Potreste aver notato sulla tabella delle resistenze specifiche che tutte le cifre sono state specificate a una temperatura di 20° Celsius. Se sospettavate che questo significasse che la resistenza specifica di un materiale può cambiare con la temperatura, avevate ragione!
I valori di resistenza per i conduttori a qualsiasi temperatura diversa da quella standard (di solito specificata a 20 Celsius) sulla tabella della resistenza specifica devono essere determinati attraverso un’altra formula:
La costante “alfa” (α) è conosciuta come il coefficiente di temperatura della resistenza e simboleggia il fattore di cambiamento della resistenza per grado di variazione della temperatura. Così come tutti i materiali hanno una certa resistenza specifica (a 20° C), essi cambiano anche la resistenza in funzione della temperatura di una certa quantità. Per i metalli puri, questo coefficiente è un numero positivo, il che significa che la resistenza aumenta all’aumentare della temperatura. Per gli elementi carbonio, silicio e germanio, questo coefficiente è un numero negativo, cioè la resistenza diminuisce con l’aumento della temperatura. Per alcune leghe metalliche, il coefficiente di temperatura della resistenza è molto vicino allo zero, il che significa che la resistenza non cambia quasi per niente con le variazioni di temperatura (una buona proprietà se si vuole costruire una resistenza di precisione con un filo metallico!) La seguente tabella fornisce i coefficienti di resistenza alla temperatura per diversi metalli comuni, sia puri che in lega:
Coefficienti di temperatura di resistenza a 20 gradi Celsius
| Materiale | Elemento/Lega | “alfa” per grado Celsius | |
|---|---|---|---|
| Nichel | Elemento | 0.005866 | |
| Ferro | Elemento | 0.005671 | |
| Molibdeno | Elemento | 0,004579 | |
| Tungsteno | Elemento | 0,004403 | |
| Alluminio | Elemento | 0.004308 | |
| Rame | Elemento | 0,004041 | |
| Argento | Elemento | 0,003819 | |
| Platino | Elemento | 0.003729 | |
| Oro | Elemento | 0,003715 | |
| Zinco | Elemento | 0.003847 | |
| Acciaio* | Lega | 0,003 | |
| Nicromo | Lega | 0.00017 | |
| Nicromo V | Lega | 0.00013 | |
| Manganina | Lega | +/- 0.000015 | |
| Constantan | Lega | -0.000074 |
* = Lega di acciaio al 99,5% di ferro, 0.5 per cento di carbonio tys
Diamo un’occhiata a un circuito di esempio per vedere come la temperatura può influenzare la resistenza del filo, e di conseguenza le prestazioni del circuito:
Questo circuito ha una resistenza totale del filo (filo 1 + filo 2) di 30 Ω a temperatura standard. Impostando una tabella dei valori di tensione, corrente e resistenza otteniamo:
A 20° Celsius, otteniamo 12,5 volt attraverso il carico e un totale di 1,5 volt (0,75 + 0,75) caduti attraverso la resistenza del filo. Se la temperatura dovesse salire a 35° Celsius, potremmo facilmente determinare il cambiamento di resistenza per ogni pezzo di filo. Supponendo l’uso di un filo di rame (α = 0,004041) otteniamo:
Ricalcolando i valori del nostro circuito, vediamo quali cambiamenti porterà questo aumento di temperatura:
Come potete vedere, la tensione attraverso il carico è scesa (da 12.5 volt a 12,42 volt) e la caduta di tensione attraverso i fili è aumentata (da 0,75 volt a 0,79 volt) a causa dell’aumento della temperatura. Anche se i cambiamenti possono sembrare piccoli, possono essere significativi per le linee elettriche che si estendono per chilometri tra centrali e sottostazioni, sottostazioni e carichi. Infatti, le aziende elettriche devono spesso prendere in considerazione i cambiamenti di resistenza delle linee risultanti dalle variazioni stagionali della temperatura quando calcolano il carico ammissibile del sistema.
RIASSUNTO:
- La maggior parte dei materiali conduttivi cambia la resistenza specifica con i cambiamenti di temperatura. Questo è il motivo per cui le cifre della resistenza specifica sono sempre specificate ad una temperatura standard (di solito 20° o 25° Celsius).
- Il fattore di cambiamento della resistenza per grado Celsius di cambiamento di temperatura è chiamato il coefficiente di temperatura della resistenza. Questo fattore è rappresentato dalla lettera greca minuscola “alfa” (α).
- Un coefficiente positivo per un materiale significa che la sua resistenza aumenta con un aumento della temperatura. I metalli puri hanno tipicamente coefficienti di resistenza alla temperatura positivi. Coefficienti che si avvicinano a zero possono essere ottenuti legando alcuni metalli.
- Un coefficiente negativo per un materiale significa che la sua resistenza diminuisce con un aumento della temperatura. I materiali semiconduttori (carbonio, silicio, germanio) hanno tipicamente coefficienti di temperatura negativi di resistenza.
- La formula usata per determinare la resistenza di un conduttore ad una temperatura diversa da quella specificata in una tabella di resistenza è la seguente:
Foglio di lavoro correlato:
- Foglio di lavoro del coefficiente di resistenza alla temperatura