Jak ogrzewanie wpływa na wartość rezystancji? Opór elektryczny Wpływ temperatury na rezystywność
Często pracownicy opierają się zmianom bez wyraźnego powodu. Opór wobec zmian to postawa lub zachowanie, które pokazuje niechęć do wdrażania lub wspierania zmian. Przede wszystkim zmiany wpływają na postawy każdego pracownika i powodują określone reakcje zdeterminowane postawą wobec zmian. Jednym z rodzajów psychologicznych mechanizmów ochronnych jest stereotypy, uniemożliwiające prawidłowe postrzeganie innowacji. Formy tych stereotypów są takie, że mogą zapewnić ich nosicielom niewrażliwość na opinię publiczną:
„już to mamy”:
„Nie będziemy w stanie tego zrobić”:
„To nie rozwiązuje naszych głównych problemów
„to wymaga poprawy”:
„nie wszystko jest tu równe”:
„Są inne propozycje
Grupa, niezależnie od zachodzących zmian, wszelkimi sposobami stara się zachować integralność postaw i ocen. W konsekwencji każdy wpływ zewnętrzny powoduje sprzeciw w grupie. Ta cecha organizacji nazywana jest homeostazą.
Wymieńmy kilka bardziej typowych wyrażeń:
„cierpliwość i praca wszystko zmiażdżą” (odmowa zmiany);
„zacznijmy nowe życie w poniedziałek” (odkładając „na później”);
„nie zagrałbym w tę grę” (niepewność);
„nowy krzyk przełamał paraliż” (brak realizacji);
„Im więcej farby marnujemy, tym mniej wierzymy w bajki” (str
nieefektywność techniczna);
„czego szef nie wie, tego nie cierpi” (sabotaż);
„wróćmy do prawdziwej pracy” (dygresja).
Rodzaje oporu wobec zmian organizacyjnych. Aby zrozumieć przyczyny, dla których ludzie mają trudności z akceptacją zmian, należy zbadać rodzaje oporu wobec zmian w organizacji.
Opór pracowników wobec zmian w organizacji może przybierać formę logicznych, racjonalnych zastrzeżeń, psychologicznych postaw emocjonalnych, czynników socjologicznych i interesów grupowych.
Opór logiczny- oznacza, że pracownicy nie zgadzają się z faktami, racjonalnymi argumentami i logiką. Występuje ze względu na rzeczywisty czas i wysiłek wymagany do przystosowania się do zmian, w tym opanowania nowych obowiązków zawodowych. To realne koszty, które ponoszą pracownicy, mimo że w dłuższej perspektywie mówimy o zmianach dla nich korzystnych, co oznacza, że kierownictwo musi im to w ten czy inny sposób zrekompensować.
Opór psychiczny- zwykle opiera się na emocjach, uczuciach i postawach. Jest wewnętrznie „logiczny” z punktu widzenia postaw pracownika I jego uczucia wobec zmian. Pracownicy mogą bać się nieznanego, nie ufać menedżerom i czuć zagrożenie dla swojego bezpieczeństwa. Nawet jeśli menedżer uważa, że takie uczucia są nieuzasadnione, są one bardzo realne, co oznacza, że musi je wziąć pod uwagę.
Opór socjologiczny- wynik wyzwania, jakie zmiany stanowią dla interesów, norm i wartości grupy. Ponieważ interesy publiczne (koalicje polityczne, wartości związków zawodowych i różnych społeczności) są bardzo istotnym czynnikiem w otoczeniu zewnętrznym, kierownictwo musi dokładnie rozważyć podejście różnych koalicji i grup do zmian. Na poziomie małej grupy zmiana zagraża wartościom przyjaźni i statusom członków zespołu.
Przeprowadzenie zmian zakłada, że kierownictwo przygotowało się na przezwyciężenie wszystkich trzech rodzajów oporu, zwłaszcza że jego formy psychologiczno-socjologiczne nie są czymś irracjonalnym i nielogicznym, lecz wręcz przeciwnie, odpowiadają logice różnych systemów wartości. W konkretnych sytuacjach zawodowych najbardziej prawdopodobne jest umiarkowane poparcie dla zmian lub sprzeciwu.
Zadaniem kierownictwa jest stworzenie środowiska zaufania do propozycji kierownictwa, zapewniającego pracownikom pozytywne postrzeganie większości zmian i poczucie bezpieczeństwa. W przeciwnym razie kierownictwo zmuszone jest sięgnąć po władzę, której zbyt częste korzystanie obarczone jest „wyczerpaniem”.
Groźba zmiany może być rzeczywista lub wyimaginowana, bezpośrednia lub pośrednia, znacząca lub nieistotna. Niezależnie od charakteru zmiany pracownicy starają się zabezpieczyć przed jej konsekwencjami stosując skargi, bierny opór, który może przerodzić się w nieusprawiedliwioną nieobecność w miejscu pracy, sabotaż i zmniejszenie intensywności pracy.
Powody opór może stanowić zagrożenie dla potrzeb pracowników w zakresie bezpieczeństwa, relacji społecznych, statusu, kompetencji lub poczucia własnej wartości.
Trzy główne przyczyny oporu personelu przed zmianami:
1) niepewność – pojawia się, gdy nie ma wystarczającej informacji o konsekwencjach zmian;
2) poczucie straty – pojawia się, gdy panuje przekonanie, że innowacje ograniczają władzę decyzyjną, władzę formalną lub nieformalną oraz dostęp do informacji;
3) przekonanie, że zmiany nie przyniosą oczekiwanych rezultatów.
Główną przyczyną oporu wobec zmian są koszty psychologiczne z nimi związane. Zarówno kadra kierownicza najwyższego szczebla, jak i menedżerowie liniowi firmy mogą opierać się zmianom, ale stopniowo, w miarę dostrzegania nowych korzyści, opór ten może zanikać. Oczywiście nie wszystkie zmiany spotykają się z oporem pracowników, niektóre z nich są z góry postrzegane jako pożądane; inne zmiany mogą być tak niewielkie i niezauważalne, że opór, jeśli wystąpi, będzie bardzo słaby. Menedżerowie muszą zdawać sobie sprawę, że nastawienie do zmian zależy przede wszystkim od tego, jak dobrze menedżerowie organizacji zminimalizowali nieunikniony opór.
Zmiany i wynikające z nich poczucie zagrożenia mogą wywołać efekt reakcji łańcuchowej, tj. sytuacje, w których zmiana bezpośrednio dotykająca jednostkę lub małą grupę osób prowadzi do bezpośredniej lub pośredniej reakcji wielu osób ze względu na fakt, że wszyscy są zainteresowani takim lub innym rozwojem wydarzeń.
Przyczynami oporu wobec zmian są zazwyczaj:
Poczucie dyskomfortu pracowników spowodowane przez samą naturę
zmiany, gdy pracownicy wykazują niepewność co do poprawności
podejmowane decyzje techniczne są odbierane negatywnie
wynikająca z tego niepewność;
Strach przed nieznanym, zagrożenie bezpieczeństwa pracy;
Techniki wprowadzania zmian, gdy pracownicy są niezadowoleni
Pracownicy czują się niesprawiedliwi, ponieważ ktoś inny czerpie korzyści z wprowadzanych przez nich zmian;
Poczucie, że zmiany doprowadzą do strat osobistych, tj. mniejszy stopień zaspokojenia jakiejkolwiek potrzeby. Tym samym pracownicy mogą zdecydować, że innowacje technologiczne i wysoki poziom automatyzacji doprowadzą do zwolnień lub zakłócenia relacji społecznych, ograniczając ich władzę decyzyjną, władzę formalną i nieformalną, dostęp do informacji, autonomię i atrakcyjność powierzonej im pracy.
Przekonanie, że zmiana nie jest konieczna ani pożądana dla organizacji. W związku z tym menedżer może zdecydować, że proponowany zautomatyzowany system informacji zarządczej jest zbyt skomplikowany dla użytkowników lub że będzie generował niewłaściwy rodzaj informacji; może też zdecydować, że problem dotyczy nie tylko jego obszaru funkcjonalnego, ale także innego – niech więc dokonają zmian w tym dziale.
