşteriler için fiyat tercihlidir. Lütfen “İletişim” bölümündeki telefon numaralarından iletişime geçiniz, önerilere her zaman açığız. Sizi ortak işbirliğine davet ediyoruz.

İyi bir fiyata satın alın

Tedarikçi "Auremo" nikrom, fekral, termokuplları uygun şartlarda satın almayı teklif ediyor, fiyat belirleniyor teknolojik özellikler dahil edilmeden üretim ek maliyetler. Şirketin web sitesinde en son bilgiler görüntüleniyor, bir ürün kataloğu ve fiyat listeleri var. Standart dışı parametrelere sahip ürünleri sipariş edebilirsiniz. Sipariş fiyatı hacme ve ek koşullar tedarik.

Serbest elektron konsantrasyonu N artan sıcaklığa sahip bir metal iletkende neredeyse hiç değişmeden kalır, ancak ortalama termal hareket hızları artar. Kristal kafes düğümlerinin titreşimleri de artar. Ortamın elastik titreşimlerinin kuantumu genellikle denir. fonon. Kristal kafesin küçük termal titreşimleri bir fonon topluluğu olarak düşünülebilir. Artan sıcaklıkla birlikte atomların termal titreşimlerinin genlikleri artar, yani. titreşen atomun kapladığı küresel hacmin kesiti artar.

Böylece sıcaklık arttıkça elektron sürüklenme yolunda giderek daha fazla engel ortaya çıkar. Elektrik alanı. Bu, bir elektronun (λ) ortalama serbest yolunun azalmasına, elektronların hareketliliğinin azalmasına ve bunun sonucunda metallerin iletkenliğinin azalmasına ve direncin artmasına neden olur (Şekil 3.3). Bir iletkenin sıcaklığı 3K değiştiğinde, bu iletkenin belirli bir sıcaklıktaki özdirenç değerine bağlı olarak özdirençteki değişime özdirenç sıcaklık katsayısı denir. TK ρ veya . Direncin sıcaklık katsayısı K -3 cinsinden ölçülür. Metallerin direnç sıcaklık katsayısı pozitiftir. Yukarıda verilen tanımdan aşağıdaki gibi, diferansiyel ifade TK ρşu forma sahiptir:

(3.9)

Elektronik metal teorisinin sonuçlarına göre, katı haldeki saf metallerin değerleri, ideal gazların genleşme sıcaklık katsayısına (TK) yakın olmalıdır, yani. 3: 273 = 0,0037. Aslında çoğu metalin değeri ≈ 0,004'tür. Ferromanyetik metaller (demir, nikel ve kobalt) dahil olmak üzere bazı metaller daha yüksek değerlere sahiptir.

Her sıcaklık için bir sıcaklık katsayısı olduğunu unutmayın. TK ρ. Uygulamada belirli bir sıcaklık aralığı için ortalama değer kullanılır. TK ρ veya :

, (3.10)

Nerede ρ3 Ve ρ2- iletken malzemenin sıcaklıklardaki direnci Ç3 Ve T2 sırasıyla (bu durumda T2 > T3); sözde var ortalama sıcaklık direnç katsayısı Bu malzemenin sıcaklık aralığında Ç3önce T2.

Bu durumda sıcaklık dar bir aralıkta değiştiğinde Ç3önce T2 bağımlılığın parçalı doğrusal yaklaşımını kabul edin ρ(T):

(3.11)

Elektrikli malzemelerle ilgili referans kitapları genellikle 20 0 C'de değerler verir.

Şekil.3.1 Direnç bağımlılığı ρ sıcaklığa bağlı olarak metal iletkenler T. Zıplamak ρ (dal 5) erime noktasına karşılık gelir TPL.

Şekil 3.2. Bakır direncinin sıcaklığa bağlılığı. Atlama, bakırın erime sıcaklığı 1083 0 C'ye karşılık gelir.

