Лекція №9

Тема: “Провідникові матеріали”.

План:

1. Класифікація провідників .

2. Електропровідність металів.

3. Властивості провідників.

3.1. Питома провідність і питомий опір провідників.

3.2. Температурний коефіцієнт питомого опору металів.

3.3. Теплопровідність металів.

3.4. Термоелектрорушійна сила.

3.5. Температурний коефіцієнт лінійного розширення провідників.

3.6. Механічні властивості провідників.

№1

Провідники бувають: 1) тверді речовини (це в основному метали і їх сплави);

2) рідини;

3) гази.

Тверді провідники

метали високої Сплави високого опору провідності

(при нормальній температурі (при нормальній температурі

ρ=0,05 мк Ом·м) ρ=0,3 мк Ом·м)

Використовується для Використовуються для

проводів; струмопровідних виготовлення резисторів; елект-

жил кабелів; обмоток ронагрівальних пристроїв;

електричних машин ниток ламп накалювання і т.п.

і трансформаторів і т. п.

2) рідкі провідники – це розплавлені метали та різні електроліти. Їх температура плавлення - дуже висока. Тільки ртуть (температура плавлення ≈-39°C) використовується в якості рідкого провідника при нормальній температурі. Інші метали використовують як рідкі провідники при високих температурах.

Механізм проходження струму в металах у твердому та рідкому стані обумовлений рухами (дрейфом) вільних електронів під дією електричного поля.

Тому метали поділяються на:

Провідники з електронною Електроліти

електропровідністю (провідники другого роду)

(провідники першого роду) розчини кислот, лужні розчини

метали солі, іонні кристали в

розплавленому стані.

3) Гази і пари (у цьому числі і пари металів) при низьких напруженостях електричного поля не є провідниками.

Залежність І=f(E) в газі.

Як ви вже знаєте, якщо напруженість поля перейде деяке критичне значення, що забезпечує початок ударної і фотоіонізації (виникає самостійна електропровідність), газ може стати провідником з електронною й іонною провідністю.

Сильно іонізований газ при рівній кількості електронів і позитивних іонів в одиниці об’єму являє собою особливе провідне середовище, яке називають плазмою. Плазма може виникнути:

- в результаті нагрівання до дуже високої tº (ізотермічна плазма)

- при електричному розряді в газі (газопровідна плазма)

Плазма хороший провідник електричного струму і має діамагнітні властивості.

Плазма присутня в атмосфері Землі (іоносфера) – це результат дії ультрафіолетової радіації Сонця – грає важливу роль для поширення радіохвиль. Плазма входить до складу Сонця і зірок.

Використання в техніці

Зокрема, ізотермічна плазма слугує провідником, що рухається (в якому індукується ерс) в магніто газодинамічних генераторах (МГД генератори), які призначенні для безпосереднього перетворення теплової енергії в електричну.

Матеріали з надзвичайно малим питомим опором при низьких (кріогенних) температурах називаються зверхпровідниками, гіперпровідниками.

№2

Залежно від природи носія заряду розрізняють наступні види електропровідності:

1) електронна електропровідність(мають від’ємний заряд);

2) іонна або електролітична електропровідність (носії – іони(додатні і від’ємно зарядженні частинки молекул – атомів або групи атомів)) проходження струму через речовину супроводжується в цьому випадку явищем електроліза;

3) моліонна або електрофоретична електропровідність (носії – зарядженні групи молекул - моліони) проходження струму через речовину супроводжується явищем електрофорезу.

Іноді спостерігається змінна електропровідність – носії заряду різних типів.

Електронна електропровідність характерна для металів для провідників чи напівпровідників значно рідше зустрічається у діелектриків.

Іонна і моліонна електропровідність найчастіше зустрічається у діелектриків.

Загальні уявлення про зонну теорію електропровідності Вам були дані ще на другій лекції. (При відповіді на це питання Вам необхідно буде розкрити суть електропровідності провідників).

Електронна теорія металів дала можливість аналітично описати і пояснити знайдені експериментально основні закони електропровідності і втрат енергії в металах; визначити властивості провідників. Також підтвердилась гіпотеза про наявність електронного газу в металах. Проте з’явилися протиріччя деяких висновків теорії з дослідними даними:

- невідповідність кривих температурної залежності питомого опору;

- невідповідність теоретично та практично отриманих значень теплоємкості металів (практично отримана теплоємкість матеріалу менша теоретичної що можливе тільки, якщо електронний газ не поглинає тепла при нагріванні металевого провідника).

Ці особливості пояснює квантова механіка: електронний газ в металах знаходиться в стані виродження; у цьому стані енергія електронного газу майже не залежить від температури, тобто тепловий рух майже не змінює енергію електронів. Тому теплота не витрачається на нагрівання електронного газу, що й впливає при вимірюванні теплоємкості металів. В стан, аналогічний звичайним газам, електронний газ приходить при температурах порядку тисячі Кельвінів.

Область вироженя

№3

Властивості провідників

Найважливіші параметри, що характеризують властивості провідників: