sa 2024/08/10 530

Isang susi sa mahusay na elektrikal na engineering: Panimula sa koepisyent ng temperatura ng paglaban

Ang koepisyent ng temperatura ng paglaban (TCR) ay sumusukat kung paano nagbabago ang paglaban ng isang materyal na may temperatura.Mahalaga ang pag -aari na ito para sa pagdidisenyo at pagpapabuti ng mga elektronikong bahagi na ginagamit sa maraming industriya.Habang tumataas ang temperatura, ang paraan ng mga atom at molekula ay lumilipat sa loob ng mga pagbabago sa mga materyales, na nakakaapekto sa kanilang mga de -koryenteng at pisikal na mga katangian.Ipinapaliwanag ng artikulong ito ang TCR na may simpleng matematika, ipinapakita ang kahalagahan nito sa mga materyales tulad ng mga metal at semiconductors, at binibigyang diin ang kahanga -hangang papel nito sa pang -araw -araw na mga electronics at kaligtasan, tulad ng mga nasa nuclear reaktor.Ang pag -alam kung paano nakakaapekto ang temperatura sa mga materyales ay tumutulong sa mga inhinyero at siyentipiko na mahuhulaan ang pag -uugali at matiyak na ang teknolohiya ay gumagana nang maayos sa iba't ibang temperatura.

Catalog

Larawan 1: Coefficient ng temperatura

Koepisyent ng temperatura`

Ang koepisyent ng temperatura, na tinukoy bilang α, ay sumusukat sa pagbabago ng kamag -anak sa isang pisikal na pag -aari ng R bilang tugon sa isang pagbabago sa temperatura DT.Ang relasyon ay matematika na kinakatawan ng pormula:

Kung saan ang α ay ipinahayag bilang isang kabaligtaran na temperatura, karaniwang sa mga yunit tulad ng 1/k o k - 1.Kapag ang αΔT ay nananatiling mas mababa sa 1, ang isang linear approximation ay maaaring mailapat nang epektibo.Ang pagtatantya na ito ay nagbibigay -daan para sa pagkalkula ng R sa anumang naibigay na temperatura T batay sa kilalang halaga nito sa isang temperatura ng sanggunian T0, na ipinahayag bilang:

kung saan ang Δt ay kumakatawan sa pagkakaiba sa pagitan ng T at T0.Ang linear na diskarte na ito ay nagpapasimple ng mga pagtatantya ngunit sa pangkalahatan ay naaangkop lamang kapag ang pagkakaiba sa temperatura ay maliit at ang α ay medyo pare -pareho.Ang paggamit ng mga coefficient ng temperatura ay sumasaklaw sa iba't ibang mga pang -agham at pang -industriya na aplikasyon, lalo na sa pagkilala sa mga de -koryenteng at magnetic na katangian ng mga materyales, pati na rin ang kanilang reaktibo, na may mga karaniwang halaga na nasa pagitan ng 2 at 3 para sa karamihan ng mga reaksyon.

Coefficient ng temperatura ng paglaban

Larawan 2: Paglalarawan at paglalarawan ng temperatura

Ang koepisyent ng temperatura ng paglaban (TCR) ay sumusukat kung paano nagbabago ang isang de -koryenteng pagtutol ng materyal na may temperatura.Kapag nagdidisenyo ng mga de -koryenteng sangkap na gumagana nang maaasahan sa isang hanay ng mga temperatura, kinakailangan ang katangiang ito.Ang TCR ay partikular na mahalaga para sa mga metal, kung saan ang paglaban ay karaniwang tumataas habang tumataas ang temperatura.Nangyayari ito dahil ang mas mataas na temperatura ay nagdudulot ng higit pang mga pagbangga sa elektron, na nagpapabagal sa daloy ng kasalukuyang electric.

Ang ugnayan sa pagitan ng paglaban at temperatura ay ipinapakita ng equation:

Sa pormula na ito:

R ay ang pagtutol sa temperatura t,

R_ref ay ang paglaban sa sanggunian,

Ang α ay ang koepisyent ng temperatura ng paglaban,

T_ref ay ang temperatura ng sanggunian.

