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∞ 半导体热敏电阻的电阻—温度特性实验原理1. 半导体热敏电阻的电阻—温度特性某些金属氧化物半导体（如：Fe3O4、MgCr2O 4 等）的电阻与温度的关系满足式（1）：B R = R e T （1） T ∞式中 R T 是温度为T 时的热敏电阻阻值，R ∞ 是T 趋于无穷时热敏电阻的阻值阻的材料常数，T 为热力学温度。
①，B 是热敏电热敏电阻对温度变化反应的灵敏度一般由电阻温度系数α来表示。
根据定义，电阻温 度系数可由式（2）来决定：α = 1 R T dR TdT （2）由于这类热敏电阻的α 值为负，因此被称为负温度系数（NTC ）热敏电阻，这也是最 常见的一类热敏电阻。
2. 惠斯通电桥的工作原理半导体热敏电阻的工作阻值范围一般在 1~106Ω，需要较精确测量时常用电桥法，惠斯 通电桥是一种应用很广泛的仪器。
惠斯通电桥的原理如图 1 所示。
四个电阻 R 0 、R 1 、R 2 和 R x 组成一个四边形，其中 R x就是待测电阻。
在四边形的一对对角 A 和 C 之间连接电源；而在另一对对角 B 和D 之间接 入检流计 G 。
当 B 和 D 两点电势相等时，G 中无电流通过，电桥便达到了平衡。
平衡时必CR b 图 1 惠斯通电桥原理图 图 2 惠斯通电桥面板图① 由于(1)式只在某一温度范围内才适用，所以更确切的说 R 仅是公式的一个系数，而并非实际 T 趋于无穷时热敏电阻的阻值。
R R 1 有 R x = R 2 R 1 R 0 ， 2 和 R 0 都已知， R x 即可求出。
R 0 为标准可变电阻，由有四个旋钮的电R 阻箱组成，最小改变量为 1Ω。
1 R2 称电桥的比率臂，由一个旋钮调节，它采用十进制固定值，共分 0.001，0.01，0.1，1，10，100，1000 七挡。
半导体热敏电阻的电阻—温度特性实验原理1. 半导体热敏电阻的电阻—温度特性某些金属氧化物半导体（如：Fe 3O 4、MgCr 2O 4等）的电阻与温度的关系满足式（1）： Be R R T ∞= （1）式中T R 是温度为T 时的热敏电阻阻值，∞R 是T 趋于无穷时热敏电阻的阻值①，B 是热敏电阻的材料常数，T 为热力学温度。
热敏电阻对温度变化反应的灵敏度一般由电阻温度系数α来表示。
根据定义，电阻温度系数可由式（2）来决定： dT dR R TT 1=α （2）由于这类热敏电阻的α值为负，因此被称为负温度系数（NTC ）热敏电阻，这也是最常见的一类热敏电阻。
2. 惠斯通电桥的工作原理半导体热敏电阻的工作阻值范围一般在1~106Ω，需要较精确测量时常用电桥法，惠斯通电桥是一种应用很广泛的仪器。
惠斯通电桥的原理如图1所示。
四个电阻0R 、1R 、2R 和x R 组成一个四边形，其中x R 就是待测电阻。
在四边形的一对对角A 和C 之间连接电源；而在另一对对角B 和D 之间接入检流计G 。
当B 和D 两点电势相等时，G 中无电流通过，电桥便达到了平衡。
平衡时必① 由于(1)式只在某一温度范围内才适用，所以更确切的说∞R 仅是公式的一个系数，而并非实际T 趋于无穷时热敏电阻的阻值。
图2 惠斯通电桥面板图有021R R R R x =，21R R 和0R 都已知，x R 即可求出。
0R 为标准可变电阻，由有四个旋钮的电阻箱组成，最小改变量为1Ω。
21R R 称电桥的比率臂，由一个旋钮调节，它采用十进制固定值，共分0.001，0.01，0.1，1，10，100，1000七挡。
测量时应选择合适的挡位，保证测量值有4位有效数。
电桥一般自带检流计，如图2所示，如果有特殊的精度要求也可外接检流计，本实验采用外接的检流计来判断电桥的平衡。