Zatem przystępując do wdrażania zaplanowanych zmian w pracy zespołu, lider musi najpierw określić, czy będą one powodować opór, jakiego rodzaju będzie to opór i jak zmienić swój sposób postępowania, aby go pokonać lub wyeliminować. Doświadczenie pokazuje, że najczęściej opór pracowników wobec innowacji występuje w przypadkach, gdy:
1) cele zmian nie są ludziom wyjaśniane. Tajemnica i dwuznaczność zawsze powodują niepewność i niepokój. Strach przed nieznanym może sprawić, że pracownicy będą wrogo nastawieni do czegoś nowego, tak samo jak charakter nowej rzeczy. Ogólnie rzecz biorąc, ludzie znacznie bardziej sprzeciwiają się ogólnym reformom niż częstym zmianom w procesie pracy;
2) sami pracownicy nie brali udziału w planowaniu tych zmian. Ludzie chętnie popierają jakiekolwiek reformy, jeśli brali udział w ich przygotowaniu – wszak każdy jest gotowy zastosować się do własnych zaleceń;
3) motywacją reform są względy osobiste. Dzięki temu menadżer proszący pracownika o pomoc w procesie dokumentów może być pewien, że inni od razu będą mieli pytania, na czym ten pracownik skorzysta i dlaczego warto mu pomóc. Solidarność to wspaniała cecha, ale tylko nieliczni są w stanie osobiście z czegoś zrezygnować i ze względu na to poczucie zgodzić się na innowacje. Ludzie muszą mieć pewność, że to naprawdę pomoże rozwiązać problem, osiągnąć zamierzony cel i że przyniesie im to także korzyści;
4) ignorowane są tradycje zespołu oraz jego zwyczajowy styl i sposób pracy. Wiele innych formalnych i nieformalnych grup będzie uparcie opierać się innowacjom, które zagrażają ich znajomym relacjom;
5) podwładnym wydaje się, że przy przygotowywaniu reform popełniono błąd. To uczucie jest szczególnie nasilone, jeśli ludzie podejrzewają, że istnieje ryzyko obniżki płac, degradacji lub utraty przychylności przełożonego;
6) pierestrojka grozi podwładnym gwałtownym wzrostem objętości pracy. Podobne zagrożenie pojawia się, gdy menadżer nie zadał sobie trudu zaplanowania zmian z odpowiednim wyprzedzeniem;
7) ludziom wydaje się, że wszystko jest w porządku („Nie trzeba nadstawiać karku”, „Po co narażać szyję na cios”, „Nigdy nam się tak dobrze nie układało”, „Inicjatywa jest karalna, ” itp.);
8) inicjator reform nie jest szanowany i nie ma władzy. Niestety niechęć do autora projektu nieświadomie przenosi się na jego propozycje, niezależnie od ich prawdziwej wartości;
9) planując reformy, zespół nie widzi efektu końcowego (co da to zespołowi?);
10) pracownik nie wie, jakie będzie jego osobiste świadczenie;
11) podwładny nie czuje się pewnie i przekonany przez lidera;
12) reformy proponuje się i wdraża w sposób kategoryczny, stosując metody administracyjne;
13) innowacje mogą prowadzić do redukcji personelu;
14) ludzie uważają, że zmiany mogą prowadzić do naruszenia zasady sprawiedliwości społecznej;
15) zespół nie wie, ile to będzie kosztować (koszty, wysiłek);
16) reforma nie przynosi szybkich rezultatów;
17) reformy przyniosą korzyści wąskiemu kręgowi ludzi;
18) rzadko omawia się w zespole postęp reformy;
19) w zespole nie ma atmosfery zaufania;
20) pod pozorem reformy faktycznie oferują stare, co się nie usprawiedliwia;
21) w zespole istnieją potężne grupy ludzi, zadowolonych ze starej, obecnej sytuacji (egoizm grupowy);
22) znane są nieudane przykłady takiej reformy;
23) nieformalny lider zespołu jest przeciwny zmianom.
Trzeba też mówić o zaletach oporu wobec zmian. W pewnych sytuacjach powoduje to, że kierownictwo ponownie dokładnie analizuje zaproponowane plany, oceniając ich adekwatność do rzeczywistej sytuacji. Pracownicy działają jako część systemu kontrolującego rzeczywistość planów i utrzymującego równowagę. Opór może pomóc w zidentyfikowaniu konkretnych obszarów problemowych, dostarczyć menedżerom informacji o podejściu pracowników do pewnych kwestii, a także zapewnić pracownikom możliwość wyładowania emocji i zachęcić ich do zrozumienia natury zmiany.
Metody przełamywania oporu wobec zmian organizacyjnych to: dostarczanie informacji, partycypacja i zaangażowanie, negocjacje i porozumienia, manipulacja, przymus.
1) edukacja i komunikacja – otwarta dyskusja na temat pomysłów i działań, które pomogą przekonać kadrę o konieczności zmian, zanim zostaną one wprowadzone;
2) angażowanie podwładnych w podejmowanie decyzji. Umożliwia pracownikom, którzy mogą być oporni, swobodne wyrażanie swojego stosunku do innowacji;
3) ulga i wsparcie – środki, dzięki którym łatwiej jest pracownikom odnaleźć się w nowym środowisku. Mogą być dostępne dodatkowe szkolenia i podnoszenie kwalifikacji personelu, aby umożliwić mu sprostanie nowym wymaganiom;
4) bodźce materialne i moralne. Obejmuje podwyżkę wynagrodzeń, zobowiązanie do nie zwalniania pracowników itp.;
5) kooptacji. Oznacza oddanie osobie sprzeciwiającej się wiodącej roli w podejmowaniu decyzji o wprowadzeniu innowacji;
6) manewrowanie – selektywne wykorzystanie informacji przekazanych pracownikom, ustalenie jasnego harmonogramu działań;
7) stopniowa transformacja, która pozwala stopniowo przyzwyczajać się do nowych warunków;
8) przymus – groźba pozbawienia pracy, awansu, rozwoju zawodowego, wynagrodzenia lub powołania na nowe stanowisko.
Opór elektryczny -wielkość fizyczna pokazująca, jakiego rodzaju przeszkodę tworzy prąd przepływający przez przewodnik. Jednostką miary są Ohmy, na cześć Georga Ohma. W swoim prawie wyprowadził wzór na znalezienie oporu, który podano poniżej.
Rozważmy rezystancję przewodników na przykładzie metali. Metale mają strukturę wewnętrzną w postaci sieci krystalicznej. Sieć ta ma ścisły porządek, a jej węzłami są jony naładowane dodatnio. Nośniki ładunku w metalu to „wolne” elektrony, które nie należą do konkretnego atomu, ale przemieszczają się losowo pomiędzy miejscami w siatce. Z fizyki kwantowej wiadomo, że ruch elektronów w metalu polega na rozchodzeniu się fali elektromagnetycznej w ciele stałym. Oznacza to, że elektron w przewodniku porusza się z prędkością światła (praktycznie) i udowodniono, że wykazuje właściwości nie tylko jako cząstka, ale także jako fala. A opór metalu powstaje w wyniku rozpraszania fal elektromagnetycznych (czyli elektronów) przez wibracje termiczne sieci i jej defektów. Kiedy elektrony zderzają się z węzłami sieci krystalicznej, część energii przekazywana jest do węzłów, w wyniku czego uwalniana jest energia. Energię tę można obliczyć przy prądzie stałym, dzięki prawu Joule'a-Lenza - Q=I 2 Rt. Jak widać, im większy opór, tym więcej uwalnianej energii.
Oporność
Istnieje tak ważne pojęcie jak rezystywność, jest to ten sam opór, tylko w jednostce długości. Każdy metal ma swój własny, na przykład dla miedzi jest to 0,0175 oma*mm2/m, dla aluminium jest to 0,0271 oma*mm2/m. Oznacza to, że pręt miedziany o długości 1 m i polu przekroju poprzecznego 1 mm2 będzie miał rezystancję 0,0175 oma, a ten sam pręt, ale wykonany z aluminium, będzie miał rezystancję 0,0271 oma. Okazuje się, że przewodność elektryczna miedzi jest wyższa niż aluminium. Każdy metal ma swój specyficzny opór, a opór całego przewodnika można obliczyć za pomocą wzoru
Gdzie P– rezystywność metalu, l – długość przewodu, s – pole przekroju poprzecznego.
Wartości rezystancji podano w tabela oporności metalu(20°C)
|
Substancja |
P, Om*mm 2 /2 |
α,10 -3 1/K |
|
Aluminium |
0.0271 |
|
|
Wolfram |
0.055 |
|
|
Żelazo |
0.098 |
|
|
Złoto |
0.023 |
|
|
Mosiądz |
0.025-0.06 |
|
|
Manganina |
0.42-0.48 |
0,002-0,05 |
|
Miedź |
0.0175 |
|
|
Nikiel |
||
|
Konstantan |
0.44-0.52 |
0.02 |
|
Nichrom |
0.15 |
|
|
Srebro |
0.016 |
|
|
Cynk |
0.059 |
Oprócz rezystywności tabela zawiera wartości TCR, o tym współczynniku nieco później.