Kailangang malaman ng mga inhinyero ang equation na ito upang matiyak na mahusay ang mga sangkap na de -koryenteng gumanap sa iba't ibang mga temperatura.Ang pag -unawa sa TCR ay tumutulong sa pagpili ng mga tamang materyales at mga sistema ng pagdidisenyo na mabawasan ang mga negatibong epekto ng mga pagbabago sa temperatura.

Ugnayan sa pagitan ng temperatura at paglaban

Larawan 3: Ang paglaban sa temperatura

Ang ugnayan sa pagitan ng temperatura at paglaban sa mga conductor ay ibinibigay ng:

Dito:

R_T ay ang pagtutol sa temperatura t,

R₀ ay ang paunang pagtutol sa isang temperatura ng baseline t₀,

Ang α ay ang koepisyent ng temperatura ng paglaban.

Ipinapakita ng pormula na ito na ang pagbabago ng paglaban ay nakasalalay sa paunang pagtutol, ang pagbabago sa temperatura, at ang TCR α.Para sa mga conductor, habang tumataas ang temperatura, ang pagtaas ng enerhiya ng kinetic ng mga electron ay humahantong sa mas madalas na pagbangga, sa gayon ang pagtaas ng resistivity.Ang pangkalahatang pagbabago sa resistivity ay pangunahin dahil sa mga pagbabago sa average na oras sa pagitan ng mga banggaan, sa kabila ng hindi mapapabayaang pagbabago sa bilang ng mga carrier ng singil.Ang pag -unawa sa mga dinamikong ito ay mabuti para sa paglikha ng mga materyales na angkop sa mga tiyak na kondisyon ng temperatura, tinitiyak ang pagiging maaasahan ng mga de -koryenteng aparato sa iba't ibang mga kapaligiran.

Mga uri ng koepisyent ng temperatura ng paglaban

Mayroong dalawang pangunahing uri ng mga coefficient ng temperatura: positibo at negatibo.Ang mga metal ay karaniwang nagpapakita ng isang positibong koepisyent, na nangangahulugang ang kanilang paglaban ay nagdaragdag sa temperatura.Sa kaibahan, ang mga semiconductors at insulators ay madalas na nagpapakita ng isang negatibong koepisyent, kung saan ang pagtaas ng temperatura ay humahantong sa isang mas mataas na bilang ng mga carrier ng singil, na binabawasan ang pangkalahatang pagtutol.Ang pagpili ng tamang materyal para sa isang naibigay na aplikasyon ay nakasalalay sa dichotomy na ito, lalo na sa mga system na kailangang ayusin nang tumpak ang temperatura.

Larawan 4: Positibo at negatibong koepisyent ng temperatura

Positibong koepisyent ng temperatura ng paglaban (PTC)

Ang mga materyales na may positibong koepisyent ng temperatura (PTC) ng paglaban ay nagdaragdag ng kanilang paglaban habang nagiging mas mainit.Ang kalidad na ito ay ginagawang mahusay para sa mga sitwasyon kung saan kinakailangan ang maaasahang kontrol sa temperatura.Ang mga materyales sa PTC ay maaaring mag-regulate sa sarili, nangangahulugang maiwasan nila ang sobrang pag-init sa pamamagitan ng natural na paglilimita sa kanilang pinakamataas na temperatura ng operating.Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang kanilang pagtutol, na pinuputol ang kasalukuyang daloy at kinokontrol ang paggawa ng init.

