6. Общие свойства проводников.

К твердым проводникам относят металлы, сплавы и модификации углерода. К жидким проводникам относят расплавы металлов и электролиты. Все проводники делятся на два рода. Механизм протекания токов по металлам обусловлен движением электронов (электронная проводимость, проводники I рода). К проводникам II рода относят растворы кислот, щелочей, солей и ионные растворы (перенос заряда через ионы). Газы в обычных состояниях проводниками не являются, однако в результате ионизации в них может проявляться проводимость. Предельным случаем является плазма – сильно ионизированный газ с квазиравновесием положительных и отрицательных зарядов. Плазма очень хороший проводник – равновесная проводящая среда. В металлах проводимость электронная, электроны имеют маленькую массу (9,1 10^-31 кг) и хорошую подвижность, поэтому они не только переносят энергию, но и выравнивают скорости движения атомов и молекул по объему, сравнивая температуру по образцу. Следовательно, все металлы имеют хорошую теплопроводность. При в металлах наблюдаются сложные квантовые эффекты.

7. Физическая природа электропроводности металлов.

В основу классической электронной теории металлов положено представление об электронном газе, состоящем из свободных коллективизированных электронах. Приложение внешнего напряжения, приводит к увеличению количества электронов в направлении действующих сил поля, то есть, электроны получают некоторую добавочную скорость направленных движений, благодаря чему и возникает электрический ток. Плотность тока в проводнике равна , е – заряд электрона, n – концентрация свободных электронов, V – средняя скорость направленного движения носителей заряда. Называемая скоростью дрейфа. Удельная проводимость равна , l – средняя длина свободного пробега электронов, m₀ масса электрона, U – средняя плотность теплового движения. Электроны в металле переносят не только электрический заряд, но и выравнивают в нем температуру. Обеспечивая высокую теплопроводность. Молекулярная теплоемкость, кристаллической решетки любого ТТ составляет 3R, где R- универсальная газовая постоянная. Квантовая статистика базируется на принципе Паули – согласно которому в каждом энергетическом состоянии в атоме может находится только один электрон. В квантовой теории вероятность заполнения энергетических состояний электронами определяется функцией Фирни

, где E – энергия уровня, вероятность заполнения которого определяется E_F – энергия Фирни, k- постоянная Больцмана, T- температура. Энергия Фирни определяет максимальное значение энергии, которую может иметь электрон в металле при температуре абсолютного нуля, эту энергию называют так же уровнем Фирни. Соответствующий ей потенциал называется электрохимическим потенциалом .

8. Факторы, влияющие на значение удельного сопротивления проводников.

Удельное сопротивление металлов связано в основном с рассеянием энергии свободных электронов на дефектах кристаллической решетки к которым относятся примесные атомы, дислокации, вакансии и тепловые колебания собственных атомов. При температуре 400-800 удельное сопротивление металлов возрастает практически линейно и обусловлено в основном усилением тепловых колебаний решетки, такая температура называется температурой Дебая. В области низких температур значение сопротивления почти не зависит от температуры, характер изменения среднего сопротивления от температуры резко изменяется при переходе от твердого состояния в жидкое. При достижении температуры плавления увеличивается объем металлов, то есть уменьшается его плотность, таким образом увеличиваются расстояния между частицами, а также уменьшается концентрация носителей заряда. В результате сопротивление металлов возрастает в несколько раз, изменения удельного сопротивления металлического проводника с температурой принято характеризовать температурным коэффициентом удельного сопротивления. Средний ТКС = , где ρ₀ – удельное сопротивление при температуре T₀ и тд. Для металлов значение ТКС достаточно велико (4*10^-3 ), а у большинства сплавов значительно меньше (10^-4 -10^-6) . К числу факторов влияющих на удельное сопротивление металлических проводников относится и магнитное поле под действием которого происходит искривление траектории движения электронов, что приводит так же к изменению электропроводности.