Zależność oporu od odkształcenia
Podczas formowania na zimno metal ulega odkształceniu plastycznemu. Podczas odkształcenia plastycznego sieć krystaliczna ulega odkształceniu i zwiększa się liczba defektów. Wraz ze wzrostem defektów sieci krystalicznej wzrasta opór przepływu elektronów przez przewodnik, dlatego wzrasta rezystywność metalu. Przykładowo drut wytwarza się metodą ciągnienia, co oznacza, że metal ulega odkształceniu plastycznemu, w wyniku czego wzrasta jego rezystywność. W praktyce w celu zmniejszenia rezystancji stosuje się wyżarzanie rekrystalizujące, jest to złożony proces technologiczny, po którym sieć krystaliczna wydaje się „prostować” i zmniejsza się liczba defektów, a co za tym idzie, również odporność metalu.
Podczas rozciągania lub ściskania metal ulega odkształceniu sprężystemu. Podczas odkształcenia sprężystego spowodowanego rozciąganiem wzrastają amplitudy drgań termicznych węzłów sieci krystalicznej, dlatego elektrony doświadczają dużych trudności, a w związku z tym wzrasta rezystywność. Podczas odkształcenia sprężystego spowodowanego ściskaniem amplitudy drgań cieplnych węzłów zmniejszają się, dlatego elektronom łatwiej się poruszać, a rezystywność maleje.
Wpływ temperatury na rezystywność
Jak już ustaliliśmy powyżej, przyczyną oporu w metalu są węzły sieci krystalicznej i ich drgania. Zatem wraz ze wzrostem temperatury zwiększają się wibracje termiczne węzłów, co oznacza, że wzrasta również rezystywność. Jest taka ilość jak temperaturowy współczynnik oporu(TKS), który pokazuje, jak bardzo rezystywność metalu wzrasta lub maleje podczas ogrzewania lub chłodzenia. Na przykład współczynnik temperaturowy miedzi przy 20 stopniach Celsjusza wynosi 4.1 · 10 - 3 1/stopień. Oznacza to, że gdy np. drut miedziany zostanie podgrzany o 1 stopień Celsjusza, jego rezystywność wzrośnie o 4.1 · 10 - 3 Ohm. Rezystywność przy zmianach temperatury można obliczyć za pomocą wzoru
gdzie r to oporność po podgrzaniu, r 0 to oporność przed ogrzewaniem, a to współczynnik temperaturowy rezystancji, t 2 to temperatura przed ogrzewaniem, t 1 to temperatura po ogrzaniu.
Podstawiając nasze wartości otrzymujemy: r=0,0175*(1+0,0041*(154-20))=0,0271 Ohm*mm 2 /m. Jak widać nasz pręt miedziany o długości 1 m i polu przekroju poprzecznego 1 mm 2 po nagrzaniu do 154 stopni miałby taki sam opór jak ten sam pręt, tyle że wykonany z aluminium i przy temperatura 20 stopni Celsjusza.
W termometrach rezystancyjnych wykorzystuje się właściwość zmiany rezystancji wraz ze zmianami temperatury. Urządzenia te mogą mierzyć temperaturę na podstawie odczytów rezystancji. Termometry oporowe mają wysoką dokładność pomiaru, ale małe zakresy temperatur.
W praktyce właściwości przewodników uniemożliwiają przejście aktualny są bardzo szeroko stosowane. Przykładem jest lampa żarowa, w której żarnik wolframowy nagrzewa się ze względu na dużą rezystancję metalu, jego dużą długość i wąski przekrój. Lub dowolne urządzenie grzewcze, w którym cewka nagrzewa się z powodu dużej rezystancji. W elektrotechnice element, którego główną właściwością jest rezystancja, nazywany jest rezystorem. Rezystor jest używany w prawie każdym obwodzie elektrycznym.
Główne i najważniejsze źródła oporu indywidualnego przedstawiono na rycinie 1.
Rysunek 1. Źródła indywidualnego oporu
Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo rysunkowi 1:
- Postrzeganie.
Głównym źródłem oporu jest percepcyjny mechanizm obronny. Wszyscy ludzie postrzegają swoje otoczenie inaczej, więc wszyscy mają tendencję do wybierania i postrzegania tych rzeczy, które wydają się najbardziej odpowiednie. Gdy osoba zacznie postrzegać obiekt, nie da się zmienić tego postrzegania bez oporu. Kolejnym źródłem błędów w percepcji są stereotypy. Na przykład stereotyp, że zmiany są zawsze czymś złym i prowadzi do zwolnień.
- Osobowość.
Każdy z nas ma pewien zestaw cech osobistych, które mogą stać się przeszkodą w zmianie. Mówimy tu także o zależnościach. Opór wobec zmian wśród pracowników może trwać do czasu, aż zmiana zostanie zaakceptowana przez tych, na których polegają – menedżera, kierownika działu lub warsztatu.
- Nawyki.
Jest to wyjątkowy sposób reagowania i zachowania, dopóki sytuacja nie ulegnie krytycznej zmianie. Przyzwyczajenie to podstawa komfortu i bezpieczeństwa. Postrzeganie zmiany w tym przypadku zależy od postrzegania przez jednostkę korzyści płynących z tych zmian.
- Strach przed utratą władzy i wpływów.
Wielu pracowników, szczególnie tych na stanowiskach kierowniczych, postrzega zmianę jako zagrożenie dla swojego statusu i władzy.
- Strach przed nieznanym.
Ludzie często nie są w stanie przewidzieć konsekwencji zmian, dlatego każda zmiana zawiera element niepewności, który rodzi wątpliwości.
- Ekonomiczne powody.
Często ludzie opierają się zmianom, gdy wiążą się one ze zmniejszeniem dochodów lub wzrostem wydatków. Zmiana dotychczasowego rytmu pracy przeraża ich z punktu widzenia bezpieczeństwa ekonomicznego.
Organizacyjny opór wobec zmian
Źródła oporu organizacyjnego przedstawiono na rysunku 2.
Rysunek 2. Źródła oporu organizacyjnego
Spójrzmy na rysunek 2.
Notatka 1
Musimy zrozumieć, że organizacja, podobnie jak jej poszczególni członkowie, może oprzeć się zmianom. Jeśli wszystkie procesy w organizacji zostaną usprawnione, to wynik będzie dobry. Czasami jednak, aby zachować konkurencyjność, organizacje muszą wdrożyć zmiany, które początkowo mogą obniżyć efektywność operacyjną. To wyjaśnia instynktowną chęć organizacji do utrzymania swojej pozycji i przeciwstawienia się zmianom. Dzieje się tak często, gdy niektóre nieistotne funkcje są zlecane na zewnątrz.
Zatem na strukturę organizacyjną jako źródło oporu należy patrzeć z punktu widzenia stabilności. Każdy ma swoje role, których realizacja jest usprawniona, a wszystkie procesy skuteczne. Zadaniem organizacji jest utrzymanie takiej stabilności jak najdłużej.
Organizacja może mieć wysoce wyspecjalizowane obszary pracy, sztywną hierarchię i jasno określone obowiązki oraz ograniczony przepływ informacji od góry do dołu. Dlatego im bardziej elastyczna jest struktura organizacyjna, tym łatwiej będzie tolerować zmiany.
Kolejnym źródłem oporu jest Kultura organizacyjna. Im bardziej pełna zaufania atmosfera i im wyższy stopień dojrzałości zarówno kultury, jak i pracowników, tym łatwiej zajdą zmiany. Ważne jest, aby pracownicy mogli łatwo dostosowywać się i zmieniać swoje nawyki.
Ograniczone zasoby. Organizacja może wprowadzać zmiany tylko wtedy, gdy ma do tego wystarczające zasoby. Każda zmiana wiąże się z dużą stratą nie tylko pieniędzy, ale i czasu.
Porozumienia międzyorganizacyjne. Porozumienia i porozumienia pomiędzy organizacjami zazwyczaj nakładają na ludzi pewne obowiązki, które regulują lub ograniczają ich zachowanie. Negocjacje ze związkami zawodowymi i zawarcie układu zbiorowego są najbardziej jaskrawymi przykładami w tym obszarze.
Pokonanie oporu wobec zmian
Chociaż oporu wobec zmian nie można całkowicie wyeliminować, istnieją pewne metody, które mogą pomóc złagodzić jego dotkliwość.
Psycholog Kurta Lewina uważał opór za równowagę sił działających w różnych kierunkach. Podejście to nazywa się analizą pola siłowego (ryc. 3). Levin proponował w każdej sytuacji próbę zapewnienia równowagi i równowagi tych sił.
