Temperatuurweerstandscoëfficiënt

Het is je misschien opgevallen dat op de tabel voor specifieke weerstanden alle cijfers zijn opgegeven bij een temperatuur van 20° Celsius. Als je vermoedde dat dit betekende dat de specifieke weerstand van een materiaal met de temperatuur kan veranderen, had je gelijk!

Weerstandswaarden voor geleiders bij elke andere temperatuur dan de standaardtemperatuur (meestal gespecificeerd bij 20 Celsius) op de specifieke weerstandstabel moeten worden bepaald met nog een andere formule:

De "alpha" (α) constante staat bekend als de temperatuurcoëfficiënt van weerstand en symboliseert de weerstandsveranderingsfactor per graad temperatuurverandering. Net zoals alle materialen een bepaalde soortelijke weerstand hebben (bij 20° C), veranderen ze ook weerstand volgens temperatuur met bepaalde hoeveelheden. Voor zuivere metalen is deze coëfficiënt een positief getal, wat betekent dat de weerstand toeneemt met stijgende temperatuur. Voor de elementen koolstof, silicium en germanium is deze coëfficiënt een negatief getal, wat betekent dat de weerstand afneemt met stijgende temperatuur. Voor sommige metaallegeringen is de temperatuurcoëfficiënt van de weerstand zeer dicht bij nul, wat betekent dat de weerstand nauwelijks verandert bij temperatuurschommelingen (een goede eigenschap als u een precisieweerstand van metaaldraad wilt bouwen!). De volgende tabel geeft de temperatuurcoëfficiënten van weerstand voor verschillende gewone metalen, zowel puur als gelegeerd:

Temperatuurweerstandscoëfficiënten bij 20 graden Celsius

Materiaal Element/legering “alfa” per graad Celsius NikkelElement0.005866IjzerElement0.005671MolybdeenElement0.004579WolfraamElement0.004403AluminiumElement0.004308KoperElement0.004041ZilverElement0.003819PlatinumElement0.003729GoudElement0.003715ZinkElement0.003847Staal*Legering0.003NichromeAlloy00.00017Nichrome-Alloy0.000170.000

* =Staallegering met 99,5 procent ijzer, 0,5 procent koolstof tys

Laten we een voorbeeldcircuit bekijken om te zien hoe temperatuur de draadweerstand kan beïnvloeden, en bijgevolg de circuitprestaties:

Deze schakeling heeft een totale draadweerstand (draad 1 + draad 2) van 30 Ω bij standaardtemperatuur. Het opzetten van een tabel met spannings-, stroom- en weerstandswaarden die we krijgen:

Bij 20° Celsius krijgen we 12,5 volt over de belasting en in totaal is 1,5 volt (0,75 + 0,75) gedaald over de draadweerstand. Als de temperatuur zou stijgen tot 35° Celsius, zouden we gemakkelijk de verandering van weerstand voor elk stuk draad kunnen bepalen. Uitgaande van het gebruik van koperdraad (α =0,004041) krijgen we:

Door onze circuitwaarden opnieuw te berekenen, zien we welke veranderingen deze temperatuurstijging zal brengen:

Zoals je kunt zien, ging de spanning over de belasting omlaag (van 12,5 volt naar 12,42 volt) en de spanningsval over de draden ging omhoog (van 0,75 volt naar 0,79 volt) als gevolg van de stijgende temperatuur. Hoewel de veranderingen misschien klein lijken, kunnen ze aanzienlijk zijn voor hoogspanningslijnen die kilometers lang zijn tussen elektriciteitscentrales en onderstations, onderstations en belastingen. Energiebedrijven moeten vaak rekening houden met veranderingen in de lijnweerstand als gevolg van seizoensgebonden temperatuurschommelingen bij het berekenen van de toegestane systeembelasting.

BEOORDELING:

• De meeste geleidende materialen veranderen de specifieke weerstand met veranderingen in temperatuur. Daarom worden waarden van soortelijke weerstand altijd gespecificeerd bij een standaardtemperatuur (meestal 20° of 25° Celsius).
• De weerstandsveranderingsfactor per graad Celsius van temperatuurverandering wordt de weerstandscoëfficiënt van de weerstand . genoemd . Deze factor wordt weergegeven door de Griekse kleine letter "alpha" (α).
• Een positieve coëfficiënt voor een materiaal betekent dat de weerstand ervan toeneemt met een stijging van de temperatuur. Zuivere metalen hebben typisch positieve temperatuurcoëfficiënten van weerstand. Coëfficiënten die nul naderen, kunnen worden verkregen door bepaalde metalen te legeren.
• Een negatieve coëfficiënt voor een materiaal betekent dat de weerstand ervan afneemt naarmate de temperatuur stijgt. Halfgeleidermaterialen (koolstof, silicium, germanium) hebben typisch negatieve temperatuurcoëfficiënten van weerstand.
• De formule die wordt gebruikt om de weerstand van een geleider te bepalen bij een andere temperatuur dan gespecificeerd in een weerstandstabel is als volgt:

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad temperatuurcoëfficiënt van weerstand