Ang iba't ibang mga materyales, tulad ng ilang mga rubber at composite polymers, ay idinisenyo upang ipakita ang pag -uugali na ito.Ginagawa silang magkaroon ng isang matalim na pagtaas ng pagtutol sa ilang mga temperatura.Ang mabilis na pagbabago sa paglaban ay lubhang kapaki-pakinabang para sa mga gamit na sensitibo sa kaligtasan, kung saan ang pagpapanatiling isang tiyak na saklaw ng temperatura ay mabuti upang maiwasan ang pagkabigo ng kagamitan o peligro.Kasama sa mga halimbawa ang over-kasalukuyang proteksyon sa mga de-koryenteng circuit at pag-regulate ng mga elemento ng pag-init sa mga aparato ng sambahayan.Ang modernong teknolohiya ay hindi maaaring gumana nang walang mga materyales sa PTC dahil sa kanilang likas na kaligtasan pati na rin ang kanilang lakas at pagiging maaasahan.

Larawan 5: Ipinapakita ang halaga ng pagtaas ng paglaban

Negatibong koepisyent ng temperatura ng paglaban (NTC)

Ang mga materyales na may negatibong koepisyent ng temperatura (NTC) ng paglaban ay mas mababa ang kanilang paglaban habang nagiging mas mainit.Para sa maraming mga application na nangangailangan ng tumpak na kontrol at sensitibong pagsukat ng temperatura, mahalaga ang mga materyales sa NTC.Ang kanilang pagbawas ng pagtutol sa pagtaas ng temperatura ay ginagawang perpekto ang mga ito para sa mga sensor ng temperatura at thermistors na ginamit sa lahat mula sa mga gamit sa bahay hanggang sa mga kumplikadong sistemang pang -industriya.

Ang mga materyales sa NTC ay nagbibigay ng feedback ng sensor ng temperatura upang ang mga control system ay maaaring ayusin ang mga ventilator, heaters, o cooler.Sa mga de -koryenteng sistema, ang paghawak ng mga inrush na alon ay isa pang pangunahing paggamit.Kapag ang kapangyarihan ay unang inilalapat, ang mga thermistor ng NTC ay maaaring limitahan ang pag -agos ng kasalukuyang sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mas mataas na pagtutol sa mas mababang temperatura, na pagkatapos ay bumababa habang nagpapainit sila.Ang tampok na ito ay tumutulong na maprotektahan ang pinong mga elektronikong bahagi mula sa pinsala dahil sa mataas na mga startup na alon, pagpapabuti ng kahabaan ng buhay at pagiging maaasahan ng mga elektronikong sistema.

Larawan 6: Ipinapakita ang halaga ng paglaban na mas mababa

Ang koepisyent ng temperatura ng halimbawa ng paglaban

Ang mga thermometer ng paglaban sa platinum ay mga huwarang aplikasyon ng koepisyent ng temperatura ng resistivity.Ang pagtukoy ng natutunaw na punto ng lata sa pamamagitan ng pag-obserba ng pagbabago sa paglaban ay nagbibigay ng mga praktikal na pananaw sa utility ng mga coefficient ng temperatura sa mga aplikasyon ng real-world, na binibigyang diin ang kanilang kahalagahan sa mga pagsukat sa pang-agham at pang-industriya.

Halimbawa: Ang isang thermometer ng paglaban sa platinum ay may paglaban R0 = 50.0 Ω sa T0 = 20 ºC.Ang α para sa PT ay 3.92 × 10-3 (ºC) -1.Ang thermometer ay nalubog sa isang sisidlan na naglalaman ng natutunaw na lata, sa puntong ito ay tumataas ang 91.6Ω.Ano ang natutunaw na punto ng lata?