Aby zmienić pozycję władzy, czyli rozpocząć wprowadzanie zmian, należy wykonać następujące kroki:
- zwiększyć siły działające na rzecz zmian;
- zmniejszyć siły przeciwdziałające zmianom;
- przekształcić siły działające przeciwko zmianie w pozycję sił działających na rzecz zmiany.
Rysunek 3. Podejście Kurta Lewina – analiza pola siłowego
Na usunięcie przeszkód mogą mieć wpływ następujące czynniki:
- uwagę i wsparcie. Ważne jest, aby otwarcie komunikować zmiany i wspierać wszystkich pracowników.
- Komunikacja. Otwarty dostęp do informacji o zmianach;
- uczestnictwo i zaangażowanie. Im bardziej pracownicy angażują się w proces zmian, tym bardziej zaczynają rozumieć potrzebę takich działań i przestają się opierać.
Te i inne podejścia do wdrażania zmian oraz ich charakterystykę przedstawiono w tabeli 1.
Rysunek 4. Metody pokonywania oporu wobec zmian
Co to jest? Od czego to zależy? Jak to obliczyć? Wszystko to zostanie omówione w dzisiejszym artykule!
A wszystko zaczęło się dość dawno temu. W odległych i imponujących latach XIX wieku szanowany pan Georg Ohm bawił się w swoim laboratorium napięciem i prądem, przepuszczając go przez różne elementy, które mogły go przewodzić. Będąc osobą spostrzegawczą, nawiązał jedną ciekawą relację. Mianowicie, że jeśli weźmiemy tego samego dyrygenta, to natężenie prądu w nim jest wprost proporcjonalne do przyłożonego napięcia. Cóż, to znaczy, jeśli podwoisz przyłożone napięcie, wówczas siła prądu podwoi się. W związku z tym nikt nie zawraca sobie głowy przyjęciem i wprowadzeniem pewnego współczynnika proporcjonalności:
Gdzie G jest współczynnikiem tzw przewodność konduktor. W praktyce ludzie częściej działają z odwrotnością przewodnictwa. Nazywa się tak samo opór elektryczny i jest oznaczony literą R:
Dla przypadku oporu elektrycznego zależność otrzymana przez Georga Ohma wygląda następująco:
Panowie, w wielkim zaufaniu, właśnie napisaliśmy prawo Ohma. Ale nie skupiajmy się na tym na razie. Mam już prawie gotowy dla niego osobny artykuł i w nim o tym porozmawiamy. Zatrzymajmy się teraz bardziej szczegółowo na trzecim elemencie tego wyrażenia - oporze.
Po pierwsze, jest to charakterystyka przewodnika. Rezystancja nie zależy od prądu i napięcia, z wyjątkiem niektórych przypadków, takich jak urządzenia nieliniowe. Na pewno do nich dotrzemy, ale później, panowie. Teraz przyjrzymy się zwykłym metalom i innym ładnym, prostym – liniowym – rzeczom.
Opór mierzy się w Omaha. To całkiem logiczne – ktokolwiek to odkrył, nazwał to swoim imieniem. Świetna zachęta do odkryć, panowie! Ale pamiętasz, że zaczęliśmy od przewodności? Co jest oznaczone literą G? Ma więc także swój wymiar – Siemens. Ale zwykle nikt się tym nie przejmuje, prawie nikt z nimi nie współpracuje.
Dociekliwy umysł z pewnością zada pytanie – opór oczywiście jest duży, ale od czego tak naprawdę zależy? Są odpowiedzi. Przejdźmy punkt po punkcie. Doświadczenie to pokazuje opór zależy przynajmniej od:
- wymiary geometryczne i kształt przewodnika;
- materiał;
- temperatura przewodnika.
Przyjrzyjmy się teraz bliżej każdemu punktowi.
Panowie doświadczenie pokazuje, że przy stałej temperaturze Opór przewodnika jest wprost proporcjonalny do jego długości i odwrotnie proporcjonalny do jego powierzchni
jego
Przekrój. No cóż, czyli im grubszy i krótszy przewodnik, tym niższy jest jego opór. I odwrotnie, długie i cienkie przewodniki mają stosunkowo wysoką rezystancję.Pokazano to na rysunku 1.To stwierdzenie jest również zrozumiałe z przytoczonej wcześniej analogii dotyczącej prądu elektrycznego i zaopatrzenia w wodę: woda łatwiej przepływa przez grubą krótką rurę niż przez cienką i długą, a przesył jest możliwy. O większe ilości cieczy w tym samym czasie.
Rysunek 1 - Grube i cienkie przewodniki
Wyraźmy to we wzorach matematycznych:
Tutaj R- opór, l- długość przewodu, S- jego pole przekroju poprzecznego.
Kiedy mówimy, że ktoś jest do kogoś proporcjonalny, zawsze możemy wprowadzić współczynnik i zastąpić symbol proporcjonalności znakiem równości:
Jak widać, mamy tutaj nowy współczynnik. Nazywa się to rezystancja przewodnika.
Co to jest? Panowie, wiadomo, że taką wartość rezystancji będzie miał przewodnik o długości 1 metra i powierzchni przekroju 1 m2. A co z jego rozmiarem? Wyraźmy to ze wzoru:
Wartość jest tabelaryczna i zależy od materiał przewodnika.
Tym samym płynnie przeszliśmy do drugiej pozycji na naszej liście. Tak, dwa przewodniki o tym samym kształcie i rozmiarze, ale wykonane z różnych materiałów, będą miały różną rezystancję. Wynika to wyłącznie z faktu, że będą miały różne rezystancje przewodnika. Oto tabela z wartością rezystywności ρ dla niektórych powszechnie stosowanych materiałów.
Panowie widzimy, że srebro ma najmniejszy opór dla prądu elektrycznego, natomiast dielektryki wręcz przeciwnie mają bardzo duży opór. To jest zrozumiałe. Dielektryki są dielektrykami z tego powodu, aby nie przewodzić prądu.
Teraz korzystając z podanej przeze mnie płytki (lub Google, jeśli nie ma tam wymaganego materiału) można łatwo obliczyć przewód o wymaganej rezystancji lub oszacować, jaki opór będzie miał Twój przewód przy danym polu przekroju i długości.
Pamiętam, że w mojej praktyce inżynierskiej był jeden podobny przypadek. Wykonywaliśmy potężną instalację do zasilania laserowej lampy pompującej. Moc tam była po prostu szalona. Aby pochłonąć całą tę moc na wypadek, gdyby „coś poszło nie tak”, postanowiono wykonać rezystor 1 om z jakiegoś niezawodnego drutu. Dlaczego dokładnie 1 om i gdzie dokładnie został zainstalowany, nie będziemy teraz rozważać. To rozmowa na zupełnie inny artykuł. Wystarczy wiedzieć, że rezystor ten miał pochłaniać dziesiątki megawatów mocy i dziesiątki kilodżuli energii, gdyby coś się wydarzyło, a pożądane byłoby pozostać przy życiu. Po przestudiowaniu list dostępnych materiałów wybrałem dwa: nichrom i fechral. Były żaroodporne, wytrzymywały wysokie temperatury, a w dodatku miały stosunkowo dużą oporność elektryczną, co pozwalało z jednej strony na wzięcie niezbyt cienkiego (od razu się wypaliły) i niezbyt długiego (trzeba było aby zmieścić się w rozsądnych wymiarach) przewody, a z drugiej - uzyskać wymagany 1 om. W wyniku iteracyjnych obliczeń i analizy propozycji rynkowych dla rosyjskiej branży drutowej (tak to się nazywa) ostatecznie zdecydowałem się na fechral. Okazało się, że drut powinien mieć średnicę kilku milimetrów i długość kilku metrów. Dokładnych liczb nie podam, niewielu z Was będzie nimi zainteresowanych, a nie chce mi się szukać tych wyliczeń w głębi archiwum. Obliczono także przegrzanie drutu w przypadku (przy pomocy wzorów termodynamicznych), gdyby rzeczywiście przepłynęło przez niego kilkadziesiąt kilodżuli energii. Okazało się, że było kilkaset stopni, co nam odpowiadało.
Podsumowując powiem, że te domowe rezystory zostały wyprodukowane i pomyślnie przeszły testy, co potwierdza poprawność podanego wzoru.
Za bardzo jednak daliśmy się ponieść lirycznym dygresjom na temat przypadków z życia, całkowicie zapominając, że musimy wziąć pod uwagę także zależność oporu elektrycznego od temperatury.
Pospekulujmy - jak teoretycznie może to zależeć rezystancja przewodnika w zależności od temperatury? Co wiemy o rosnących temperaturach? Co najmniej dwa fakty.