Formül (3.33)'ten takip edildiği gibi, iletkenlerin direnci doğrusal olarak sıcaklığa bağlıdır (Şekil 3.3'teki dal 4), ancak aşağıdakiler hariçtir: Düşük sıcaklık ve erime noktasından daha yüksek sıcaklıklar T>TPL.

Sıcaklık 0 0 K'ye yaklaştıkça ideal bir metal iletkenin direnci vardır. ρ 0'a (dal 3) eğilimlidir. Birkaç kelvinlik küçük bir alan üzerinde teknik olarak saf iletkenler (çok az miktarda yabancı madde içeren) için değer ρ sıcaklığa bağlı olmaktan çıkar ve sabit hale gelir (dal 2). Buna “artık” direnç denir OST. Büyüklük OST yalnızca safsızlıklar tarafından belirlenir. Metal ne kadar safsa o kadar az OST .

Mutlak sıfıra yakın bir yerde başka bir bağımlılık mümkün ρ sıcaklıkta, yani belirli bir sıcaklıkta TS direnç ρ aniden neredeyse sıfıra düşer (dal 3). Bu duruma süperiletkenlik, bu özelliğe sahip iletkenlere ise süperiletken denir. Süperiletkenlik olgusu aşağıda 3.3'te tartışılacaktır.

Örnek 3. 6. Oda sıcaklığında bakırın direnç sıcaklık katsayısı 4,3 · 30-3 -3 K'dir. Bakır iletken 300'den 3000 K'ye ısıtıldığında elektron serbest yolunun kaç kez değişeceğini belirleyin.

Çözüm. Elektronun ortalama serbest yolu dirençle ters orantılıdır. Dolayısıyla ısıtıldığında bakırın direnci kaç kat artar, elektronların serbest yolu kaç kat azalır. Bakırın direnci birkaç kat artacaktır. Sonuç olarak, elektronsuz yol 3 kat azalacaktır.

Erime sırasında metallerin direncindeki değişim.

Metaller katı halden sıvı hale geçtiğinde çoğunun direnci artar. ρ Şekil 3.3'te gösterildiği gibi (dal 5). Tablo 3.2 dirençteki bağıl değişimi gösteren değerleri göstermektedir çeşitli metaller eridiğinde. Erime sırasında hacmi artan metallerin (Hg, Au, Zn, Sn, Na) erime sırasında direnci artar; yoğunluğunu azaltın. Ancak galyum (Ga) ve bizmut (Bi) gibi bazı metaller, ρ Sırasıyla 0,58 ve 0,43 kat. Erimiş haldeki çoğu metal için, özdirenç sıcaklık arttıkça artar (Şekil 3.3'teki dal 6), bu da hacimlerindeki artış ve yoğunluktaki azalmayla ilişkilidir.

Tablo 3.2. Erime sırasında çeşitli metallerin dirençlerindeki bağıl değişim.

Deformasyon sırasında metallerin direncindeki değişim.

Değiştirmek ρ metal iletkenlerin elastik deformasyonları sırasında, metal kristal kafesin düğümlerinin titreşim genliğindeki bir değişiklikle açıklanır. Uzatıldığında bu genlikler artar ve sıkıştırıldığında azalır. Düğümlerin salınımlarının genliğindeki bir artış, yük taşıyıcılarının hareketliliğinde bir azalmaya ve bunun sonucunda ρ'de bir artışa yol açar.

Salınım genliğindeki bir azalma ise tam tersine ρ'de bir azalmaya yol açar. Bununla birlikte, önemli plastik deformasyon bile, kural olarak, kristal kafesin bozulması nedeniyle metallerin direncini% 4-6'dan fazla artırmaz. Bunun istisnası tungstendir (W), ρ önemli sıkıştırma ile yüzde onlarca artar. Yukarıdakilerle bağlantılı olarak, iletken malzemelerin elektriksel özelliklerinden ödün vermeden mukavemetini arttırmak için plastik deformasyon ve bunun sonucunda ortaya çıkan sertleşmenin kullanılması mümkündür. Yeniden kristalleşme sırasında direnç tekrar orijinal değerine indirilebilir.

Alaşımların spesifik direnci.

Daha önce de belirtildiği gibi, yabancı maddeler metallerin doğru yapısını bozar ve bu da dirençlerinin artmasına neden olur. Şekil 3.3 direnç ρ ve iletkenliğin bağımlılığını göstermektedir γ bakır konsantrasyonu N yüzde kesirlerde çeşitli safsızlıklar. Herhangi bir alaşımlamanın, alaşımlı metale kıyasla alaşımlı metalin elektriksel direncinde bir artışa yol açtığını vurguluyoruz. Bu aynı zamanda daha düşük bir metalin olduğu durumlar için de geçerlidir. ρ. Örneğin bakırı gümüşle alaşımlarken ρ olduğundan daha fazla bakır-gümüş alaşımı olacak ρ bakır olmasına rağmen ρ daha az gümüş ρ Şekil 3.3'te görülebileceği gibi bakır.

Şekil 3.3. Direnç Bağımlılığı ρ ve iletkenlik γ yabancı maddelerin içeriğinden bakır.

Önemli artış ρ iki metalin birbirleriyle kaynaşması durumunda gözlemlenir kesin çözüm bir metalin atomlarının dahil olduğu kristal kafes bir diğer. Eğri ρ alaşımdaki bileşenlerin içeriği arasında belirli bir spesifik orana karşılık gelen bir maksimuma sahiptir. Böyle bir değişiklik ρ Alaşım bileşenlerinin içeriğinden kaynaklanan bu durum, saf metallere göre daha karmaşık yapısından dolayı alaşımın artık klasik bir metale benzetilemeyecek olmasıyla açıklanabilir.

Bu durumda γ alaşımının spesifik iletkenliğindeki değişiklik, yalnızca taşıyıcıların hareketliliğindeki bir değişiklikten değil, aynı zamanda bazı durumlarda artan sıcaklıkla birlikte taşıyıcıların konsantrasyonundaki kısmi bir artıştan da kaynaklanır. Artan sıcaklıkla birlikte hareketlilikteki azalmanın, taşıyıcı konsantrasyonundaki bir artışla telafi edildiği bir alaşım, sıfır sıcaklık direnç katsayısına sahip olacaktır. Örnek olarak, Şekil 3.4 bakır-nikel alaşımının direncinin alaşımın bileşimine bağımlılığını göstermektedir.

İletkenlerin ısı kapasitesi, ısıl iletkenliği ve füzyon ısısı.

Isı kapasitesi Bir maddenin ısıyı absorbe etme yeteneğini karakterize eder Qısıtıldığında. Isı kapasitesi İLE herhangi bir fiziksel cismin faz durumu değişmeden 3K ısıtıldığında bu cisim tarafından emilen termal enerji miktarına eşit bir değerdir. Isı kapasitesi J/K cinsinden ölçülür. Isı kapasitesi metal malzemeler artan sıcaklıkla birlikte artar. Bu nedenle ısı kapasitesi İLE durumundaki sonsuz küçük bir değişiklikle belirlenir:

Şekil 3.4. Bakır-nikel alaşımlarının direncinin bileşime bağlılığı (ağırlıkça yüzde olarak).

Isı kapasitesi oranı İLE vücut ağırlığına Mözgül ısı kapasitesi denir İle:

Özgül ısı kapasitesi J/(kg?K) cinsinden ölçülür. Metallerin özgül ısı kapasitesinin değerleri tabloda verilmiştir. 3.3. Tablo 3.3'ten görülebileceği gibi refrakter malzemeler düşük özgül ısı kapasitesi değerleri ile karakterize edilir. Örneğin tungsten (W) için İle=238 ve molibden (Mo) için İle=264J/(kg?K). Aksine, düşük erime noktalı malzemeler karakterize edilir yüksek değer spesifik ısı kapasitesi. Örneğin alüminyum (Al) İle=922 ve magnezyum (Mg) için İle=3040J/(kg?K). Bakırın özgül ısı kapasitesi c = 385 J/(kg? K)'dir. Metal alaşımları için özgül ısı kapasitesi 300-2000 J/(kg?K) aralığındadır. C'dir önemli karakteristik metal

Termal iletkenlik termal hareketin ve onu oluşturan parçacıkların etkileşiminin bir sonucu olarak, eşit olmayan şekilde ısıtılmış bir ortamda termal enerji Q'nun transferi olarak adlandırılır. Herhangi bir ortamda veya herhangi bir cisimde ısının transferi, sıcak kısımlardan soğuk kısımlara doğru gerçekleşir. Isı transferi sonucunda ortamın veya vücudun sıcaklığı eşitlenir. Metallerde termal enerji iletim elektronları tarafından aktarılır. Metalin birim hacmi başına serbest elektron sayısı çok fazladır. Bu nedenle, kural olarak, metallerin ısıl iletkenliği, dielektriklerin ısıl iletkenliğinden çok daha fazladır. Metaller ne kadar az yabancı madde içerirse, termal iletkenlikleri de o kadar yüksek olur. Kirlilikler arttıkça termal iletkenlikleri azalır.

Bilindiği gibi ısı transfer süreci Fourier kanunu ile açıklanmaktadır:

. (3.14)

İşte ısı akısı yoğunluğu, yani koordinat boyunca geçen ısı miktarı X birim zaman başına kesit alanı birimi boyunca, J/m 2?s,

Koordinat boyunca sıcaklık gradyanı X, K/m,

Orantılılık katsayısı, termal iletkenlik katsayısı olarak adlandırılır (daha önce belirlenmişti), W/K?m.

Dolayısıyla, termal iletkenlik terimi iki kavrama karşılık gelir: bu, ısı transfer süreci ve bu süreci karakterize eden orantı katsayısıdır.

Yani bir metaldeki serbest elektronlar onun hem elektriksel hem de termal iletkenliğini belirler. Bir metalin elektriksel iletkenliği γ ne kadar yüksek olursa, termal iletkenliği de o kadar büyük olmalıdır. Artan sıcaklıkla birlikte, metaldeki elektronların hareketliliği ve buna bağlı olarak spesifik iletkenliği γ azaldığında, metalin ısıl iletkenliğinin spesifik iletkenliğine oranı / γ artmalıdır. Matematiksel olarak bu ifade edilir Wiedemann-Franz-Lorenz yasası

/γ = L 0 T, (3.15)

Nerede T- termodinamik sıcaklık, K,

L 0 - Lorentz numarası, eşit

L 0 = . (3.16)

Boltzmann sabitinin değerlerini bu ifadeye koymak k= J/K ve elektron yükü e= 3.602?30 -39 Cl'yi elde ederiz L 0 = /

Wiedemann-Franz-Lorentz yasası çoğu metal için (manganez ve berilyum hariç) normale yakın veya hafifçe yükseltilmiş sıcaklık aralığında karşılanır. Bu yasaya göre elektrik iletkenliği yüksek olan metallerin ısı iletkenliği de yüksektir.

Füzyon sıcaklığı ve ısısı. Katı kristalin bir cismin bir fazdan diğerine geçişi sırasında emdiği ısıya faz geçiş ısısı denir. Özellikle kristalin bir katının katıdan sıvıya geçişi sırasında emdiği ısıya denir. füzyon ısısı ve erimenin meydana geldiği sıcaklığa (sabit basınçta) denir. erime noktası ve belirtmek TPL.. Sıcaklıkta katı kristal bir cismin birim kütlesi başına sağlanması gereken ısı miktarı TPL sıvı hale dönüştürmeye denir özgül füzyon ısısı r PL ve MJ/kg veya kJ/kg cinsinden ölçülür. Bazı metaller için spesifik füzyon ısısının değerleri Tablo 3.3'te verilmiştir.

Tablo 3. 3. Bazı metallerin özgül ergime ısısı.

Erime noktasına bağlı olarak, demirden daha yüksek bir erime noktasına sahip olan refrakter metaller ayırt edilir; 3539 0 C'den yüksek ve erime noktası 500 0 C'den düşük olan düşük erime noktalı. 500 0 C ila 3539 0 C arasındaki sıcaklık aralığı, ortalama erime noktası değerlerini ifade eder.

Bir metalden ayrılan elektronun iş fonksiyonu.

Deneyimler, serbest elektronların pratikte metali normal sıcaklıklarda bırakmadığını göstermektedir. Bunun nedeni metalin yüzey tabakasında bir tutucu malzemenin oluşmasıdır. Elektrik alanı. Bu elektrik alanı, elektronların metalden çevredeki boşluğa kaçmasını önleyen potansiyel bir bariyer olarak düşünülebilir.

Tutma potansiyeli bariyeri iki nedenden dolayı yaratılır. Birincisi, metalden kaçan elektronların bir sonucu olarak metalde ortaya çıkan aşırı pozitif yükten kaynaklanan çekici kuvvetler nedeniyle ve ikincisi, daha önce yayılan elektronların itici kuvvetleri nedeniyle metalin yüzeyine yakın bir elektron bulutu oluşturdu. metal. Bu elektron bulutu, pozitif kafes iyonlarının dış katmanıyla birlikte, elektrik alanı paralel plakalı bir kapasitörünkine benzer olan bir elektrikli çift katman oluşturur. Bu katmanın kalınlığı birkaç atom arası mesafeye (30 -30 -30 -9 m) eşittir.

Dış uzayda bir elektrik alanı oluşturmaz ancak serbest elektronların metalden kaçmasını engelleyen potansiyel bir bariyer oluşturur. Bir metalden ayrılan elektronun iş fonksiyonu, metal-vakum arayüzündeki potansiyel bariyeri aşmak için yapılan iştir. Bir elektronun bir metalden uçabilmesi için, metaldeki pozitif yüklerin çekici kuvvetlerini ve daha önce metalden yayılan elektronların itici kuvvetlerini yenebilecek belirli bir enerjiye sahip olması gerekir. Bu enerji A harfi ile gösterilir ve metalden ayrılan elektronun iş fonksiyonu olarak adlandırılır. İş fonksiyonu aşağıdaki formülle belirlenir:

Nerede e- elektron yükü, K;

Çıkış potansiyeli, V.

Yukarıdakilere dayanarak, iletken elektronlar için metalin tüm hacminin, derinliği iş fonksiyonu A'ya eşit olan düz tabanlı bir potansiyel kuyusunu temsil ettiğini varsayabiliriz. İş fonksiyonu elektron volt (eV) cinsinden ifade edilir. . Metaller için elektron iş fonksiyonu değerleri Tablo 3.3'te verilmiştir.

Metaldeki elektronlara iş fonksiyonunun üstesinden gelebilecek kadar enerji verirseniz, elektronların bir kısmı metali terk edebilir. Bu metal yayan elektron olgusuna denir. elektronik emisyonlar. Elektronik cihazlarda serbest elektron elde etmek için özel bir prosedür vardır. metal elektrot - katot.

Katodun elektronlarına enerji aktarma yöntemine bağlı olarak, aşağıdaki elektron emisyon türleri ayırt edilir:

- termiyonik katodun ısıtılması sonucunda elektronlara ek enerjinin verildiği;

- fotoelektronik, katot yüzeyinin elektromanyetik radyasyona maruz kaldığı;

- ikincil elektronik yüksek hızda hareket eden bir elektron veya iyon akışı tarafından katodun bombardımanının bir sonucudur;

- elektrostatik Katot yüzeyindeki güçlü bir elektrik alanı, elektronların sınırlarının ötesine kaçmasını teşvik eden kuvvetler yaratır.

