Сторінка 10 з 21

В електроустановках спільно працюють вироби із різних матеріалів. Широко застосовують: сталі конструкційні та електротехнічні, мідь, алюміній, бронзу, латунь, свинець, олово, срібло, нікель, золото, вольфрам, платину, сплави різних металів, вугілля, графіт, кабельний папір, гуму, пряжу, полівінілхлорид, поліетилен, текстоліт, ебоніт, фібру, мастильні та ізоляційні масла, органічне та силікатне скло, фарфор, клеї, лаки, замазки, бітуми, кремнієві, селенові, германієві, мідно-закисні напівпровідники, електроліти кислотні та лужні тощо. Одним словом, важко знайти такий матеріал, який не застосовується в електротехніці. І кожен із матеріалів має властиві тільки йому властивості.
Властивості матеріалів визначають переважні сфери їх застосування, а також умови, за яких матеріали застосовувати не можна. Гума, наприклад, - чудовий ізоляційний матеріал. Але якщо дроти в гумовій ізоляції прокласти в місцях, де є олія, гума розмокне. У умовах потрібна пластмасова ізоляція. Або інший приклад.
Провід з гумовою ізоляцією не можна безпосередньо приєднувати до нагрівальних приладів, оскільки гума згорить. Тут потрібна теплостійка кремнійорганічна ізоляція. Приклади можна наводити нескінченно.
Заводи - виробники електротехнічних виробів виходять із властивостей матеріалів, але при ремонтах іноді вдаються до неприпустимих замін. Причини замін різні. В одних випадках просто не знають, що, наприклад, латунню далеко не завжди можна замінювати червону мідь - типовий випадок розглянуто вище, вправі 20. В інших випадках немає відповідного матеріалу; наприклад, для сирого приміщення потрібна текстолітова панель, а її замінюють гетинаксовою, але гетинакс вбирає вологу, що сильно погіршує ізоляцію панелі. По-третє, спокушаються легкістю обробки: латунь свердлити легко, а червону мідь важко.
У відповідних параграфах розглядається вплив на матеріали та вироби різних факторів. А в цьому параграфі ми зупинимося лише на теплових явищах. Але насамперед підкреслимо обставина, має принципове значення: порівняння властивостей матеріалів зіставляють їх параметри за однакових умов. Таким умовам відповідають питомі величини, тобто. розраховані певну одиницю (доля).
Так, наприклад, питома провідність міді та алюмінію дорівнює відповідно 54 і 32. Значить, мідь більш електропровідна – у 54: 32 ^ 1,6 раза. Це випливає з фізичного сенсу питомої провідності, яка є нічим іншим, як довжина провідника в метрах при перерізі 1 мм 2 (одиниця перерізу), при якій його опір дорівнює 1 Ом (одиниця опору). У нашому прикладі, щоб отримати 1 Ом, треба взяти або 54 м мідного або 32 м алюмінієвого дроту перетином 1 мм 2 .
При досить високій температурі метали та їх сплави плавляться, а органічні речовини – вугілля, папір та ін. – згоряють. Температури плавлення різних металів та його сплавів різні. Наприклад, температури плавлення (цифри округлені) вольфраму, сталі, нікелю, міді, срібла, латуні, алюмінію, цинку, свинцю, олова відповідно дорівнюють 3410, 1530, 1455,1083,981,900,658,419,2
Як видно з наведених даних, серед металів є і дуже тугоплавкі, наприклад, вольфрам, і легкоплавкі - свинець, олово, цинк. З вольфраму виготовляють нитки ламп розжарювання (робоча температура близько 2500 ° С) і контакти реле імпульсного режиму, що комутують з великою частотою електромагніти, що мають значну індуктивність. У таких випадках струми зазвичай невеликі і короткочасні, а контакти нагріває переважно іскра, має високу температуру.
З легкоплавких металів, переважно зі свинцю, виготовляють плавкі вставки інерційних запобіжників; вставки пластинчастих запобіжників зазвичай цинкові.
М'якими припоями є: олово (чисте олово застосовується лише у випадках) і сплави олова зі свинцем. Так, наприклад, олов'яно-свинцевий припій ГЮС-40 містить 40% олова. Важливі відомості про паяння містяться у вправі 23.
Вправа 23. Для з'єднання провідників широко застосовуються паяння та зварювання.
Відповісти на питання: 1. Чим принципово відрізняється паяння від зварювання? Навести приклади застосування паяння та зварювання. 2. Чому під час паяння свинцевих кабельних муфт потрібна особлива обережність? 3. У чому полягають переваги та недоліки м'яких припоїв і як роблять, якщо їх застосування неприпустимо? 4. Що таке флюс? 5. Чому перегрітий паяльник "не паяє"? Що роблять досвідчені монтери у проміжках між паяннями?
Відповіді. 1. Паяння - це з'єднання частин виробу за допомогою розплавленого металу припою. При паянні частини виробу, що з'єднуються, не плавляться, а плавиться тільки припій, що має нижчу температуру плавлення. Таким чином, між частинами, що з'єднуються, безпосереднього з'єднання немає. Зварює процес з'єднання металів або шляхом їхнього місцевого сплавлення, або шляхом спільного пластичного деформування, в результаті якого виникають міцні зв'язки між атомами металів, що з'єднуються. Типові приклади паяння: приєднання мідних провідників до висновків роз'ємів, контактних пластин реле, напівпровідникових діодів і т.п. Алюміній теж спаюють, але паяння алюмінію. значно складніше і вимагає спеціального припою. Спарюють алюмінієві провідники зварювання плавленням, наприклад, у розгалужувальних коробках освітлювальних мереж. З'єднання шин і відгалуження від них виконують холодним зварюванням, тобто. зварювання тиском.
Температура плавлення свинцю трохи вища за температуру плавлення припою, через що при паянні легко перегріти і розплавити свинцеву оболонку кабелю.
Маяти м'якими олов'яно-сиїнцевими припоями легко, але вони недостатньо механічно міцні. Отже, частини виробу, що з'єднуються. якщо можливе виникнення механічних навантажень, треба перед паянням скріпити (скрутити провідники, пропустити їх через отвори у хвостовиках контактних пружин реле, роз'ємів тощо).
Крім того, якщо можливе в аварійних режимах сильне нагрівання місць спайки, припій може розм'якшитися, а нагріта поверхня окислитися. Після остигання припою з'єднання вже не вийде, тому що в даному випадку немає флюсу.
Якщо потрібна висока механічна міцність або можливе сильне підвищення температури, застосовують тверді припої, наприклад на основі латуні. Але температура паяння в цьому випадку значно вища.
Флюс - речовина, що у розплавленому стані розчиняє окисли, тобто. очищає поверхні, що спаюються. Неочищені поверхні не спаюють. При паянні міді, латуні, бронзи м'якими припоями флюс служить каніфоль. При паянні стали каніфоль не застосовна. Доводиться користуватися соляною кислотою, травленою, цинком. Після паяння з кислотою вага місця, куди вона могла потрапити, треба ретельно промити, інакше провідники роз'їдатимуться.