Pierwszy: wraz ze wzrostem temperatury wszystkie atomy substancji zaczynają wibrować szybciej i z większą amplitudą. Prowadzi to do tego, że ukierunkowany przepływ cząstek naładowanych częściej i silniej zderza się z cząstkami stacjonarnymi. Czym innym jest przedostać się przez tłum ludzi, w którym wszyscy stoją, a czym innym przedostać się przez tłum, w którym wszyscy biegają jak szaleni. Z tego powodu zmniejsza się średnia prędkość ruchu kierunkowego, co jest równoznaczne ze spadkiem natężenia prądu. Cóż, to znaczy do wzrostu rezystancji przewodnika na prąd.
Drugi: wraz ze wzrostem temperatury wzrasta liczba wolnych naładowanych cząstek na jednostkę objętości. Ze względu na większą amplitudę drgań termicznych atomy łatwiej ulegają jonizacji. Więcej wolnych cząstek - więcej prądu. Oznacza to, że opór spada.
W sumie w substancjach wraz ze wzrostem temperatury zmagają się dwa procesy: pierwszy i drugi. Pytanie brzmi, kto wygra. Praktyka pokazuje, że w metalach często wygrywa pierwszy proces, a w elektrolitach drugi proces. Cóż, to znaczy, że opór metalu wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. A jeśli weźmiesz elektrolit (na przykład wodę z roztworem siarczanu miedzi), wówczas jego opór maleje wraz ze wzrostem temperatury.
Może się zdarzyć, że pierwszy i drugi proces całkowicie się równoważą, a rezystancja jest praktycznie niezależna od temperatury.
Zatem opór ma tendencję do zmiany się w zależności od temperatury. Pozostaw w temperaturze t 1, był opór R 1. I w temperaturze t 2 stał się R2. Następnie zarówno dla pierwszego, jak i drugiego przypadku możemy zapisać następujące wyrażenie:
Wielkość α, panowie, nazywa się temperaturowy współczynnik oporu. Ten współczynnik pokazuje względna zmiana oporu gdy temperatura zmieni się o 1 stopień. Na przykład, jeśli rezystancja przewodnika przy 10 stopniach wynosi 1000 omów, a przy 11 stopniach - 1001 omów, to w tym przypadku
Wartość jest tabelaryczna. Cóż, to zależy od tego, jaki rodzaj materiału jest przed nami. Na przykład dla żelaza będzie jedna wartość, a dla miedzi - inna. Oczywiste jest, że w przypadku metali (opór rośnie wraz ze wzrostem temperatury) α>0
oraz dla elektrolitów (opór maleje wraz ze wzrostem temperatury) α<0.
Panowie, na dzisiejszą lekcję mamy już dwie wielkości, które wpływają na wynikową rezystancję przewodnika i jednocześnie zależą od tego, jaki rodzaj materiału znajduje się przed nami. Są to ρ, czyli rezystywność przewodnika i α, czyli temperaturowy współczynnik oporu. Logiczne jest, aby spróbować je połączyć. I tak też zrobili! Co zdarzyło się na końcu? I oto jest:
Wartość ρ 0 nie jest do końca jednoznaczna. Jest to wartość oporu przewodnika przy Δt=0. A ponieważ nie jest ona powiązana z żadnymi konkretnymi liczbami, ale jest w całości ustalana przez nas – użytkowników – to ρ jest także wartością względną. Jest równa wartości rezystywności przewodnika w określonej temperaturze, którą przyjmiemy jako zerowy punkt odniesienia.
Panowie pojawia się pytanie – gdzie to zastosować? I na przykład w termometrach. Istnieją na przykład takie platynowe termometry oporowe. Zasada działania jest taka, że mierzymy rezystancję drutu platynowego (jak się już dowiedzieliśmy, zależy ona od temperatury). Ten przewód to czujnik temperatury. Na podstawie zmierzonej rezystancji możemy stwierdzić, jaka jest temperatura otoczenia. Termometry te są dobre, ponieważ pozwalają na pracę w bardzo szerokim zakresie temperatur. Powiedzmy w temperaturach kilkuset stopni. Niewiele termometrów będzie tam jeszcze mogło pracować.
I jeszcze ciekawostka - zwykła żarówka ma znacznie mniejszą rezystancję, gdy jest wyłączona, niż gdy jest włączona. Załóżmy, że w przypadku zwykłej lampy o mocy 100 W rezystancja żarnika w stanie zimnym może wynosić około 50–100 omów. Natomiast podczas normalnej pracy wzrasta do wartości rzędu 500 Ohm. Opór wzrasta prawie 10 razy! Ale ogrzewanie tutaj wynosi około 2000 stopni! Nawiasem mówiąc, opierając się na powyższych wzorach i mierząc prąd w sieci, możesz spróbować dokładniej oszacować temperaturę żarnika. Jak? Myśl za siebie. Oznacza to, że po włączeniu lampy przepływa przez nią najpierw prąd kilkakrotnie większy niż prąd roboczy, zwłaszcza jeśli moment włączenia przypada na szczyt fali sinusoidalnej w gnieździe. To prawda, że rezystancja jest niska tylko przez krótki czas, aż lampa się nagrzeje. Potem wszystko wraca do normy i prąd staje się normalny. Jednak takie skoki prądu są jednym z powodów, dla których lampy często przepalają się po włączeniu.
Proponuję na tym zakończyć, panowie. Artykuł okazał się nieco dłuższy niż zwykle. Mam nadzieję, że nie jesteś zbyt zmęczony. Życzę wszystkim powodzenia i do zobaczenia ponownie!
Dołączć do naszego
6.2. Opór elektryczny przewodników. Zmiany rezystancji przewodnika w zależności od temperatury i ciśnienia. Nadprzewodnictwo
Z wyrażenia jasno wynika, że przewodność elektryczna przewodników, a co za tym idzie, opór elektryczny i rezystancja zależą od materiału przewodnika i jego stanu. Stan przewodnika może się zmieniać w zależności od różnych czynników ciśnienia zewnętrznego (naprężenia mechaniczne, siły zewnętrzne, ściskanie, rozciąganie itp., czyli czynników wpływających na strukturę krystaliczną przewodników metalowych) i temperatury.
Opór elektryczny przewodników (rezystancja) zależy od kształtu, rozmiaru, materiału przewodnika, ciśnienia i temperatury:
W tym przypadku zależność oporności elektrycznej przewodników i rezystancji przewodników od temperatury, ustalona eksperymentalnie, jest opisana prawami liniowymi:
; (6.22)
, (6.23)
gdzie t i o, R t i R o są odpowiednio rezystancjami właściwymi i rezystancjami przewodów w t = 0 o C;
Lub
.
(6.24)
Ze wzoru (6.23) zależność temperaturową rezystancji przewodników określają zależności:
,
(6.25)
gdzie T jest temperaturą termodynamiczną.
G 
Zależność rezystancji przewodu od temperatury pokazano na rysunku 6.2. Wykres zależności rezystywności metali od temperatury bezwzględnej T przedstawiono na rysunku 6.3.
Z 
Zgodnie z klasyczną elektroniczną teorią metali, w idealnej sieci krystalicznej (idealnym przewodniku) elektrony poruszają się bez odczuwania oporu elektrycznego ( = 0). Z punktu widzenia współczesnych koncepcji przyczyną pojawienia się oporności elektrycznej w metalach są obce zanieczyszczenia i defekty w sieci krystalicznej, a także ruch termiczny atomów metali, którego amplituda zależy od temperatury.
Reguła Matthiessena stwierdza, że zależność rezystancji elektrycznej od temperatury (T) jest funkcją złożoną, na którą składają się dwa niezależne człony:
,
(6.26)
gdzie ost – rezystywność resztkowa;
id jest idealną rezystywnością metalu, która odpowiada rezystancji absolutnie czystego metalu i jest określana jedynie przez drgania termiczne atomów.
Bazując na wzorach (6.25), rezystywność idealnego metalu powinna dążyć do zera, gdy T 0 (krzywa 1 na rys. 6.3). Jednakże rezystywność w funkcji temperatury jest sumą niezależnych składników id i spoczynek. Dlatego też, ze względu na obecność zanieczyszczeń i innych defektów w sieci krystalicznej metalu, rezystywność (T) wraz ze spadkiem temperatury dąży do pewnej stałej wartości końcowej res (krzywa 2 na rys. 6.3). Czasami przekraczając minimum, nieznacznie wzrasta wraz z dalszym spadkiem temperatury (krzywa 3 na ryc. 6.3). Wartość rezystywności resztkowej zależy od obecności defektów w siatce oraz zawartości zanieczyszczeń i wzrasta wraz ze wzrostem ich stężenia. Jeśli liczba zanieczyszczeń i defektów w sieci krystalicznej zostanie zredukowana do minimum, pozostaje jeszcze jeden czynnik wpływający na oporność elektryczną metali - drgania termiczne atomów, które zgodnie z mechaniką kwantową nie zatrzymują się nawet przy zera absolutnym temperatura. W wyniku tych drgań sieć przestaje być idealna, a w przestrzeni powstają zmienne siły, których działanie prowadzi do rozproszenia elektronów, tj. pojawienie się oporu.