Termoiyonik emisyon olgusu vakum tüplerinde, X-ışını tüplerinde, elektron mikroskopları vesaire.

Termoelektromotor kuvvet (termo-emf).

İki farklı metal iletken A ve B (veya yarı iletkenler) temas ettiğinde (Şekil 3.5), temas potansiyeli farkı Bu, farklı metallerden gelen elektronların iş fonksiyonundaki farklılıktan kaynaklanmaktadır. Ayrıca farklı metal ve alaşımların elektron konsantrasyonları da farklı olabilir.

Bu durumda, konsantrasyonu daha yüksek olan A metalindeki elektronlar, konsantrasyonu daha düşük olan B metaline doğru hareket edecektir. Sonuç olarak A metali pozitif yüke, B metali ise negatif yüke sahip olacaktır. Metallerin elektronik teorisine göre, A ve B iletkenleri arasındaki temas potansiyeli farkı veya EMF şuna eşittir (Şekil 3.5):

(3.17)

Nerede U bir Ve U B— metallerle temas etme potansiyelleri; n bir Ve n B- A ve B metallerindeki elektron konsantrasyonları; k- Boltzmann sabiti, e- elektron yükü, T- termodinamik sıcaklık. B metalindeki elektron konsantrasyonu daha büyükse, birden küçük bir sayının logaritması negatif olacağından potansiyel fark işaret değiştirecektir. Temas potansiyeli farkı deneysel olarak ölçülebilir. Bu tür ilk ölçümler 3797 yılında bu fenomeni keşfeden İtalyan fizikçi A. Volta tarafından gerçekleştirildi.

Şekil 3.5. İki farklı iletken A ve B arasında bir kontak potansiyeli farkının veya EMF'nin oluşumu.

İki iletken A ve B kapalı bir devre oluşturuyorsa (Şekil 3.6) ve her iki kontağın sıcaklıkları aynıysa, potansiyel farkların toplamının veya ortaya çıkan emk'nin sıfır olduğunu söylemeye gerek yok.

(3.18)

İki metalin temas noktalarından biri veya adlandırıldığı gibi "bağlantı noktaları" bir sıcaklığa sahipse Ç3 ve diğeri - sıcaklık T2. Bu durumda, bağlantı noktaları arasında eşit bir termo-EMF ortaya çıkar:

(3.19)

Nerede - belirli bir iletken çifti için μV/K cinsinden ölçülen sabit termo-EMF katsayısı. "Sıcak" ve "soğuk" temas noktalarının sıcaklıklarının mutlak değerine ve ayrıca temas eden malzemelerin doğasına bağlıdır. Formül (3.39)'dan görülebileceği gibi, termo-EMF, bağlantı noktaları arasındaki sıcaklık farkıyla orantılı olmalıdır.

Şekil 3.6. Termokupl diyagramı.

Termo-EMF'nin bağlantı noktası sıcaklık farkına bağımlılığı her zaman tam olarak doğrusal olmayabilir. Bu nedenle katsayı T ile sıcaklık değerlerine göre ayarlanmalıdır T3 Ve T2.

Birbirinden izole edilmiş, farklı metal veya alaşımlardan yapılmış, iki yerden lehimlenen iki telden oluşan sisteme denir. termokupl. Sıcaklıkları ölçmek için kullanılır. Genellikle bir kavşağın (soğuk) sıcaklığı bilinir ve ikinci kavşak sıcaklığının ölçülmesi istenilen yere yerleştirilir. Termokupl'a örneğin bir milivoltmetre gibi bir ölçüm cihazı bağlanır mV, Celsius derece veya Kelvin derece olarak derecelendirilmiştir (Şekil 3.6).

