Die Relation von elektrischer Resistenz zur inneren Energie

Gliederung

  • Fragestellung & Hypothese
  • Versuch: Materialien, Aufbau & Methodik 
  • Ergebnisse
  • Datenanalyse & Vergleich von Eigen- und Fremd-Versuch
  • Theoretisches Fundament
  • Konklusion 

Fragestellung & Hypothese

"Welche Reaktion zeigt die elektrische Resistenz eines Systems auf eine thermische Veränderung innerhalb dessen?"


Hypothese:

  • Erhöhte Resistenz, bedingt durch vermehrte Streuung der Leitungselektronen an Störstellen des Kristallgitters sowie an Gitterschwingungen (Phononen).

Relevanz:

  • Elektrotechnik und Bauingenieurwesen 
  • Manufaktur von Thermistoren

Versuchsaufbau

Materialien:

  • Bunsenbrenner
  • Kupferdraht
  • Multimeter
  • Stromquelle
  • Krokodilklemmen
  • Stoppuhr
  • 12V Glühlampe 


  • Aufbau eines Stromkreises
  • Kalibrierung des Multimeters auf Spannungsbereich von bis zu 10V
  • Erhitzen des Drahtes mittels Bunsenbrenners
  • periodische Datenaufnahme nach 30s

Methodik

  • Erfassung der Zeit anhand von Stoppuhr
  • Erhitzen des Drahtes mittels Bunsenbrenner
  • Messung des Widerstandes durch Multimeter

Datenanalyse & Vergleich von Eigen- und Fremd - Versuch


Es konnten keinerlei Veränderungen der elektrischen Resistenz bei unterschiedlichen Temperaturen festgestellt werden.

mögliche Gründe hierfür sind:

  1. ungenaue Messungen bedingt durch mangelndes Versuchsinventar
  2. unzuverlässige Datenaufnahme



  1. Experiment zur temperaturabhängigkeit der elektrischen Resistenz von Aluminium:

  • Erhitzung des Drahtes mittels AC
  • Aufnahme der genauen Temperatur mittels Thermoelement
  • Datenerfassung erfolgte in 15s Intervallen
  • Messungen erfolgten im Vakuum
  • Bei Temperaturen zwischen 450K - 900K

  1. Experiment zur Temperaturabhängigkeit der elektrischen Resistenz von Kupfer:

  • Datenerfassung erfolgte mittels Computer Software
  • Testdrähte gekühlt, bzw. erhitzt mittels dielektrischer Füßigkeit
  • Messung der Temperatur durch platinum resistive temperature detector (RTD)

Theoretisches Fundament

  • Temperaturkoeffizienten Gleichung; R= R0 *[1+(α*10-3)*(ΔT)]
  • Für Kupfer bei 100°C: R= 100*[1+(3.9*10-3)*(80°C)]= 131,2 Ω
  • Temperaturanstieg --> Zunahme der Phononen Dichte --> Verringerung der Interaktionszeit                   -->  Verringerte Mobilität
  • Temperaturabhängigkeit optischer Phononenmobilität = T^-3/2
  • Temperaturabhängigkeit akustischer Phononenmobilität = T^-1/2
  • Temperaturkoeffizient Kupfers :  POSITIV --> Anstieg der Resistenz bei zunehmender Temperatur  

Konklusion

  • Durch die Abhängigkeit des Phononen - und Elektronen Verhaltens von der inneren Energie eines Systemes, ist diese fähig Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit, sowie die elektrische Resistenz dieses Systems zu nehmen.
  • Obwohl unser Experiment diese Theorie nur teilweise unterstützt, existiert experimenteller Beweis dieses Phänomen.
  • Eine größere Präzision und somit Effizienz des Experimentes ist also vermutlich durch präzisere Messgeräte zu erreichen.


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by sallypukii

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Public - 5/26/16, 12:39 PM