Temperatuurcoëfficiënt van weerstand: hoe temperatuur geleidbaarheid beïnvloedt

Wanneer je naar een standaard weerstandtabel kijkt, zul je zien dat elke waarde aangegeven is bij 20 °C. Dat is omdat de specifieke weerstand van een materiaal verandert met temperatuur. Als je de weerstand van een geleider bij een andere temperatuur nodig hebt, moet je de temperatuurcoëfficiënt-formule toepassen.

De Griekse symbool α (alpha) vertegenwoordigt de temperatuurcoëfficiënt van weerstand - het percentage verandering in weerstand per graad Celsius. Zuivere metalen hebben positieve α-waarden, wat betekent dat hun weerstand stijgt naarmate de temperatuur stijgt. In tegenstelling, halfgeleiders zoals koolstof, silicium en germanium hebben negatieve α-waarden, dus hun weerstand daalt met warmte. Sommige legeringen, zoals nichroom, zijn ontworpen om α-waarden dicht bij nul te hebben, wat ze ideaal maakt voor precisieweerstanden.

Temperatuurcoëfficiënten van weerstand bij 20 °C

* Staallegering (99,5% Fe, 0,5% C)

Laten we onderzoeken hoe temperatuur de draadweerstand beïnvloedt in een eenvoudig circuit.

De totale weerstand van de twee draden is 30 Ω bij 20 °C. De onderstaande tabel geeft spanning, stroom en weerstand waarden bij die temperatuur.

Bij 20 °C observeren we 12,5 V over de belasting en een spanningsval van 0,75 V over de draden (0,75 Ω elk). Als de temperatuur stijgt naar 35 °C, neemt de koperen draden weerstand toe omdat α = 0,004041. De nieuwe weerstand voor elke draad is:

Herberekenen van het circuit geeft de volgende resultaten:

We zien dat de belastingspanning daalt van 12,5 V naar 12,42 V, terwijl de spanningsval over de draden stijgt van 0,75 V naar 0,79 V. Deze veranderingen lijken gering, maar over lange stroomlijnen is het cumulatieve effect substantial. Nutbedrijven rekenen routinematig temperatuur-geïnduceerde weerstandsvariaties in hun belastingcapaciteitsberekeningen.

Belangrijkste punten

• Geleidende materialen vertonen temperatuurafhankelijke weerstand; tabellen refereren altijd naar een standaardtemperatuur (meestal 20 °C of 25 °C).
• De temperatuurcoëfficiënt van weerstand (α) kwantificeert hoeveel weerstand verandert per graad Celsius.
• Positieve α-waarden (typisch voor zuivere metalen) betekenen dat weerstand stijgt met temperatuur; bijna-nul α-waarden (bereikt door legeren) bieden temperatuurstabiele weerstanden.
• Negatieve α-waarden (gevonden in halfgeleiders) betekenen dat weerstand daalt naarmate temperatuur stijgt.
• Gebruik de bovenstaande formule om weerstand bij elke temperatuur buiten de standaardreferentie te berekenen.

Voor verdere oefening, probeer de Temperatuurcoëfficiënt van Weerstand Werkblad.