Вели паяльник перегріти, каніфоль починає горіти і замість того, щоб очищати поверхню, забруднює її. Щоб паяльник не перегрівався (при пайці він не перегрівається, тому що теплота йде на розплавлення припою), його кладуть на металевий предмет, який відводить зайву теплоту.
Деякі метали у розплавленому стані розчиняють більш тугоплавкі метали. Так, розплавлене олово розчиняє мідь. Це використовується при виготовленні з мідного дроту плавких вставок запобіжників. На мідний дріт наплавляють кульку з олова. При нагріванні до температури значно нижчою, ніж температура плавлення міді, кулька плавиться і розчиняє мідь: запобіжник швидко перегорає.
Сплавляючи різні метали в певних пропорціях, отримують сплави з необхідними властивостями. Так, наприклад, ніхром і фехраль можуть працювати при температурах близько 1000 ° С, тому їх застосовують в електронагрівальних приладах.
Реотан і нікелін мають високий питомий опір, але не допускають високих температур - це реостатні сплави.
Головна властивість манганіну - практична сталість опору при змінах температури - визначає основну сферу його застосування. З манганіну роблять шунти для приєднання до них амперметрів, додаткові опори до вольтметрів, магазини опорів та інші точні елементи опору електровимірювальної техніки.
Температурний коефіцієнт розширення інвару приблизно в 12 разів менший за температурний коефіцієнт розширення сталі, завдяки чому інвар служить одним з компонентів термобіметалу (див. нижче, вправа 29).
Константа н, хромель та алюмель-матеріали для термопар, компенсаційних проводів до них і т.д.
Одним словом, кожен метал призначений для певної мети і тому заміна далеко не завжди допустима. Наприклад, якщо нагрівальну спіраль зробити не з ніхрому, а з нікеліну (її розміри будуть приблизно такими ж), то вона згорить.
При нагріванні місця з'єднання різнорідних металів (сплавів) теплова енергіябезпосередньо переходить у електричну: виникає термоЕРС. За інших рівних умов термоЕРС пропорційна температурі, на чому і ґрунтується її вимірювання за допомогою термопар. Термопару поміщають в те місце виробу, де потрібно виміряти температуру, і з'єднують з мілівольтметром (дотримуючись при цьому ряду вимог, наприклад використовуючи спеціальні компенсаційні проводи і т.п.). Шкалу мілівольтметра градує у градусах Цельсія.
Значні термоЕРС розвивають термобатареї, зібрані із напівпровідників. Термобатарея, надіта на скло гасової лампи, дає потужність, достатню для роботи радіоприймача.
При підвищенні температури електричний опірметалів збільшується, а вугілля, електролітів та напівпровідникових приладів зменшується. Наскільки змінюється опір можна обчислити за допомогою температурного коефіцієнта опору. Якщо він позитивний, то зі зростанням температури опір збільшується, отже, струм зменшується, але в обмотках електромагнітів, мережах, вимірювальних пристроях, лампах - в різного ступеня. Тому наслідки зміни струму різні. Типові випадки розглянуті у вправі 24.
Вправа 24. Струм, проходячи через металеві частини електроустановки, нагріває їх: опір збільшується.
Відповісти на запитання та оцінити, у яких випадках збільшення опору суттєво: 1. При температурі 10 °С опір обмотки електромагніту R - 500 Ом, а живильного мідного дроту 1 Ом. Електромагніт нагрівся на 60 °С. Як зміниться струм у ланцюзі? Чи набагато зміниться опір дроту живлення? Чи буде нагрітий електромагніт "сильнішим" чи "слабшим"? 2. За інших рівних умов провід нагрівся на 40 "С. Чи зміниться від цього сила струму в ланцюгу? Розглянути два випадки: а) провід нагрітий струмом навантаження; б) провід був без навантаження, але нагрівся від того, що помилково прокладено поблизу трубопроводу гарячого водопостачання 3. Театральні люстри з десятками потужних ламп включають на повне напруження не відразу, а поступово Роблять це "для краси" або є більш серйозні причини? , а тим не менш точність вимірювань зберігається в прийнятних межах. Яким способом це досягнуто? 5. Вище було вказано температуру обмотки електромагніта. Але цілком очевидно, що зовнішні частини обмотки охолоджуються краще і, отже, холодніше внутрішніх се частин. Про яку ж температуру йдеться?
Відповіді. 1. Температурний коефіцієнт опору міді 0,004 град-1 - Отже, при нагріванні на 100 ° С опір збільшується на 40%, а при нагріванні на 60 ° С на 24%. Струм відповідно зменшується. Опір дроту становить 0.2% опору цін. Воно так мало, що його не слід брати до уваги. Цікаво помститися, що при зменшенні струму (через нагрівання обмотки електромагніта) температура дроту зменшується (а не збільшується) і, отже, його опір знижується. Але ці зміни малі та несуттєві. Через зменшення струму МДС зменшується: електромагніт стає "слабшим" (див. вище, вправа 1).
При нагріванні на 40 ° С опір дроту збільшується на 16% і буде в нашому прикладі 1,16 Ом. Але опір ланцюга практично залишиться тим самим (501 Ом% 501,16 Ом). Для випадку а) нагрівання струмом навантаження явище нормальне, для випадку б) допустиме навантаження на провід має бути значно знижене.
Робоча температура нитки лампи розжарювання перевищує 2500 °С. Тому опір нитки лампи до її включення приблизно в 10 разів менше опору лампи, що горить. отже, пусковий струм великий і необхідно знизити.
Опір рамки вольтметра мізерно в порівнянні з додатковим опором, так як воно виконано з манганіну, а опір манганіну практично стабільно. 1-е л і б додатковий опір було не манганіновим, а мідним, то при тому самому напрузі показання вольтметра при 10 °С відрізнялися б від показань при 35 °С на 10 12%.
За умови першого питання поставлено: початкова температура 10 °С та нагрівання на 60 °С. Отже температура обмотки 10 + 60 = 70 °С. За температуру обмотки приймається температура усереднена, тобто. обчислена за результатами виміру опору.
Залежно від опору металів від температури засновано її вимірювання за допомогою термометрів опору.
Якщо температурний коефіцієнт опору негативний, то нагрівання призводить до збільшення лавиноподібного струму і його необхідно обмежувати. Справді, струм нагріває провідник (напівпровідник) із негативним коефіцієнтом опору. Опір зменшується, струм зростає тощо.
На лавиноподібному збільшенні струму при нагріванні напівпровідникових резисторів (термісторів), наприклад, заснований автоматичний контроль температури підшипників. Вимірювання та контроль температури, засновані на використанні залежності опору провідників та напівпровідників від температури, ілюструються вправами 25 та 26 відповідно.

