Het is u misschien opgevallen dat in de tabel voor specifieke weerstanden alle getallen gespecificeerd zijn bij een temperatuur van 20° Celsius. Als u vermoedde dat dit betekende dat de specifieke weerstand van een materiaal kan veranderen met de temperatuur, dan had u gelijk!
Weerstandswaarden voor geleiders bij elke andere temperatuur dan de standaardtemperatuur (gewoonlijk gespecificeerd bij 20° Celsius) in de tabel voor specifieke weerstand moeten worden bepaald met behulp van weer een andere formule:
De “alfa”-constante (α) staat bekend als de temperatuurcoëfficiënt van de weerstand en symboliseert de weerstandsveranderingsfactor per graad temperatuursverandering. Net zoals alle materialen een bepaalde specifieke weerstand hebben (bij 20° C), veranderen zij ook in bepaalde mate van weerstand naarmate de temperatuur verandert. Voor zuivere metalen is deze coëfficiënt een positief getal, wat betekent dat de weerstand toeneemt naarmate de temperatuur stijgt. Voor de elementen koolstof, silicium en germanium is deze coëfficiënt negatief, wat betekent dat de weerstand afneemt naarmate de temperatuur stijgt. Voor sommige metaallegeringen ligt de temperatuurcoëfficiënt van de weerstand zeer dicht bij nul, wat betekent dat de weerstand nauwelijks verandert bij temperatuurschommelingen (een goede eigenschap als je een precisieweerstand van metaaldraad wilt bouwen!) De volgende tabel geeft de temperatuurscoëfficiënten van de weerstand voor verschillende veel voorkomende metalen, zowel zuiver als gelegeerd:
Temperatuurscoëfficiënten van weerstand bij 20 graden Celsius
| Materiaal | Element/Legering | “alpha” per graad Celsius |
|---|---|---|
| Nikkel | Element | 0.005866 |
| Iron | Element | 0.005671 |
| Element | 0.004579 | |
| Tungsten | Element | 0.004403 |
| Aluminium | Element | 0.004308 | 0.004403 |
| Aluminium | Element | 0.004308 |
| Element | 0.004041 | |
| Element | 0.003819 | |
| Platina | Element | 0.003729 |
| Element | 0.003715 | |
| Zink | Element | 0.003847 |
| Staal* | Alloy | 0.003 |
| Nichroom | Alloy | 0.00017 |
| 0.003 | ||
| Alloy | 0.00013 | |
| Alloy | +/- 0.000015 | |
| Constantan | Alloy | -0.000074 |
* = Staallegering bij 99,5 procent ijzer, 0.5 procent koolstof
Laten we eens kijken naar een voorbeeldschakeling om te zien hoe temperatuur de draadweerstand kan beïnvloeden, en daarmee de prestaties van de schakeling:
Deze schakeling heeft een totale draadweerstand (draad 1 + draad 2) van 30 Ω bij standaardtemperatuur. Als we een tabel met spannings-, stroom- en weerstandswaarden opstellen, krijgen we:
Bij 20° Celsius krijgen we 12,5 volt over de belasting en een totaal van 1,5 volt (0,75 + 0,75) gedaald over de draadweerstand. Als de temperatuur zou stijgen tot 35° Celsius, kunnen we gemakkelijk de verandering van de weerstand voor elk stuk draad bepalen. Uitgaande van het gebruik van koperdraad (α = 0,004041) krijgen we:
Herberekenen van onze circuitwaarden, zien we welke veranderingen deze temperatuurstijging met zich meebrengt:
Zoals u kunt zien, is de spanning over de belasting gedaald (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 temperatuurstijging. Hoewel de veranderingen klein lijken, kunnen zij aanzienlijk zijn voor stroomleidingen die zich kilometers uitstrekken tussen centrales en onderstations, onderstations en belastingen. In feite moeten elektriciteitsbedrijven vaak rekening houden met veranderingen in de lijnweerstand als gevolg van seizoensgebonden temperatuurschommelingen bij het berekenen van de toelaatbare systeembelasting.
REVIEW:
- De meeste geleidende materialen veranderen de soortelijke weerstand bij veranderingen in temperatuur. Daarom worden de waarden van de specifieke weerstand altijd gespecificeerd bij een standaardtemperatuur (gewoonlijk 20° of 25° Celsius).
- De weerstandsveranderingsfactor per graad Celsius temperatuursverandering wordt de temperatuurscoëfficiënt 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 toeneemt met een toename van de temperatuur. Zuivere metalen hebben doorgaans positieve temperatuursweerstandscoëfficiënten. Coëfficiënten die in de buurt van nul komen, kunnen worden verkregen door bepaalde metalen te legeren.
- Een negatieve coëfficiënt voor een materiaal betekent dat de weerstand ervan afneemt met een toename van de temperatuur. Halfgeleidermaterialen (koolstof, silicium, germanium) hebben doorgaans negatieve temperatuurscoëfficiënten van weerstand.
- De formule die wordt gebruikt om de weerstand van een geleider te bepalen bij een andere temperatuur dan in een weerstandstabel is aangegeven, luidt als volgt:
GERELATEERDE WERKSTUKKEN:
- Werkblad voor de temperatuurscoëfficiënt van de weerstand