Электрический ток в металлах

Цели обучения:
10.4.3.1 - описывать электрический ток в металлах и анализировать зависимость сопротивления от температуры;
Цели урока:
определение носителей электрического тока в металлах;
исследовать зависимость сопротивления проводника от разных физических величин;
объяснить температурную зависимость удельного сопротивления.
Электрический ток в металлах.

Учащиеся могут:
Определить текущие носители по металлам
Определить удельное сопротивление и применить закон Ома
Понимать взаимосвязь между сопротивлением и удельным сопротивлением и уметь использовать сопротивление в решении проблем схемы
Уметь использовать температурный коэффициент удельного сопротивления для решения проблем, связанных с изменением температуры.
Критерии успеха

Электрический ток в металлах.
Металлы являются проводниками, потому что они имеют «свободные» электроны, которые не связаны с атомами металла.
В кубическом метре типичного проводника примерно 1028 свободных электронов, движущихся с типичными скоростями 1 000 000 м / с ...
... но электроны движутся в случайных направлениях, и нет чистого потока заряда, пока вы не приложите электрическое поле.

Сопротивление проводника ,
(Ohm)
ток в проводнике:
Сопротивление
L
ρ
A
длина L,
площадь поперечнего сеченияA
Удельное сопротивление ρ
начать с
Закон Ома

чем длиннее провод, тем труднее протолкнуть через него электроны
чем больше удельное сопротивление, тем «тяжелее» электронам двигаться в материале
чем больше площадь поперечного сечения, тем легче протолкнуть через него электроны
Сопротивление
сопротивление провода измеряет, как легко заряд протекает через него
Различать:
Удельное сопротивление = свойство материала
Сопротивление = свойство устройства

R = ρL / A
A = ρL / R
π (d/2)2 = ρL / R
Пример: Предположим, вы хотите подключить стерео к удаленным динамикам.
(a) Если каждый провод должен быть длиной 20 м, какой диаметр медного провода следует использовать, чтобы сделать сопротивление 0,10 Ω на провод.
(d/2)2 = ρL / πR
d = 2 ( ρL / πR )½

V = I R
(b) Если ток для каждого динамика составляет 4,0 А, каково падение напряжения на каждом проводе?
d = 2 [ (1.68x10-8) (20) / π (0.1) ]½ m
d = 0.0021 m = 2.1 mm
V = (4.0) (0.10) V
V = 0.4 V

в принципе, каждый компонент схемы имеет некоторое сопротивление
Резисторы в цепях

Резисторы часто намеренно используются в цепях. На рисунке показана полоса из пяти резисторов (вы отрываете бумагу и впаиваете резисторы в цепи).
Маленькие цветные полосы на резисторах имеют значение.
1. http://www.dannyg.com/examples/res2/resistor.htm
2. http://www.digikey.com/en/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-resistor-color-code-4-band

Если металл нагреется, что изменится с лампой

Температурная зависимость удельного сопротивления
Многие материалы имеют удельные сопротивления, которые зависят от температуры. Мы можем смоделировать * эту температурную зависимость уравнением вида
где ρ0 - удельное сопротивление при температуре T0, а α - температурный коэффициент удельного сопротивления.
* T0 - контрольная температура, часто принимаемая за 0 ° C или 20 ° C. Это приближение можно использовать, если диапазон температур «не слишком велик», то есть 100 ° C или около того.

Термометры сопротивления из углерода (недорого) и платины (дорого) широко используются для измерения очень низких температур.

Пример: к образцу прикреплен термометр сопротивления углерода в форме цилиндра длиной 1 см и диаметром 4 мм. Термометр имеет сопротивление 0,030 Ω. Какова температура образца?
Это исходное уравнение:
Мы используем размеры термометра для расчета удельного сопротивления, когда сопротивление составляет 0,03 Ω, и напрямую используем приведенное выше уравнение.
Мы можем посмотреть удельное сопротивление углерода при 20 ° С.
Или мы можем переписать уравнение в терминах или R. Давайте сначала сделаем расчет, используя удельное сопротивление.

Пример: к образцу прикреплен термометр сопротивления углерода в форме цилиндра длиной 1 см и диаметром 4 мм. Термометр имеет сопротивление 0,030 Ω. Какова температура образца?
Удельное сопротивление углерода при 20 ° С составляет

Пример: к образцу прикреплен термометр сопротивления углерода в форме цилиндра длиной 1 см и диаметром 4 мм. Термометр имеет сопротивление 0,030Ω. Какова температура образца?

Пример: к образцу прикреплен термометр сопротивления углерода в форме цилиндра длиной 1 см и диаметром 4 мм. Термометр имеет сопротивление 0,030Ω. Какова температура образца?
В качестве альтернативы, мы можем использовать удельное сопротивление углерода при 20 °C , чтобы рассчитать сопротивление при 20 °C .
Это сопротивление при 20 ° С.

Пример: к образцу прикреплен термометр сопротивления углерода в форме цилиндра длиной 1 см и диаметром 4 мм. Термометр имеет сопротивление 0,030Ω. Какова температура образца?
Если мы предположим,A/L = A0/L0, затем