Coeficientul de rezistență al temperaturii

Testul reflecţiei termice al foliei LLumar Enerlogic (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Coeficientul de rezistență al temperaturii

Electricitate de bază


Intrebarea 1

Este un fenomen comun pentru rezistența electrică a unei substanțe care se schimbă odată cu schimbările de temperatură. Explicați modul în care demonstrați experimental acest efect.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Este un lucru simplu de a demonstra o schimbare a substanței în rezistență la temperatură. Sunt interesat să aflu cum ați putea discerne o măsurare cantitativă a acestei schimbări. Așadar, cum ați proiecta un experiment pentru a "atașa un număr" la efectul de schimbare a rezistenței cu temperatura "notele ascunse"> Note:

Această întrebare este un excelent punct de plecare pentru un experiment din clasă. Există mai multe moduri în care acest efect poate fi demonstrat.

intrebarea 2

Un instructor de electronică dorește să demonstreze elevilor săi efectul schimbării rezistenței electrice cu temperatura. Pentru a face acest lucru, el selectează un rezistor de carbon de aproximativ 3 centimetri în lungime și 5 milimetri în diametru, negru în culoare, cu un fir la fiecare capăt și îl conectează la un ohmmetru. Ori de câte ori apucă rezistența dintre degete, ohmmetrul răspunde instantaneu, arătând o rezistență foarte redusă.

Ce este în neregulă cu acest experiment?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă modificarea rezistenței se datorează cu adevărat unei modificări a temperaturii rezistorului, aceasta nu ar trebui să fie instantanee .

Note:

Trebuie să mărturisesc că geneza acestei întrebări a fost o experiență din educația mea. Acest lucru sa întâmplat cu adevărat! Încă îmi amintesc că mă uitam la demonstrație, neplăcut că rezistența se va schimba atât de repede și atât de mult, când instructorul ar fi luat rezistorul. Îmi amintesc, de asemenea, insultele ușoare pe care mi le-a adresat instructorul, încercând să-mi comunic confuzia: "Ce se întâmplă? Prea complicată pentru tine? "Te rog, nu-ți tratezi niciodată studenții așa.

Unii studenți pot crede că experimentul este eronat deoarece se așteaptă ca rezistența să crească odată cu creșterea temperaturii, mai degrabă decât să scadă. Acest lucru, totuși, face o presupunere fundamentală cu privire la natura schimbărilor de rezistență induse de temperatură, ceea ce este un lucru rău în știință. Lăsați dovezile experimentale să vă spună cum funcționează fenomenul, nu-i spuneți ce ar trebui să facă!

Discutați cu elevii dvs. despre ce consideră că mecanismul real al schimbării rezistenței este în acest experiment și cum ar putea modifica experimentul astfel încât să se izoleze temperatura ca singura variabilă în schimbare.

Întrebarea 3

Dacă am fi conectat un ferăstrău electric într-un cablu prelungitor foarte lung și apoi l-am conectat la celălalt capăt al cablului într-o priză de curent, am observa un nivel scăzut al performanței de la ferăstrău, comparativ cu modul în care acesta funcționează atunci când este conectat direct în același recipient (fără cablu de prelungire).

Determinați dacă performanța ferăstrăului devine mai bună sau mai rău pe măsură ce crește temperatura ambientală și explicați răspunsul dvs.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Performanța ferăstrăului se înrăutățește pe măsură ce temperatura ambientală crește.

Note:

Discutați despre natura problemei, referindu-se la legea lui Ohm. Cereți studenților dvs. să explice efectul în ceea ce privește Legea lui Ohm și capacitatea cordului de a furniza energie electrică pentru motorul de ferăstrău.