Następnie odkryto, że odporność niektórych metali (Al, Pb, Zn itp.) i ich stopów w niskich temperaturach T (0,1420 K), zwanych krytycznymi, charakterystycznymi dla każdej substancji, gwałtownie spada do zera, tj. e . metal staje się przewodnikiem absolutnym. Zjawisko to, zwane nadprzewodnictwem, zostało po raz pierwszy odkryte w 1911 roku przez G. Kamerlingha Onnesa dla rtęci. Stwierdzono, że przy T = 4,2 K rtęć najwyraźniej całkowicie traci odporność na prąd elektryczny. Spadek rezystancji następuje bardzo gwałtownie w przedziale kilku setnych stopnia. Następnie zaobserwowano utratę odporności w innych czystych substancjach i wielu stopach. Temperatury przejścia do stanu nadprzewodzącego są różne, ale zawsze są bardzo niskie.
Wzbudzając prąd elektryczny w pierścieniu materiału nadprzewodzącego (na przykład za pomocą indukcji elektromagnetycznej), można zaobserwować, że jego siła nie zmniejsza się przez kilka lat. Pozwala to znaleźć górną granicę rezystywności nadprzewodników (mniej niż 10 -25 Ohmm), która jest znacznie mniejsza niż rezystywność miedzi w niskich temperaturach (10 -12 Ohmm). Dlatego przyjmuje się, że opór elektryczny nadprzewodników wynosi zero. Opór przed przejściem w stan nadprzewodzący może być bardzo różny. Wiele nadprzewodników ma dość wysoką rezystancję w temperaturze pokojowej. Przejście do stanu nadprzewodzącego zawsze następuje bardzo gwałtownie. W czystych monokryształach zajmuje zakres temperatur mniejszy niż jedna tysięczna stopnia.
Z 
Wśród substancji czystych nadprzewodnictwo wykazują glin, kadm, cynk, ind i gal. W trakcie badań okazało się, że struktura sieci krystalicznej, jednorodność i czystość materiału mają istotny wpływ na charakter przejścia w stan nadprzewodzący. Można to zobaczyć np. na rysunku 6.4, który przedstawia krzywe doświadczalne przejścia cyny o różnej czystości w stan nadprzewodzący (krzywa 1 – cyna monokrystaliczna; 2 – cyna polikrystaliczna; 3 – cyna polikrystaliczna z domieszkami).
W 1914 roku K. Onnes odkrył, że stan nadprzewodzący ulega zniszczeniu pod wpływem pola magnetycznego, gdy indukcja magnetyczna B przekracza pewną wartość krytyczną. Wartość krytyczna indukcji zależy od materiału nadprzewodnika i temperatury. Pole krytyczne niszczące nadprzewodnictwo może być również wytworzone przez sam prąd nadprzewodzący. Dlatego istnieje krytyczna siła prądu, przy której nadprzewodnictwo ulega zniszczeniu.
W 1933 roku Meissner i Ochsenfeld odkryli, że w ciele nadprzewodzącym nie ma pola magnetycznego. Kiedy nadprzewodnik znajdujący się w zewnętrznym stałym polu magnetycznym zostanie ochłodzony, w momencie przejścia w stan nadprzewodzący pole magnetyczne zostanie całkowicie wyparte ze swojej objętości. To odróżnia nadprzewodnik od przewodnika idealnego, w którym gdy rezystywność spada do zera, indukcja pola magnetycznego w objętości musi pozostać niezmieniona. Zjawisko wypierania pola magnetycznego z objętości przewodnika nazywa się efektem Meissnera. Efekt Meissnera i brak oporu elektrycznego to najważniejsze właściwości nadprzewodnika.
Brak pola magnetycznego w objętości przewodnika pozwala z ogólnych praw pola magnetycznego wywnioskować, że istnieje w nim tylko prąd powierzchniowy. Jest fizycznie realny i dlatego zajmuje cienką warstwę w pobliżu powierzchni. Pole magnetyczne prądu niszczy zewnętrzne pole magnetyczne wewnątrz przewodnika. Pod tym względem nadprzewodnik formalnie zachowuje się jak idealny diamagnetyk. Nie jest to jednak diamagnetyk, ponieważ jego namagnesowanie wewnętrzne (wektor magnesowania) wynosi zero.
Czyste substancje, w których obserwuje się zjawisko nadprzewodnictwa, są nieliczne. Nadprzewodnictwo najczęściej obserwuje się w stopach. W czystych substancjach występuje jedynie efekt Meissnera, a w stopach pole magnetyczne nie jest całkowicie wydalane z objętości (obserwuje się częściowy efekt Meissnera).
Substancje, w których występuje pełny efekt Meissnera, nazywane są nadprzewodnikami pierwszego rodzaju, a częściowe - nadprzewodnikami drugiego rodzaju.
Nadprzewodniki drugiego typu mają w swojej objętości prądy kołowe, które wytwarzają pole magnetyczne, które jednak nie wypełnia całej objętości, ale jest w niej rozprowadzane w postaci pojedynczych włókien. Jeśli chodzi o rezystancję, jest ona równa zeru, jak w przypadku nadprzewodników typu I.
Ze swej natury fizycznej nadprzewodnictwo jest nadciekłością cieczy składającej się z elektronów. Nadciekłość powstaje w wyniku zaprzestania wymiany energii pomiędzy nadciekłym składnikiem cieczy a jej pozostałymi częściami, co powoduje zanik tarcia. Istotna jest w tym przypadku możliwość „kondensacji” cząsteczek cieczy na najniższym poziomie energetycznym, oddzielonym od pozostałych poziomów dość szeroką przerwą energetyczną, której siły oddziaływania nie są w stanie pokonać. To jest powód wyłączenia interakcji. Aby móc znaleźć wiele cząstek na najniższym poziomie, konieczne jest, aby spełniały one statystykę Bosego-Einsteina, tj. miał spin całkowity.
Elektrony podlegają statystyce Fermiego-Diraca i dlatego nie mogą „kondensować” na najniższym poziomie energii i tworzyć nadciekłą ciecz elektronową. Siły odpychania między elektronami są w dużej mierze kompensowane przez siły przyciągania jonów dodatnich sieci krystalicznej. Jednak z powodu drgań termicznych atomów w węzłach sieci krystalicznej pomiędzy elektronami może powstać siła przyciągania, a następnie łączą się one w pary. Pary elektronów zachowują się jak cząstki o spinie całkowitym, tj. przestrzegaj statystyk Bosego-Einsteina. Mogą się kondensować i tworzyć prąd nadciekłej cieczy par elektronów, który tworzy nadprzewodzący prąd elektryczny. Powyżej najniższego poziomu energetycznego występuje przerwa energetyczna, której para elektronów nie jest w stanie pokonać ze względu na energię oddziaływania z innymi ładunkami, tj. nie może zmienić swojego stanu energetycznego. Dlatego nie ma oporu elektrycznego.
Możliwość powstawania par elektronów i ich nadciekłość wyjaśnia teoria kwantowa.
Praktyczne zastosowanie materiałów nadprzewodzących (w uzwojeniach magnesów nadprzewodzących, w układach pamięci komputerów itp.) jest trudne ze względu na ich niskie temperatury krytyczne. Obecnie odkryto i aktywnie bada się materiały ceramiczne wykazujące nadprzewodnictwo w temperaturach powyżej 100 K (nadprzewodniki wysokotemperaturowe). Zjawisko nadprzewodnictwa wyjaśnia teoria kwantowa.
Zależność rezystancji przewodu od temperatury i ciśnienia wykorzystywana jest w technologii do pomiaru temperatury (termometry oporowe) oraz dużych, szybko zmieniających się ciśnień (tensometry elektryczne).
W układzie SI oporność elektryczną przewodników mierzy się w omach, a rezystancję w omach. Jeden om to rezystancja przewodnika, w którym płynie prąd stały o natężeniu 1 A przy napięciu 1 V.