Мал. 9. Вимірювання температури за допомогою терморезистора, що має позитивний температурний коефіцієнт опору (а) та контроль температури терморезистором з негативним температурним коефіцієнтом опору 16) - до вправ 25 та 26
Вправа 25. На рис. 9 а зображені: джерело електроживлення (+,"), вимірювальний прилад I"R - логометр.
опору RK1 і підстроювальний резистор R. Терморезистор у відповідному армуванні встановлюють там, де потрібно виміряти температуру, наприклад в масляному бакс, а вимірювальний прилад на щиті управління.
Відповісти на запитання: 1. Що у зображенні терморезистора RK1 позначають: похила риса та літера 2. Якій електричній величині пропорційна температура, що вимірюється? 3. Чому для вимірювання сили струму використано не просто міліамперметр, а логометр? 4. Навіщо в схему введено підстроювальний резистор?
Відповіді. 1- Похила характеристика стандартний символ лінійного саморегулювання підкреслює, що опір змінюється прямо пропорційно змінам температури, причому цей процес протікає сам. без будь-яких зовнішніх впливів. Літера позначає фізичну величину, у разі температуру, під впливом якої відбувається саморегулювання.
Пропорційна силі струму.
Показання міліамперметра залежать не тільки від опору (що потрібно), а й від змін напруги джерела електроживлення, а це вносить похибку у вимір. Логометри (вимірники відносин) вільні від цього недоліку: їх показання практично не залежать від змін напруги. Річ у тім, що протидіє момент у логометрі створюється не пружиною (як і міліамперметра), а електричним шляхом, тобто. за допомогою другої обмотки на рис. 9,а вона показана зеленою лінією. Справді, що нижча напруга, то менший струм проходить через робочу обмотку (на рис. 9,а червону).
Але такою ж мірою зменшується струм, що створює протидіючий момент. При підвищенні напруги рівною мірою збільшуються струми як у робочій, так і в протидіючій обмотках.
4. Логометри для вимірювання температури градуюють у розрахунку на певне значення опору проводів живлення. За допомогою підстроювального резистора R встановлюють це значення при налагодженні.
Вправа 26. На рис. 9.6 показано схему контролю температури підшипника будь-якого механізму. Латчик температури напівпровідниковий терморезистор (термістор) RK2 - встановлений в підшипниковий щит і включений послідовно з обмоткою реле К. Стабілізована напруга живлення від трансформатора 75 е допомогою відводів від вторинної обмотки підібрано таким чином, що при температурі нижче уставки (наприклад, нижче 80 °С) підтримується теплова рівновага. Це означає, що теплота, що виділяється струмом, що проходить через терморезистор, повністю відводиться контрольованим середовищем, а опір терморезистора - тисячі Ом. Якщо ж температура, підвищуючись, досягає заданої уставки, то теплова рівновага порушується, температура терморезистора зростає та його електричний опір зменшується. Зменшення опору викликає нове зростання струму та подальше нагрівання терморезистора.
Процес протікає лавиноподібно та швидко призводить до спрацьовування реле. Його контакти можуть бути використані в будь-яких ланцюгах, наприклад, у ланцюгу сигнальної лампи III., як у нашому прикладі.
Відповісти на питання: I. На що вказують ламана лінія у позначенні терморезистора RK2 та напис t°1 2. Пояснити призначення стабілізації напруги живлення. Що у позначенні трансформатора 7*5 вказує на стабілізацію? 3. Навіщо служать відведення від вторинної обмотки трансформатора і перемикач 5? 4. Оцінити, підвищиться або знизиться уставка за температури, якщо підвищити напругу, що підводиться від вторинної обмотки трансформатора. 5. Зі схеми видно, що після спрацьовування реле К його контакт закорочує терморезистор. Що сталося б із терморезистором за відсутності цього контакту?
Відповіді. 1. Ламана лінія позначає нелінійне саморегулювання: це означає, що опір термістора змінюється не пропорційно температурі, а значно різкіше. Напис -t свідчить про фізичну величину температуру, а знак мінус - негативний температурний коефіцієнт опору. Це означає, що з підвищенням температури опір не збільшується (як у термометрі опору, ем. вправа 25), а зменшується.
Без стабілізації напруги його зміни змінювали б уставку за температурою. На стабілізацію вказує ламана лінія позначення трансформатора 75.
Відведення служать, щоб встановити напругу, відповідну необхідної уставці за допомогою перемикача 5.
З підвищенням напруги теплова рівновага встановлюється при нижчій температурі контрольованого середовища, отже, уставка за температурою знижується.
згорів би.
Зміни температури завжди призводять до зміни розмірів тіл. Теплове розширення у ряді випадків шкідливе. Через різні коефіцієнти теплового розширення матеріалів, з яких виготовлені електричні машини (сталь, мідь, ізоляція), виникають зусилля, що розтягують, що призводять до механічного зносу ізоляції. Приклади серйозних порушень у роботі електроустановок наведено у вправі 27.

