PTC效应的PTC的工作原理

PTC热敏电阻(正温度系数热敏电阻)是一种具温度敏感性的半导体电阻，一旦超过一定的温度(居里温度) 时，它的电阻值随着温度的升高几乎是呈阶跃式的增高。PTC热敏电阻本体温度的变化可以由流过PTC热敏电阻的电流来获得，也可以由外界输入热量或者这二者的叠加来获得。 陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体，而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基，掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的，具有较低的电阻及半导特性.通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到的:在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代，因而得到了一定数量产生导电性的自由电子。

对于PTC热敏电阻效应,也就是电阻值阶跃增高的原因，在于材料组织是由许多小的微晶构成的，在晶粒的界面上,即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒,阻碍电子越界进入到相邻区域中，因此而产生高的电阻.这种效应在温度低时被抵消；在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动.而这种效应在高温时，介电常数和极化强度大幅度地降低，导致势垒及电阻大幅度地增高，呈现出强烈的PTC效应。

PTC热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件．PTC热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化。若电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为μn、μp，则半导体的电导为：

σ=q（nμn+pμp）

因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线．这就是半导体热敏电阻的工作原理．

ptc效应是一种材料具有ptc(positive temperature coefficient）效应，即正温度系数效应，仅指此材料的电阻会随温度的升高而增加。如大多数金属材料都具有ptc效应。在这些材料中，ptc效应表现为电阻随温度增加而线性增加，这就是通常所说的线性ptc效应。

（1）从乙图可知，电路中只有电阻Rr，

当温度为60℃时，由甲图可知电阻Rr=10KΩ=10000Ω，

而电源电压为U=220V，

∴电路中的电流为：I=

U

Rr

=

220V

10000Ω

=0.022A=22mA．

而t=1min=60s，

∴消耗的电能为：W=UIt=220V×0.022A×60s=290.4J．

（2）从乙图可知，PTC元件的最小电阻为30℃时的电阻，Rr小=2KΩ=2000Ω，

∴PTC元件的最大电功率为：P最大=

U2

Rr小

=

(220V)2

2000Ω

=24.2W．

（3）①当温度达到60℃时，PTC元件发热功率等于散热功率，温度保持不变．

从图甲可以看出，当它的温度高于60℃时，PTC元件的电阻Rr增大，由公式P=

U2

R

可知PTC元件发热功率变小，发热功率小于散热功率，温度下降；

②从图甲可以看出，当它的温度低于60℃时，PTC元件的电阻Rr减小，由公式P=

U2

R

可知PTC元件发热功率变大，发热功率大于散热功率，温度上升；因此保温杯中的水可以保持在60℃左右．

故答案为：（1）22；290.4．

（2）24.2．

（3）PTC元件的电阻Rr增大，由公式P=

U2

R

可知PTC元件发热功率变小，发热功率小于散热功率；PTC元件的电阻Rr减小，由公式P=

U2

R

可知PTC元件发热功率变大，发热功率大于散热功率．

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