Coefficient ng temperatura ng pagkalastiko

Ang pangunahing pag -aari ng isang materyal na naglalarawan kung paano ang nababanat na modulus, o higpit, ay nag -iiba sa temperatura ay ang koepisyent ng temperatura ng pagkalastiko.Ang nababanat na modulus, na kilala rin bilang modulus ng Young, ay sumusukat sa higpit ng isang materyal.Dinidikta nito kung magkano ang isang materyal na deform sa ilalim ng stress at tinukoy bilang ratio ng stress (lakas sa bawat yunit ng lugar) upang mabulok (pagpapapangit bilang tugon sa stress).Sa pangkalahatan, ang isang mas mataas na nababanat na modulus ay nagpapahiwatig ng isang stiffer material.Ang nababanat na modulus sa pangkalahatan ay bumababa habang tumataas ang temperatura, bagaman ang relasyon na ito ay nag -iiba sa mga materyales.Ang pagbaba na ito ay nangyayari dahil ang pagtaas ng temperatura ay nagdaragdag ng mga panginginig ng atom o molekular, na binabawasan ang mga puwersa na nag -aambag sa higpit ng isang materyal.Habang ang materyal ay kumakain, ang mga atomo ay nag -vibrate nang mas masigla, na nagiging sanhi ng pansamantalang misalignment sa istraktura at nagreresulta sa nabawasan na higpit.

Larawan 7: nababanat na modulus

Ang koepisyent ng temperatura ng pagkalastiko ay tinutukoy ang pagbabago sa higpit na may temperatura.Karaniwan itong ipinahayag bilang isang fractional na pagbabago sa modulus bawat antas ng pagbabago ng temperatura.Ang isang negatibong koepisyent ay nangangahulugang ang nababanat na modulus ay bumababa habang tumataas ang temperatura.Para sa maraming iba't ibang mga uri ng mga aplikasyon, ang kakayahang hulaan ang materyal na pag -uugali sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ng init ay mahalaga, at ang koepisyent na ito ay nakakatulong sa na.

Ang mga materyales na napapailalim sa mga thermal stress, tulad ng mga ginamit sa aerospace, automotive, at industriya ng konstruksyon, ay nangangailangan ng pag -unawa sa koepisyent ng temperatura ng pagkalastiko.Ang thermal stress ay nangyayari kapag ang isang materyal ay sumasailalim sa pagbabago ng temperatura habang pinipigilan, na nagiging sanhi ng pagpapalawak o pag -urong.Kung ang materyal ay hindi malayang magbabago dahil sa mga hadlang sa kapaligiran o istruktura, ang stress ay bumubuo, na potensyal na humahantong sa pagkabigo.

Koepisyent ng temperatura ng reaktibo

Ang koepisyent ng temperatura ng reaktibo ay nagbibilang ng mga pagbabago sa reaktor ng reaktor na may temperatura.Ang isang negatibong koepisyent ng temperatura ay mainam sapagkat nangangahulugan ito na habang tumataas ang temperatura ng reaktor, bumababa ang reaktibo nito.Dahil binabawasan nito ang output ng kuryente ng reaktor habang kumakain ito, ang negatibong sistema ng feedback na ito ay nakakatulong upang mabawasan ang sobrang pag -init at posibleng aksidente.

Maraming mga kadahilanan ang nakakaimpluwensya sa koepisyent ng temperatura ng reaktibo, kabilang ang mga pagbabago sa mga katangian ng gasolina, mga katangian ng moderator, at pangkalahatang pagsasaayos ng reaktor.Habang tumataas ang temperatura, ang nukleyar na gasolina ay lumalawak, binabawasan ang density nito, na binabawasan ang mga pakikipag -ugnay sa neutron at nagpapababa ng reaktibo.Sa mga reaktor na gumagamit ng isang moderator, tulad ng tubig, upang pabagalin ang mga neutron, ang pagtaas ng temperatura ay binabawasan ang density ng moderator, na ginagawang hindi gaanong epektibo sa pagbagal ng mga neutron at sa gayon ay binabawasan ang reaktibo.Ang mas mataas na temperatura ay nakakaapekto sa mga pagsipsip ng mga cross-section ng mga resonance absorbers sa reaktor ng gasolina, pagpapahusay ng kanilang kakayahang makunan ng mga neutron, na nagpapababa ng reaktibo.

