Relazione Misura del coefficiente di temperatura della resistenza di vari materiali

Misura del coefficiente di temperatura della resistenza di vari materiali

Relazione di Laboratorio di Fisica II di Paola Lucia Gentile
A.A. 2014/15
Matricola M05000332
zagabria_94@hotmail.it

Introduzione

Lo scopo di questa esperienza è lo studio dell’andamento della resistenza in funzione della temperatura di alcuni materiali.

La resistenza elettrica è una grandezza fisica scalare che misura la tendenza di un corpo ad opporsi al passaggio di una corrente elettrica, quando sottoposto ad una tensione elettrica. Questa opposizione dipende dal materiale con cui è realizzato, dalle sue dimensioni e dalla sua temperatura. Uno degli effetti del passaggio di corrente in un conduttore è il suo riscaldamento (effetto Joule). La dipendenza della resistenza dalla temperatura discende dalla dipendenza della resistività: viene linearizzata con la dilatazione termica:

−TR=R₀ (1+ α (T°C))

Dove α è un coefficiente proprio del metallo, R₀ è la resistenza a temperatura 0°C e R è la resistenza a temperatura T°C.

Il coefficiente di temperatura della resistenza è quindi dato da:

−RR_T = α (T − T₀) / R₀

Per la maggior parte dei conduttori ed isolanti nei comuni impieghi ciò è sufficiente, dato che i più elevati coefficienti di temperatura sono per lo più decisamente piccoli: addirittura per materiali come la costantana nell'intervallo termico di lavoro può approssimarsi come costante. A seconda che il valore della resistenza ohmica diventi più grande o più piccolo, si distingue tra conduttori "caldi", tecnicamente chiamati PTC (Positive Temperature Coefficient, resistenza che cresce con l'aumentare della temperatura), e conduttori "freddi", gli NTC (Negative Temperature Coefficient, resistenza che decresce con l'aumentare della temperatura). Nelle applicazioni tecniche la dipendenza della resistenza dalla temperatura è utilizzata, per esempio, nei termostati o negli anemometri a termistore.

Apparato sperimentale

L’apparato sperimentale presente all’interno del Laboratorio di Fisica II presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia di Catania è costituito da un recipiente contenente dell’acqua in cui sono immerse delle resistenze collegate a dei tester digitali. La prima fase dell’esperimento consiste nel riscaldare progressivamente l’acqua e studiare l’andamento delle resistenze in base all’aumento di temperatura; la seconda in base al decremento di questa. Temperatura e valori di resistenza sono stati misurati mediante un termometro a mercurio e dei tester digitali le cui sensibilità di misura sono state riportate nel seguente prospetto.

Esecuzione dell'esperienza e tabelle di dati

Prima di iniziare a riscaldare l’acqua in cui sono state immerse le due resistenze scelte - una PTC ed una NTC, rispettivamente chiamate nella tabella riportante i dati raccolti R₁ e R₂ – si è provveduto a rilevare la temperatura ambiente e i relativi valori segnati dai tester digitali. Fatto ciò, l’acqua è stata riscaldata fino ad un massimo di 91.5°C e sono stati raccolti i dati delle resistenze ogni mezzo grado quando questo è stato possibile. Lo stesso è stato fatto durante la fase di raffreddamento. Eventuali misure mancanti sono dovute al fatto che la temperatura crescesse o diminuisse troppo velocemente, impedendo allo sperimentatore di raccoglierle.

Qui di seguito i prospetti dei dati durante la fase di riscaldamento (Tabella [1]) e raffreddamento (Tabella [2]).

Riscaldamento

La sensibilità di misura di tale strumento varia al variare della grandezza presa. Nella Tabella [1] e nella Tabella [2] si possono notare chiaramente i passaggi da un multiplo all’altro della misura di resistenza con la conseguente modificazione del valore.