Întrebarea 4

Rezistența electrică a unui conductor la orice temperatură poate fi calculată prin următoarea ecuație:

R T = R r + R r αT - R r αT r

Unde,

R T = Rezistența conductorului la temperatură T

R r = Rezistența conductorului la temperatura de referință T r

α = coeficientul de temperatură de rezistență la temperatura de referință T r

Simplificați această ecuație prin factoring.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

R T = R r (1 + α (T - T r ))

Următoarea întrebare: atunci când este reprezentat pe un grafic cu temperatură (T) ca variabilă independentă și rezistență (R T ) ca variabilă dependentă (adică un grafic în două axe cu T pe orizontală și R pe verticală), este rezulta linia liniară? De ce sau de ce nu? Cum este posibil să spunem doar prin analizarea ecuației, înainte de a compila într-adevăr un grafic?

Note:

Doar un exercițiu în algebră aici!

Întrebarea 5

Scrieți o rezolvare a ecuației pentru temperatura unui conductor (T), având în vedere rezistența sa la această temperatură (R T ), rezistența sa la o temperatură de referință standard (R r @ T r ) și coeficientul său de temperatură de rezistență la aceeași referință temperatura (αTr).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

T =
R T


R r

- 1


α

+ T r

Note:

Elevii ar putea să găsească această ecuație într-un manual undeva, dar punctul de vedere al acestei întrebări este de a le face să efectueze manipulări algebrice pentru a deriva această ecuație de la alta.

Întrebarea 6

Rezistențele cu precizie înfășurată prin sârmă sunt adesea realizate dintr-un aliaj special de metal numit mangan . Ce este legat de acest aliaj care îl preferă pentru utilizarea în construcția rezistorului de precizie?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Valoarea α a aliajului de mangan este aproape zero.

Note:

Întrebați elevii dvs. ce ar putea face un rezistor din sârmă din sârmă de cupru sau fier, dacă este supus unor modificări de temperatură.

O notă istorică: în timpul celui de-al doilea război mondial, forțele aliate au folosit pe scară largă computerele analogice pentru regizarea arderii proiectilelor și aruncarea bombelor. Spre deosebire de computerele digitale care efectuează operații matematice utilizând semnale on / off și sunt astfel imune la erorile cauzate de ușoare modificări ale valorii componentelor, computerele electronice analogice reprezintă variabile fizice sub formă de tensiuni și curenți continuu și depind de precizia constituentului rezistențe pentru a obține rezultate precise. Îmi amintesc că citit un inginer de pionierat în acest domeniu descrie câștiguri mari în precizie fiind datorată în principal îmbunătățirilor în construcția rezistenței. Fără unele îmbunătățiri esențiale în precizia rezistorului și stabilitatea, computerele analogice ale epocii timpului de război ar fi suferit de inexactități substanțiale. Dintre toate lucrurile, rezistența inferioară a fost o influență importantă a efortului de război aliat!

Întrebarea 7

O lungime de sârmă de cupru (α = 0, 004041 la 20 o C) are o rezistență de 5 ohmi la 20 de grade Celsius. Calculați rezistența acestuia dacă temperatura ar crește până la 50 de grade Celsius.

Acum, luați această rezistență calculată și o nouă temperatură de 50 o C și calculați ce rezistență ar trebui să se întâmple dacă se răcește până la 20 o C. Tratați-o ca pe o problemă separată, lucrând prin toate calculele, și nu spuneți doar "5 ohmi" deoarece cunoașteți condițiile inițiale!

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

R 50 o C = 5606 Ω

Dacă ați primit un răspuns de R 20 o C = 4.927 Ω pentru al doilea calcul, ați făcut o greșeală obișnuită, care nu este întotdeauna avertizată împotriva manualelor! Încercați din nou matematica. Dacă primiți răspunsul corect de 5 Ω la efectuarea celui de-al doilea calcul, încercați să aflați de ce cineva a calculat 4.927 Ω cu temperatura de la 50 o C până la 20 o C.

Note:

Un lucru pe care studenții trebuie să îl învețe este că nu pot folosi pur și simplu formula de temperatură de rezistență așa cum este dată în mod normal dacă temperatura de referință nu este aceeași cu temperatura la care α este specificată!