Ang isang tampok na kaligtasan sa sarili na dapat na naroroon para maiwasan ang sobrang pag-init ng reaktor at ginagarantiyahan ang matatag na operasyon ay isang negatibong koepisyent ng temperatura ng reaktibo.Ito ay kumikilos bilang isang awtomatikong mekanismo ng kontrol, pagpapanatili ng ligtas na mga antas ng kuryente nang walang panlabas na interbensyon.Halimbawa, kung hindi inaasahang tumataas ang reaktibo, na nagiging sanhi ng sobrang pag -init ng reaktor, awtomatikong binabawasan ng negatibong koepisyent ang temperatura, ang paglamig sa reaktor at nagpapatatag ng mga operasyon.

Mga pagkakaiba -iba ng materyal at ang kanilang mga aplikasyon

Ang koepisyent ng temperatura ng paglaban ay nag -iiba lalo na sa iba't ibang mga materyales, isang detalye na nakuha sa komprehensibong mga talahanayan na naglilista ng mga koepisyent para sa iba't ibang mga metal at haluang metal sa 20 ° C.Ang mga metal tulad ng nikel at bakal ay may mataas na positibong koepisyent, na nagpapahiwatig ng malaking pagbabago sa paglaban sa mga pagbabago sa temperatura.Sa kabaligtaran, ang mga haluang metal tulad ng Nichrome at Constantan ay nagpapakita ng minimal o bahagyang negatibong coefficients, na ginagawang angkop para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng matatag na pagtutol sa mga pagbabago sa temperatura, tulad ng mga resistor ng katumpakan at mga circuit na sensitibo sa temperatura.

Larawan 8: Talahanayan ng Mga Coefficients ng Coefficients ng Temperatura para sa Mga Karaniwang Metal

Mga praktikal na implikasyon sa disenyo ng circuit

Ang pagdidisenyo ng mga circuit na kailangang gumana sa ilalim ng mga tiyak na kondisyon ng thermal ay nangangailangan ng isang pag -unawa at kakayahang makalkula ang koepisyent ng temperatura ng paglaban.Halimbawa, ang isang karaniwang elektronikong circuit na nagpapatakbo sa 20 ° C ay maaaring makaranas ng mga makabuluhang pagbabago sa paglaban kung ang pagtaas ng temperatura sa 35 ° C, lalo na kung gumagamit ito ng mga kable ng tanso (α = 0.004041).

Larawan 9: Isang halimbawa ng circuit upang makita kung paano nakakaapekto ang temperatura sa paglaban sa wire

Larawan 10: Solusyon gamit ang formula

Ang mga pagbabagong ito ng paglaban ay maaaring magbago ng pamamahagi ng boltahe sa buong mga sangkap ng circuit, na nakakaapekto sa pangkalahatang kahusayan ng kuryente at pamamahala ng init.Ang tampok na ito ay partikular na kinakailangan para sa mga malalaking application na kung saan ang mga pagbabagu-bago ng temperatura ay kapansin-pansin sa mga malalayong distansya, tulad ng paghahatid ng kuryente.

Konklusyon

Sa kontemporaryong agham at engineering, ang pag -aaral ng koepisyent ng temperatura ng paglaban (TCR) ay kapaki -pakinabang para sa maraming mga aplikasyon at materyales.Ang TCR ay pinakamahusay para sa pagpapabuti ng pagganap ng aparato at kaligtasan, mula sa mga pangunahing prinsipyo sa mga metal at semiconductors hanggang sa mga praktikal na gamit sa mga electronic circuit.Ang papel nito sa mga sistema ng kaligtasan, tulad ng mga nukleyar na reaktor, ay nagpapakita kung gaano kamangha -mangha para sa katatagan at maiwasan ang mga pagkabigo.Ang pag -unawa at pamamahala ng TCR ay may kaugnayan pa rin dahil ang mga materyales ay sumailalim sa mas malupit na mga kapaligiran at pagsulong sa teknolohiya.Pinapayagan ng Mastering TCR ang mga inhinyero na lumikha ng mas epektibo at madaling iakma ang mga elektronikong sistema.