Мал. 10. Теплове розширення може порушити роботу електроустановок - до вправи 27
Щоб теплове розширення не призвело до поломок, вживають заходів, наприклад шини жорстко не закріплюють, роблять у них гнучкі вставки тощо.
Вправа 27. Нижче наведено три приклади порушення роботи електроустановки через теплове розширення.
Випадок А. Вийшов з ладу нагрівальний елементтеплообмінника замінили стрижнем 1, який поверх азбестової ізоляції 2 була навита ніхромовий дріт 3. Стрижень добре ізолювали від корпусу теплообмінника. Один кінець дроту приєднали до корпусу теплообмінника, а інший - до стрижня та підвели живлення, як показано на рис. 10,а. Через кілька хвилин після включення перегорів запобіжник 4. Перед наступним включенням мегаомметр виміряли опір ізоляції стрижень - корпус. Ізоляція виявилася високою. При наступному включенні сталося те саме: за кілька хвилин запобіжник перегорів.
Випадок Б. Порцеляновий ізолятор 5 арминований фланцем б (рис. 10,6), причому в якості сполучного 7 був використаний цемент, наявний. У спеку в ізоляторі утворилася тріщина.
Випадок В. Кабель 8 (рис. 10,в), прокладений під рейками 9, захистили від механічних пошкоджень відрізком труби 10. Навесні кабель був пошкоджений, причому пошкоджений саме в трубі.
Відповісти на питання: 1. Чому у випадку А перегорів запобіжник, незважаючи на те, що ізоляція, виміряна мегаомметром перед включенням, була повноцінною? 2. Чому у разі Б тріснув ізолятор? 3. Чим було пошкоджено кабель? Якої помилки припустилися при його монтажі?
Відповіді. 1. При включенні стрижень нагрівся та подовжився. Лівий його кінець торкнувся корпусу теплообмінника: сталося коротке замикання. Поки ходили за мегаомметр, стрижень трохи охолонув і утворився зазор 5 (див. рис. 10,а).
Цемент під час нагрівання розширився. "Роздати" міцний чавунний фланець він не міг. Тому тріснула більш крихка порцеляна.
Вдень сніг розтанув, труба наповнилася водою. Вночі вода змерзла. Оскільки обсяг льоду більше обсягу води, з якої утворився лід, то лід стиснув кабель. Монтажники мали закласти торці труби так, щоб у трубу не могла проникати вода.
Теплове розширення має важливі корисні застосування. Так, саме на тепловому розширенні засновано дію термометрів розширення, термосигналізаторів та деяких виконань терморегуляторів прямої дії (приклад дано у вправі 28).
Вправа 28. На рис. 11,о схематично показаний терморегулятор прямої (безпосередньої) дії. При підвищенні температури води в охолодній сорочці 1 будь-якого механізму укладена в термобаллоні 2 робоча рідина розширюється і через сполучну трубку 3 передає тиск штоку 6, який у свою чергу тисне на клапан 7. Рух клапана триває до врівноваження тиску робочої рідини і опору поворотної п 8. Протока води, що збільшується, знижує температуру в охолодній сорочці. Тиск робочої рідини в термобаллоні зменшується, і пружина піднімає клапан, скорочуючи протоку води. Таким чином, клапан як би "дихає", пропускаючи стільки води, скільки необхідно, щоб її температура залишалася на заданому рівні.
Відповісти на запитання: 1. Навіщо (рис. 11,о) служать гофровані трубки (сильфони) 5 і маховичок 4"" 2. На якій підставі терморегулятор названий терморегулятором прямої (безпосередньої) дії?
Відповіді. 1. Гофровані металеві трубки поділяють повітря, воду, що охолоджує, і робочу рідину. Вони виконують роль сальників, але значно досконаліше їх завдяки повній герметичності та рухливості без тертя.
Маховичком вгвинчують або викручують стрижень, прикріплений до основи верхнього сильфона, іншими словами, розтягують або стискають його. Завдяки цьому створюється початковий тиск робочої рідини, тобто. задається терморегулятору необхідна уставка за температурою.
2. Термометрична система безпосередньо впливає на клапан без будь-яких проміжних приводів.
Теплове розширення покладено в основу створення термобіметалу, який широко використовують як чутливий до температури елемент автоматичних вимикачів, теплових реле (для захисту двигунів від перевантаження), регуляторів температури, найпростіших реле часу, що застосовуються в телефонії та нерідко в автоматиці.