Întrebarea 8

Calculați rezistența fiecăruia dintre aceste probe, având în vedere rezistența lor la temperatura de referință (R r T r ) și temperaturile lor actuale (T):

• specimen 1: cupru; Rr = 200 Ω @ T r = 20 ° C; T = 45 o C; R T =
• specimen 2: cupru; Rr = 10 kΩ @ T r = 20 o C; T = 5 o C; R T =
• Specimen 3: Aluminiu; Rr = 1.250 Ω @ T r = 20 ° C; T = 100 o C; R T =
• Specimenul 4: fier; R r = 35, 4 Ω T r = 20 o C; T = -40 o C; R T =
• Specimenul 5: nichel; Rr = 525 Ω @ T r = 20 o C; T = 70 o C; R T =
• specimenul 6: aur; Rr = 25 kΩ @ T r = 20 o C; T = 65 o C; R T =
• Specimenul 7: Tungsten; Rr = 2, 2 kΩ @ T r = 20 o C; T = -10 o C; R T =
• Specimenul 8: Cupru; Rr = 350 Ω @ T r = 10 ° C; T = 35 o C; R T =
• specimenul 9: cupru; Rr = 1, 5 kΩ @ T r = -25 o C; T = -5 o C; R T =
• specimenul 10: argint; Rr = 3, 5 MΩ @ T r = 45 o C; T = 10 ° C; R T =
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

• Eșantionul 1: R T = 220, 2 Ω
• Specimen 2: R T = 9.394 kΩ
• Specimen 3: R T = 1.681 kΩ
• Specimenul 4: R T = 23, 35 Ω
• Specimenul 5: R T = 679 Ω
• Specimenul 6: R T = 29, 18 kΩ
• Specimen 7: R T = 1.909 kΩ
• Specimenul 8: R T = 386, 8 Ω
• Specimenul 9: R T = 1.648 kΩ
• Specimenul 10: R T = 3.073 MΩ

Note:

Elevii pot găsi dificultăți în obținerea răspunsurilor adecvate pentru ultimele trei exemplare (8, 9 și 10). Cheia pentru efectuarea calculelor corecte pe acestea este temperatura presupusă la care cifra α este dată pentru fiecare tip de metal. Această temperatură de referință poate să nu fie aceeași cu temperatura de referință dată în întrebare!

Iată valorile α utilizate în calculele mele, toate la o temperatură de referință de 20 o Celsius:

• Cupru = 0, 004041
• Aluminiu = 0, 004308
• Fier = 0, 005671
• Nichel = 0, 005866
• Aur = 0, 003715
• Tungsten = 0, 004403
• Argint = 0, 003819

Sursele studenților pot diferi puțin de aceste cifre.

Întrebarea 9

O bobină din sârmă din aluminiu # 10 AWG are o lungime de 500 de picioare. Dacă temperatura ambiantă este de 80 o F, care este rezistența sa electrică la capăt? Explicați toate calculele necesare pentru a rezolva această problemă.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

0, 7899 Ω

Note:

Rezolvarea acestei probleme necesită integrarea mai multor concepte: calcularea rezistenței unui fir, dat fiind tipul său de metal, lungimea și ecartamentul; conversia între diferitele unități de temperatură; și calcularea schimbării rezistenței datorată temperaturii.

Întrebarea 10

Un bec cu incandescență are o rezistență la filament de 5, 7 Ω la temperatura camerei (20 o C), dar atrage numai 225 mA când este alimentat de o sursă DC de 12 volți. Dat fiind faptul că filamentul este fabricat din metal tungsten, se calculează temperatura în grade F atunci când este alimentată de sursa de 12 VDC.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

T = 3 484 o F

Note:

Rezolvarea acestei probleme necesită integrarea mai multor concepte: Legea lui Ohm, convertirea între diferitele unități de temperatură și calcularea temperaturii de la schimbarea rezistenței.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →