재료의 온도 저항 계수 안내

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온도에 따라 저항은 어떻게 변합니까?

종종 α로 작성된 온도 저항 계수는 온도가 변할 때 재료의 전기 저항이 얼마나 많은지 알려줍니다.전도성 재료, 특히 구리,은, 알루미늄 및 금과 같은 금속의 주요 특성입니다.

이러한 재료가 가열되면 일반적으로 저항이 증가합니다.이것은 재료의 원자가 더 높은 온도에서 더 많이 진동하기 때문에 발생합니다.이러한 진동은 전자 (전류를 운반하는 입자)의 움직임이 더 빈번한 충돌을 일으키는 것을 방해합니다.결과적으로 전기 흐름은 덜 효율적입니다.

이 변경을 정량화하려면 다음 공식을 사용할 수 있습니다.

이 방정식의 각 부분은 특정 역할을합니다.

• 아르 자형 새로운 온도 T에서의 저항 (섭씨도)입니다.

• 아르 자형_심판 기준 온도에서 알려진 저항, 보통 20 ℃이다.

• 티_심판 기준 온도입니다.

• α 각 재료에 대한 고정 수는 온도 변화에 저항이 얼마나 민감한지를 보여줍니다.

이 공식은 온도가 이동함에 따라 구성 요소의 저항이 얼마나 상승하거나 떨어질 지 추정합니다.주변 온도가 변할 때에도 안정적이고 신뢰할 수있는 회로를 설계 할 때 특히 중요합니다.

다양한 열 조건에서 저항이 어떻게 행동하는지 예상함으로써 재료, 공차 및 설계 제약 조건에 대한 더 나은 결정을 내려 성능 문제 또는 실패의 위험을 줄일 수 있습니다.

내성은 열에 어떻게 반응합니까?

재료는 온도가 변할 때, 특히 전기 저항 측면에서 다른 방식으로 반응합니다.α로 작성된 온도 저항 계수는 온도 변화의 섭씨 변화에 따라 재료의 저항이 얼마나 상승하거나 떨어질 지에 대해 우리에게 텔레비전을 이룹니다.이 응답은 재료의 내부 구조, 특히 순수한 요소이든 혼합 합금인지에 따라 다릅니다.

20 ° C에서 온도 계수

20 ℃의 표준 기준점에서, 각 물질은 특정 α 값을 갖는다.일반적으로 사용되는 일부 도체의 측정 값은 다음과 같습니다.

• 여기에 나열된 강철에는 약 99.5%의 철과 0.5% 탄소가 포함되어 있습니다.

이 값을 자세히 살펴보면 패턴이 명확 해집니다.니켈, 철 및 구리와 같은 순수 금속은 비교적 높은 α 값을 보여줍니다.이는 온도가 증가함에 따라 저항이 눈에 띄게 상승한다는 것을 의미합니다.이 특성은 저항의 작은 변화조차도 성능 또는 측정 정확도에 영향을 줄 수있는 장치에서 특히 중요합니다.

대조적으로, Manganin 또는 Constantan과 같은 조작 된 합금은 매우 낮거나 심지어 약간 음의 α 값을 갖는다.이러한 재료는 온도에 따라 간신히 변하지 않으므로 민감한 측정 장비에 사용되는 저항기와 같은 정밀 응용 분야에서 이상적이지 않습니다. 여기서 환경이 그렇지 않은 경우에도 저항이 안정적으로 유지되어야합니다.

온도는 회로 성능에 영향을 미칩니다

작업 회로에서 온도가 저항에 어떤 영향을 미치는지 이해하려면 간단한 예를 살펴 보겠습니다.

그림 2. 온도가 회로 성능에 미치는 영향

14 볼트 공급으로 구동되는 회로를 상상해보십시오.2 개의 구리 와이어를 통해 250 옴 하중 저항에 연결되며 각각 15 옴의 저항이 있습니다.이 설정은 많은 저전력 애플리케이션에서 일반적입니다.실온 (20 ° C)에서 회로의 총 저항은 모든 저항을 함께 추가하여 찾을 수 있습니다.

• 15Ω (첫 번째 와이어)

• 250Ω (부하 저항)

• 15Ω (두 번째 와이어)

그것은 총 280 옴의 저항을 제공합니다.전류가 전압을 저항으로 나눈 옴의 법칙을 사용하면 회로를 통해 흐르는 전류는 다음과 같습니다.

따라서 20 ° C에서 회로는 50 밀리 암의 전류를 운반합니다.전압이 각 부품에서 떨어지는 방법은 다음과 같습니다.

이제 온도가 상승 할 때 어떻게되는지 살펴 보겠습니다.

구리의 저항은 온도에 따라 증가합니다.이 효과는 예측 가능하며 온도 계수 (α)를 사용하여 변화를 계산할 수 있습니다.구리의 경우 α는 ° C 당 약 0.004041입니다.온도가 40 ° C로 상승하면 20도 증가합니다.이제 각 와이어의 저항을 다시 계산할 수 있습니다.

아르 자형_새로운 = 15Ω × [1+0.004041 × (40-20)] = 15.12Ω

따라서 각 와이어의 저항은 약간 자랍니다.새로운 총 저항은 다음과 같습니다.

아르 자형_총 = 15.12Ω + 250Ω + 15.12Ω = 280.24Ω

약간의 증가는 단지 증가하지만 현재에 영향을 미칩니다.다시 Ohm의 법칙 사용 :

이것은 작은 차이 (Milliamp의 10 분의 1)처럼 보일 수 있지만 정밀 전자 장치에서는 이와 같은 작은 교대조차도 문제를 일으킬 수 있습니다.예를 들어, 민감한 측정 기기 또는 조절 전력 시스템에서 이러한 종류의 변동은 성능이나 교정을 버릴 수 있습니다.

온도가 저항에 미치는 영향을 이해하면 더 나은 디자인 선택을하는 데 도움이됩니다.환경 변화를 설명함으로써 운영 조건이 일정하지 않은 경우에도 안정적이고 신뢰할 수있는 성능을 보장하는 재료 및 구성을 선택할 수 있습니다.

구리 와이어는 최대 35 ° C까지 가열됩니다

14V 전원 공급 장치에 연결된 2 개의 구리 와이어와 250 옴 부하 저항 (250 옴 부하 저항)과 동일한 회로 설정을하겠습니다. 이제 온도를 35 ° C로 올리겠습니다.온도에 따라 구리의 저항이 증가하기 때문에이 변화는 회로의 동작 방식에 영향을 미칩니다.

각 와이어의 저항이 얼마나 증가하는지 계산하기 위해 구리의 온도 계수는 섭씨 당 0.004041을 사용합니다.20 ° C부터 시작하여 15도 상승이 우리에게 다음과 같습니다.

r = 15Ω × [1+0.004041 × (35-20)] = 15.909Ω

따라서 각 구리 와이어의 저항은 15.909 옴입니다.고정 된 250 옴 부하에 이것들을 추가하면 다음의 새로운 총 회로 저항이 있습니다.

아르 자형_총 = 15.909Ω + 250Ω + 15.909Ω = 281.818Ω

새로운 저항 값을 사용하면 OHM의 법칙을 사용하여 회로에서 전류를 찾을 수 있습니다.

이는 전류가 20 ° C에서 50 밀리 암에서 35 ° C에서 49.7 밀리 암 미만으로 약간 떨어 졌다는 것을 의미합니다.이제 전압이 구성 요소를 통해 분할되는 방법은 다음과 같습니다.

각 와이어의 전압 감소는 전압의 일부만 증가했지만, 그 감소는 하중에 사용 가능한 전압에서 직접 빼냅니다.20 ° C에서 수신 한 12.5 볼트를 얻는 대신 하중은 이제 12.42 볼트에 불과합니다.

이러한 종류의 변화는 사소한 것처럼 보일 수 있지만 고전압 시스템, 정밀 회로 또는 장거리 전력 전송에서는 전압 또는 전류의 작은 이동조차도 성능 문제 또는 비 효율성으로 이어질 수 있습니다.이러한 온도 관련 저항 변경을 설명하지 않고 시스템이 설계된 경우 실제 조건에서 작동 할 때 사양이 떨어질 수 있습니다.

온도가 전기 저항에 어떤 영향을 미치는가?

재료의 전기 저항이 온도에 따라 변하는 방식은 간단한 공식을 사용하여 예측할 수 있습니다.

아르 자형_티 = r₀ × [1+α (t -t₀))]]

실질적인 관점에서 의미하는 바는 다음과 같습니다.

• 아르 자형₀ 기준 온도에서 재료의 저항이며, 일반적으로 0 ° C입니다.

• 아르 자형_티 온도가 T로 변경된 후 저항입니다.

• α 온도의 각 온도 상승에 대해 재료의 저항이 얼마나 증가하는지 알려주는 숫자입니다.이 값은 모든 재료마다 다릅니다.

간단히 말해서, 알려진 저항으로 시작한 다음 재료를 가열하거나 식히면이 공식은 새로운 저항이 무엇인지 계산하는 데 도움이됩니다.

세 가지 주요 사항은 저항이 얼마나 많은지에 영향을 미칩니다.

• 기준 온도에서의 시작 저항.이것은 당신의 기준이며 다른 모든 것은 여기에서 쌓입니다.

• 온도가 얼마나 변하는 지.시작 온도와 더 큰 차이는 저항의 더 큰 변화를 유발합니다.

• 재료 자체.일부 재료는 온도 변화에 크게 반응하는 반면 다른 재료는 거의 반응하지 않습니다.그곳에서 α의 값이 들어오는 곳입니다. 재료가 온도에 얼마나 민감한 지 포착합니다.

그렇다면 재료가 가열 될 때 어떤 일이 일어나고 있습니까?

금속에서 온도를 높이면 전자가 더 많은 에너지를 주어 더 빠르게 움직입니다.그러나 더 빠른 움직임이 항상 더 나은 것은 아닙니다.이 고 에너지 전자는 재료의 원자와 더 자주 충돌합니다.각 충돌로 인해 전류가 부드럽게 흐르기가 더 어려워서 재료의 저항이 증가합니다.

중요하게도, 전류를 운반 할 수있는 전자의 수는 온도에 따라 변하지 않습니다.변화는 그들의 움직임이 얼마나 혼란스러워 지는가입니다.더 많은 충돌은 더 많은 중단과 저항을 의미합니다.

저항 유형의 온도 계수

그림 3. PTC 및 NTC

재료가 온도 변화에 어떻게 반응하는지에 관해서는 두 가지 뚜렷한 행동이 전기 저항을 설명합니다. 정부 온도 계수.각 유형은 실제 환경에서 구성 요소 작동 방식에 유용합니다.

양의 온도 계수 (PTC)

양의 온도 계수가있는 재료에서 저항이 증가합니다 온도가 상승함에 따라.이 거동은 구리, 알루미늄 및은과 같은 금속에서 가장 흔합니다.

재료가 점점 더워지면 내부의 원자가 더 강하게 진동하기 시작합니다.이러한 진동은 전자와 원자 사이의 충돌 가능성을 높이면 전자 (전류의 운반체)의 움직임을 방해합니다.이 추가 간섭으로 인해 전류가 부드럽게 흐르기가 더 어려워서 재료의 저항이 높아집니다.PTC 거동은 많은 금속에서 예측 가능하고 선형으로, 설계 중에 온도 변화를 고려해야하는 표준 도체에서 사용하기에 신뢰할 수 있습니다.

음의 온도 계수 (NTC)

음의 온도 계수가있는 재료는 반대로 행동합니다 저항이 감소합니다 온도가 증가함에 따라.이것은 일반적으로 실리콘, 게르마늄 및 탄소 기반 재료와 같은 반도체에서 볼 수 있습니다.

