آزمایش بررسی تغییرات مقاومت الكتریكی با دما (مقاومت حرارتي
هدف آزمایش: تعیین مقاومت رساناها در دماهای مختلف، رسم نمودار تغییرات مقاومت برحسب دما، اندازهگیری ضریب حرارتی.
وسایل آزمایش: جعبه مقاومت 11110Ω - 2W، پك كامل پرتهاي آزمايشگاهي uشکل، دستگاه پل تار، مولتيمتر دستي ديجيتال، منبع تغذیه AC-DC واریابل ( )، المان مقاومت حرارتی اهمی، المان مقاومت حرارتی NTC، المان مقاومت حرارتي PTC.
تئوری آزمایش
مقاومت الكتریكی مواد مختلف به دما بستگی دارد و با تغییرات دما، افزایش یا كاهش مییابد. تقسیمبندی كلی زیر را میتوان در مورد مواد گوناگون بیان نمود:
1- موادی كه با افزایش دما، مقاومت الكتریكی آنها زیاد میشود مانند فلزات و اكثر آلیاژها
2- موادی كه با افزایش دما، مقاومتشان كم میشود نظیر كربن، الكترولیتها و نیمه هادی ها
3- موادی كه مقاومتشان دریك فاصله حرارتی مستقل از دما است مانند آلیاژ منگانین كه تركیبی از مس، نیكل و منگنز به ترتیب به نسبت 4 ، 84 و12درصد میباشد.
به طوركلی تجربه نشان میدهد كه مقاومت فلزات خالص با افزایش دما بالارفته و طبق فرمول (1) تغییر میكند:
(1)
دراین رابطه مقاومت فلز درصفر درجه سانتیگراد و مقاومت فلز دردرجه T سانتیگراد و و مقادیر ثابت میباشند. درعمل به خاطر كوچك بودن میتوان در دماهای كم از صرفنظر نموده و رابطه (2) را به كار برد:
(2)
براساس این فرمول، R تابعی خطی از دما است. ضریب حرارتی مقاومت نامیده میشود و عبارت است از تغییر مقاومت یك اهم از مقاومت اولیه به ازای تغییر یك درجه سانتیگراد.
ضریب دمایی مقاومت برای مواد مختلف دارای مقادیر مثبت و منفی میباشد. به عنوان مثال، درسیم مسی با افزایش دما، مقاومت افزایش می یابد درنتیجه مقدار مثبتی دارد.
درمقاومت كربنی، تغییرات مقاومت با دما كم است و عملاً اثری ندارد كه نتیجه، ضریب دمایی منفی است.
در بسیاری از مواد، مقاومت در یك دمای پایین معین صفر می شود. بطور مثال مقاومت جیوه در دمایی حدود K4، به سرعت به یك مقدار كوچك سنجش ناپذیر تنزل میكند. این پدیده ابررسانایی نامیده میشود. مقاومت مواد درحالت ابررسانایی واقعا صفر میشود. اگر جریانی در مدارهای ابررسانای بسته برقرار شود، حتی بدون وجود باتری، هفتهها بدون كاهش باقی میماند.
روش آزمایش
المانهای حرارتی را كه به عنوان مقاومت مورد آزمایش، درنظر گرفته شده است را در مدار پل تار به جای مقاومت مجهول قرار داده و مدار آزمایش را كامل كنید (مانند شكل).
المان حرارتی را در سیركولاتور قرار داده و داخل آكواریوم آب بریزید. تنظیمات دمایی سیركولاتور را برای یك دمای معین به عنوان مثال 30 درجه بكار ببرید وكمی صبر كنید. این دما را یادداشت كرده و در همین حال مقاومت رسانا را اندازه بگیرید. در دماهای مختلف این آزمایش را تكرار كنید و جدول (1) را كامل كنید.
80 70 60 50 40 30
R
جدول(1)
آزمایش را برای رساناهای مختلف انجام دهید و تغییرات مقاومت با درجه حرارت را بررسی كنید و نتایج خود را درجدولی مانند جدول (1) یادداشت نمایید.
با استفاده از نتایج بدست آمده، منحنی تغییرات مقاومت را برحسب درجه حرارت رسم كنید.
با استفاده از نمودار فوق مقاومت سیم را در صفر درجه سانتیگراد را بدست آورید.
با استفاده از نمودار، (ضریب حرارتی مقاومت) را بدست آورید.