Temperativen koeficient odpornosti

Anonim

Temperativen koeficient odpornosti

Osnovna električna energija


Vprašanje 1

To je pogost pojav, da se električna odpornost snovi spremeni s spremembami v temperaturi. Pojasnite, kako bi eksperimentalno pokazali ta učinek.

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Preprosto je pokazati spremembo snovi v odpornosti s temperaturo. Zanima me, kako ugotoviti, kako lahko ugotovite kvantitativno merjenje te spremembe. To pomeni, kako bi oblikovali poskus, da bi "pritrdili številko" na učinek upora, ki se spreminja, s temperaturo "notes hidden"> Opombe:

To vprašanje je odlično izhodišče za preizkus v razredu. Na ta način je mogoče dokazati več načinov.

Vprašanje 2

Elektronski inštruktor želi svojim učencem pokazati učinek električnega upora, ki se spreminja s temperaturo. Za to izbere ogljikov upor s približno 3 centimetri v dolžino in premerom 5 milimetrov, črno barvo, z žico na vsakem koncu in ga povezuje z ohmmetrom. Kadarkoli pride do upora med njegovimi prsti, ohmmeter takoj odziva z izrazito zmanjšanim uporom.

Kaj je narobe s tem eksperimentom?

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Če je sprememba odpornosti resnično posledica spremembe temperature upora, ne bi smela biti takojšnja .

Opombe:

Moram priznati, geneza tega vprašanja je bila izkušnja iz mojega izobraževanja. To se je res zgodilo! Še vedno se spominjam, ko sem gledal na demonstracijo, zmeden, da se bo upor tako hitro in tako močno spremenil, ko je inštruktor ujel upor. Spominjam se tudi blage žalitve inštruktorja, usmerjenega proti meni, ko sem poskušal sporočiti svojo zmedo: "Kaj je narobe? Težko je za vas? "Prosim, nikoli ne ravnajte tako, kot je to.

Nekateri učenci verjamejo, da je eksperiment napačen, ker pričakujejo, da se upor dvigne s povišano temperaturo, namesto da bi padel. Vendar pa je temeljna predpostavka o naravi temperaturno povzročenih sprememb upora, kar je v znanosti slabo. Naj vam eksperimentalni dokazi kažejo, kako deluje ta pojav, ne povejte, kaj naj naredi!

Pogovorite se s svojimi učenci o tem, kaj mislijo, da je v tem poskusu pravi mehanizem spremembe upora, in kako bi lahko modificirali poskus, da bi izolirali temperaturo kot edino spremenljivo spremenljivko.

Vprašanje 3

Če bi električno žago priključili v zelo dolg podaljšek in nato vtaknili drugi konec vrvice v vtičnico, bi opazili zmanjšano učinkovitost delovanja žage, v primerjavi z njegovim delovanjem, ko je priključen neposredno v isto posodo (brez podaljška).

Ugotovite, ali je učinkovitost žage boljša ali slabša, ko se temperatura okolice poveča, in pojasnite svoj odgovor.

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Učinkovitost žage se poslabša s povišanjem temperature okolice.

Opombe:

Pogovorite se o naravi problema, glede na Ohmov zakon. Vprašajte svoje učence, da pojasnijo učinek v smislu Ohmovega zakona in sposobnost žice, da elektromotorju dovede žaginega motorja.

Vprašanje 4

Električna upornost vodnika pri poljubni temperaturi se lahko izračuna po naslednji enačbi:

R T = R r + R r αT - R r αT r

Kje,

R T = odpornost vodnika pri temperaturi T

R r = Odpornost vodnika pri referenčni temperaturi T r

α = temperaturni koeficient upornosti pri referenčni temperaturi T r

To enačbo poenostavite s faktoringom.