반도체에서, 전류는 전자 흐름뿐만 아니라 움직일 수있는 전자 수에 달려있다.저온에서는 상대적으로 적은 전자가 전류를 운반 할 수 있습니다.온도가 상승함에 따라 더 많은 열 에너지가 이용 가능 해져서 추가 전자 (및 경우에 따라 "구멍"이 해방됩니다.자유 충전 운송 업체의 증가는 저항력을 낮추고 전도도가 향상됩니다.이 고유 한 응답은 NTC 재료가 온도 감도가 가치가있는 응용 분야에 이상적이며, 이는 전류 흐름을 조절하도록 설계된 온도 센서 또는 구성 요소와 같은 적용에 이상적입니다.

온도 계수의 중요한 고려 사항

온도 저항 계수 (TCR)는 전기 및 전자 시스템 설계에서 심각한 개념입니다.온도가 이동함에 따라 재료의 저항이 어떻게 변하는 지 알려주고이 정보는 안정적으로 작동하는 시스템을 구축하는 데 유용합니다.

구성 요소 성능에 어떤 영향을 미칩니 까?

정상 작동 중에 구성 요소가 가열되거나 냉각되면 저항이 변할 수 있습니다. 때로는 약간, 때로는 상당히 유의미합니다.TCR은 이러한 변화가 회로의 성능에 어떤 영향을 미치는지 예측하는 데 도움이됩니다.이 동작을 설명하지 않으면 장치가 불안정 해지거나 정확성을 잃거나 다양한 열 조건에서 실패 할 수 있습니다.

양의 온도 계수 (PTC) 재료의 사용

PTC 재료는 가열함에 따라 저항이 증가합니다.이 속성은 특히 전류 또는 자체 조절 온도를 제한 해야하는 구성 요소에 특히 유용합니다.예를 들어, 일부 정밀성 저항은 열 응력 하에서 일관된 저항을 유지하기 위해 PTC 재료로 만들어집니다.유사하게, 자체 조절 가열 요소는이 효과를 사용하여 과열을 방지합니다. 저항성은 온도에 따라 자연스럽게 증가하여 전류가 느려지고 추가 가열을 제어합니다.

NTC (Negative Ondry Coefficient) 재료에 사용됩니다

NTC 재료는 다른 방식으로 작동합니다. 온도가 상승함에 따라 저항이 떨어집니다.이로 인해 온도 센서에 적합합니다. 열의 약간의 증가조차도 신속하게 감지하고 측정해야합니다.또한 냉각기 시작 온도에서의 저항이 낮을수록 전류가 부드러운 전류를 허용하는 전원 공급 장치와 같은 스타트 업 회로에도 유용합니다.장치가 따뜻해지면 저항이 증가하여 부품을 과도한 전류로부터 보호합니다.

정확한 측정을위한 표준화 된 온도

다른 조건에서 저항 측정을 일관되게하려면 표준 기준 온도 (대부분 20 ° C를 사용할 수 있습니다.이 기준선은 재료와 구성 요소를 공정하게 비교할 수 있고 설계 및 테스트 중에 성능을 안정적으로 예측할 수 있도록합니다.

양성 온도 계수 (PTC) 재료 이해

PTC 재료는 온도 변화에 자동으로 응답 해야하는 시스템에서 특히 유용합니다.그들의 주요 특징은 재료가 뜨거워 질수록 저항이 증가하여 안전, 가열 제어 및 회로 보호와 관련된 응용 분야에 탁월하다는 것입니다.다음은 고유 한 행동이 작동하는 두 가지 일반적인 용도입니다.

자체 조절 난방 시스템

특별히 설계된 세라믹 화합물로 만든 PTC 서머 스터는 복잡한 외부 대조군에 의존하지 않고 안정적인 온도를 유지 해야하는 히터에 사용됩니다.가열 설정에서 작동하는 방법은 다음과 같습니다.