实验内容1. 数据测量打开大学物理仿真实验软件，在实验目录中选择“热敏电阻”进入本实验主页面。
电阻温度关系和氦制冷技术1、实验目的：1．了解金属和半导体PN结的伏安特性随温度的变化。
2．学习几种低温温度计的比对和使用方法。
3．学习氦制冷机的使用和低温控制的简单办法。
二．实验原理：1．电阻温度关系．(1)金属导体电阻与温度关系。
在纯金属中，导电的电子被晶格中的缺陷和晶格本身的热振动所散射，这种作用过程决定了电阻率ρ的大小。
我们知道，电子的平均自由程部分地受与温度有关的品格热振动频率限制，因而是一个与温度有关的量。
因此，在决定电阻率随温度的变化时，电子的平均自由程是一个主要考虑的因素。
根据金属导电理论的马德森(Mat h i e s s en)定则，金属中总电阻率ρ可有下式表示：式中ρr是杂质和缺陷对自由电子散射所引起的电阻率，在高纯度、低缺陷密度的纯金属中，可近似认为它与温度无关，只与材质的纯度和缺陷密度有关，称为剩余电阻率；ρi (T)是晶格热振动对自由电子散射引起的电阻率，是一个与温度T有关的量。
根据金属能带于理论计算表明，在高温区当T >Θ/2时可得显然ρi (T)与T成线性关系；但在低温区，当T<Θ/1 0时，ρi (T)却为式中A为常量，M是金属原子质量，Θ称为金属元素特征温度与德拜温度数值近似，可看作德拜温度Θ，如铜和铂的德拜温度分别为310K和225K。
显然，纯金属的电阻率在高温区主要以晶格对自由电子散射的贡献为主，呈ρ≈ρi (T)∝T关系；而在低温区晶格对电子散射的作用很弱，ρi (T)相对于：ρr认为可忽略，而主要由杂质作贡献，此时．ρ与温度T无关，呈ρ≈ρr关系。
图一示出了铂金属电阻R与温度T的关系曲线。
由图可见，在ΘD/3=75K处有良好的线性关系。
因此，只要足够纯的金属就可利用其R∝T的关系实现测温目的。
由此可见，作为电阻温度计的理想金属，除需要有高纯度(99．999％以上)、R—T关系线性好、有较低的德拜温度外，还要具有较好的稳定性和重复性，以及易加工等特性。
半导体热敏电阻的电阻—温度特性实验原理 1. 半导体热敏电阻的电阻—温度特性：某些金属氧化物半导体（如：Fe3O4、MgCr2O4 等）的电阻与温度的关系满足式（1）RT = R∞ eB T（1）式中 RT 是温度为 T 时的热敏电阻阻值，R∞ 是 T 趋于无穷时热敏电阻的阻值①，B 是热敏电阻的材料常数， T 为热力学温度。
热敏电阻对温度变化反应的灵敏度一般由电阻温度系数α来表示。
根据定义，电阻温度系数可由式（2）来决定：α=1 dRT RT dT（2）由于这类热敏电阻的α值为负，因此被称为负温度系数（NTC）热敏电阻，这也是最常见的一类热敏电阻。
2. 惠斯通电桥的工作原理半导体热敏电阻的工作阻值范围一般在 1~106Ω，需要较精确测量时常用电桥法，惠斯通电桥是一种应用很广泛的仪器。
惠斯通电桥的原理如图 1 所示。
四个电阻 R0 、 R1 、R2 和 R x 组成一个四边形，其中 R x 就是待测电阻。
在四边形的一对对角 A 和C 之间连接电源；而在另一对对角 B 和 D 之间接入检流计 G。
当 B 和 D 两点电势相等时，G 中无电流通过，电桥便达到了平衡。
平衡时必D R1 RxSGAGCR2 R B ER0Sb图 1 惠斯通电桥原理图图 2 惠斯通电桥面板图①由于(1)式只在某一温度范围内才适用，所以更确切的说R∞ 仅是公式的一个系数，而并非实际 T 趋于无穷时热敏电阻的阻值。
有 Rx =R1 R R0 ， 1 和 R0 都已知， R x 即可求出。
R0 为标准可变电阻，由有四个旋钮的电 R2 R2阻箱组成，最小改变量为 1Ω。
R1 称电桥的比率臂，由一个旋钮调节，它采用十进制固定 R2值，共分 0.001，0.01，0.1，1，10，100，1000 七挡。
