Повышение температуры металлического провода вызывает увеличение скорости теплового движения частиц. Это приводит к увеличению числа столкновений свободных электронов и, следовательно, к уменьшению времени их свободного пробега τ. Уменьшение τ уменьшает удельную проводимость, или, что то же, увеличивает удельное сопротивление материала. При нагревании провода действительно наблюдается увеличение удельного сопротивления самого провода. Нагревание электролитов и угля кроме уменьшения времени х увеличивает концентрацию носителей зарядов; в результате удельное сопротивление их при повышении температуры уменьшается.
В узких границах изменения температуры 0—100°С относительное приращеиие сопротивления Δr большинства металлических проводов пропорционально приращению темперзтуры ΔΘ = Θ2.  Обозначив через r1 и r сопротивления при температруах Θ1 и Θ2, можно написать

                  (1.25)

откуда

 

(1. 26)

Коэффициент пропорциональности α, называемый температурным коэффициентом сопротивления, численно равен относительному приращению сопротивления при нагревании проводника на 1°С. Температурный коэффициент сопротивления чистых металлов равен приблизительно 0,004 °С-1, что означает увеличение их сопротивления на 4 % при повышении температуры на 10 °С. Ряд сплавов, в том числе манганин, константан, имеют большое удельное сопротивление и ничтожно малый температурный коэффициент сопротивления Это объясняется неправильной структурой сплавов и малым временем свободного пробега электронов. Указанные сплавы широко применяются в электроизмерительной технике для изготовления образцовых катушек сопротивления и резисторов с постоянным (независимым от температуры) значением сопротивления. Отрицательным температурным коэффициентом сопротивления обладают уголь и электролиты, для которых α≈—0,02 на 1 °С.

В ряде металлов и сплавов при понижении температуры до очень низких значений порядка единиц или десятка градусов Кельвина (0 К≈—273 °С) возникает явление сверхпроводимости. Температура, при которой наступает это явление, называется критической (Ткр) или «точкой скачка».

При понижении температуры до критической по проводнику может проходить электрический ток при отсутствии напряжения между его концами, иначе говоря, электрическое сопротивление проводника падает практически до нуля Проводник, находящийся в таком состоянии, называют сверхпроводником.

В сверхпроводнике даже при значительных плотностях тока совершенно не выделяется тепло. Это означает, что электроны в сверхпроводнике при своем направленном движении- не встречают никаких препятствий и не испытывают столкновений.

Второй особенностью сверхпроводника является невозможность существования в нем магнитного поля. Если магнитное поле имело место при температурах более высоких, чем критическая, то при переходе через критическую температуру оно исчезает. Отсутствие магнитного поля в сверхпроводнике объясняется тем, что в его поверхностном слое (10-5 см) появляются токи, магнитное поле которых компенсирует внешнее магнитное поле.

Сильное внешнее магнитное поле, так же как и сильное магнитное ноле, вызванное большим электрическим током, проходящим по самому сверхпроводнику, разрушает состояние сверхпроводимости. Последнее обстоятельство затрудняет получение в сверхпроводнике больших токов и больших плотностей тока.

В последние годы получены металлооксидные керамики с температурой сверхпроводящего перехода порядка 100 К (—173 °С). Эта температура выше, чем у жидкого азота, ~78 К. (—195 оС), а значит, металлооксидная керамика, находящаяся в жидком азоте, становится сверхпроводящей.

Жидкий азот — дешевый материал (получают непосредственно из воздуха). Поэтому можно ожидать широкого применения сверхпроводников в технике: например, для кабелей передачи электроэнергии с очень высоким КПД, которые заменят воздушные ЛЭП, для железнодорожного транспорта на сверхпроводящем «подвесе», который будет расходовать в десятки раз меньше энергии, чем обычные поезда.

Популярные запросы


Catalog-Moldova - Ranker, Statistics Rambler's Top100

Портал Электриков — Новости и комментарии из мира техники