Мал. 11. Теплове розширення має багато корисних застосувань - до вправ 28 і 29
Термобіметал (рис. 11,г) виготовлений з двох зварених пластин з різними температурними коефіцієнтами розширення і досить пружними, щоб не було залишкових деформацій. Одним із металів може бути сплав - інвар, що володіє нікчемним коефіцієнтом теплового розширення, іншим - бронза. При нагріванні (температура в t більше вихідної температури в) пластина з термобіметалу згинається в одну сторону, а при охолодженні (в2 менше в) - в іншу. В одних конструкціях згинання призводить до перемикання контактів, а в інших звільняється клямка механізму. у вправі 29.
Вправа 29. На рис. 11,6 дана схема найпростішого біметалевого реле часу, так званої термогрупи, що встановлюється на корпусі телефонного реле. На біметалічну пластину 13 навита нагрівальна обмотка 11 із ізольованого ніхромового дроту. При замиканні контакту струм 9 надходить в обмотку через регульований резистор 10. Пластина 13 нагрівається, згинається і через деякий час замикає контакт, наклепаний на пластини 12 і 13.
На рис. 11, показаний біметалічний термосигналізатор. Біметалічна пластина 17 укріплена на скобі 16. При нормальній температурі води контакти розімкнені. При підвищенні температури замикається один контакт, наприклад, 18 і включає зелену лампу. При зниженні температури замикається інший контакт 15 і включає червону лампу.
Принципова схемазахисного теплового реле ілюструє рис. 11,д. Струм навантаження / проходить через біметалічну пластину 21, контакт 22, контактний місток 24 і контакт 25. Поворотна пружина 26 стиснута (малюнок зліва). При виникненні значної та тривалої навантаження біметалічна пластина згинається (малюнок праворуч) і звільняє важіль 20. Пружина 26 піднімає деталь 23, важіль 20 повертається біля осі, контакт розмикається.
Відповісти на питання: 1. У реле часу на рис. 11,6 є біметалічна пластина 14, на якій немає контактів, ні обмотки. Чи не є вони зайвою деталлю? 2. Яким чином задається необхідна витримка часу? Чому її треба встановлювати "електричним шляхом" (змінюючи силу струму), а чи не підгинанням пружини 12, тобто. збільшенням у такий спосіб зазору між контактами? 3. Яким важливим недоліком володіє біметалеве реле часу? 4. На рис. 11, над біметалічної пластиною показана вставка 19. Для чого вона служить і чим визначається її довжина? 5. У чому полягає важлива перевага конструкції, схема якої показано на рис. 11, д?
Відповіді. 1. Пластина 14 необхідна для компенсації змін температури довкілля. Справа в тому, що пластина 13 згинається не тільки під дією обмотки нагрівальної, але і під дією температури навколишнього середовища. Однак такою ж мірою згинається і пластина 56 14. При підвищенні температури вона через штовхач піднімає пластину 12, а при зниженні температури відходить від неї: пластина 12 в силу своєї пружності згинається вниз. В результаті при будь-якій температурі середовища проміжок між пластинами 12 і 13 залишається практично незмінним. У сучасних теплових реле для захисту електродвигунів від навантаження приблизно так само здійснена температурна компенсація.
Завдання необхідної уставки за допомогою резистора, що регулюється, не порушує механічних властивостей реле, а підгинання пластин якщо навіть не призводить до залишкової деформації, то принаймні прискорює старіння.
Уставка залежить від змін напруги живлення нагрівальної обмотки.
Без вставки 19 одна частина біметалічної пластини 17 знаходилася б у контрольованому середовищі - це добре. Але інша її частина, що виступає із середовища, вимірювала б температуру повітря, а це погано. Контрольоване середовище має омивати всю біметалеву пластину. Ця умова визначає довжину вставки.
Конструкція дає можливість незважаючи на повільне згинання біметалічної пластини швидко розмикати ланцюг, що необхідно. Якщо ж конструкція не забезпечує швидкого розмикання, то доводиться вживати спеціальних заходів для захисту контактів від руйнування.
Важливе зауваження. Місце розташування датчиків контролю технологічних параметрів - температури, рівня, тиску, протоки, швидкості, переміщення і т.д., а також глибина їх занурення в контрольоване середовище мають першорядне значення. Так, наприклад, далеко не байдуже, де встановити термобалон терморегулятора, термопару, термометр опору. Справа в тому, що температури в нижній та верхній частинах бака трансформатора різні (нагріте масло піднімається). Різні температури води поблизу її надходження в сорочку, що охолоджує, і на виході.
Або інший приклад. Якщо місце встановлення колійного або кінцевого вимикача вибрано невдало, рухома частина механізму зупиниться не там, де слід. Взагалі все це набагато складніше, ніж може здатися на перший погляд, і нерідко саме невдале розташування датчика є причиною незадовільної роботи автоматики. Але при проектуванні ці найважливіші обставини недооцінюють, інколи ж без участі наладчиків просто не можуть врахувати.
Особливо чутлива до підвищення температури ізоляція. Гума та папір від нагрівання розтріскуються та обсипаються; папір, картон, ізоляційна олія, пряжа, деякі види пластмаси, наприклад несамозатухаючий поліетилен, можуть займатися. Органічне скло та фібра при нагріванні розм'якшуються, втрачають механічну міцність і нерідко коробляться. З конденсаторів витікає просочувальна маса, усередині утворюються бульбашки повітря, яке менш електрично міцне (див. нижче, § 7), ніж просочувальна маса.
Віск, парафін, фарби, що розм'якшуються, і лаки, що застосовуються іноді при ремонті електроапаратури, в розплавленому вигляді проникають на поверхні якорів і діють як клей. В результаті якір реле може не відпустити або відпускає зі значним уповільненням, порушуючи дію автоматики.
Вкрай небезпечний перегрів напівпровідникових приладів. Напівпровідникові прилади в результаті перегріву втрачають ізоляційні властивості, причому якщо селенові випрямлячі після пробою, як правило, відновлюються, то германієві та кремнієві безнадійно виходять з ладу та вимагають заміни.
Слід особливо підкреслити, що напівпровідникові прилади мають нелінійні характеристики; інакше кажучи, провідність приладів має явно виражену залежність від температури. Це означає, що навіть "не дуже перегрітий" виріб (наприклад, ЕОМ), якщо він сконструйований без належного обліку теплового режиму, може "раптом" почати помилятися. Але після достатнього остигання знову працює правильно аж до наступного перегріву.
Допустима температура, тобто. температура, за якої забезпечується тривала експлуатація ізоляції, визначається класом її нагрівальностійкості. Дня ізоляції електричних машин класи нагрівостійкості позначаються літерами Y, А, Е, В, F, Н і С, яким відповідають допустимі температури 90,105, 120, 130, 155, 180 і понад 180 ° С - все залежить від матеріалу. Так, наприклад, до класу Е (120 ° С) відносяться синтетичні органічні матеріали (плівки, волокна, смоли, компаунди та ін), до класу F (155 ° С) - матеріали на основі слюди, азбесту та скловолокна, що застосовуються в поєднанні із синтетичними складами, тощо.
Перегрів – явище оманливе. Якщо він не дуже великий, то його наслідки відразу не очевидні, а коли вони виявляються, вже пізно вживати будь-яких заходів - виріб зіпсований. Крім того, зовнішні деталі завжди нагріті менше внутрішніх, особливо при інтенсивній вентиляції, і це нерідко вводить в оману. Окремі жили багатожильних кабелів можуть перегріватися, але до певного часу це також не буде помічено.
Багато відповідальних частин електроустановок як не мають, а й можуть мати захисту від перегріву. На перший погляд, таке твердження є неправдоподібним. Але розглянемо, наприклад, котушку реле, контактора, магнітного пускача, що перегрівається. Поки її ізоляція через перегрів повністю не зруйнується, струм у ланцюгу не може збільшитися і, отже, ні запобіжник, ні автоматичний вимикачїї не захистять.
Звісно, ​​постає питання: до чого ж такий захист, який не захищає? Захист захищає, але тільки не котушки, а електроустановку від КЗ, а також перериває струм КЗ після того, як котушка згоріла, запобігши таким чином пошкодженню самої електроустановки.
Незважаючи на негативний вплив нагрівання уникнути виділення теплоти принципово неможливо: якщо є струм - значить, є теплота. Однак виділення теплоти зовсім не означає, що ізоляція обов'язково перегрівається і не може досить довго працювати.
За умови дотримання умов термічної (теплової) стійкості ізоляція нагрівається в допустимих межах і служить протягом гарантованого терміну. Термічна стійкість виражається по-різному. Наведемо кілька прикладів.
Напруга не вище 110% номінальної. Це означає, що напруга на висновках виробу (реле, двигуна, конденсатора тощо) не повинна підвищуватись більш ніж на 10%. Здавалося б, це невиправдано жорстка вимога. Однак воно цілком обґрунтоване. Справді, в ланцюгах з активним опором струм пропорційний напрузі. Значить, підвищення напруги, наприклад, на 30% викликає збільшення струму на 30%. Але кількість теплоти пропорційно квадрату струму, отже, теплоти виділиться на 69% більше, ніж за номінальної напруги.
Тривалий струм 5 А, дворазове навантаження не більше 10 с - див. Вище, вправа 15.
Гранична потужність 15 Вт - див вище, вправи 5 і 15.
Температура не вище 55°С.
Змінна складова напруги трохи більше 5%. Аналогічні умови задають зазвичай для конденсаторів, так як при включенні на пульсуючу напругу під впливом змінної складової через конденсатор проходить струм, конденсатор, що нагріває і руйнує (див. вище, вправа 4).
Опір ізоляції різко залежить від температури. Так, наприклад, якщо провідність електрокартону при 20 ° С прийняти за одиницю, то при температурах 30, 40 і 50 ° С провідність збільшиться у 4, 13 та 37 разів відповідно. У стільки ж разів зменшується опір ізоляції. Така різка залежність стане зрозумілою, якщо зробити найпростіший досвід. Холодний еластичний папір, що є прекрасною ізоляцією, підігріємо сірником до 130 - 140 ° С: папір стане тендітним і ламким. При подальшому нагріванні папір побуріє і, нарешті, обуглиться. Іншими словами, вона із ізоляції перетвориться на провідник.
Звідси випливає найважливіший висновок: при оцінці результатів вимірювання опору ізоляції, і особливо при порівнянні нових вимірювань з попередніми, треба звертати увагу на температуру. Іншими словами, перш ніж стверджувати, що ізоляція погіршилася, потрібно результати нового виміру привести (перерахувати) до температури попереднього виміру. Зрозуміло, що не про температурі середовища, йдеться про температурі обмотки: на підстанції, наприклад, може бути холодно, а обмотка відключеного для ревізії трансформатора гаряча.
Опір ізоляції не можна вимірювати, якщо температура обмотки є негативною. При цьому замерзає волога, а саме зволоження ізоляції – найімовірніша причина погіршення ізоляції.
Сильне нагрівання металевих деталей електрообладнання може бути шкідливим. Розглянемо два типові приклади.
При тривалих КЗ струм, якщо він проходить через пружини (контактні, як у багатьох виконаннях реле або поворотні), може їх відпалити. В результаті губиться пружність.
При ушкодженнях ізоляції в первинних ланцюгах струм ушкодження I нерідко знаходить собі шлях "землю" через свинцеві оболонки контрольних кабелів. З оболонок струм переходить на кронштейни, лотки та інші заземлені конструкції. Але перехідний опір R між оболонками кабелів та конструкціями велике, через що потужність теплових втрат I2R у місці переходу струму може виявитися настільки значною, що оболонки прогорять. При цьому може пошкодитись і ізоляція жил: виникає слабке місце, яке не захищене від проникнення вологи.