Bazı durumlarda termokuplun uçlarına bir kontrol rölesi veya solenoid bobin bağlanır (Şekil 3.7). Belirli bir sıcaklık farkına ulaşıldığında, termoEMF'nin etkisi altında, röle bobini P'den bir akım akmaya başlar ve rölenin çalışmasına veya bir solenoid kullanılarak vananın açılmasına neden olur. En yaygın termokupl örnekleri, sıcaklık aralıkları ve uygulamaları aşağıda 325-330. sayfalarda verilmiştir.

Şekil 4

Şekil 3.7. Bir termokuplun otomatik kontrol devresindeki bir röleye bağlantı şeması

Termo-EMF bazı durumlarda yararlı olabilir, bazılarında ise zararlı olabilir. Örneğin, termokupllarla sıcaklığı ölçerken kullanışlıdır. İÇİNDE ölçüm aletleri ve referans dirençleri zararlıdır. Burada bakıra göre mümkün olan en düşük termo-EMF katsayısına sahip malzeme ve alaşımları kullanmaya çalışıyorlar.

Örnek 3.7. Termokupl soğuk bağlantı sıcaklığında kalibre edildi T 0 =0 o C. Kalibrasyon verileri tablo 3.4'te verilmiştir.

Tablo 3.4

Termokupl kalibrasyon verileri

T, veya C
Termo-EMF, mV	0,0	0,33	0,65	3,44	2,33	3,25	4.23	5,24	6,27	7,34	8,47	9,63

Bu termokupl fırındaki sıcaklığı ölçmek için kullanıldı. Ölçüm sırasında termokuplun soğuk bağlantı noktasının sıcaklığı 300 o C idi. Ölçüm sırasında voltmetre 7,82 mV voltaj gösterdi. Kalibrasyon tablosunu kullanarak fırının sıcaklığını belirleyin.

Çözüm. Ölçüm sırasında soğuk bağlantının sıcaklığı kalibrasyon koşullarına uymuyorsa, aşağıdaki şekilde yazılan ara sıcaklıklar kanunu uygulanmalıdır:

Bağlantı sıcaklıkları parantez içinde gösterilmiştir. Bulunan termo-EMF, kalibrasyon tablosuna uygun olarak fırındaki sıcaklığa karşılık gelir T= 900 o C.

İletkenlerin doğrusal genleşmesinin sıcaklık katsayısı(TCLR). Belirlenen bu katsayı, sıcaklığa bağlı olarak iletkenin doğrusal boyutlarındaki ve özellikle uzunluğundaki göreceli değişimi gösterir:

K-3 cinsinden ölçülür. Şekil 3.8'de 3 m uzunluğundaki çubukların uzantıları gösterilmektedir. çeşitli malzemeler artan sıcaklıkla birlikte,

Şekil 3.8. 1 m uzunluğundaki bir çubuğun uzamasının malzemenin sıcaklığına bağlılığı.

Direnç telden yapılmışsa, ısıtıldığında telin uzunluğunun ve yarıçapının sıcaklığıyla orantılı olarak arttığı unutulmamalıdır. Kesit doğrusal boyutların karesiyle orantılı olarak artar; yarıçapın karesiyle orantılıdır. Bu, ısıtıldığında telin doğrusal boyutları arttıkça bu telin direncinin azaldığı anlamına gelir. Bu nedenle, bir tel ısıtıldığında direncinin değeri zıt yönlerde etki eden iki faktörden etkilenir: dirençteki artış ρ ve telin kesitindeki artış.

Yukarıdakilerden dolayı telin elektrik direncinin sıcaklık katsayısı şuna eşit olacaktır:

Yük genleşme derzleri bu tür bir uzamayı telafi edemeyecektir. Bu durumda kontak ağının ayarı bozulacak, sarkma artacak ve normal akım toplama koşulları oluşmayacaktır. Bu koşullar altında bunu garantilemek imkansızdır. yüksek hız tren hareketi ve mevcut toplayıcıların gerçek bir arıza tehdidi olacak.