저온에서 PTC 서머 스터는 더 많은 전류를 통과하여 열을 발생시킵니다.시스템이 따뜻해지면 서미스터의 저항이 급격히 상승합니다.이 저항이 상승하면 전류가 제한되어 가열 공정이 느려지고 시스템이 너무 뜨거워지는 것을 방지합니다.온도가 다시 떨어지면 저항이 다시 줄어들어 더 많은 전류가 흐르고 가열되어 재개됩니다.이주기는 자체 조절 효과를 만듭니다. 이는 특히 가열 의류, 카시트 워머 및 산업 가열 패드와 같은 장치에서 가치가 있습니다.이 시스템에서 안전하고 일관된 온도를 유지하는 것은 편안함뿐만 아니라 과열이나 손상을 피하기 위해 유용합니다.

모터 시작 회로

전기 모터는 종종 처음 시작할 때 높은 전류가 필요합니다.PTC 서머 스터는이 초기 수요를 관리하기 위해 모터 시동 회로에 일반적으로 사용됩니다.모터의 첫 번째 전원이 켜져 있으면 서미스터가 차가워지고 저항이 낮아서 큰 전류가 모터의 시작 권선에 도달 할 수 있습니다.모터가 속도가 높아지면 서미스터가 가열하기 시작합니다.저항이 상승하여 전류가 자동으로 시작 권한을 감소시킵니다.이렇게하면 기계적 스위치 또는 별도의 타이밍 회로가 필요하지 않고 시작 부스트를 효과적으로 분리합니다.

결론

이 기사에서는 온도와 전기 저항이 어떻게 연결되어 있는지 살펴보고 이것이 전자 부품의 설계 및 기능에 어떤 영향을 미치는지에 대한 비전을 제공했습니다.금속 저항의 기본 변화에서 PTC 및 NTC 재료의 특정 사용에 이르기까지 내성의 온도 계수를 이해하는 것이 역동적입니다.재료, 회로 설계 및 전반적인 시스템 신뢰성에서 더 나은 선택을하는 데 도움이되므로 장치가 다른 온도에서 잘 작동하도록합니다.이 지식은 전자 시스템을보다 신뢰할 수있을뿐만 아니라 온도에 민감한 영역의 혁신에 대한 문을 열어줍니다.

자주 묻는 질문 [FAQ]

1. 저항의 온도 계수가 항상 긍정적입니까?

아니요, 온도 저항 계수 (TCR)가 항상 양수는 아닙니다.금속은 일반적으로 양의 TCR을 가지고있어 온도에 따라 저항이 증가합니다.그러나 반도체 및 일부 재료는 온도가 상승함에 따라 저항이 감소하는 음성 TCR을 가질 수 있습니다.

2. 온도가 저항을 증가시키는 이유는 무엇입니까?

금속에서는 원자가 더 높은 온도에서 더 진동하여 전자를 더 자주 산란하기 때문에 온도에 따라 저항이 증가합니다.이 산란은 전자의 흐름을 방해하여 저항이 증가합니다.

3. 직접 비례하는 온도 저항 계수는 얼마입니까?

저항의 온도 계수는 재료의 초기 저항성에 직접 비례합니다.실온에서 저항력이 높은 물질은 일반적으로 온도에 따른 저항의 더 중요한 변화를 보입니다.

4. 저항의 가치를 아는 것이 왜 중요합니까?

재료의 저항 값을 아는 것은 전기 및 전자 회로 설계에 사용됩니다.다양한 환경 조건에서 효율적이고 안전하게 작동 할 수 있도록 구성 요소에 적합한 재료를 선택하는 데 도움이됩니다.또한 전기 성능에 대한 열 영향을 이해하고 관리하는 데 도움이됩니다.

5. 양의 온도 계수를 가진 물질은 무엇입니까?

구리, 알루미늄 및 철과 같은 대부분의 금속은 저항의 양의 양의 온도 계수를 갖습니다.이는 온도가 증가함에 따라 저항이 증가하며 이는 전도성 재료의 경우 일반적입니다.