Przewodność elektryczna jest wielkością określoną wzorem
. (6.27)
Jednostką przewodności w układzie SI jest siemen. Jeden siemens (1 cm) – przewodność odcinka obwodu o rezystancji 1 oma.
Po podgrzaniu wzrasta w wyniku wzrostu prędkości ruchu atomów w materiale przewodnika wraz ze wzrostem temperatury. Przeciwnie, opór właściwy elektrolitów i węgla po podgrzaniu maleje, ponieważ w tych materiałach oprócz zwiększenia prędkości ruchu atomów i cząsteczek wzrasta liczba wolnych elektronów i jonów na jednostkę objętości.
Niektóre stopy, które zawierają więcej metali składowych, prawie nie zmieniają swojej rezystywności pod wpływem ogrzewania (konstantan, mangan itp.). Wyjaśnia to nieregularna struktura stopów i krótka średnia swobodna droga elektronów.
Nazywa się wartość pokazującą względny wzrost oporu, gdy materiał zostanie podgrzany o 1° (lub zmniejszony, gdy materiał zostanie schłodzony o 1°).
Jeśli współczynnik temperaturowy jest oznaczony przez α, rezystywność przy to = 20 o przez ρ o, to po podgrzaniu materiału do temperatury t1 jego rezystywność p1 = ρ o + αρ o (t1 - to) = ρ o(1 + (α (t1 -do))
i odpowiednio R1 = Ro (1 + (α (t1 - do))
Współczynnik temperaturowy a dla miedzi, aluminium i wolframu wynosi 0,004 1/deg. Dlatego po podgrzaniu do 100° ich opór wzrasta o 40%. Dla żelaza α = 0,006 1/deg, dla mosiądzu α = 0,002 1/deg, dla fechralu α = 0,0001 1/deg, dla nichromu α = 0,0002 1/deg, dla constantanu α = 0,00001 1/deg, dla manganu α = 0,00004 1/stopień Węgiel i elektrolity mają ujemny współczynnik temperaturowy oporu. Współczynnik temperaturowy dla większości elektrolitów wynosi około 0,02 1/stopień.
Wykorzystuje się właściwość przewodników do zmiany ich rezystancji w zależności od temperatury termometry oporowe. Mierząc rezystancję, temperaturę otoczenia określa się metodą obliczeniową.Konstantan, mangan i inne stopy o bardzo małym współczynniku temperaturowym rezystancji są wykorzystywane do produkcji boczników i dodatkowych rezystancji do przyrządów pomiarowych.
Przykład 1. Jak zmieni się opór Ro drutu żelaznego po jego podgrzaniu do temperatury 520°? Współczynnik temperaturowy a żelaza wynosi 0,006 1/deg. Zgodnie ze wzorem R1 = Ro + Ro α (t1 - do) = Ro + Ro 0,006 (520 - 20) = 4Ro, to znaczy opór drutu żelaznego po podgrzaniu o 520° wzrośnie 4-krotnie.
Przykład 2. Druty aluminiowe w temperaturze -20° mają rezystancję 5 omów. Należy określić ich odporność w temperaturze 30°.
R2 = R1 - αR1 (t2 - t1) = 5 + 0,004 x 5 (30 - (-20)) = 6 omów.
Do pomiaru temperatur wykorzystuje się właściwość materiałów polegającą na zmianie ich rezystancji elektrycznej po podgrzaniu lub ochłodzeniu. Więc, opór cieplny, czyli druty wykonane z platyny lub czystego niklu wtopionego w kwarc, służą do pomiaru temperatur od -200 do +600°. Półprzewodnikowe opory termiczne o dużym ujemnym współczynniku służą do dokładnego określania temperatur w węższych zakresach.
Półprzewodnikowe rezystancje termiczne stosowane do pomiaru temperatury nazywane są termistorami.
Termistory mają wysoki ujemny współczynnik temperaturowy rezystancji, to znaczy po podgrzaniu ich rezystancja maleje. wykonane z tlenkowych (podlegających utlenieniu) materiałów półprzewodnikowych składających się z mieszaniny dwóch lub trzech tlenków metali. Najpopularniejsze są termistory miedziowo-manganowe i kobaltowo-manganowe. Te ostatnie są bardziej wrażliwe na temperaturę.
Mówiąc o prawie Ohma (§ 1.7), podkreśliliśmy wymóg, aby warunki fizyczne, takie jak temperatura i ciśnienie, pozostały stałe. Faktem jest, że zwykle rezystancja przewodów zależy od temperatury:
Opór drutów metalowych wzrasta wraz z ogrzewaniem.
W przypadku drutów miedzianych wzrost temperatury o każde 2,5°C powoduje wzrost rezystancji o około 1% (jedna setna ich rezystancji pierwotnej) lub rezystancja wzrasta o 0,4% na każdy wzrost temperatury o 1°C. Podane powyżej wartości rezystywności odpowiadają temperaturze 20°C.
Załóżmy, że chcesz określić rezystywność miedzi w temperaturze 45 °.
Wiemy, że w temperaturze 20°C było ono równe 0,0178 oma na 1 m długości i przekroju 1 mm2. Wiemy, że co 2,5° wzrasta o 1%, tj.
Nowa temperatura przekracza 20°C o 25°C.
Oznacza to, że pożądana rezystywność jest o 10% większa niż 0,0178: rezystywność przy 45° jest równa omowi na 1 m przy przekroju 1 mm2.
Zależność rezystancji od temperatury jest często wykorzystywana do wyznaczania temperatury drutów miedzianych w maszynach elektrycznych.
Tę samą zależność rezystancji od temperatury wykorzystuje się przy projektowaniu termometrów elektrycznych polegających na pomiarze rezystancji kawałka drutu (często nawiniętego w kształcie spirali) znajdującego się w pomieszczeniu, którego temperaturę chcemy określić.
Dzięki tego typu pomiarom temperatury łatwo jest skoncentrować w jednym miejscu obserwację temperatury różnych części pomieszczenia (np. w lodówkach) czy różnych części instalacji przemysłowych.
W takim przypadku możesz użyć pojedynczego urządzenia pomiarowego, przesuwając przełącznik w różne pozycje: przy każdej nowej pozycji do pomiaru włączane są spirale z drutu, znajdujące się na przykład na różnych piętrach lodówki.
Przykład 2. Rezystancja uzwojenia maszyny elektrycznej w temperaturze 20 ° C była równa 60 omów. Po godzinie pracy maszyny rezystancja uzwojenia wzrosła do 69,6 oma. Określ, jak gorące jest uzwojenie, jeśli na każde 10°C wzrostu temperatury rezystancja wzrasta o 4%. ,
Przede wszystkim szukamy, o ile procent wzrósł opór:
Teraz łatwo stwierdzamy, że temperatura wzrosła o 40° C, czyli stała się równa 20 + 40 = 60° C.
Oczywiście teraz powinno pojawić się pytanie: czy opór lamp elektrycznych zmienia się, gdy żarnik jest w nich podgrzewany? Odpowiedź: tak, oczywiście, rezystancja żarnika zimnej lampy jest mniejsza niż rezystancja w stanie roboczym. Tego właśnie dotyczyła nasza notatka zawarta w § 1.7.
Zauważamy tylko, że bardzo często nieliniowość charakterystyki wyjaśnia się zjawiskami czysto elektrycznymi. Dzieje się tak w przypadku warystora, którego charakterystykę pokazano na rys. 1.14.
W wielu przyrządach pomiarowych i sprzęcie specjalnym często wymagane jest, aby ich rezystancja nie zmieniała się wraz z temperaturą. Dla takich produktów opracowano stopy, których wytrzymałość jest praktycznie niezależna od temperatury.
Spośród tych stopów najczęściej stosowanymi są mangan i konstantan.
Wiele przewodników zauważalnie zmienia swoją rezystancję, gdy są rozciągane lub ściskane. Ta właściwość przewodników znalazła również ważne zastosowanie techniczne: obecnie naciski i niewielkie ruchy powstające na przykład pod obciążeniem belek, szyn, części maszyn itp. Często ocenia się na podstawie zmian rezystancji elektrycznej specjalnie wyprodukowanych elementów.
Cząstki przewodnika (cząsteczki, atomy, jony), które nie biorą udziału w tworzeniu prądu, znajdują się w ruchu termicznym, natomiast cząstki tworzące prąd poruszają się jednocześnie termicznie i kierunkowo pod wpływem pola elektrycznego. Z tego powodu dochodzi do licznych zderzeń cząstek tworzących prąd z cząstkami niebiorącymi udziału w jego powstaniu, przy czym te pierwsze oddają część energii, którą przenoszą ze źródła prądu do drugiego. Im więcej zderzeń, tym mniejsza prędkość uporządkowanego ruchu cząstek tworzących prąd. Jak widać ze wzoru Ja = enνS, spadek prędkości prowadzi do zmniejszenia prądu. Nazywa się wielkość skalarną charakteryzującą właściwość przewodnika do zmniejszania prądu rezystancja przewodu. Ze wzoru na prawo Ohma rezystancja 
Ohm - rezystancja przewodnika, w którym uzyskuje się prąd o sile 1 a przy napięciu na końcach przewodu 1 V.
