Номер 1, страница 170 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

1. Что такое термистор, где его используют?

Что такое термистор

Термистор (или терморезистор) — это полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно зависит от температуры. Название является сокращением от английских слов thermal resistor (тепловой резистор). Термисторы изготавливаются из оксидов металлов (например, марганца, никеля, кобальта, меди) или поликристаллического полупроводникового материала.

Основное свойство термистора — это его температурный коэффициент сопротивления (ТКС), который показывает, как сильно изменяется сопротивление при изменении температуры на один градус. В зависимости от знака ТКС, термисторы делятся на два основных типа:

1. NTC-термисторы (Negative Temperature Coefficient): Термисторы с отрицательным ТКС. Их сопротивление уменьшается при увеличении температуры. Это наиболее распространенный тип. Зависимость их сопротивления $R$ от температуры $T$ (в Кельвинах) является нелинейной и часто описывается экспоненциальным законом, например, с помощью уравнения Стейнхарта-Харта или более простой формулы с B-коэффициентом: $R(T) = R_0 \cdot \exp\left(B \left(\frac{1}{T} - \frac{1}{T_0}\right)\right)$, где $R_0$ — сопротивление при базовой температуре $T_0$ (обычно 298.15 K или 25°C), а $B$ — коэффициент, зависящий от материала.

2. PTC-термисторы (Positive Temperature Coefficient): Термисторы с положительным ТКС. Их сопротивление, наоборот, увеличивается с ростом температуры. PTC-термисторы бывают двух видов:
- Переключательного типа (Switching type): Изготавливаются из поликристаллической керамики (например, на основе титаната бария). Их сопротивление резко возрастает в узком температурном диапазоне вблизи так называемой точки Кюри.
- Силисторы (Silistors): Изготавливаются из сильно легированного кремния и имеют почти линейную зависимость сопротивления от температуры в широком диапазоне.

Ответ: Термистор — это резистор, изготовленный из полупроводникового материала, чье сопротивление сильно и предсказуемо изменяется в зависимости от температуры. Существуют NTC-термисторы (сопротивление падает с ростом температуры) и PTC-термисторы (сопротивление растет с ростом температуры).

Где его используют

Благодаря своей высокой чувствительности к температуре, малым размерам и низкой стоимости, термисторы находят широкое применение в различных областях.

Применение NTC-термисторов:
- Измерение температуры: Они используются в качестве датчиков температуры в цифровых термометрах (медицинских и промышленных), термостатах бытовой техники (холодильники, духовки, кондиционеры, водонагреватели), автомобильных системах (контроль температуры двигателя, масла, воздуха), а также в метеорологическом оборудовании.
- Ограничение пускового тока: В блоках питания и другой электронике их используют для плавного старта. В холодном состоянии термистор имеет высокое сопротивление, которое ограничивает начальный бросок тока. После разогрева его сопротивление падает до минимума, не мешая нормальной работе устройства.
- Температурная компенсация: В электронных схемах термисторы применяются для компенсации температурной зависимости параметров других компонентов, обеспечивая стабильность работы устройства в широком диапазоне температур.

Применение PTC-термисторов:
- Самовосстанавливающиеся предохранители (PolySwitch): При превышении тока PTC-термистор быстро нагревается, его сопротивление резко возрастает (в сотни и тысячи раз), что ограничивает ток до безопасного уровня. После устранения причины перегрузки и остывания он восстанавливает свое низкое сопротивление, и цепь снова готова к работе.
- Саморегулирующиеся нагреватели: PTC-элементы используются в небольших нагревательных приборах (например, клеевые пистолеты, подогреватели автомобильных сидений, фены). Они автоматически поддерживают заданную температуру без дополнительной управляющей электроники: при достижении нужной температуры их сопротивление растет, мощность нагрева падает, предотвращая перегрев.
- Защита от перегрева: Устанавливаются на обмотки электродвигателей, трансформаторов. При достижении критической температуры сопротивление резко увеличивается, что фиксируется схемой защиты, отключающей питание.

Ответ: Термисторы используются для измерения и контроля температуры (в термометрах, термостатах), для защиты электронных схем (ограничение пускового тока, самовосстанавливающиеся предохранители), а также в качестве саморегулирующихся нагревательных элементов.