¿Por qué la resistencia térmica disminuye a medida que aumenta la temperatura?

Question

Aquí están los datos de resistencia térmica para tres bobinas de altavoz desenganchadas del cono del altavoz. ¿Alguna idea? Creo que sería una línea horizontal.

http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_resistance Resistencia térmica absoluta de la pieza, K/W

edit: También quiero señalar que la misma tendencia ocurrió con el altavoz funcionando como un altavoz normal (antes de arrancar las bobinas de voz para probarlas por separado). La razón de esta prueba fue que pensé que la caída en la resistencia térmica se debía a efectos no deseados de enfriamiento (en realidad deseable, pero no en ese momento) por el movimiento del diafragma, pero la caída en la resistencia térmica vs temperatura todavía está presente.

edit: Voy a realizar el mismo experimento utilizando un resistor de 1/4W hoy y reportar mis hallazgos.

Para x_C = 40, 60, 80:

1. Calentar el horno a x_C
2. Medir la resistencia eléctrica
3. Aplicar .2W de potencia al resistor
4. Dejar que la medición de la resistencia se estabilice (constantes de tiempo térmico)
5. Medir el aumento de la resistencia eléctrica
6. Calcular el cambio resultante en la temperatura del resistor
7. Calcular la resistencia térmica resultante (dT/dR)

Answer 1

Hmmm. Esto realmente es un caso interesante, porque según la ecuación que @mwengler publicó un enlace, la resistividad térmica está positivamente correlacionada con la temperatura. Sin embargo, me pregunto si lo que estás observando tiene algo que ver con el hecho de que a temperaturas más altas, las moléculas comienzan a moverse mucho más rápido al ganar energía cinética. Este aumento en el movimiento de las moléculas seguramente causará más choques y colisiones entre todas las moléculas.

Imagino que a medida que aumenta el número de colisiones entre las moléculas, las moléculas en el metal comenzarán a estar más dispersas, disminuyendo así la densidad por unidad de masa de moléculas en el metal. Cuanto menor sea la densidad por unidad de masa de moléculas, menor será la resistencia. Esa es solo mi suposición educada.

Answer 2

A medida que aumentas la temperatura, los electrones, que son un gas de Fermi frío, se vuelven más excitados. Solo una delgada capa de electrones alrededor de la energía de Fermi, con un ancho de kT, puede hacer algo en absoluto, como conducir calor. A medida que la temperatura aumenta, los electrones pueden conducir más calor.

La conductividad térmica de los electrones es mayor que la conductividad térmica de los fonones, y juntos representan toda la conductividad térmica. Lo que sucede es que a medida que la temperatura aumenta, los electrones con una mayor conductividad térmica están transportando una mayor fracción del calor, lo que hace que la conductividad térmica disminuya.

En ausencia de conductividad térmica electrónica, para un material aislante, la conductividad térmica disminuiría con la temperatura, y esto también es cierto para la conductividad térmica solo de los fonones en el metal. Pero la contribución electrónica conduce a este efecto aparentemente paradójico.

Siempre es útil recordar que un metal nunca es clásico, los electrones siempre son cuánticos. Un metal es como un gigantesco enlace químico que involucra a todos los átomos en un metal de forma no local, esta es la banda de conducción, y los electrones compartidos tienen propiedades clásicamente paradójicas. Por eso el modelo de Drude es incorrecto y el modelo de Fermi es correcto.

Answer 3

No soy un experto en esto, por lo que la explicación a continuación es propia. La resistencia eléctrica de los metales aumenta con la temperatura. Pero la resistencia eléctrica surge como resultado de "colisiones" entre electrones e iones de la red. Para la corriente eléctrica significa la conversión de la corriente eléctrica en calor.

Pero para la conducción del calor es como convertir la corriente de calor en calor. Las colisiones entre iones y electrones ayudan a la conducción del calor. Por eso la resistencia térmica disminuye con la temperatura.