测量时应选择合适的挡位，保证测量值有 4 位有效数。
电桥一般自带检流计，如图 2 所示，如果有特殊的精度要求也可外接检流计，本实验采用外接的检流计来判断电桥的平衡。
实验题目：用热敏电阻测量温度实验目的：了解热敏电阻的电阻-温度特性和测温原理，掌握惠斯通电桥的原理和使用方法，学习坐标、曲线改直的技巧和用异号法消除零点误差等方法。
实验原理：1、半导体热敏电阻的电阻-温度特性某些金属氧化物半导体（如：Fe 3O 4、MgCr 2O 4等）的电阻与 温度关系满足式（1）：TBT e R R ∞= （1） 金属的电阻与温度的关系满足（2）：)](1[1212t t a R R t t -+= （2）根据定义，电阻的温度系数可由式（3）来决定：dtdR R a tt 1=（3）两种情况的电阻温度曲线如又图（1）图（2）所示。
热敏电阻的电阻-温度特性与金属的电阻-温度特性比较，有 三个特点：（1） 热敏电阻的电阻-温度特性是非线性的（呈指数下降），而金属的电阻-温度特性是线性的。
（2） 热敏电阻的阻值随温度的增加而减小，因此温度系数是负的（2TB a ∝）。
金属的温度系数是正的（dt dR a /∝）。
（3） 半导体电阻对温度变化的反应比金属电阻灵敏得多。
这些差异的产生是因为当温度升高时，原子运动加剧，对金属中自由电子的运动有阻碍作用，故金属的电阻随温度的升高而呈线性缓慢增加；而在半导体中是靠空穴导电，当温度升高时，电子运动更频繁，产生更多的空穴，从而促进导电。
2、惠斯通电桥的工作原理原理图如右图所示：若G 中检流为0，则B 和D 等势，故此时021R R R R x =，在检流计的灵敏度范围内得到R x 的值。
当B 和D 两点电位相等时，G 中无电流通过，电桥便达到了平衡。
平衡时必有021R R R R x =，R 1/R 2和R 0都已知，R x 即可求出。
R 1/R 2称电桥的比例臂。
021R R R R x =是在电桥平衡的条件下推导出来的。
电桥是否平衡是由检流计有无偏转来判断的,而检流计的灵敏度总是有限的。
引入电桥灵敏度S ，定义为：xx R R nS /∆∆=（4）式中ΔR x 指的是在电桥平衡后R x 的微小改变量（实际上待测电阻R x 若不能改变，可通过改变标准电阻R 0来测电桥灵敏度），Δn 越大，说明电桥灵敏度越高，带来的测量误差就越小。
半导体热敏电阻的电阻—温度特性实验原理 1. 半导体热敏电阻的电阻—温度特性：某些金属氧化物半导体（如：Fe3O4、MgCr2O4 等）的电阻与温度的关系满足式（1）RT = R∞ eB T（1）式中 RT 是温度为 T 时的热敏电阻阻值，R∞ 是 T 趋于无穷时热敏电阻的阻值①，B 是热敏电阻的材料常数， T 为热力学温度。
热敏电阻对温度变化反应的灵敏度一般由电阻温度系数α来表示。
根据定义，电阻温度系数可由式（2）来决定：α=1 dRT RT dT（2）由于这类热敏电阻的α值为负，因此被称为负温度系数（NTC）热敏电阻，这也是最常见的一类热敏电阻。
2. 惠斯通电桥的工作原理半导体热敏电阻的工作阻值范围一般在 1~106Ω，需要较精确测量时常用电桥法，惠斯通电桥是一种应用很广泛的仪器。
惠斯通电桥的原理如图 1 所示。
四个电阻 R0 、 R1 、R2 和 R x 组成一个四边形，其中 R x 就是待测电阻。
在四边形的一对对角 A 和C 之间连接电源；而在另一对对角 B 和 D 之间接入检流计 G。
当 B 和 D 两点电势相等时，G 中无电流通过，电桥便达到了平衡。
平衡时必D R1 RxSGAGCR2 R B ER0Sb图 1 惠斯通电桥原理图图 2 惠斯通电桥面板图①由于(1)式只在某一温度范围内才适用，所以更确切的说R∞ 仅是公式的一个系数，而并非实际 T 趋于无穷时热敏电阻的阻值。
