Tuvimos una pequeña discusión en la clase de física. Estábamos hablando de la resistencia, y ella dijo que cuando se calienta un cable, la resistencia también aumenta; pero creo que la resistencia disminuye porque cuando algo se calienta los electrones también ganan energía, permitiéndoles moverse con menor resistencia. Entonces, ¿cuál es el enfoque y la solución correcta para este problema?
Cualquiera de las dos cosas puede ser cierta dependiendo del material. En los metales, los electrones no necesitan energía adicional para moverse, por lo que el principal efecto de la temperatura es hacer que los átomos vibren más, lo que interfiere en el movimiento de los electrones, aumentando la resistencia.
Por otro lado, en un semiconductor, los electrones tienen que ganar una cantidad de energía distinta de cero antes de empezar a moverse. En este caso, el aumento de la temperatura disminuye la resistencia por la razón que usted indica.
En La wikipedia dice :
Cerca de la temperatura ambiente, la resistividad de los metales suele aumentar a medida que aumenta la temperatura, mientras que la resistividad de los semiconductores disminuye a medida que aumenta la temperatura. La resistividad de los aislantes y electrolitos puede aumentar o disminuir dependiendo del sistema.
Puede leer más sobre estos efectos en la wikipedia aquí y aquí .
El comportamiento puede ser complicado: las fases/estructuras de los cristales también pueden cambiar.
@jaromrax: Es cierto, pero si hablas de cambios en la estructura cristalina probablemente debas considerar también los efectos del recocido, y en ese caso la resistencia depende no sólo de la temperatura actual del metal sino de todo su historial de temperaturas.
Y para hacer la vida más interesante, existe la clase de dispositivos llamados termistores. La técnica de fabricación habitual consiste en sinterizar partículas de óxido metálico para formar un bloque o disco. Según el material, pueden ser PTC (coeficiente de temperatura positivo) o NTC (coeficiente de temperatura negativo). Y algunos materiales tienen un coeficiente de temperatura esencialmente nulo. Todo depende del material.
Otra forma de pensar en esto es imaginar un circuito con una fuente de tensión ideal y que la única resistencia sea un cable. Piensa en lo que ocurriría si la resistencia disminuyera al calentarse el cable:
- El cable tendría menos resistencia.
- La corriente aumentaría.
- El cable se calentaría más .
- El cable tendría menos resistencia... es decir, el paso 1 de nuevo.
¿Ves a dónde te lleva este bucle?
Si observas los circuitos que te rodean y que son, a todos los efectos, resistencias "de cable" -la iluminación incandescente, por ejemplo-, ¿ves cómo la lámpara se va haciendo cada vez más brillante hasta que se funde?
El problema de suponer que los electrones libres "más calientes" de un metal transmiten más corriente es que su movimiento es aleatorio en cuanto a la dirección, por lo que no contribuyen a la corriente eléctrica, ya que no hay una deriva neta de carga.
Su velocidad media debido a su movimiento térmico es cero.
La aplicación de un campo eléctrico acelera los electrones libres, por lo que ganan energía cinética y ahora los electrones libres tienen una velocidad neta a lo largo del conductor, por lo que este movimiento constituye un movimiento de cargas en una dirección determinada: una corriente eléctrica.
Sin embargo, los electrones libres chocan con los iones de la red y transfieren energía a los iones de la red, que ahora tienen una mayor energía cinética: la temperatura aumenta, ya que se ha producido un calentamiento óhmico.
Así que los electrones libres tienen una velocidad media a lo largo del cable llamada velocidad de deriva.
La velocidad de deriva es del orden de magnitud de 1 mm/s mientras que la velocidad de los electrones libres debido a su movimiento térmico es del orden de magnitud de 100 km/s.
Con más energía cinética, los iones de la red vibran más y, por lo tanto, hay una mayor probabilidad de que los electrones libres a la deriva colisionen con ellos: la resistencia ha aumentado.
Para un metal, a medida que aumenta la temperatura, su resistencia se incrementa debido a que los iones de la red vibran más a mayor temperatura.
Para muchos semiconductores y aislantes, el aumento de la temperatura incrementa el número de portadores de carga, por lo que la resistencia disminuye con el aumento de la temperatura.
Si sirve de ayuda, un ejemplo concreto de calentamiento de un conductor es el de la resistencia de una tostadora. No hay ningún condicionamiento sobre la potencia que pasa por ese cable, así que lo único que limita su corriente es que, al calentarse, aumenta su resistencia.
@Cort No es tan sencillo. Habría que saber/medir esto. El hecho de que el conductor sea también el elemento calefactor sólo demuestra que tiene una resistencia distinta de cero, pero no dice nada sobre su dependencia de la temperatura. " No hay ningún condicionamiento a la potencia que pasa por ese cable, por lo que lo único que limita su corriente es que, al calentarse, aumenta su resistencia. "desgraciadamente eso es un error, hay algo que se llama resistencia interna . Hay una razón por la que se comprueba la pila alcalina con la lengua, pero debe evitarse con una pila de coche.
Me sorprendería que la resistencia interna de una línea eléctrica de 120V fuera un factor importante. De hecho, si lo hiciera, requeriría que las líneas eléctricas en sus paredes se calentaran sustancialmente al disipar la energía. He visto estimaciones entre 0,02 y 0,40 ohmios de resistencia interna para esas líneas eléctricas. No se recomienda probar una línea eléctrica de 120V con la lengua.
Nótese que en los supraconductores la temperatura suele ser muy baja, por lo que la baja temperatura y la restricción de la movilidad aparente no son incompatibles con una baja resistividad.
De hecho, más agitación térmica también significa más vibraciones, así que para resumirlo en palabras muy sencillas, éstas están contrarrestando la fuerza eléctrica que obliga a los electrones a comportarse y estar en un determinado estado, pero no quieren hacerlo.
Volviendo a la pregunta sobre la resistividad de los cables, el fenómeno del aumento de la resistividad cuando se calienta se ha utilizado durante mucho tiempo como un regulador natural de la corriente. La intensidad aumenta, por lo que por efecto Joule el cable se calienta, por lo que la resistividad aumenta, por lo que la intensidad disminuye y así sucesivamente. Por ejemplo, las bombillas se han utilizado de esta manera, como reguladores de corriente muy baratos pero eficaces, porque el filamento alcanza altas temperaturas y el efecto es notable.
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Para empezar a pensar en esto hay que pensar por qué hay resistencia en primer lugar. Qué es lo que impide que un portador de carga se acelere sin límites cuando está sometido a un campo eléctrico.
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¿Cómo hiciste para que tu nombre de usuario fuera igual al de Qmechanic 's?
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@Qmechanic - ¿reencarnación? ¿Quién tendrá mi referencia ahora? ¿El usuario 2451 o el 147133?
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@NowIGetToLearnWhatAHeadIs: Los nombres de usuario no son únicos en los sitios de Stack Exchange.
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"cuál es el enfoque correcto" -- bastante seguro de que la respuesta a esta parte es que una vez que se encuentra un desacuerdo concreto hay que dejar de hablar y realizar un experimento :-)
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Dennis tiene razón en que los nombres de usuario repetidos están permitidos, pero te instaría encarecidamente (al nuevo Qmechanic) a considerar el cambio de nombre de usuario a uno sin colisión - particularmente desde que (el antiguo) Qmechanic es un moderador en este sitio, además de ser un miembro de larga data. Es una decisión totalmente tuya, pero considéralo.