온도에 따른 도체의 저항 변화 측정

물리1 내용중에 도체는 온도가 올라갈수록 저항이 커진다는 내용이 교재에 적혀있다. 한 학생이 이것을 실험해 보고 싶다는 의견을 내어 실험을 구상해 보았다.

일단 도체의 저항을 측정할 멀티미터가 필요하고 도체가 필요하다. 일반적인 도체는 저항이 매우 작아서 짧은 길이의 도체 저항을 측정하기가 어렵다. 그래서 가늘고 긴 도체선을 이용하여 실험을 하는것이 좋다. 또한 온도를 변화시키주려면 고온의 오븐과 저온의 냉장고에서 실험을 해야 하는데 멀티미터가 제대로 동작하는데에 문제가 생길 것 같았다.

생각을 하던 중 가느다란 에나멜선을 사용하면 되겠다는 생각이 들었다. 에나멜선을 오븐에 넣을 필요 없이 끓는 물에 담그면 고온을 측정할 수 있고, 냉장실에 넣어두었다가 측정하면 간편히 실험을 할 수 있을것으로 보였다. 나중에 액체질소 실험할때가 있으면 액체질소에 담가서 실험 해 보아도 좋을 것 같다.

학교에 정밀한 멀티테스터가 없어서 그냥 테스터기를 이용하기로 하였다. 우선 실온에서 저항을 측정하고 에나멜선을 끓는 물에 담아 100도로 만든뒤 저항을 측정한다. 측정한 저항값과 온도를 보면 저항이 달라짐을 확인할 수 있고 온도계수를 계산할 수도 있다.

0.1mm 에나멜선의 저항은 1m당 2.16옴이다. 에나멜선 약 50~100m 의 길이를 감아 100~200옴의 저항으로 실험하였다. 아이들에게 실험을 맡겨 보았더니 에나멜선을 감는것이 너무 힘들다 하여 드릴과 남아있던 과학상자를 이용해 에나멜선을 감아 주었다.

온도에 따른 저항 식.

R = R₀[1 + a(T - T₀)]

R_{0 :} 온도가 T₀일때 저항 _,  R _: 온도가 T일때 저항 _, a : 온도계수

 

온도에 따른 비저항 그래프

여러 금속의 온도계수

구리선에 대한 AWG 규격

AWG sizes	Dia(mm)	Area(mm²)	R (Ω/m)	R (Ω/km)
0000	11.684	107.2193	0.000160794	0.160794
000	10.404	85.0114	0.000202756	0.2027559
00	9.266	67.4321	0.000255676	0.2556759
0	8.251	53.4749	0.000322408	0.3224081
1	7.348	42.4086	0.000406496	0.4064961
2	6.544	33.6318	0.000512795	0.5127953
3	5.827	26.6698	0.000646325	0.6463255
4	5.189	21.1513	0.000815289	0.8152887
5	4.621	16.7731	0.001027887	1.0278871
6	4.115	13.3013	0.00129626	1.2962598
7	3.665	10.5509	0.001634514	1.6345144
8	3.264	8.3664	0.002061024	2.0610236
9	2.906	6.6315	0.002598753	2.5987533
10	2.588	5.2604	0.003277231	3.277231
11	2.304	4.1684	0.004133858	4.1338583
12	2.053	3.3088	0.005209974	5.2099738
13	1.829	2.6268	0.006571522	6.5715223
14	1.628	2.0809	0.008284121	8.2841207
15	1.450	1.6521	0.010446194	10.446194
16	1.291	1.3087	0.013175853	13.175853
17	1.151	1.0398	0.016614173	16.614173
18	1.024	0.8231	0.020948163	20.948163
19	0.912	0.6530	0.026414042	26.414042
20	0.812	0.5176	0.033300525	33.300525
21	0.724	0.4116	0.041994751	41.994751
22	0.643	0.3243	0.052952756	52.952756
23	0.574	0.2588	0.0667979	66.7979
24	0.511	0.2047	0.08421916	84.21916
25	0.455	0.1624	0.106200787	106.20079
26	0.404	0.1281	0.133891076	133.89108
27	0.361	0.1022	0.168864829	168.86483
28	0.320	0.0804	0.212926509	212.92651
29	0.287	0.0647	0.268503937	268.50394
30	0.254	0.0507	0.338582677	338.58268
31	0.227	0.0404	0.42683727	426.83727
32	0.202	0.0320	0.538385827	538.38583
33	0.180	0.0255	0.678805774	678.80577
34	0.160	0.0201	0.855971129	855.97113
35	0.142	0.0159	1.079396325	1079.3963
36	0.127	0.0127	1.360892388	1360.8924
37	0.114	0.0103	1.716207349	1716.2073
38	0.102	0.0081	2.164041995	2164.042
39	0.089	0.0062	2.729002625	2729.0026
40	0.080	0.0050	3.44160105	3441.601
41	0.071	0.0040	4.22562336	4225.6234
42	0.063	0.0032	5.200524934	5200.5249
43	0.056	0.0025	6.792519685	6792.5197
44	0.050	0.0020	8.189665354	8189.6654
45	0.045	0.0016	10.5191601	10519.16
46	0.040	0.0012	13.31332021	13313.32
47	0.035	0.0010	16.43618766	16436.188
48	0.032	0.0008	22.16574803	22165.748
49	0.028	0.0006	27.17001312	27170.013
50	0.025	0.0005	34.08208661	34082.087

AWG_Sizes.xls