Madalas na Itinanong [FAQ]

1. Bakit ang mga metal ay may negatibong koepisyent ng temperatura ng paglaban?

Ang mga metal ay may negatibong koepisyent ng temperatura ng paglaban dahil, habang tumataas ang kanilang temperatura, ang mga atomo sa loob ng metal ay nag -vibrate nang mas matindi.Ang pagtaas ng atomic na panginginig ng boses ay nagdudulot ng mas madalas na pagbangga ng mga elektron (na nagdadala ng kasalukuyang de -koryenteng) na may mga panginginig ng boses, sa gayon ang pagtaas ng paglaban.Gayunpaman, ang kakayahan ng mga electron na lumipat sa pamamagitan ng metal ay nagdaragdag din sa temperatura, madalas sa isang rate na lumampas sa pagtaas ng mga pagbangga.Bilang isang resulta, ang pangkalahatang paglaban ng metal ay bumababa sa temperatura.

2. Ano ang mangyayari kapag negatibo ang koepisyent ng temperatura ng paglaban?

Kapag ang koepisyent ng temperatura ng paglaban ay negatibo, ang paglaban ng isang materyal ay bumababa habang tumataas ang temperatura nito.Ang pag -uugali na ito ay pangkaraniwan sa mga metal, nangangahulugang sila ay nagiging mas mahusay na mga conductor ng koryente sa mas mataas na temperatura.

3. Ano ang kahulugan ng koepisyent ng temperatura ng paglaban?

Ang koepisyent ng temperatura ng paglaban ay tinutukoy kung paano nagbabago ang paglaban ng isang materyal na may temperatura.Ito ay karaniwang ipinahayag bilang isang fractional na pagbabago sa paglaban sa bawat antas ng pagbabago ng temperatura.Ang isang positibong koepisyent ay nagpapahiwatig ng isang pagtaas sa paglaban sa pagtaas ng temperatura, habang ang isang negatibong koepisyent ay nagpapahiwatig ng pagbawas.

4. Aling materyal ang walang negatibong koepisyent ng temperatura ng paglaban?

Ang mga insulator at semiconductors ay karaniwang walang negatibong koepisyent ng temperatura ng paglaban.Hindi tulad ng mga metal, ang mga materyales na ito ay madalas na nagpapakita ng pagtaas ng paglaban habang tumataas ang temperatura, na tumutugma sa isang positibong koepisyent ng temperatura.

5. Ano ang koepisyent ng zero-temperatura ng paglaban?

Ang isang zero-temperatura na koepisyent ng paglaban ay nangangahulugan na ang pagtutol ng isang materyal ay nananatiling pare-pareho anuman ang mga pagbabago sa temperatura.Para sa ilang mga aplikasyon, kung saan kailangan upang mapanatili ang patuloy na pagganap ng elektrikal sa iba't ibang mga temperatura, ang tampok na ito ay lubos na kanais -nais.

6. Aling materyal ang may koepisyent ng zero temperatura ng paglaban?

Ang ilang mga haluang metal, tulad ng Manganin (binubuo ng tanso, mangganeso, at nikel), at mga tiyak na pormulasyon ng nikel at bakal, ay ininhinyero na magkaroon ng isang koepisyentong zero-temperatura ng paglaban sa isang partikular na hanay ng mga temperatura.Ang mga resistor ng katumpakan at iba pang mga sangkap na nangangailangan ng pare -pareho na pagtutol ay gumagamit ng mga materyales na ito.

Q7.Ano ang bentahe ng isang negatibong koepisyent ng temperatura?

Ang bentahe ng isang negatibong koepisyent ng temperatura ay pinapayagan para sa mga aparato na maiayos ang sarili sa kanilang temperatura sa pamamagitan ng paglaban.Halimbawa, habang ang isang metal ay kumakain at bumababa ang paglaban nito, maaari itong hawakan ang mas maraming de -koryenteng kasalukuyang walang karagdagang pag -init, na potensyal na pumipigil sa sobrang pag -init sa mga de -koryenteng circuit.Ang pag -aari na ito ay kapaki -pakinabang sa mga aplikasyon tulad ng mga elemento ng pag -init at mga sensor ng temperatura.