Вопрос 8 Проводниковые материалы

Проводники это вещества, внутри которых в случае электростатического равновесия электрическое поле равно нулю, т. е. некомпенсированные заряды проводников локализуются в бесконечно тонком поверхностном слое, а если электрическое поле отлично от нуля, то в проводнике возникает электрический ток.

Проводниками также называются системы, у которых на энергетических диаграммах зонной теории твердого тела полностью отсутствует зона запрещенных энергий, а также имеющие значения объемного удельного сопротивления () в диапазоне 10^-8 - 10^-4 Ом·м.

Проводниковые свойства проявляют как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы.

В электротехнике из твердых проводников наиболее широко используются металлы и их сплавы, различные модификации проводящего углерода и композиции на их основе.

Металлические проводники подразделяются на материалы высокой проводимости ( = 5∙10^-8 Ом·м; а именно серебро Ag, медь Cu, золото Au, алюминий Al и сплавы на их основе) и низкой проводимости (или с большим удельным сопротивлением) ( = 3∙10^-6 Ом·м; в частности вольфрам W, молибден Mo и др.).

К жидким проводникам относятся расплавы и электролиты. Если при прохождении тока через жидкие проводники на электродах не происходит выделение продуктов электролиза, то они относятся к проводникам первого рода.

Газы и парообразные вещества становятся проводниками лишь в определенных диапазонах значений давления, температуры и напряженности электрического поля. Близка к газам по своему агрегатному состоянию особая проводящая среда - плазма.

Высокопроводящими являются лишь химически чистые элементы подгруппы меди (медь, серебро и золото)

Вопрос 8.1 В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. К проводниковым материалам в электротехнике относятся металлы, их сплавы, контактные металлокерамические композиции и электротехнический уголь. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы, характеризующиеся электронной проводимостью; основной параметр для них - удельное электрическое сопротивление в функции температуры.

Диапазон удельных сопротивлений металлических проводников весьма узок и составляет от 0,016 мкОм_м для серебра до 1,6 мкОм_м для жаростойких железохромоалюминиевых сплавов. Электрическое сопротивление графита с увеличением температуры проходит через минимум с последующим постепенным повышением.

По роду применения проводниковые материалы подразделяются на группы:

1. проводники с высокой проводимостью - металлы для проводов линий электропередачи и для изготовления кабелей, обмоточных и монтажных проводов для обмоток трансформаторов, электрических машин, аппаратуры и пр.;

2. конструкционные материалы - бронзы, латуни, алюминиевые сплавы и т.д., применяемые для изготовления различных токоведущих частей;

3. сплавы высокого сопротивления - предназначаемые для изготовления дополнительных сопротивлений к измерительным приборам, образцовых сопротивлений и магазинов сопротивлений, реостатов и элементов нагревательных приборов, а также сплавы для термопар, компенсационных проводов и т.п.;

4. контактные материалы - применяемые для пар неразъемных, разрывных и скользящих контактов;

5. материалы для пайки всех видов проводниковых материалов.

Механизм прохождения тока в металлах обусловлен движением (дрейфом) свободных электронов под воздействием электрического поля; поэтому металлы называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода.

Свойства проводников

К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся:

1. удельная проводимость g или обратная ей величина — удельное сопротивление r;

2. температурный коэффициент удельного сопротивления ТКr или ar;

3. коэффициент теплопроводности gт;

4. контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила (термо – ЭДС);

5. работа выхода электронов из металла;

6. предел прочности при растяжении sр и относительное удлинение перед разрывом Dl/l.