Sıcaklık katsayısı

Sıcaklık katsayısı sıcaklık değişim derecesi başına herhangi bir maddenin elektrik direncindeki değişimin ölçüsüdür.^[1] Bu katsayı elektrikte özdirençin (dolayısıyla direncin) sıcaklığa bağlı olarak değişmesi hesaplanırken kullanılan katsayıdır ve her derece başına direnç artış oranını gösterir. Bu katsayının kısaltması ${\displaystyle \alpha }$ dir ve fiziksel boyutu da kullanılan sıcaklık ölçeğine göre, 1/K⁰ veya 1/C⁰ dir.

Maddelerin özdirençleri sıcaklığa bağlı olarak değişir. Özdirenç metallerde sıcaklığa bağlı olarak artarken, yarı iletkenlerde azalır. Kimi alaşımlarda ise sıcaklık kat sayısı çok küçüktür. Bu tür alaşımlar farklı sıcaklıklarda değeri değişmeden çalışması ön görülen dirençlerde kullanılır. En iyi bilinen örnek bakır, manganez ve nikel alaşımı olan manganindir ^[2] Şayet sıcaklık farkı fazla değilse bu artış veya azalış doğrusal kabul edilebilir. Buna göre;

${\displaystyle p=p_{0}\cdot (1+\alpha \cdot (T-T_{0}))}$

Bu denklemde p özdirenç ve T sıcaklıktır.

Sıcaklık katsayısının metallerde sıcaklığa bağlı olarak artması elektrik ampullerinin ilk yakılma anında yanarak bozulması olayını da açıklar. Çünkü ampul ilk anda soğuktur ve filaman direnci düşüktür. Bu sırada filamandan normalin üstünde bir akım akar ve ampul normalin üstünde bir güçle çalışmaya başlar. Şayet filaman eskimiş ise bu durumda yanarak arızalanır.

Bir metal nesnenin direnci 20⁰ derece sıcaklıkta 5 ${\displaystyle \Omega }$ dır. Şayet sıcaklık katsayısı 0.002 ise bu nesnenin 80⁰ derecedeki direnci şu şekilde hesaplanır;

${\displaystyle R=R_{0}\cdot (1+\alpha \cdot (T-T_{0}))=5\cdot (1+0.002\cdot (80-20))=5.6\quad \Omega }$

Kimi metallerin sıcaklık katsayıları söyledir ^[3]

Çoğu seramik, direnç davranışının negatif sıcaklık bağımlılığı sergiler. Bu etki, geniş bir sıcaklık aralığında Arrhenius denklemi ile hesaplanır:

${\displaystyle R=Ae^{\frac {B}{T}}}$

burada R direnç, A ve B sabit ve T mutlak sıcaklıktır (K).

B sabiti, elektrik iletiminden sorumlu yük taşıyıcıları oluşturmak ve hareket ettirmek için gerekli enerjilerle ilgilidir – dolayısıyla B değeri arttıkça malzemenin yalıtkanlığı da artar. Pratik ve ticari NTC direnç'ler, mütevazı direnci, sıcaklığa karşı iyi hassasiyet sağlayan bir B değeriyle birleştirmeyi amaçlar. "B" sabit değerinin önemi o kadar büyüktür ki B parametre denklemini kullanarak NTC termistörleri tanımlamak mümkündür:

${\displaystyle R=r^{\infty }e^{\frac {B}{T}}=R_{0}e^{-{\frac {B}{T_{0}}}}e^{\frac {B}{T}}}$

burada ${\displaystyle R_{0}}$, ${\displaystyle T_{0}}$ sıcaklığındaki dirençtir.

Bu nedenle, kabul edilebilir ${\displaystyle R_{0}}$ değerleri üreten birçok malzeme, alaşımlı veya malzemenin fiziksel özelliği (örneğin malzemenin termal iletkenlik veya elektrik direnci) tanımlanmış bir sıcaklık aralığında sıcaklık artınca azalan negatif sıcaklık katsayısı (NTC) değişken özellikli malzemeleri kapsar. Çoğu malzemelerde artan sıcaklıkla elektrik direnci azalır.

Negatif sıcaklık katsayılı malzemeler 1971'den beri yerden ısıtma'da kullanılmaktadır. Negatif sıcaklık katsayısı, halıların, armut sandalyelerin, şiltelerin vb. altındaki ahşap döşemelere hasar verebilen ve nadiren yangına neden olabilen aşırı ısınmayı önler.