Сторінка 1

Опір металевих провідників та їх контактів із зростанням температури зростає. При цьому необхідно враховувати, що металеві провідники та їх контакти можуть мати вищу температуру, ніж електроліт в електролізері, внаслідок додаткового нагрівання металу за рахунок джоулева тепла. Перегрів металевих провідників та їх контактів може бути особливо значним, якщо конструкція електролізера не забезпечує хороших умов охолодження електролітом внутрішніх провідників та контактів та (шляхом вільного омивання повітрям) зовнішніх провідників та контактів.

Опір металевого провідника з підвищенням температури зростає, тому що кількість носіїв струму в металі практично не змінюється, а кількість зіткнень електронів з іонами кристалічної решітки металу зростає. Опір напівпровідника з підвищенням температури, навпаки, зменшується, оскільки різко зростає кількість носіїв струму. Інші чинники відіграють тут меншу роль.

Опір металевих провідників збільшується з підвищенням температури та зменшується з її зниженням. Кожному значенню температури відповідає певне значення опору провідника.

Опір металевих провідників обумовлено зіткненням вільних електронів з іонами кристалічних ґрат. Вільні електрони в провіднику здійснюють хаотичний рух подібно до молекул ідеального газу. При включенні електричного поля на хаотичний рух електронів накладається спрямований рух - так званий дрейф електронів у протилежному напрямку вектору напруженості поля. У процесі дрейфу електрони стикаються з іонами кристалічної решітки, що зустрічаються на їх шляху.

Опір металевих провідників збільшується із підвищенням температури. У напівпровідників опір сильно зменшується у разі підвищення температури.

Опір металевих провідників та його контактів і втрата напруги у яких із підвищенням температури зростає. Причому через додаткове нагрівання їх за рахунок джоулева тепла вони можуть мати вищу температуру ніж електроліт.

Опір металевих провідників у разі підвищення температури зростає.

Опір металевого провідника залежить також від температури: з підвищенням температури опір г збільшується.

На опір металевих провідників I класу, крім температури, впливають також і інші фактори, зокрема, аг-антне поле.

Температурна залежність опору металевих провідників широко використовують у техніці до створення термометрів опору. Поміщаючи в піч спіраль відомого опору R0 і вимірюючи її опір Rt, можна (15.10) визначити температуру t печі. З іншого боку, ця температурна залежність шкідливо впливає на роботу точних електровимірювальних приладів, змінюючи опір останніх при зміні зовнішніх умов.

Температурна залежність опору металевих провідників широко використовують у техніці до створення термометрів опору. Rb можна згідно (15.10) визначити температуру печі. З іншого боку, ця температурна залежність шкідливо впливає на роботу точних електровимірювальних приладів, змінюючи опір останніх при зміні зовнішніх умов.

Явище залежності опору металевих провідників від температури широко використовується практично. На ньому заснований принцип дії приладів для вимірювання температури, які називають термометрами опору. Одним із найбільш уживаних є платиновий термометр опору, термочутливим елементом якого є тонкий платиновий дріт, біфілярно намотаний на слюдяну пластинку.

При нагріванні провідника його геометричні розміри незначно змінюються. Опір провідника змінюється переважно рахунок зміни його питомого опору. Можна визначити залежність цього питомого опору від температури: .

Оскільки мало змінюється за зміни температури провідника, можна вважати, що питомий опір провідника лінійно залежить від температури (рис. 1).

Мал. 1

Хоча коефіцієнт досить малий, облік залежності опору температури при розрахунку нагрівальних приладів просто необхідний. Так, опір вольфрамової нитки лампи розжарювання збільшується при проходженні по ній струму більш ніж 10 разів.

У деяких сплавів, наприклад, у сплаву міді з нікелем, температурний коефіцієнт опору дуже малий:

; питомий опір константана великий: . Такі сплави використовують для виготовлення еталонних опорів та додаткових опорів до вимірювальним приладам, тобто. тоді, коли потрібно, щоб опір помітно не змінювалося при коливаннях температури.

Залежність опору металів від температури використовують у термометрах опору. Зазвичай як основний робочий елемент такого термометра беруть платиновий дріт, залежність опору якого від температури добре відома. Про зміни температури судять щодо зміни опору дроту, який можна виміряти. Такі термометри дозволяють вимірювати дуже низькі та дуже високі температури, коли звичайні рідинні термометри непридатні.

Питомий опір металів зростає лінійно зі збільшенням температури. У розчинів електролітів воно зменшується зі збільшенням температури.

V.Надпровідність

Мал. 2

У 1911 р. голландський фізик Камерлінг-Оннес відкрив чудове явище – надпровідність. Він виявив, що при охолодженні ртуті в рідкому гелії її опір спочатку змінюється поступово, а потім за температури дуже різко падає до нуля (рис. 2). Це було названо надпровідністю. Пізніше було відкрито багато інших надпровідників. Надпровідність спостерігається за дуже низьких температур – близько.

Якщо в кільцевому провіднику, що знаходиться в надпровідному стані, створити струм, а потім усунути джерело електричного струму, то сила цього струму не змінюється скільки завгодно довго. У звичайному ж не надпровідному провіднику електричний струмприпиняється.

Надпровідники знаходять широке застосування. Так, споруджують потужні електромагніти із надпровідною обмоткою, які створюють магнітне поле протягом тривалих інтервалів часу без витрат енергії. Адже виділення теплоти у надпровідній обмотці не відбувається.

Однак отримати скільки завгодно сильне магнітне поле за допомогою надпровідного магніту не можна. Дуже сильне магнітне поле руйнує надпровідний стан. Таке поле може бути створене струмом у самому надпровіднику. Тому для кожного провідника у надпровідному стані існує критичне значення сили струму, перевершити яке, не порушуючи цього стану, не можна.

