Resistencia a la temperatura

Question

¿Por qué el aumento de la resistividad con la temperatura?

Las explicaciones que he escuchado hasta ahora son que el aumento de la temperatura aumenta las vibraciones en la estructura de la red resultante en el número de colisiones en aumento.

Pero las vibraciones de la energía térmica son aleatorios, por lo que alrededor de la mitad de las vibraciones resultaría en que los átomos en movimiento de salida de los electrones en forma y produciría átomos en movimiento en el camino de los electrones.

Y puesto que la mitad de las vibraciones que resultan en un aumento de la velocidad de deriva y reducir a la mitad, no la deriva media de velocidad siguen siendo los mismos?

Answer 1

El aumento en la resistencia de los metales se debe principalmente a la creciente velocidad de la térmica de electrones de movimiento (creo $v_{\rm therm}\sim \sqrt{kT}$). Esto acorta el tiempo de $\tau$ libre movimiento de los electrones. Si $l$ es el camino libre medio de longitud tenemos $\tau=\frac{l}{v_{\rm therm}}\sim \frac{1}{\sqrt{kT}}$. Si el electrón golpes en el siguiente átomo/ion pierde todo su dirigido velocidad $v_{\rm drift}$. Que significa que tiene sólo el tiempo $\tau$ a acelerar en el campo de la dirección y tenemos una media de velocidad de arrastre $v_{\rm drift} = -\frac{eE}{2m_e}\tau\sim\frac1{\sqrt{kT}}$. Este es sin duda simplificado. El cambio en la trayectoria libre media de longitud también debe ser tomado en cuenta.

Véase también la Sección 2.1.3 "la Dependencia de la Temperatura de la Conductividad" en http://www.newagepublishers.com/samplechapter/002014.pdf.

Pero, también ver http://en.wikipedia.org/wiki/Classical_and_quantum_conductivity#Flaws_in_classical_conductivity.

Answer 2

Sí, habrá un aumento en la velocidad de los electrones libres, cuando la temperatura aumenta. Pero los electrones no será acelerado en una dirección particular.

Considere la posibilidad de un conductor, cuando la diferencia de potencial que se aplica en los dos extremos del conductor, un campo eléctrico. Bajo el efecto del campo eléctrico, los electrones libres acelerar y adquirir un componente de la velocidad en una dirección opuesta a la dirección del campo eléctrico en adición a sus térmica de velocidad. Debido al campo eléctrico, los electrones adquieren velocidad de arrastre en dirección opuesta a ella. Si aumenta la temperatura del conductor ahora, los electrones de la velocidad aumenta en la dirección que no sea debido a un campo eléctrico. Por supuesto, habrá algunos electrones que se aceleran en la dirección opuesta a la del campo eléctrico, pero no va a ser mayor el número de electrones que se aceleran en otras direcciones. Como consecuencia, la corriente disminuye.

Answer 3

Yo creo que hay algunos de la derecha de la intuición, sino que los órdenes de magnitud del problema deben ser considerados. Mira la Electricidad y el Magnetismo por Purcell. http://www.amazon.com/Electricity-Magnetism-Vol-II-Berkeley/dp/0070049084 tienen un capítulo sobre estos conceptos.

La idea es que la conductividad de un metal es principalmente el movimiento de los electrones libres. Sin embargo, recuerde que son pequeños (de dispersión de la sección transversal es pequeña y por lo tanto ellos no choquen entre sí a menudo) y su trayectoria libre media puede ser muy largo.

Así, a medida que la temperatura aumenta, la energía cinética aumenta y la velocidad de los electrones aumenta. Esto reduce el tiempo entre colisiones (no necesariamente la longitud de la trayectoria o camino libre medio). Por lo tanto, es menos probable que los electrones fluyan de la eléctrica de alto potencial a la baja de potencial eléctrico, el aumento de la resistencia eléctrica.

Answer 4

Empecemos por tomar un ejemplo de la vida real.

Usted está en su habitación y en la puerta hay un gran bloque que bloquea casi todo el camino( el espacio entre los iones es muy pequeño ). Dicen que es inmóvil. Ahora, no les resulta difícil pasar de la cuadra. Todo lo que tienes que hacer es apretar un poco para conseguir a través.

Ahora, digamos que el bloque está vibrando. Va a ser difícil para que usted pueda obtener a través de. Tienes que ir muy rápido para tener una oportunidad de conseguir a través. Recuerde, los electrones de la deriva muy lentamente, más lento de lo que podía imaginar. Que viaje de aproximadamente 1 metro cada hora.

Se podría decir que como resultado de la agitación térmica, los electrones adquieren velocidad y así la ganancia y la pérdida de equilibrio de cada uno de los otros. La pregunta es, ¿en qué dirección lo hace de aumento de la velocidad? Agitación térmica de los resultados en la aleatoriedad. Así, no es correcto decir que los electrones de aumento de la velocidad en una dirección particular. Los electrones pueden ganar velocidad en cualquier dirección al azar debido a la agitación térmica. Hay una oportunidad para que un electrón para adquirir velocidad en una dirección determinada, pero, también hay una oportunidad para que otro electrón para disminuir( igual cantidad ) en esa dirección. Así, la velocidad media como consecuencia de la agitación térmica sigue siendo cero. Además, el campo eléctrico creado por la fuente de tensión se estabilice todo y de deriva de los electrones en una dirección determinada, con un promedio de velocidad de 1 m/h( aprox.).

En resumen, el número de colisiones aumenta a medida que aumenta la temperatura. Esto es debido a la celosía de las vibraciones. El campo eléctrico tiende a establecer de deriva de los electrones en movimiento en contra de la agitación térmica. La vibración de la energía cinética de los iones aumenta, lo que resulta en un mayor número de colisiones.