题目内容

材料的电阻率ρ随温度变化的规律为ρ=ρ0(1+αt),其中α称为电阻温度系数,ρ0是材料在t=0℃时的电阻率。在一定的温度范围内α是与温度无关的常量。金属的电阻一般随温度的增加而增加,具有正温度系数;而某些非金属如碳等则相反,具有负温度系数。利用具有正负温度系数的两种材料的互补特性,可制成阻值在一定温度范围内不随温度变化的电阻。已知:在0℃时,铜的电阻率为1.7×10-8ΩŸm,碳的电阻率为3.5×10-5ΩŸm;在0℃附近,铜的电阻温度系数为3.9×10-3℃-1,碳的电阻温度系数为-5.0×10-4℃-1。将横截面积相同的碳棒与铜棒串接成长1.0m的导体,要求其电阻在0℃附近不随温度变化,求所需碳棒的长度(忽略碳棒和铜棒的尺寸随温度的变化)。

3.8×10-3m


解析:

设所需碳棒的长度为L1,电阻率为ρ1,电阻恒温系数为α1;铜棒的长度为L2,电阻率为ρ2,电阻恒温系数为α2。根据题意有

ρ1=ρ10(l+α1t)          ①

ρ2=ρ20(l+α2t)          ②

式中ρ10、ρ20分别为碳和铜在0℃时的电阻率。

设碳棒的电阻为R1,铜棒的电阻为R2,有

           ③

          ④

式中S为碳棒与铜棒的横截面积。

碳棒和铜棒连接成的导体的总电阻和总长度分别为

               R=R1+R2            ⑤

               L0=L1+L2            ⑥

式中L0=1.0m

联立以上各式得:     ⑦

要使电阻R不随温度t变化,⑦式中t的系数必须为零。即

                 ⑧

联立⑥⑧得:

                  ⑨

代入数据解得:L1=3.8×10-3m                ⑩

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