比抵抗の表で、すべての数値が摂氏20度で指定されていることにお気づきになったでしょうか。 これは、材料の比抵抗が温度によって変化することを意味しているのではないかと思われた方、その通りでした。
比抵抗表の標準温度(通常は20℃)以外の温度での導体の抵抗値は、さらに別の計算式で求めなければなりません。
α(アルファ)定数は、抵抗の温度係数と呼ばれ、温度変化1度あたりの抵抗変化係数を表します。 すべての物質が一定の比抵抗(20℃の場合)を持っているように、温度によっても一定の量で抵抗が変化します。 純金属の場合、この係数は正の数であり、温度が上がると抵抗が大きくなることを意味する。 炭素、ケイ素、ゲルマニウムなどの元素は、この係数が負の値となり、温度の上昇とともに抵抗値が減少する。 金属合金の中には、抵抗の温度係数がゼロに近いものがあります。これは、温度が変化しても抵抗値がほとんど変化しないことを意味します(金属線で精密な抵抗器を作りたい場合には良い特性です)。 次の表は、一般的な金属(純金属と合金)の抵抗の温度係数です。
Temperature Coefficients of Resistance at 20 Degrees Celsius
材質 | 元素/合金 | 摂氏1度あたりの「α」 |
---|---|---|
ニッケル | 元素 | 0.005866 |
鉄 | 要素 | 0.005671 |
モリブデン | 要素 | 0.004579 |
タングステン | 要素 | 0.004403 |
アルミニウム | 要素 | 0.004308 |
銅 | 要素 | 0.004041 |
銀 | 要素 | 0.003819 |
プラチナ | 要素 | 0.003729 |
金 | 要素 | 0.003715 |
亜鉛 | 要素 | 0.003847 |
スチール* | 合金 | 0.003 |
ニクロム | 合金 | 0.00017 |
ニクロムV | 合金 | 0.00013 |
マンガン | 合金 | +/- 0.000015 |
コンスタンタン | 合金 | -0.000074 |
* = 鋼鉄の合金で、鉄99.5%、0.5パーセントの炭素スズ
回路の例を見て、温度が線の抵抗、ひいては回路の性能にどのような影響を与えるかを見てみましょう。
この回路は、標準的な温度では総線抵抗(線1+線2)が30Ωです。 電圧、電流、および抵抗値の表を設定すると、次のようになります。
摂氏20度では、負荷に12.5ボルトがかかり、ワイヤー抵抗には合計1.5ボルト(0.75 + 0.75)が降下します。 仮に温度が35℃まで上昇した場合、各ワイヤーの抵抗値の変化を簡単に求めることができます。
回路の値を再計算すると、温度の上昇がどのような変化をもたらすかがわかります:
見てわかるように、負荷にかかる電圧は下がりました(12.5ボルトから12.42ボルトへ)、電線の電圧降下は温度上昇の結果として(0.75ボルトから0.79ボルトへ)上昇しました。 一見、小さな変化のように見えますが、発電所と変電所、変電所と負荷の間に何マイルも張り巡らされた送電線にとっては、大きな変化となります。
REVIEW:
- ほとんどの導電性材料は、温度の変化によって比抵抗が変化します。
- ほとんどの導電材料は、温度の変化によって比抵抗が変化します。このため、比抵抗の数値は常に標準温度(通常は20℃または25℃)で規定されています。
- 温度変化1度あたりの抵抗変化率を抵抗温度係数といい、ギリシャ語の小文字「α」で表します。
- 材料の温度係数が正であるということは、温度の上昇とともに抵抗が増加することを意味します。 純金属は一般的に正の温度抵抗係数を持っています。
- 材料の負の係数は、温度の上昇とともに抵抗が減少することを意味します。 半導体材料(炭素、シリコン、ゲルマニウム)は、一般的に負の抵抗温度係数を持っています。
- 抵抗表で指定された温度以外のある温度での導体の抵抗を決定するために使用される公式は以下の通りです:
関連するワークシート:
- 抵抗の温度係数ワークシート