Politechnika Częstochowska

Instytut Fizyki

Ćwiczenie nr. 7

Temat: Charakterystyka Oporów.

Tadeusz Mariański

Rafał Młyńczak

Informatyka

Rok II

Grupa V

I Wstęp Teoretyczny.

1. Mechanizm przewodzenia metali. Teoria gazu elektronowego.

Wewnątrz metali w przestrzeni rozmieszczone są dodatnie i ujemne jony metalu. Jony dodatnie rozmieszczone są w sposób regularnie tworząc przestrzenną siatkę krystaliczną. Pomiędzy jonami dodatnimi poruszają się swobodne jony ujemne w sposób chaotyczny co do prędkości, zwrotu i kierunku ruchu, przypomina to ruch cząsteczek gazu. Z tego powodu elektrony swobodne nazywamy gazem elektronowym wypełniającym przestrzeń siatki krystalicznej. Wzrost temperatury metalu może spowodować drgania siatki krystalicznej oraz wzmożony ruch elektronów swobodnych, który może doprowadzić do wydostanie się elektronów poza jej obręb.

W wyniku podłączenia metalu do odpowiednio wytworzonych sił elektrycznych, we wnętrzu metalu może odbywać się „uporządkowany” ruch swobodnych elektronów, w określonym kierunku. Uporządkowany ruch elektronów nazywany prądem elektrycznym.

Rys 1.1 Ruch elektronów swobodnych w przewodniku nie podłączonym do żadnego

źródła sił elektrycznych.

Rys 1.2 Uporządkowany ruch elektronów w przewodniku podłączonym do

odpowiedniego źródła sił elektrycznych.

2. Zależność oporu elektrycznego od wymiarów geometrycznych przewodnika. Opór właściwy.

Rezystancja jest wprost proporcjonalna do długości l przewodu i odwrotnie proporcjonalna do jego przekroju poprzecznego S i zależy także od rezystywności ρ materiału, z jakiego jest wykonany przewód.

Współczynnik ρ jest to tak zwany opór właściwy przewodnika jest on różny dla każdego przewodnika, a jego wartość można obliczyć przekształcając powyższy wzór do postaci:

[ρ] = ([R] · [S]) / [l] = 1 Ω · m. = 1 kg · m³ · s^-3 · A^-2

Przykładowo rezystywność wolframu wynosi 0,055 · 10⁶ Ωm, a dla nikieliny 0,43 · 10⁶ Ωm

3. Przewodnictwo właściwe metali - zależność przewodnictwa elektrycznego przewodników od temperatury

Przy wzroście temperatury przewodów metalowych zwiększa się ich rezystywność. Natomiast przy nagrzewaniu węgla, grafitu i elektrolitów rezystywność tych materiałów maleje. W tym samym stosunku co i rezystywność zmienia się rezystancja przewodu.

W stosunkowo niedużych granicach zmian temperatury (30 - 150°C) można z dokładnością przyjąć, że wzglę­dne przyrosty rezystancji są proporcjonalne do zmian temperatury.

Jeżeli w temperaturze t₁ rezystancja danego przewodu wynosi r₁, a przy temperaturze t₂ > t₁ ma wartość R₂ to wobec przyjętego założenia

α(t₂ - t₁)

przy czym α jest tzw. współczynnikiem temperaturowym rezystan­cji, który wyraża względny przyrost rezystancji przewodu przy, wzroście jego temperatury o l K lub o 1°C.

Niektóre stopy metali, np. konstanitan i manganin, bardzo mało ^ zmiemiają rezystancję ze zmianą temperatury, przy jedinocześnie dość znacznych wartościach rezystywności

4. Przewodnictwo półprzewodników i dielektryków - zależność od temperatury

10²⁴

10²²

n, m ^-3

10²⁰ Przewodnictwo samoistne krzemu

10¹⁸

10¹⁶

0 10 20 30 40

1000 500 400 300 t. K

Przewodnictwo czystych materiałów półprzewodnikowych nazywa się przewodnictwem samoistnym. Na rysunku widać typową dla przewodników zależność liczby nośników od temperatury

Podwyższając temperaturę półprzewodnika dostarczamy mu energii. Wzrost temperatury zwiększa ilość nośników. Z pomiarów zjawiska Halla wynika, że w temperaturze pokojowej na milion atomów typowego półprzewodnika przypada jeden uwolniony nośnik ładunku.

Tabela 1

Żarówka Wolframowa
L.p.	U [V]	I [mA]	R [Ω]

Tabela 2

Nikielina
L.p.	U [V]	I [mA]	R [Ω]

Tabela 3a

L.p.	I [mA]	U [V]	l [cm] dl. przewodnika	R [Ω]	ρ [Ωm]	|Δρ| [Ωm]	|Δρ| . 100% | ρ|

Tabela 3b

	U	I
Klasa miernika
Zakres pomiarowy
Wartość najmniejszej działki
Niepewność pomiarowa

---