有 Rx =R1 R R0 ， 1 和 R0 都已知， R x 即可求出。
R0 为标准可变电阻，由有四个旋钮的电 R2 R2阻箱组成，最小改变量为 1Ω。
R1 称电桥的比率臂，由一个旋钮调节，它采用十进制固定 R2值，共分 0.001，0.01，0.1，1，10，100，1000 七挡。
测量时应选择合适的挡位，保证测量值有 4 位有效数。
电桥一般自带检流计，如图 2 所示，如果有特殊的精度要求也可外接检流计，本实验采用外接的检流计来判断电桥的平衡。
科目： 物理 年级： 高一温度对电阻的影响和部分电路欧姆定律和串并联电路一、知识复习1．材料的电阻率与温度有关系①金属的电阻率随温度的升高而增大（可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧，对自由电子的定向移动的阻碍增大。
）铂较明显，可用于做温度计；锰铜、镍铜的电阻率 几乎不随温度而变，可用于做标准电阻。
②半导体的电阻率随温度的升高而减小（可以理解为半导体靠自由电子和空穴导电，温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大，导电能力提高）。
③有些物质当温度接近 0 K 时，电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。
能够发生超导现象的物体叫超导体。
材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变 温度 T C 。
我国科学家在 1989年把 T C 提高到 130K。
现在科学家们正努力做到室温超导。
注意：公式R＝I U是电阻的定义式，而R =ρ SL 是电阻的决定式 R 与U 成正比或 R 与I 成反比的说法是错误的，导体的电阻大小由长度、截面积及材料决定，一旦导体给定，即使它两端的电压 U ＝0，它的电阻仍然照旧存在。
2．欧姆定律⑴内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比.⑵公式： R UI = .公式中U、R 和 I 三者的对应关系，即它们必须是同一段电路中的三个 物理量，不能搞混.(3)用图像表示：在 I-U 图像中，是过原点的一条直线，直线的斜率 R U Ik 1= = .在 U-I 图像中，也是过原点的一条直线，直线的斜率 R I Uk = = ¢ .⑷适用条件：适用于金属导电和电解液导电.对气体电离后导电和晶体二极管、晶体三极管导电不适用.RUI = （适用于金属导体和电解液，不适用于气体导电）。
电阻的伏安特性曲线：注意 I-U 曲线和 U-I 曲线的 区别。
还要注意：当考虑到电阻率随温度的变化时，电 阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。
3．串、并联电路的特点及其性质： 串联电路的特点：①电 流 n I I II = ¼ = = = 2 1 ②电 压 n 2 1 U U UU + ¼ + + = IOU O IU 1 21 2R 1<R 2R 1>R2③电 阻 n 2 1 R R RR + ¼ + + = ④电压分配21 2 1R R U U = , RRU U nn = ⑤功率分配21 2 1R R P P = , RRP P nn = 并联电路的特点：①电 流 n 2 1 I I II + ¼ + + = ②电 压 n U U UU = ¼ = = = 2 1 ③电 阻n 2 1 11 1 1 R R R R + ¼ + + = ④电流分配12 2 1R R I I = ,11R R I I = ⑤功率分配12 2 1 R R P P = 11R R P P = 二、典型例题1．下列关于电阻率的叙述，错误的是（）A．