Питання для самоперевірки
1 Як зв’язки між атомами впливають на властивості металів?
2 Які дефекти властиві кристалічній будові твердого металу і як вони впливають на реальну міцність?
3 Які сталі називають легованими?
4 Якими умовними позначеннями маркують сталь?
5 Завдяки яким властивостям мідь використовують в техніці?
6 Яких властивостей надають латуням домішки олова, кремнію, марганцю, заліза?
7 Чому лінії електропередач виготовляють з алюмінієвого дроту?
до змісту
Тема 2 Провідникові матеріали
Анотація. Матеріал теми описує електропровідность матеріалів, основні характеристики провідникових матеріалів, сплавів високого опору, надпровідників та кріопровідників.
Питання теми
2.1 Основні положення теорії електропровідності.
2.2 Електропровідність металів.
2.3 Провідникові матеріали.
2.4 Сплави високого опору.
2.5. Надпровідники.
2.6. Кріопровідники.
2.1 Основні положення теорії електропровідності
Виведемо загальну формулу, що виражає зв'язок питомої провідності речовини з фізичними величинами, які характеризують носії заряду, наявні в речовині. Припустимо, що в речовині є тільки однакові за своєю природою, абсолютним значенням і знаком електричні заряди. Будемо вважати, що в одиниці об'єму речовини з ребром, рівним одиниці довжини, перебуває n носіїв зарядів. Тоді сумарний заряд цього об'єму відповідно дорівнює n*q. Якщо в розглянутій частині речовини діє електричне поле з напруженістю E, яка перпендикулярна до однієї з граней куба, то на кожний носій заряду діятиме сила, рівна F = n*q. Ця сила створює впорядковану складову Vд швидкості носія заряду, що називається швидкістю дрейфу на відміну від Vт – невпорядкованого теплового руху. У позитивних зарядів швидкість дрейфу збігається з напрямком напруженості електричного поля, а в негативних зарядів спрямована проти вектора напруженості. У зв'язку з тим, що швидкості різних носіїв зарядів відрізняються одна від одної й до того ж змінюються в часі, під Vд і Vт матимемо на увазі середню швидкість для всіх носіїв зарядів за деякий досить великий проміжок часу.
Добуток n*q* Vд представляє кількість електрики, що проходить за одиницю часу через одиницю поперечного перерізу провідної речовини, тобто щільність струму
J = n*q* Vд (2.1)
З огляду на те, що питома провідність матеріалу визначається як коефіцієнт пропорційності між щільністю струму й напруженістю електричного поля, що викликала цей струм, запишемо
;
(2.2)
;
(2.3)
(2.4)
Відношення дрейфової швидкості носія заряду до напруженості, що викликала цю швидкість, електричного поля, називається рухливістю носія заряду
u = Vд / E (2.5)
Очевидно, що для зв'язаних зарядів u = 0, а для вільних зарядів u відмінне від нуля, причому для позитивних зарядів u позитивне, а для негативних - негативне.
Запишемо загальну формулу питомої провідності в найпростішому вигляді
(2.6)
З цієї формули можна зробити висновок, що незалежно від знаку носіїв заряду питома провідність завжди позитивна. Якщо в речовині присутнє одночасно m носіїв зарядів різного виду, то незалежно від їхнього знаку внески різних видів носіїв у питому провідність речовини повинні підсумовуватися арифметично:
(2.7)
Дана формула справедлива для ізотропних речовин. Якщо речовина анізотропна, то формула прийме вигляд
(2.8)
Для більш повного та детального розуміння цього питання прочитайте матеріали 1 (стр.111-132), 3 (стр.186-198) література.