Якби вдалося створити надпровідні матеріали при температурах, близьких до кімнатних, то було б вирішено проблему передачі енергії проводами без втрат. Наразі фізики працюють над її вирішенням.

Багато металів і сплави за температур нижче повністю втрачають опір, тобто. стають надпровідниками. Нещодавно було відкрито високотемпературну надпровідність.

VI.Електричний струм у напівпровідниках

Мал. 3

Найбільш чітко напівпровідники від провідників характерів залежності електропровідності від температури. Вимірювання показують, що ряд елементів (кремній, германій, селен та інших.) і сполук (PbS, CdS та інших.) питомий опір зі збільшенням температури не зростає, як в металів, а, навпаки, надзвичайно різко зменшується (рис. 3 ). Такі речовини називають напівпровідниками.

Будова напівпровідників.

Для того щоб увімкнути транзисторний приймач, знати нічого не треба. Але щоб його створити, треба було знати дуже багато і мати неабиякий талант. Зрозуміти ж загалом, як працює транзистор, не так вже й важко. Спершу треба познайомитися з механізмом провідності у напівпровідниках. А для цього доведеться вникнути у природу зв'язків, які утримують атоми напівпровідникового кристала один біля одного. Наприклад розглянемо кристал кремнію.

Кремній – чотиривалентний елемент. Це означає, що у зовнішній оболонці атома є чотири електрони, порівняно слабко пов'язані з ядром. Число найближчих сусідів кожного атома кремнію також дорівнює чотирьом. Плоска схема структури кристала кремнію зображено малюнку 4.

Взаємодія пари сусідніх атомів здійснюється за допомогою парноелектронного зв'язку, що називається ковалентним зв'язком. В утворенні цього зв'язку від кожного атома бере участь по одному валентному електрону, які відщеплюють від атомів (колективуються кристалом) і при своєму русі більшу частину часу проводять у просторі між сусідніми атомами. Їхній негативний заряд утримує позитивні іони кремнію один біля одного.

Парноелектронні зв'язки кремнію досить міцні і за низьких температур не розриваються. Тому кремній за низької температури не проводить електричний струм. Валентні електрони, що беруть участь у зв'язку атомів, міцно прив'язані до електричної решітки, і зовнішнє електричне полене помітно впливає на їх рух. Аналогічна будова має кристал германію.

Основні властивості металевих провідників

До найважливіших параметрів, що характеризують властивості провідникових матеріалів, відносяться: 1) питома провідність або зворотна їй величина - питомий опір ρ, 2) температурний коефіцієнт питомого опору ТКρабо α ρ , 3) коефіцієнт теплопровідності λ Т(раніше його позначали γ T), 4) питома теплоємність з; 5) питома теплота плавлення r T .

Зв'язок щільності струму δ, (А/м²), та напруженості електричного поля Е(В/м), в металевому провіднику, як було показано вище, дається відомою формулою δ = γE,званою диференціальною формою закону Ома.

Для провідника, який має опір Rдовжину lта постійний поперечний переріз S, питомий опір ρ обчислюють за формулою

ρ = RS/l.

Для виміру ρ провідникових матеріалів дозволяється користуватися позасистемною одиницею Ом·мм²/м. Зв'язок між названими одиницями питомого опору такий:

Ом·мм 2 /м=мкОм·м.

Діапазон значень питомого опору ρ металевих провідників за нормальної температури досить вузький: від 0,036 для срібла і до 3,4 мкОм·м для залізо-хромо-алюмінієвих сплавів.

Опір провідника залежить від частоти струму, що протікає по ньому. Відомо, що на високих частотах щільність струму змінюється перерізом провідника. Вона максимальна на поверхні і зменшується в міру проникнення вглиб провідника. Відбувається витіснення струму поверхні провідника. Це явище називають поверхневим ефектом.Він тим сильніший, чим вища частота. Оскільки площа перерізу, через який протікає струм зменшилася, то опір проводу змінному струмупобільшало, ніж його опір постійному струму. За глибину проникнення струму у провідник на цій частоті приймають глибину, на якій щільність струму зменшується в е = 2,72 раза.в порівнянні з її значенням на поверхні провідника.

Температурний коефіцієнт питомого опору металів.

Концентрація вільних електронів nу металевому провіднику при підвищенні температури залишається практично незмінною, але зростає їхня середня швидкість теплового руху. Посилюються і коливання вузлів кристалічних ґрат. Квант пружних коливань середовища прийнято називати фононом. Малі теплові коливання кристалічних ґрат можна розглядати як сукупність фононів. Зі зростанням температури збільшуються амплітуди теплових коливань атомів, тобто. збільшується переріз сферичного обсягу, який займає атом, що коливається.

Отже, зі зростанням температури з'являється дедалі більше перешкод шляху дрейфу електронів під впливом електричного поля. Це призводить до того, що зменшується середня довжина вільного пробігу електрона λ, зменшується рухливість електронів і, як наслідок, зменшується питома провідність металів та зростає питомий опір. Зміна питомого опору провідника при зміні температури на 3К, віднесене до величини питомого опору цього провідника при даній температурі, називають температурним коефіцієнтом питомого опору TK ρабо . Температурний коефіцієнт питомого опору вимірюється К -3 . Температурний коефіцієнт питомого опору металів позитивний. Як випливає з даного вище визначення, диференціальний вираз для TK ρмає вигляд:

.

Теплоємністьхарактеризує здатність речовини поглинати теплоту Qпри нагріванні. Теплоємністю Збудь-якого фізичного тіла називають величину, що дорівнює кількості теплової енергії, що поглинається цим тілом при нагріванні його на 3К без зміни його фазового стану. Теплоємність вимірюють Дж/К. Теплоємність металевих матеріалів зростає із підвищенням температури. Тому величину теплоємності Звизначають при нескінченно малій зміні його стану:

Відношення теплоємності Здо маси тіла mназивають питомою теплоємністю з:

.

Питома теплоємність вимірюється Дж/(кг∙К). Тугоплавкі матеріали характеризуються низькими значеннями питомої теплоємності, легкоплавкі матеріали, навпаки, характеризуються високим значенням питомої теплоємності.

Теплопровідністюназивають перенесення теплової енергії Q у нерівномірно нагрітому середовищі в результаті теплового руху та взаємодії складових її частинок. Перенесення теплоти в будь-якому середовищі або тілі походить від більш гарячих частин до холодних. Внаслідок перенесення теплоти відбувається вирівнювання температури середовища або тіла. У металах перенесення теплової енергії здійснюється електронами провідності. Кількість вільних електронів в одиниці об'єму металу дуже велика. Тому, як правило, теплопровідність металів набагато більша, ніж теплопровідність діелектриків. Чим менше домішок містять метали, тим вища їхня теплопровідність. Зі збільшенням домішок їхня теплопровідність зменшується.

