¿Por qué el calentamiento aumenta la resistencia?

El calentamiento puede aumentar la resistencia de un conductor, generalmente un cable de acero o un semiconductor, debido a numerosos mecanismos físicos subyacentes. A continuación, se explica el motivo:
Aumento de las vibraciones atómicas: a medida que aumenta la temperatura de un conductor, los átomos dentro del material vibran con mayor fuerza. Estas vibraciones alteran el flujo de electrones, lo que hace que colisionen con mayor frecuencia con los iones de la red, lo que aumenta la resistencia. Este efecto es especialmente considerable en los metales, donde la principal fuente de resistencia es la dispersión electrón-átomo.
Cambio en el camino libre medio del electrón: el camino libre medio sugerido es la distancia media que recorre un electrón entre colisiones. A temperaturas más altas, las vibraciones atómicas prolongadas acortan este camino, lo que da lugar a colisiones más frecuentes y, en consecuencia, a una mayor resistencia.
Cambios en las propiedades de los materiales: Algunas sustancias sufren cambios de sección o de forma cristalina a temperaturas elevadas, lo que puede afectar a su conductividad eléctrica y, por tanto, a su resistencia a la corrosión. Por ejemplo, ciertos metales pueden volverse menos conductores al calentarse debido a cambios en la forma de su banda electromagnética.
Expansión térmica: En los conductores fabricados con sustancias que se agrandan notablemente al calentarse, la expansión física puede provocar un cambio en la geometría del conductor, que incluye un aumento en la sección transversal o una disminución en la longitud. Si bien el efecto directo de la expansión térmica en la resistencia es complejo y puede depender de la geometría específica, en los cables, por ejemplo, un aumento en la sección transversal puede reducir ligeramente la resistencia debido a más vías de trabajo, mientras que una disminución en la longitud puede reducir la resistencia. Sin embargo, esas consecuencias geométricas son generalmente secundarias a las vibraciones atómicas prolongadas y la dispersión de electrones.
Comportamiento de los semiconductores: En los semiconductores, el calentamiento puede aumentar la cantidad de electrones libres disponibles para la conducción debido a la ruptura de enlaces covalentes mediante la energía térmica. Sin embargo, este efecto inicialmente contraintuitivo se ve contrarrestado por el aumento simultáneo de la cantidad de pares electrón-hueco, que también contribuyen a la resistencia. Por lo tanto, aunque la conductividad de un semiconductor también puede aumentar con la temperatura, su resistencia, descrita como la relación entre el voltaje y la corriente, aumenta debido a que el aumento de la corriente se ve superado por el aumento de la caída de voltaje debido a más eventos de dispersión.
En resumen, la causa esencial del auge de la resistencia con la temperatura en los conductores más grandes son las vibraciones atómicas intensificadas que dificultan el movimiento de los electrones, lo que lleva a colisiones más frecuentes y activas.