પ્રતિકારનું તાપમાન ગુણાંક

કંડક્ટરનો વિદ્યુત પ્રતિકાર સામાન્ય રીતે વાહકની સામગ્રી પર, તેની લંબાઈ અને ક્રોસ-સેક્શન પર અથવા વધુ સંક્ષિપ્તમાં, પ્રતિકાર અને કંડક્ટરના ભૌમિતિક પરિમાણો પર આધારિત છે. આ અવલંબન જાણીતું છે અને સૂત્ર દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે:

બધા માટે જાણીતા અને ઇલેક્ટ્રિક સર્કિટના સજાતીય વિભાગ માટે ઓહ્મનો કાયદો, જેમાંથી તે જોઈ શકાય છે કે પ્રતિકાર જેટલો વધારે છે, તેટલો ઓછો પ્રવાહ. આમ, જો વાયરનો પ્રતિકાર સતત હોય, તો જેમ જેમ લાગુ વોલ્ટેજ વધે છે તેમ તેમ પ્રવાહ રેખીય રીતે વધવો જોઈએ. પરંતુ વાસ્તવમાં એવું નથી. વાયરનો પ્રતિકાર સતત નથી.

તમારે ઉદાહરણો માટે દૂર જવાની જરૂર નથી. જો તમે લાઇટ બલ્બને એડજસ્ટેબલ પાવર સપ્લાય સાથે જોડો છો (વોલ્ટમીટર અને એમીટર સાથે) અને ધીમે ધીમે તેના પર વોલ્ટેજ વધારશો, તેને નજીવા મૂલ્ય પર લાવો, તો તમે સરળતાથી જોશો કે વર્તમાન રેખીય રીતે વધતો નથી: વોલ્ટેજ નજીક આવે છે. લેમ્પનું નજીવું મૂલ્ય, તેના કોઇલ દ્વારા પ્રવાહ વધુ અને વધુ ધીમે ધીમે વધે છે અને પ્રકાશ વધુ અને વધુ તેજસ્વી બને છે.

કોઇલ પર લાગુ વોલ્ટેજને બમણું કરવાથી વિદ્યુતપ્રવાહ બમણો થઈ જશે તેવી કોઈ વસ્તુ નથી. ઓહ્મનો કાયદો પકડી રાખતો નથી. વાસ્તવમાં, ઓહ્મનો નિયમ પૂર્ણ થાય છે અને બરાબર દીવોના ફિલામેન્ટનો પ્રતિકાર સ્થિર નથી, તે તાપમાન પર આધાર રાખે છે.

ચાલો યાદ કરીએ કે ધાતુઓની ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતાનું કારણ શું છે. તે મોટી સંખ્યામાં ચાર્જ કેરિયર્સ — વર્તમાન ઘટકો — ની ધાતુઓમાં હાજરી સાથે સંકળાયેલું છે. વહન ઇલેક્ટ્રોન… આ ધાતુના અણુઓના સંયોજક ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા રચાયેલા ઇલેક્ટ્રોન છે, જે સમગ્ર વાહક માટે સામાન્ય છે, તે દરેક વ્યક્તિગત અણુ સાથે સંબંધિત નથી.

વાહક પર લાગુ વિદ્યુત ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ, મુક્ત વહન ઇલેક્ટ્રોન અસ્તવ્યસ્તથી વધુ કે ઓછા ક્રમબદ્ધ હલનચલન તરફ જાય છે - એક વિદ્યુત પ્રવાહ રચાય છે. પરંતુ ઇલેક્ટ્રોન તેમના માર્ગમાં અવરોધોનો સામનો કરે છે, આયન જાળીની અસંગતતા, જેમ કે જાળીની ખામી, તેના થર્મલ સ્પંદનોને કારણે એક અસંગત માળખું.

ઇલેક્ટ્રોન આયનો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, વેગ ગુમાવે છે, તેમની ઉર્જા જાળી આયનોમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે, જાળી આયન સ્પંદનોમાં રૂપાંતરિત થાય છે, અને ઇલેક્ટ્રોનની થર્મલ ચળવળની અરાજકતા પોતે વધે છે, જેમાંથી જ્યારે પ્રવાહ પસાર થાય છે ત્યારે વાહક ગરમ થાય છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક્સ, સેમિકન્ડક્ટર્સ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ, વાયુઓ, બિનધ્રુવીય પ્રવાહીમાં - પ્રતિકારનું કારણ અલગ હોઈ શકે છે, પરંતુ ઓહ્મનો નિયમ દેખીતી રીતે કાયમ માટે રેખીય રહેતો નથી.

આમ, ધાતુઓ માટે, તાપમાનમાં વધારો સ્ફટિક જાળીના થર્મલ સ્પંદનોમાં વધુ વધારો તરફ દોરી જાય છે, અને વહન ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ સામે પ્રતિકાર વધે છે.આ લેમ્પ સાથેના પ્રયોગમાંથી જોઈ શકાય છે: ગ્લોની તેજ વધે છે, પરંતુ વર્તમાન ઓછો વધે છે. આનો અર્થ એ છે કે તાપમાનમાં ફેરફારથી લેમ્પ ફિલામેન્ટના પ્રતિકારને અસર થાય છે.