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

R T = R r (1 + α (T - T r ))

Nadaljnje vprašanje: če je na grafu s temperaturo (T) kot neodvisna spremenljivka in upornost (R T ) kot odvisna spremenljivka (tj. Dvosistemski graf s T na vodoravnici in R na navpičnici), je to posledična plot linearna? Zakaj ali zakaj ne? Kako je mogoče povedati ravno tako, da gledamo na enačbo, preden dejansko načrtujemo grafikon?

Opombe:

Samo vaja v algebre tukaj!

Vprašanje 5

Napišite reakcijsko enačbo za temperaturo prevodnika (T), glede na njegovo upornost pri tej temperaturi (R T ), njeni upor pri standardni referenčni temperaturi (R r @ T r ) in njegovem temperaturnem koeficientu upornosti pri isti referenci temperatura (α @ T r ).

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

T =
R T


R r

- 1


α

+ T r

Opombe:

Študenti bodo morda lahko našli to enačbo nekje v učbeniku, toda točka tega vprašanja je res, da jih izvajajo algebraične manipulacije, da bi te enačbe izpeljale iz druge.

Vprašanje 6

Precizni žični upori so pogosto narejeni iz posebne kovinske zlitine, imenovane manganin . Kaj je v zvezi s to zlitino, zaradi katere je priporočljivo, da se uporablja pri natančni konstrukciji upora?

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Vrednost α manganinske zlitine je skoraj nič.

Opombe:

Vprašajte svoje učence, kaj bi lahko storil upor žice, narejen iz bakra ali železne žice, če je podvržen spremembam temperature.

Zgodovinska opomba: med drugo svetovno vojno so zavezniške sile obširno uporabljale analogne računalnike za usmerjanje izstrelkov in spuščanje bombe. Za razliko od digitalnih računalnikov, ki izvajajo matematične operacije z uporabo signala za vklop / izklop in so tako imuni na napake, ki jih povzročajo rahle spremembe vrednosti komponente, elektronski analogni računalniki predstavljajo fizikalne spremenljivke v obliki stalnih napetosti in tokov ter so odvisni od natančnosti njegove sestavine uporov za izdelavo natančnih rezultatov. Spominjam se, da je eden od pionirskih inženirjev na tem področju opisal velike dobičke v natančnosti, ki so predvsem posledica izboljšav v konstrukciji upora. Brez bistvenih izboljšav v uporovni natančnosti in stabilnosti bi analogni računalniki vojne časa utrpeli znatne netočnosti. Od vseh stvari je bil nizko upor vpliven del zavezniških vojnih prizadevanj!

Vprašanje 7

Dolžina bakrene žice (α = 0, 004041 pri 20 ° C) ima upor 5 ohmov pri 20 stopinjah Celzija. Izračunajte svojo odpornost, če bi temperatura narasla na 50 stopinj Celzija.

Zdaj vzemite to izračunano odpornost in to novo temperaturo 50 ° C in izračunajte, na kakšen odpor žice je treba iti, če se ohladi nazaj do 20 ° C. To obravnava kot ločen problem, ki deluje skozi vse izračune, in ne samo reči "5 ohms", ker poznate prvotne pogoje!

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

R 50 o C = 5, 606 Ω

Če dobite odgovor R 20 o C = 4, 927 Ω za drugi izračun, ste naredili skupno napako, ki je ni vedno opozorjena v učbenikih! Poskusite matematično znova. Če dobite ustrezen odgovor v višini 5 Ω ob drugem izračunu, poskusite ugotoviti, zakaj je kdo lahko izračunal 4, 927 Ω, pri čemer je temperatura od 50 ° C do 20 ° C.

Opombe:

Ena stvar, ki jo učenci potrebujejo za učenje, je, da ne morejo preprosto uporabiti formule odpornosti in temperature, kot je običajno podana, če "referenčna" (izhodna) temperatura ni enaka kot temperatura, na kateri je določen α!

