Virkningene av temperatur på elektrisk motstand

Elektrisitet er flyten av elektrisk ladede partikler som kalles elektroner, og det gjør at menneskeheten en luksuriøs tilværelse med belysning, oppvarming og TV. Når elektronene strømme gjennom en ledning de sprer seg på overflaten og på hverandre. Denne spredning fører til en reduksjon i elektronenergi, og dette fenomen er vanligvis kjent som motstand.

Motstand av en wire

Motstanden av en ledning kan beregnes basert på dets lengde, bredde, tykkelse og resistivitet. Den spesifikke motstand er en material-spesifikk konstant som er et mål på hvor mye spredning oppstår i et materiale. For eksempel metaller med en høy spesifikk motstand er dårlige ledere, og de med lav resistivitet er gode ledere. Motstanden av et metall bestemmes av dets spesifikke motstand så vel som på dens dimensjoner, og kan beregnes ved hjelp av følgende formel:

R = Rho x L / A

Hvor Rho er resistiviteten, er L lengden av tråden, og A er tverrsnittsarealet av ledningen. Denne ligningen kan forstås i form av elektron spredning. Når ledningen er gjort lengre (L er gjort større), elektroner er mer sannsynlig å spre, og motstanden vil bli større. Da tverrsnittsarealet av tråden blir større, blir elektronene mer spredt ut, sprede av hverandre mindre, og følgelig motstanden er lavere. Av disse variablene er det resistiviteten at de påvirker endringen i motstand med temperaturen, siden enhver termisk ekspansjon vil gjøre tverrsnittsareal større (og redusere motstanden), men også øke lengden (og øker motstanden).

Temperatur

På atomnivå, temperatur er et mål på atom vibrasjon. Dersom et objekt er oppvarmet, blir energi overført til gjenstanden, atomene få energi og bevege seg raskere. Objekter som har en høy temperatur har atomer som beveger seg ved høye hastigheter. Det motsatte er tilfelle for lave temperaturer. Når temperaturen av en gjenstand blir redusert, det består av atomer avta.

Effekt av temperatur på Resistance

Når temperaturen av en metallisk ledning økes, atomer av metallet begynner å vibrere ved større hastigheter. Disse vibrasjonene føre til en større spredning av elektroner, og dermed føre til en generell økning i motstanden. Avkjøling fra romtemperatur fører til en reduksjon i atom vibrasjoner og redusert motstand.

Beregne endringen i motstand med temperatur

Endringen i motstanden med temperaturen kan beregnes, forutsatt at en lineær sammenheng. Dette er en god tilnærming for de fleste metaller og følgende ligning benyttes:

R = R0 [(1 + (alfa x dt)]

R er den nye motstand (målt i ohm) etter endringen i temperatur, er motstanden R0 før temperaturendringen, er alfa temperaturkoeffisienten for motstanden (hastighet motstandsendring per grad), og dt er den endring i temperatur.