当温度极低时，超导材料的电阻率会突然减小到零 B．常用的导线是用电阻率较小的铝、铜材料做成的 C．材料的电阻率取决于导体的电阻、横截面积和长度 D．材料的电阻率一般都随随温度变化而变化2．一只白炽灯泡，正常发光时的电阻为 121Ω，当这只灯泡停止发光一段时间后的电阻应 是（）A．大于 121Ω B．小于 121Ω C．等于 121ΩD 无法判断3．如图所示，是两个电阻 R1、R 2 的 I －U 图线，将 R 1、R 2 并联后 的电阻为R ，则电阻 R 的I －U 图线在图中（ ）A．区域Ⅰ B．区域Ⅱ C．区域Ⅲ D．不能确定4． 实验室用的小灯泡灯丝的 I-U 特性曲线可用以下哪个图象来表示（）5．如图所示，给定两只标有"110 V 40 W”的灯泡L l和标有“110V 100W”的灯泡L2及 一只最大阻值 500 Ω 的滑动变阻器，将它们接在220 V 的电路中， A、B、C、D 所示的 四种接法中，最合理的是哪一种?（ ）三、课后练习1．关于电阻率，以下说法中正确的是（ ）A．纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大，绝缘体的电阻率最大B．纯金属的电阻率随着温度的升高而减小C．超导体的电阻率为零，所以在任何温度下对电流都没有阻碍作用D．电阻率的大小只随温度的变化而变化，而与材料本身无关2．导体Ⅰ、Ⅱ的材料和横截面积均相同，将它们分别接在电源上，测得它们的 I－U 图象 如图所示，则(1)两导体的电阻之比R1∶R2＝______；(2)两导体串联接入电路中时的电压之比U1∶U2＝______；(3)两导体并联接入电路中时，其中的自由电子定向移动的速度之比 v1∶v2＝______。
电力设备的温升分析与冷却设计电力设备在运行过程中，会产生大量的热量，而高温对电力设备的可靠性和寿命会产生负面影响。
因此，对电力设备的温升进行分析和设计合理的冷却系统，是确保设备正常运行的重要环节。
一、温升分析电力设备的温升主要来源于以下几个方面：1. 导线、绕组和接线端子的电阻：电力设备中的电流通过导线、绕组和接线端子等部分时，会产生一定的电阻。
根据欧姆定律，电阻产生的热量与电流和电阻值有关，热量会使得设备的温度升高。
2. 磁性材料的损耗：电力设备中使用的一些磁性材料，如铁芯、变压器和电感器等，在磁场作用下会有一定的磁滞损耗和涡流损耗。
磁滞损耗和涡流损耗会以热量的形式释放出来，导致设备温升。
3. 磁线圈和磁场的交互作用：电力设备中的磁线圈和磁场之间会有相互作用，产生一定的磁感应强度变化。
这种磁感应强度变化会导致涡流和能量损耗，在温升的角度来看，也会对设备的温度造成影响。
二、冷却设计为了降低电力设备的温升，确保设备正常运行，需要进行合理的冷却设计。
常见的电力设备冷却方式有以下几种：1. 自然冷却：自然冷却是指通过自然对流、辐射散热和传导等方式来降低设备的温度。
自然冷却方式一般适用于小型设备和低功率设备，其优点是结构简单、无需附加能耗，但散热效果相对较差。
2. 强制风冷却：强制风冷却是指通过风扇或风叶等装置，将外界空气强制引入设备内部，加速热量的散发。
强制风冷却方式适用于中型到大型设备和中高功率设备，其优点是散热效果较好，但需要额外的能耗。
3. 水冷却：水冷却是通过将循环水引入设备内部，将热量带走的方式。
水冷却方式适用于功率较大的设备，其散热效果好，但需要建设冷却水系统，并且对水质有一定要求。
4. 油冷却：油冷却是通过将冷却油引入设备内部，利用油的高导热性和较大的比热容将热量带走的方式。
油冷却方式适用于高功率设备和容器，油的散热效果好，但需要建设冷却油系统，并且对油质有一定要求。
三、温升分析与冷却设计的关系温升分析是为了计算电力设备在运行过程中产生的热量，并评估热量是否超出了设备的温度承受极限。
