 |
Раздел №3. Проводниковые материалы.
|
|
|
|
Проводниковыми называют материалы, хорошо проводящие электрический ток.
Классификация проводников.
По агрегатному состоянию:
- твердые – металлы и их сплавы;
- жидкие – расплавленные металлы и электролиты;
- газообразные – плазма.
По носителям заряда:
- проводники первого рода – электронная электропроводность (металлы);
- проводники второго рода – ионная электропроводность (электролиты).
По способности проводить электрический ток:
- сверхпроводники (ρ = 0)
- криопроводники
- металлы (ρ ≤ 0,05 мкОм*м)
- сплавы (ρ ≥ 0,3 мкОм*м)
- электролиты
Свойства проводников.
1. Электропроводность – способность материала проводить электрический ток. Количественной оценкой электропроводности является удельное объемное электрическое сопротивление ρ или проводимость γ.
где R – сопротивление проводника; S – площадь поперечного сечения; l – длина проводника. Удельное сопротивление измеряется в Ом*м, а проводимость в См/м.
Значение удельной проводимости или удельного сопротивления зависят, в основном, от средней длины свободного пробега электронов в данном проводнике. λ, в свою очередь, определяется структурой проводникового материала. Все чистые металлы с наиболее правильной кристаллической решеткой характеризуются наименьшими значениями удельного сопротивления. Любые примеси повышают удельное сопротивление. Примесь другого металла, имеющего меньшее удельное сопротивление, чем основной, повышает его сопротивление. Это объясняется искажением кристаллической решетки основного металла даже небольшим количеством примеси.
2. Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления учитывает влияние температуры на удельное электрическое сопротивление проводников.
|
|
|
где ρ0, ρt – удельное объемное электрическое сопротивление при температуре T0 =20oС и при данной температуре T; αρ – температурный коэффициент удельного сопротивления.
Вследствие усиления колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического поля, т.е. уменьшается средняя длина свободного пробега электрона, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов и возрастает удельное сопротивление.
3. Работа выхода электрона. Электроны в металле находятся в беспорядочном хаотичном движении при отсутствии электрического поля. Наиболее быстро движущиеся электроны, обладающие достаточно большей кинетической энергией, могут вырываться из металла в окружающее пространство. Энергия, которую нужно затратить для удаления электрона из металла в вакуум называют работой выхода (измеряется в электрон-вольтах).
4. Теплопроводность – способность передавать тепло от более нагретых к менее нагретым частям материала. За передачу теплоты через материал ответственны те же свободные электроны, которые определяют электропроводность металлов и число которых в единице объема металла весьма велико. Поэтому коэффициент теплопроводности проводниковых материалов, намного больше, чем коэффициент теплопроводности диэлектриков. Очевидно, что при прочих равных условиях, чем больше удельная электрическая проводимость материала, тем больше его коэффициент теплопроводности.
5. Контактная разность потенциалов и термо-ЭДС. При соприкосновении двух различных металлических проводников между ними возникает контактная разность потенциалов. Причина появления этой разности потенциалов заключается в различии значений работы выхода электронов из различных металлов, а также в том, что концентрация электронов, а, следовательно, и давление электронного газа у разных металлов и сплавов могут быть неодинаковыми. Если температуры žспаев одинаковы, то сумма разности потенциалов в замкнутой цепи равна нулю. Иначе обстоит дело, когда один из спаев имеет температуру T1, а другой – температуру Т2. В этом случае в цепи возникает термоЭДС пропорциональная разности температур спаев.
|
|
|
Данное свойство проводников используется в термопарах – приборах, измеряющих температуру.
6. Линейный коэффициент теплового расширения. При нагреве до одинаковой температуры для различных проводников характерны разные значения увеличения их длины, которые характеризуются температурным коэффициентом линейного расширения.
Данное свойство проводников используется в тепловых реле.
7. Механические свойства проводника это механическая прочность и относительное удлинение перед разрывом.
|
|
|
