Презентация предназначена для учащихся 11 классов изучающих физику по программе Физика 11 углубленный курс В.А. Касьянов. Рассмотрены модели показывающие как сопротивление металлов и полупроводников зависит от температуры. Вводится понятие температурного коэффициента сопротивления. Рассмотрены решения задач предложенных в конце параграфа. Можно использовать при объяснении нового материала и повторении.
Зависимость сопротивления
проводника от температуры
Физика 11 класс
Анализ формулы удельного сопротивления
Ранее полученная формула
Видно, что удельное сопротивление обратно
пропорционально времени между столкновениями
электронов с ионами кристаллической решетки
С увеличением температуры это время будет
увеличиваться, покажем это модели.
Модель движения электронов по проводнику.
3
Зависимость и график
зависимости
Где ρ0 – удельное сопротивление при t0=20⁰C (T0=273 K); ∆T=T-T0;
α – температурный коэффициент сопротивления (ТКС)
Линейная зависимость справедлива в сравнительно
небольшом интервале температур.
Для большинства чистых металлов
Термосопротивление
По значению сопротивления (силы тока) можно определить температуру,
что используется при измерении температуры в диапазоне недоступном
жидкостным термометрам.
От – 50 до +1200°С
Полупроводники — материалы, по своей
удельной проводимости занимающие
промежуточное место между
проводниками и диэлектриками
Рассмотрим кристаллическую решетку кремния
(Si)
Kремний четырёхвалентен — на внешней электронной
оболочке атома кремния расположены четыре
валентных электрона. Каждый из этих четырёх
электронов готов образовать общую электронную
пару с валентным электроном другого атома.
Так и происходит!
Однако валентные электроны отнюдь не
«привязаны намертво» к соответствующим
парам атомов.
Полупроводники
При достаточно низких температурах полупроводники близки к
диэлектрикам — они не проводят электрический ток.
При повышении температуры тепловые колебания атомов кремния становятся интенсивнее, и энергия
валентных электронов возрастает. У некоторых электронов энергия достигает значений, достаточных
для разрыва ковалентных связей. Такие электроны покидают свои атомы и
становятся свободными (или электронами проводимости) — точно так же, как в металле.
Свободные
электроны
«Дырки» – пустые места
электронов
Полупроводники
При увеличении температуры полупроводника свободных электронов и
дырок становится больше, концентрация (n) их увеличивается
Следовательно удельное
сопротивление полупроводника при
увеличении температуры
уменьшается!!
Задачи
Задача 1. Сопротивление медного провода при
температуре 0⁰С равно 4 Ом. Найдите его сопротивление
при 50⁰С, если температурный коэффициент
сопротивления меди (ТКС) α=4,3*10-3 К-1
Дано:
T0=0⁰C=273
К
R0=4 Ом
T1=50⁰C=323
K
α=4,3*10-3 K-1
R-?
Задачи
Задача 2. Сопротивление проводника при 20⁰C равно 25
Ом, а при 35⁰С - 25,17 Ом. Найдите температурный
коэффициент сопротивления.
Дано:
∆T1=20⁰C=20
К
R1=25 Ом
∆T2=35⁰C=35
K
R2 =25,17 Ом
Два сопротивления две
формулы:
Отношение двух
формул:
α-?
Свойство пропорции:
Задачи
Задача 2. Сопротивление проводника при 20⁰C равно 25
Ом, а при 35⁰С - 25,17 Ом. Найдите температурный
коэффициент сопротивления.
Вычисления
Дано:
:
∆T1=20⁰C=20
К
R1=25 Ом
∆T2=35⁰C=35
K
R2 =25,17 Ом
α-?
Задачи
Задача 3. Сопротивление стального проводника при
температуре t1=10⁰C R1=10 Ом. Найдите при какой
температуре его сопротивление увеличится на 1%.
Температурный коэффициент сопротивления стали 6*10-3 К-1
Дано:
∆T1=10⁰C=10 К
R1=10 Ом
R2 =1,01*R1=10,1
Омα= 6*10-3 K-1
∆T2-?
Два сопротивления две
формулы:
Свойство пропорции:
Отношение двух
Отношение двух
формул:
формул:
Задачи
Задача 3. Сопротивление стального проводника при
температуре t1=10⁰C R1=10 Ом. Найдите при какой
температуре его сопротивление увеличится на 1%.
Температурный коэффициент сопротивления стали 6*10-3 К-1
Дано:
∆T1=10⁰C=10 К
R1=10 Ом
R2 =1,01*R1=10,1
Омα= 6*10-3 K-1
∆T2-?
Задачи
Задача 4. Сопротивление вольфрамовой нити лампы
накаливания при 20⁰С равно 20 Ом. Температурный
коэффициент сопротивления вольфрама 4,6 * 10-3 К-1 . Найдите
температуру нити накала лампы при включении ее в сеть с
напряжением 220 В и силой тока 1 А
Решение похоже на решение
предыдущей задачи!
Только сопротивление R2 можно найти
=220 Ом
Дано:
∆T1=20⁰C=20 К
R1=20 Ом
U =220 В
I = 1 Аα= 4,6*10-3
K-1∆T2-?
Задачи
Задача 4. Сопротивление вольфрамовой нити лампы
накаливания при 20⁰С равно 20 Ом. Температурный
коэффициент сопротивления вольфрама 4,6 * 10-3 К-1 . Найдите
температуру нити накала лампы при включении ее в сеть с
напряжением 220 В и силой тока 1 А
Вычисление:
Дано:
∆T1=20⁰C=20 К
R1=20 Ом
U =220 В
I = 1 Аα= 4,6*10-3
K-1∆T2-?
К
Задачи
Задача 5. При нагревании проводника S его сопротивление
возрастает на ∆R. Зная плотность вещества d, удельное
сопротивление ρ проводника и удельную теплоемкость c,
найдите изменение его внутренней энергии.
Дано:
S
∆
R
d
Ρ
c∆W-?
Изменение внутренней энергии происходит за счет нагревания
проводника
∆W=Q=cm∆T
Найдем сначала
∆T
Поэто
му
Задачи
Задача 5. При нагревании проводника S его сопротивление
возрастает на ∆R. Зная плотность вещества d, удельное
сопротивление ρ проводника и удельную теплоемкость c,
найдите изменение его внутренней энергии.
Дано:
S
∆
R
d
Ρ
c∆W-?
Продолжени
е
По формуле
сопротивления
Масса
проводника
Подставим полученные выражения в формулу изменения
энергии
Зависимость сопротивления проводника от температуры.pptx