Opór przewodnika zależy od jego długości l, przekroju S oraz materiału, który charakteryzuje się rezystywnością 
Im dłuższy przewodnik, tym więcej zderzeń w jednostce czasu cząstek tworzących prąd z cząstkami niebiorącymi udziału w jego tworzeniu, a zatem tym większy opór przewodnika. Im mniejszy przekrój przewodnika, tym gęstszy jest przepływ cząstek tworzących prąd i tym częściej zderzają się one z cząstkami, które nie biorą udziału w jego tworzeniu, a zatem tym większy jest opór przewodnika.
Pod wpływem pola elektrycznego cząstki tworzące prąd poruszają się przyspieszając pomiędzy zderzeniami, zwiększając swoją energię kinetyczną ze względu na energię pola. Zderzając się z cząstkami, które nie tworzą prądu, przekazują im część swojej energii kinetycznej. W rezultacie wzrasta energia wewnętrzna przewodnika, co zewnętrznie objawia się jego nagrzewaniem. Zastanówmy się, czy opór przewodnika zmienia się pod wpływem ogrzewania.
Obwód elektryczny zawiera cewkę z drutu stalowego (sznurek, ryc. 81, a). Po zamknięciu obwodu zaczynamy podgrzewać drut. Im bardziej go podgrzejemy, tym mniejszy prąd pokaże amperomierz. Jego spadek następuje dlatego, że podczas podgrzewania metali wzrasta ich opór. Zatem opór włosa żarówki elektrycznej, gdy nie jest zapalona, wynosi w przybliżeniu 20 omów i kiedy się pali (2900°C) - 260 omów. Kiedy metal się nagrzewa, wzrasta ruch termiczny elektronów i prędkość drgań jonów w sieci krystalicznej, w wyniku czego zwiększa się liczba zderzeń elektronów tworzących prąd z jonami. Powoduje to wzrost rezystancji przewodu*. W metalach wolne elektrony są bardzo ściśle związane z jonami, więc po podgrzaniu metali liczba wolnych elektronów praktycznie się nie zmienia.
* (Opierając się na teorii elektroniki, nie można wyprowadzić dokładnego prawa zależności rezystancji od temperatury. Prawo takie ustanawia teoria kwantowa, w której elektron uważa się za cząstkę o właściwościach falowych, a ruch elektronu przewodzącego przez metal traktuje się jako proces propagacji fal elektronowych, których długość jest określona przez relacja de Broglie’a.)
Doświadczenia pokazują, że gdy temperatura przewodników wykonanych z różnych substancji zmienia się o tę samą liczbę stopni, ich rezystancja zmienia się nierównomiernie. Na przykład, jeśli przewodnik miedziany miał rezystancję 1 om, następnie po podgrzaniu do 1°С będzie miał opór 1,004 oma i wolfram - 1,005 oma. Aby scharakteryzować zależność rezystancji przewodnika od jego temperatury, wprowadzono wielkość zwaną temperaturowym współczynnikiem rezystancji. Wielkość skalarna mierzona jako zmiana rezystancji przewodnika na 1 om, wzięta w temperaturze 0°C, na skutek zmiany jego temperatury o 1°C, nazywana jest temperaturowym współczynnikiem rezystancji α. Zatem dla wolframu współczynnik ten jest równy 0,005 stopnia -1, dla miedzi - 0,004 stopnia -1. Współczynnik temperaturowy oporu zależy od temperatury. W przypadku metali zmienia się nieznacznie wraz z temperaturą. Dla małego zakresu temperatur przyjmuje się, że jest ona stała dla danego materiału.
Wyprowadźmy wzór obliczający rezystancję przewodnika biorąc pod uwagę jego temperaturę. Załóżmy, że R0- rezystancja przewodu przy 0°С, po podgrzaniu do 1°С wzrośnie o αR 0 i po podgrzaniu do t°- NA αRt° i staje się R = R 0 + αR 0 t°, Lub
Zależność rezystancji metali od temperatury jest brana pod uwagę na przykład przy produkcji spiral do elektrycznych urządzeń grzewczych i lamp: długość drutu spiralnego i dopuszczalny prąd oblicza się na podstawie ich rezystancji w stanie nagrzanym. Zależność rezystancji metali od temperatury wykorzystuje się w termometrach oporowych, które służą do pomiaru temperatury silników cieplnych, turbin gazowych, metalu w wielkich piecach itp. Termometr ten składa się z cienkiej spirali platynowej (niklu, żelaza) na porcelanowej ramie i umieszczony w etui ochronnym. Jego końce są połączone z obwodem elektrycznym za pomocą amperomierza, którego skala jest wyskalowana w stopniach temperatury. Kiedy cewka się nagrzewa, prąd w obwodzie maleje, co powoduje ruch igły amperomierza, który pokazuje temperaturę.
Nazywa się odwrotnością rezystancji danej sekcji lub obwodu przewodność elektryczna przewodnika(przewodnictwo elektryczne). Przewodność elektryczna przewodnika Im większa przewodność przewodnika, tym mniejsza jego rezystancja i tym lepiej przewodzi prąd. Nazwa jednostki przewodności elektrycznej 
Oporność przewodności przewodnika 1 om zwany Siemensa.
Wraz ze spadkiem temperatury rezystancja metali maleje. Ale są metale i stopy, których opór w niskiej temperaturze specyficznej dla każdego metalu i stopu gwałtownie maleje i staje się znikomo mały - prawie równy zeru (ryc. 81, b). Nadchodzący nadprzewodnictwo- przewodnik praktycznie nie ma oporu, a raz wzbudzony w nim prąd istnieje przez dłuższy czas, podczas gdy przewodnik znajduje się w temperaturze nadprzewodzącej (w jednym z eksperymentów prąd obserwowano przez ponad rok). Podczas przepuszczania gęstości prądu przez nadprzewodnik 1200 a/mm2 nie zaobserwowano wydzielania ciepła. Metale jednowartościowe, które są najlepszymi przewodnikami prądu, nie przechodzą w stan nadprzewodzący aż do skrajnie niskich temperatur, w jakich prowadzono eksperymenty. Na przykład w tych eksperymentach schładzano miedź 0,0156°K, złoto - do 0,0204° K. Gdyby w zwykłych temperaturach możliwe było otrzymanie stopów o nadprzewodnictwie, miałoby to ogromne znaczenie w elektrotechnice.
Według współczesnych koncepcji główną przyczyną nadprzewodnictwa jest tworzenie związanych par elektronów. W temperaturze nadprzewodnictwa siły wymiany zaczynają działać pomiędzy wolnymi elektronami, powodując, że elektrony tworzą związane pary elektronów. Taki gaz elektronowy związanych par elektronów ma inne właściwości niż zwykły gaz elektronowy - porusza się w nadprzewodniku bez tarcia o węzły sieci krystalicznej.
Zadanie 24. Do wykonania spiral kuchenki elektrycznej warsztat otrzymał cewkę z drutu nichromowego, na której naklejce napisano: „Waga 8,2 kg, średnica Λ 0,5 mm„. Określ, ile spiral można wykonać z tego drutu, jeśli rezystancja spirali, nieuwzględnionej w sieci, powinna wynosić 22 omy. Gęstość nichromu 8200 kg/m3.
Stąd 
Gdzie S = πr2; S = 3,14*0,0625 mm 2 ≈ 2*10 -7 m 2.
Waga drutu m = ρ 1 V, Lub m = ρ 1 lS, stąd
Odpowiedź: n = 1250 spiral.
Zadanie 25. W temperaturze 20°C żarnik wolframowy żarówki ma opór 30 omów; po podłączeniu go do sieci prądu stałego pod napięciem 220 V prąd płynie spiralnie 0,6 a. Określ temperaturę żarzenia żarnika żarówki i natężenie stacjonarnego pola elektrycznego w żarniku lampy, jeśli jego długość 550 mm.
Opór spirali podczas palenia się lampy wyznacza się ze wzoru na prawo Ohma dla odcinka obwodu:
Następnie 
Natężenie pola stacjonarnego w żarniku lampy
Odpowiedź: t 0 Г = 2518°C; E = 400 v/m.