Vprašanje 8

Izračunajte odpornost vsakega od teh vzorcev, glede na njihovo upornost pri referenčni temperaturi (R r @ T r ) in njihove sedanje temperature (T):

• Vzorec 1: baker; R r = 200 Ω @ T r = 20 ° C; T = 45 ° C; R T =
• Vzorec 2: baker; R r = 10 kΩ @ T r = 20 ° C; T = 5 ° C; R T =
• Vzorec 3: aluminij; R r = 1.250 Ω @ T r = 20 ° C; T = 100 ° C; R T =
• Vzorec 4: železo; R r = 35, 4 Ω @ T r = 20 ° C; T = -40 ° C; R T =
• Vzorec 5: Nikelj; R r = 525 Ω @ T r = 20 ° C; T = 70 ° C; R T =
• Vzorec 6: zlato; R r = 25 kΩ @ T r = 20 o C; T = 65 ° C; R T =
• Vzorec 7: Volfram; R r = 2, 2 kΩ @ T r = 20 o C; T = -10 ° C; R T =
• Vzorec 8: baker; R r = 350 Ω @ T r = 10 o C; T = 35 ° C; R T =
• Vzorec 9: baker; R r = 1, 5 kΩ @ T r = -25 ° C; T = -5 ° C; R T =
• Vzorec 10: Srebrn; R r = 3, 5 MΩ @ T r = 45 ° C; T = 10 ° C; R T =
Odkrijte odgovor Skrij odgovor

• Vzorec 1: R T = 220, 2 Ω
• Vzorec 2: R T = 9, 394 kΩ
• Vzorec 3: R T = 1, 681 kΩ
• Vzorec 4: R T = 23, 35 Ω
• Vzorec 5: R T = 679 Ω
• Vzorec 6: R T = 29, 18 kΩ
• Vzorec 7: R T = 1, 990 kΩ
• Vzorec 8: R T = 386, 8 Ω
• Vzorec 9: R T = 1, 648 kΩ
• Vzorec 10: R T = 3.073 MΩ

Opombe:

Študenti lahko težko pridobijo ustrezne odgovore za zadnjih treh primerkov (8, 9 in 10). Ključno za pravilno izvajanje izračunov na njih je predpostavljena temperatura, pri kateri je podana številka α za vsak tip kovin. Ta referenčna temperatura ne sme biti enaka kot referenčna temperatura, navedena v vprašanju!

Tu so vrednosti α, ki sem jih uporabil v svojih izračunih, vse pri referenčni temperaturi 20 o C:

• baker = 0, 004041
• Aluminij = 0, 004308
• železo = 0, 005671
• Nikelj = 0, 005866
• zlato = 0, 003715
• Volfram = 0, 004403
• Srebrna = 0, 003819

Viri vaših učencev se lahko nekoliko razlikujejo od teh številk.

Vprašanje 9

Spool # 10 AWG aluminijaste žice je dolga 500 metrov. Če je temperatura okolice 80 o F, kakšen je njegov električni upor od konca do konca? Pojasnite vse izračune, ki so potrebni za rešitev te težave.

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

0, 7899 Ω

Opombe:

Pri reševanju tega problema je treba vključiti več konceptov: izračunavanje upornosti žice glede na njegovo kovinsko vrsto, dolžino in profil; pretvarjanje med različnimi temperaturnimi enotami; in računanje premika upora zaradi temperature.

Vprašanje 10

Žarnica z žarilno nitko ima odpornost na žarilno nitko 5, 7 Ω pri sobni temperaturi (20 o C), vendar pri napajanju s 12-voltnim virom DC porabi samo 225 mA. Glede na to, da je žarilna nit iz volframa, izračuna njegova temperatura v stopinjah F, ko jo napaja vir 12 VDC.

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

T = 3.484 o F

Opombe:

Za reševanje tega problema je treba vključiti več konceptov: Ohmov zakon, pretvorba med različnimi temperaturnimi enotami in računanje temperature od premika odpornosti.

  • ← Prejšnji delovni list

  • Delovni listi

  • Naslednji delovni list →