Як відомо, процес перенесення теплоти описується законом Фур'є:

.

Тут - Щільність теплового потоку, тобто кількість тепла, що проходить вздовж координати xчерез одиницю площі поперечного перерізу за одиницю часу, Дж/м 2 с,

– градієнт температури вздовж координати x, К/м,

- Коефіцієнт пропорційності, званий коефіцієнтом теплопровідності (раніше позначався ), Вт/К∙м.

Таким чином, терміну теплопровідність відповідають два поняття: це процес переносу тепла і коефіцієнт пропорційності, що характеризує цей процес.

Температура та теплота плавлення. Теплота, що поглинається твердим кристалічним тілом під час переходу його з однієї фази в іншу, називається теплотою фазового переходу. Зокрема, теплота, що поглинається твердим кристалічним тілом при переході його з твердого стану в рідкий, називають теплотою плавлення,а температура, за якої відбувається плавлення (при постійному тиску), називають температурою плавленняі позначають Т ПЛ.. Кількість тепла, яке потрібно підвести до одиниці маси твердого кристалічного тіла за температури Т ПЛдля його переведення в рідкий стан, називають питомою теплотою плавлення r ПЛі вимірюють МДж/кг або кДж/кг. Залежно від температури плавлення розрізняють тугоплавкі метали, мають температуру плавлення вище, ніж в заліза, тобто. вище ніж 3539 0 С та легкоплавкі з температурою плавлення менше ніж 500 0 С. Діапазон температур від 500 0 С до 3539 0 С відноситься до середніх значень температур плавлення.

Робота виходу електрона із металу.Досвід показує, що вільні електрони при звичайних температурах практично не залишають метал. Це з тим, що у поверхневому шарі металу створюється утримуюче електричне полі. Це електричне поле можна як потенційний бар'єр, що перешкоджає виходу електронів з металу в навколишній вакуум. Утримуючий потенційний бар'єр створюється за рахунок двох причин. По-перше за рахунок сил тяжіння з боку надлишкового позитивного заряду, що виник у металі в результаті вильоту з нього електронів, і, по-друге, за рахунок сил відштовхування з боку електронів, що раніше вилетіли, що утворили поблизу поверхні металу електронну хмару. Ця електронна хмара разом із зовнішнім шаром позитивних іонів решітки утворює подвійний електричний шар, електричне поле якого подібне до поля плоского конденсатора. Товщина цього шару дорівнює кільком міжатомним відстаням (30 -30 -30 -9 м). Він створює електричне полі у зовнішньому просторі, але створює потенційний бар'єр, що перешкоджає виходу вільних електронів з металу.

Досвід відповідно до загальних міркувань § 46 показує, що опір провідника залежить також і від його температури.

Намотаємо у вигляді спіралі кілька метрів тонкого (діаметра 0,1-0,2 мм) залізного дроту 1 і включимо її в ланцюг, що містить батарею гальванічних елементів 2 і амперметр 3 (рис. 81). Опір цього дроту підберемо таким, щоб за кімнатної температури стрілка амперметра відхилялася майже всю шкалу. Відзначивши показання амперметра, сильно нагріємо дріт за допомогою пальника. Ми побачимо, що в міру нагрівання струм у ланцюзі зменшується, а значить, опір дроту при нагріванні збільшується. Такий результат виходить не тільки із залізом, а й з усіма іншими металами. У разі підвищення температури опір металів збільшується. У деяких металів це збільшення значно: чистих металів при нагріванні на 100°С воно досягає 40-50%; у сплавів воно зазвичай буває менше. Існують спеціальні сплави, у яких опір майже не змінюється при підвищенні температури; такі, наприклад, константан (від латинського слова constans - постійний) та манганін. Константан використовується виготовлення деяких вимірювальних приладів.

Мал. 81. Досвід, що показує залежність опору дроту від температури. При нагріванні опір дроту збільшується: 1 – дріт; 2 – батарея гальванічних елементів; 3 – амперметр.

Інакше змінюється при нагріванні опір електролітів. Повторимо описаний досвід, але введемо в ланцюг замість залізного дроту якийсь електроліт (рис. 82). Ми побачимо, що показання амперметра при нагріванні електроліту постійно збільшуються, отже, опір електролітів у разі підвищення температури зменшується. Зазначимо, що опір вугілля та деяких інших матеріалів також зменшується при нагріванні.

Мал. 82. Досвід, який показує залежність опору електроліту від температури. При нагріванні опір електроліту зменшується: 1 – електроліт; 2 – батарея гальванічних елементів; 3 – амперметр.

Залежність опору металів від температури використовується пристрій термометрів опору. У найпростішому вигляді це намотаний на слюдяну пластинку тонкий платиновий дріт (рис. 83), опір якого при різних температурах добре відомий. Термометр опору поміщають усередину тіла, температуру якого бажають виміряти (наприклад, у піч), а кінці обмотки включають у ланцюг. Вимірюючи опір обмотки, можна визначити температуру. Такі термометри часто застосовують для вимірювання дуже високих і дуже низьких температур, при яких ртутні термометри вже не застосовні.

Мал. 83. Термометр опору

Приріст опору провідника при його нагріванні на 1°С, розділений на початковий опір, називається температурним коефіцієнтом опору і зазвичай позначається буквою . Взагалі, температурний коефіцієнт опору сам залежить від температури. Величина має одне значення, наприклад, якщо ми підвищуватимемо температуру від 20 до 21°С, та інше при підвищенні температури від 200 до 201°С. Але у багатьох випадках зміна досить широкому інтервалі температур незначна, і можна користуватися середнім значенням в цьому інтервалі. Якщо опір провідника при температурі дорівнює, а при температурі дорівнює, то середнє значення

. (48.1)

Зазвичай приймають опір при температурі 0°С.

Таблиця 3. Середнє значення температурного коефіцієнта опору деяких провідників (в інтервалі від 0 до 100 °С)

Речовина		Речовина
Вольфрам
		Константан
		Манганін

У табл. 3 наведено значення для деяких провідників.

48.1. При включенні електричної лампочки сила струму в ланцюзі в перший момент відрізняється від сили струму, який тече після того, як лампочка почне світитися. Як змінюється струм у ланцюгу з вугільною лампочкою та лампочкою, що має металеву нитку розжарювання?

48.2. Опір вимкненої електричної лампочки розжарювання з вольфрамовою ниткою дорівнює 60 Ом. При повному розжаренні опір лампочки зростає до 636 Ом. Яка температура розжареної нитки? Скористайтеся табл. 3.

48.3. Опір електричної печі з нікеліновою обмоткою в ненагрітому стані дорівнює 10 Ом. Яким буде опір цієї печі, коли обмотка її нагріється до 700°С? Скористайтеся табл. 3.