Задача 3

Для заданных проводниковых материалов:

1. Укажите свойства заданных проводниковых материалов, область применения, кратко опишите материалы.

2. Приведите основные параметры проводников, поясните их физический смысл и укажите численные значения параметров заданных материалов.

Дано:

Алюминий

Кадмий

Решение:

Проводники – это электротехнические материалы, имеющие удельное сопротивление в пределах от 10^-8 до 10^-5Ом·м при нормальной температуре.

Наличие свободных электронов обуславливает высокую пластичность, характерный блеск металлов, высокую электро- и теплопроводность.

По величине удельного сопротивления проводники можно разделить

на два больших класса: материалы высокой проводимости и материалы с высоким удельным сопротивлением.

Общепринятая классификация проводниковых материалов отсутствует. Будем рассматривать следующие группы проводниковых материалов:

• материалы высокой проводимости;

• материалы с высоким удельным сопротивлением для резисторов и точных приборов;

• контактные материалы;

• сверхпроводники и криопроводники.

Основные параметры проводников

• Удельная проводимость. Электропроводность обуславливается наличием свободных валентных электронов в проводнике. При подключении электрического напряжения, электроны будут двигаться от минуса к плюсу, что создаст электрический ток. Удельная проводимость покажет, в какой мере тот или иной материал проводит создавшийся ток.

• Удельное сопротивление - обратная величина удельной проводимости - . Это величина, с помощью которой количественно оценивается электрическое сопротивление материала. Определяется из формулы:

• Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов.

При повышении температуры число носителей заряда в проводнике остаётся практически неизменным. Но вследствие усилений колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры, на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического тока появляется всё больше препятствий, то есть уменьшаются средняя длина свободного пробега электрона , подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость и повышается удельное сопротивление.

• Теплопроводность - . Обмен электронами между нагретыми и холодными частями металла в отсутствие электрического поля, переход кинетической энергии от нагретых частей проводника к более холодным. За передачу теплоты через металл в основном ответственны те же свободные электроны, которые определяют и электропроводность металлов.

• Контактная разность потенциалов:

• и термоэлектродвижущая сила (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. Термо-ЭДС возникает, когда один из спаев имеет температуру , а другой - .