પરિણામે, તે સ્પષ્ટ બને છે કે પ્રતિકાર મેટલ વાયર તાપમાન પર લગભગ રેખીય આધાર રાખે છે. અને જો આપણે ધ્યાનમાં લઈએ કે જ્યારે ગરમ થાય છે, ત્યારે વાયરના ભૌમિતિક પરિમાણો સહેજ બદલાય છે, તો વિદ્યુત પ્રતિકાર પણ તાપમાન પર લગભગ રેખીય રીતે આધાર રાખે છે. આ નિર્ભરતા સૂત્રો દ્વારા વ્યક્ત કરી શકાય છે:

ચાલો મતભેદ પર ધ્યાન આપીએ. ધારો કે 0 ° સે પર વાહકનો પ્રતિકાર R0 છે, તો પછી t ° સે તાપમાને તે મૂલ્ય R (t) લેશે, અને પ્રતિકારમાં સંબંધિત ફેરફાર α * t ° C સમાન હશે. આ પ્રમાણસરતા પરિબળ α ને પ્રતિકારનો તાપમાન ગુણાંક કહેવામાં આવે છે... તે તેના વર્તમાન તાપમાન પર પદાર્થના વિદ્યુત પ્રતિકારની અવલંબનને દર્શાવે છે.

જ્યારે તેનું તાપમાન 1K (એક ડિગ્રી કેલ્વિન, જે તાપમાનમાં એક ડિગ્રી સેલ્સિયસ ફેરફારની સમકક્ષ છે) દ્વારા બદલાય છે ત્યારે આ ગુણાંક આંકડાકીય રીતે વાહકના વિદ્યુત પ્રતિકારમાં સંબંધિત ફેરફારની બરાબર છે.

ધાતુઓ માટે, TCR (પ્રતિરોધકતાનું તાપમાન ગુણાંક α), પ્રમાણમાં નાનું હોવા છતાં, હંમેશા શૂન્ય કરતા વધારે હોય છે, કારણ કે જ્યારે વર્તમાન પસાર થાય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન વધુ વખત ક્રિસ્ટલ જાળીના આયનો સાથે અથડાય છે, તાપમાન જેટલું ઊંચું હોય છે, t.is. તેમની થર્મલ અસ્તવ્યસ્ત ગતિ જેટલી ઊંચી અને તેમની ઝડપ વધારે છે.જાળી આયનો સાથે અસ્તવ્યસ્ત ગતિમાં અથડાઈને, ધાતુના ઈલેક્ટ્રોન ઊર્જા ગુમાવે છે, જે આપણે પરિણામે જોઈએ છીએ - વાયર ગરમ થતાં પ્રતિકાર વધે છે. આ ઘટનાનો ઉપયોગ તકનીકી રીતે કરવામાં આવે છે પ્રતિકાર થર્મોમીટર્સ.

આમ, પ્રતિકારનું તાપમાન ગુણાંક α તાપમાન પર પદાર્થના વિદ્યુત પ્રતિકારની અવલંબનને લાક્ષણિકતા આપે છે અને 1 / K — કેલ્વિનથી -1 ની શક્તિમાં માપવામાં આવે છે. વિપરીત ચિહ્ન સાથેના મૂલ્યને વાહકતાનું તાપમાન ગુણાંક કહેવામાં આવે છે.

શુદ્ધ સેમિકન્ડક્ટર્સ માટે, TCS તેમના માટે નકારાત્મક છે, એટલે કે, વધતા તાપમાન સાથે પ્રતિકાર ઘટે છે, આ એ હકીકતને કારણે છે કે જેમ જેમ તાપમાન વધે છે, વધુને વધુ ઇલેક્ટ્રોન વહન ક્ષેત્રમાં જાય છે, જ્યારે છિદ્રોની સાંદ્રતા પણ વધે છે. . સમાન પદ્ધતિ પ્રવાહી બિનધ્રુવીય અને ઘન ડાઇલેક્ટ્રિક્સની લાક્ષણિકતા છે.

સ્નિગ્ધતામાં ઘટાડો અને વિયોજનમાં વધારો થવાને કારણે વધતા તાપમાન સાથે ધ્રુવીય પ્રવાહી તેમના પ્રતિકારમાં તીવ્ર ઘટાડો કરે છે. આ ગુણધર્મનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોન ટ્યુબને હાઈ ઈન્રશ કરંટની વિનાશક અસરોથી બચાવવા માટે થાય છે.

એલોય, ડોપ્ડ સેમિકન્ડક્ટર્સ, ગેસ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ માટે, શુદ્ધ ધાતુઓ કરતાં પ્રતિકારની થર્મલ અવલંબન વધુ જટિલ છે. ખૂબ જ ઓછી TCS ધરાવતા એલોય, જેમ કે મેંગેનિન અને કોન્સ્ટેન્ટનનો ઉપયોગ થાય છે વિદ્યુત માપન સાધનો.