抵抗温度係数

導体の電気抵抗は、通常、導体の材料、その長さと断面積、またはより簡単に言うと、導体の抵抗と幾何学的寸法に依存します。この依存関係はよく知られており、次の式で表されます。

みんなに知られていて、 電気回路の均質部分に関するオームの法則, ここから、抵抗が大きいほど電流が小さくなることがわかります。したがって、ワイヤの抵抗が一定の場合、印加電圧が増加すると、電流は直線的に増加するはずです。しかし実際にはそうではありません。電線の抵抗は一定ではありません。

例として遠くに行く必要はありません。電球を調整可能な電源 (電圧計と電流計付き) に接続し、電圧を徐々に上げて公称値にすると、電流が直線的に増加しないことが簡単にわかります。電圧は電圧に近づきます。ランプの公称値が増加すると、コイルを流れる電流はますますゆっくりと増加し、光はますます明るくなります。

コイルにかかる電圧を2倍にすると電流も2倍になるということはありません。オームの法則は成り立たないようです。実際、オームの法則が成り立ち、ランプのフィラメントの抵抗は一定ではなく、温度に依存します。

金属の電気伝導率が高い理由を思い出してみましょう。それは、金属中に多数の電荷キャリア（電流成分）が存在することに関連しています。 伝導電子… これらは金属原子の価電子によって形成される電子であり、導体全体に共通であり、個々の原子に属するものではありません。

導体に印加される電場の作用下で、自由伝導電子は無秩序な動きから、多かれ少なかれ秩序ある動きへと変化し、電流が形成されます。しかし、電子は途中で障害物、格子欠陥などのイオン格子の不均一性、熱振動によって引き起こされる不均一な構造に遭遇します。

電子はイオンと相互作用して運動量を失い、そのエネルギーが格子イオンに伝達されて格子イオン振動に変換され、電子自体の熱運動のカオスが増加し、そこから電流が流れると導体が加熱されます。

誘電体、半導体、電解質、気体、無極性液体では、抵抗の理由は異なる可能性がありますが、オームの法則は明らかに永久に線形を維持するわけではありません。

したがって、金属の場合、温度の上昇により結晶格子の熱振動がさらに大きくなり、伝導電子の移動に対する抵抗が増加します。これはランプの実験からもわかります。グローの明るさは増加しますが、電流の増加は減少します。これは、温度の変化がランプのフィラメントの抵抗に影響を与えたことを意味します。

その結果、抵抗があることが明らかになりました。 金属線 温度にほぼ直線的に依存します。また、加熱するとワイヤの幾何学的寸法がわずかに変化することを考慮すると、電気抵抗も温度にほぼ直線的に依存します。これらの依存関係は次の式で表すことができます。

確率に注目してみましょう。 0 °C での導体の抵抗が R0 であると仮定すると、温度 t °C では値 R (t) となり、抵抗の相対的な変化は α * t °C に等しくなります。この比例係数はα は抵抗温度係数と呼ばれます。これは、物質の電気抵抗の現在の温度への依存性を特徴づけます。

この係数は、数値的には、温度が 1K (1 ケルビン、摂氏 1 度の温度変化に相当) 変化したときの導体の電気抵抗の相対変化に等しくなります。

金属の場合、TCR (抵抗温度係数 α) は比較的小さいですが、常にゼロより大きくなります。これは、温度 t が高くなるほど、電流が流れるときに電子が結晶格子のイオンと衝突する頻度が高くなるためです。熱カオス運動が大きくなるほど、速度も速くなります。無秩序な動きで格子イオンと衝突すると、金属の電子はエネルギーを失い、その結果、ワイヤが加熱されると抵抗が増加することがわかります。この現象は技術的に利用されています。 測温抵抗体.

したがって、抵抗の温度係数 α は、物質の電気抵抗の温度依存性を特徴づけ、1 / K — ケルビンの -1 乗で測定されます。符号が反対の値は、伝導率の温度係数と呼ばれます。

純粋な半導体の場合、TCS はマイナスです。つまり、温度が上昇すると抵抗が減少します。これは、温度が上昇すると、より多くの電子が伝導ゾーンに入り、正孔の濃度も増加するという事実によるものです。 。同じメカニズムが液体の無極性誘電体と固体誘電体の特徴です。

極性液体は、温度が上昇すると粘度の低下と解離の増加により抵抗が急激に減少します。この特性は、高突入電流の破壊的な影響から電子管を保護するために使用されます。

合金、ドープされた半導体、ガス、電解質の場合、抵抗の熱依存性は純粋な金属の場合よりも複雑です。マンガニンやコンスタンタンなど、TCS が非常に低い合金が使用されています。 電気測定器.