( عند زيادة درجة الحرارة تزداد مقاومة الموصلات بسبب )
عند زيادة درجة الحرارة تزداد مقاومة الموصلات بسبب:
عندما تزداد درجة حرارة الموصل، تزداد مقاومته، وذلك بسبب زيادة الاهتزازات الحرارية للذرات في الموصل، مما يؤدي إلى تشتت الإلكترونات المتحركة وتقليل حركتها.
العلاقة بين درجة الحرارة والمقاومة:
تتناسب مقاومة الموصل بشكل مباشر مع درجة حرارته وفقًا للعلاقة التالية:
R = R0 [1 + α(T – T0)]
حيث:
- R هي مقاومة الموصل عند درجة حرارة T
- R0 هي مقاومة الموصل عند درجة حرارة مرجعية T0
- α هي معامل درجة حرارة المقاومة
تأثير نوع الموصل:
تختلف قيمة معامل درجة حرارة المقاومة (α) للموصلات المختلفة، فالموصلات الجيدة مثل الفضة والنحاس لها قيمة α منخفضة، بينما الموصلات الرديئة مثل الكربون لها قيمة α عالية.
التأثيرات التطبيقية:
تزداد مقاومة الموصلات مع درجة الحرارة مما يؤثر على العديد من التطبيقات الكهربائية، بما في ذلك:
- زيادة انخفاض الجهد على الموصلات الطويلة، مما قد يتطلب استخدام موصلات ذات مقطع عرضي أكبر.
- زيادة استهلاك الطاقة في الدوائر الكهربائية، حيث يتسبب ذلك في فقدان الطاقة على شكل حرارة.
- تغيير دقة أجهزة الاستشعار باستخدام المقاومات، حيث يؤدي تغيير درجة الحرارة إلى تغيير مقاومة هذه المقاومات مما يؤثر على دقة القياسات.
المواد ذات المقاومة السالبة لدرجة الحرارة (NTC):
هناك نوع خاص من الموصلات المعروفة باسم المواد ذات المقاومة السالبة لدرجة الحرارة (NTC)، والتي تقل مقاومتها مع زيادة درجة الحرارة، وهذا يعني أن معامل درجة حرارة المقاومة لديها سالب.
تستخدم مواد NTC في تطبيقات مثل أجهزة الاستشعار الحرارية ومحددات التيار.
تطبيقات مواد NTC:
- أجهزة الاستشعار الحرارية: حيث يتم استخدام مواد NTC للكشف عن التغيرات في درجة الحرارة عن طريق قياس مقاومتها.
- محددات التيار: حيث يتم استخدام مواد NTC في الدوائر الإلكترونية للحد من التيار المتدفق من خلالها، حيث تقل مقاومتها مع زيادة التيار مما يزيد من انخفاض الجهد عبرها ويقلل من التيار المتدفق.
- أجهزة المراقبة الحرارية: حيث يتم استخدام مواد NTC في الأجهزة الكهربائية للتحكم في درجة الحرارة من خلال تنظيم التيار المتدفق إلى عنصر التسخين أو التبريد.
تأثير المجال المغناطيسي:
يمكن أن يؤثر المجال المغناطيسي أيضًا على مقاومة الموصلات، فعندما يتعرض الموصل لمجال مغناطيسي، تحدث ظاهرة تعرف باسم “تأثير هول”، والتي تؤدي إلى انحراف الإلكترونات المتحركة، مما يتسبب في زيادة مقاومة الموصل في اتجاه عمودي على المجال المغناطيسي.
يستخدم “تأثير هول” في أجهزة استشعار المجال المغناطيسي وأجهزة القياس الكهربائية.
تأثير الإجهاد الميكانيكي:
يمكن أن يؤثر الإجهاد الميكانيكي أيضًا على مقاومة الموصلات، فعندما يتعرض الموصل لقوة خارجية، يمكن أن تتغير هندسته وخصائصه الكهربائية، مما قد يؤدي إلى زيادة في مقاومته.
يؤخذ تأثير الإجهاد الميكانيكي في الاعتبار عند تصميم وتصنيع الموصلات المستخدمة في التطبيقات عالية الضغط أو عالية الاهتزاز.
الاختبارات والمقاييس:
لتحديد خصائص المقاومة للموصلات، يتم إجراء اختبارات ومقاييس مختلفة، بما في ذلك:
- قياس المقاومة باستخدام مقياس متعدد.
- قياس معامل درجة حرارة المقاومة باستخدام غرفة اختبار درجة حرارة متغيرة.
- قياس تأثير المجال المغناطيسي على المقاومة باستخدام جهاز خاص يسمى “جهاز هول”.
الاستنتاج:
زيادة مقاومة الموصلات مع درجة الحرارة هي ظاهرة مهمة تؤثر على العديد من التطبيقات الكهربائية. ويمكن استخدام هذه الظاهرة في تطوير مواد وأجهزة جديدة ذات خصائص كهربائية محسنة.