Bu tür olayların gelişmesini önlemek için, tellerin ısıtma sıcaklığı, bu iletişim ağı tasarımı için normal çalışma koşullarını sağlama koşulları altında izin verilen değerle sınırlandırılmalıdır. Sıcaklık izin verilen bu değerin üzerine çıkarsa çekiş yükü sınırlandırılmalıdır.

Ayrıca ankraj bölümlerinin uzunluğu tel uzunluğu 800 m'yi geçmeyecek şekilde sınırlandırılmalıdır. Bu durumda, kontak telinin sıcaklığı 300 0 C arttığında, uzama 3,4 m'yi geçmeyecektir; bu, çekiş süspansiyonunun uzamasının telafisi koşulları altında oldukça kabul edilebilirdir. Minimum sıcaklığı -40 0 C olarak alırsak, kontak telinin maksimum sıcaklığı 60 0 C'yi (bazı tasarımlarda 50 0 C) geçmemelidir.

Elektrikli vakum cihazları oluştururken, metal iletkenleri, TCLE'leri vakum camı veya vakum seramiklerininkiyle yaklaşık olarak aynı olacak şekilde seçmek gerekir. Aksi takdirde termal şoklar meydana gelebilir ve bu durum vakum cihazlarının tahrip olmasına yol açabilir.

İletkenlerin mekanik özellikleriçekme mukavemeti ve kopma uzaması ile karakterize edilir Δ ben/ben kırılganlık ve sertliğin yanı sıra. Bu özellikler mekanik ve ısı tedavisi iletkenlerdeki alaşım ve yabancı maddelerin varlığının yanı sıra. Ayrıca çekme mukavemeti metalin sıcaklığına ve çekme kuvvetinin süresine bağlıdır.

Yukarıda belirtildiği gibi, kontak tellerinin doğrusal genleşmesini telafi etmek için bunların gerilimi, 30 kN'lik (3 ton) bir gerilim oluşturan ağırlıklara sahip sıcaklık kompansatörleri tarafından gerçekleştirilir. Bu gerilim normal akım toplama koşullarını sağlar. Gerilme ne kadar büyük olursa, süspansiyon da o kadar elastik olur ve daha iyi koşullar güncel koleksiyon Ancak izin verilen gerilim, artan sıcaklıkla azalan çekme mukavemetine bağlıdır.

Kontak tellerinin yapıldığı sert çekilmiş bakır için, 200 0 C'nin üzerindeki sıcaklıklarda çekme mukavemetinde keskin bir azalma meydana gelir. Maruz kalma süresi arttıkça geçici çekme mukavemeti de azalır. Yüksek sıcaklık. Mutlak sıcaklığına bağlı olarak metalin kırılmasına kadar geçen süre T(K) ve tasarım özellikleri ve üretim teknolojisi aşağıdaki formülle belirlenir:

. (3.22)

Burada: C3 ve C2 metallerin tasarımına ve özelliklerine bağlı olarak termal direnç katsayılarıdır. Şekil 3.9, farklı metallerden yapılmış teller için imhaya kadar geçen sürenin Celsius derece cinsinden sıcaklığa bağlılığını göstermektedir.

Bu nedenle, süspansiyonun esnekliğini arttırmak için kontak telinin gerginliğini arttırırken, Şekil 3.9'a göre kontak telinin mukavemeti de dikkate alınmalıdır.

Şek. 3. 9. Metalin kopmasından önceki zamanın sıcaklığa ve tel tipine bağlılığı. 1 - alüminyum ve çok telli çelik-alüminyum; 2 - bakır teması; 3 - çok telli çelik-bakır bimetalik; 4 - bronz ısıya dayanıklı kontak.