Вопросы к контрольной работе №2 на тему «Проводниковые материалы»

1. Какие вещества с точки зрения зонной теории твердых тел относятся к проводникам?

Металлическая связь проводников приводит к тому, что в металлах и сплавах валентная зона перекрывается с зоной проводимости. Это означает, что валентные электроны проводника не локализованы в близи ионов решётки, а могут свободно перемещаться по всему объёму. Поэтому проводимость металлов и сплавов велика.

2,3. Указать отличие проводников I и II рода. Какие типы электропроводности реализуются в проводниках I и II родов?

Механизм прохождения тока через твердые и жидкие металлы обусловлен направленным движением (дрейфом) свободных электронов под воздействием электрического поля. Следовательно, металлы в твердом и жидком состоянии обладают электронной электропроводностью и называются проводниками I-го рода.

Механизм прохождения тока через электролиты обусловлен направленным движением положительно и отрицательно заряженных ионов. Следовательно, электролиты обладают ионной электропроводностью и называются проводниками II рода.

4. Описать характер изменения подвижности свободных носителей зарядов в металлических проводниках при изменении температуры.

При увеличении температуры возрастает вероятность столкновения дрейфующих под действием сил электрического поля электронов с этими узлами (поскольку амплитуда узлов кристаллической решетки также возрастает). При этом уменьшается длина свободного пробега электрона и уменьшается его подвижность.

5. Дать определения проводимости и удельного сопротивления. Назвать единицы измерения.

Проводимость (электропроводность) в физике — это способность вещества проводить электрический ток под действием электрического поля, а также физическая величина, количественно характеризующая эту способность.

единицей измерения электрической проводимости является сименс 

Удельное электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая способность материала препятствовать прохождению электрического тока. Обозначается греческой буквой ρ.

единицей измерения удельного сопротивления является ом на метр.

6. Описать характер изменения электропроводности проводников при изменении температуры.

С ростом температуры электропроводность металлов уменьшается, а сопротивление, наоборот, растёт. Это связано с возрастанием тепловых колебаний кристаллической решётки, на которых рассеиваются электроны.

Концентрация свободных электронов в металлах не меняется, но средняя скорость их теплового движения возрастает.

Амплитуда колебаний узлов кристаллической решётки также возрастает, что увеличивает число препятствий на пути дрейфа электронов и уменьшает среднюю длину свободного пробега.

7. Зависимость p(v) = f(T℃) для проводников. Объяснить ход кривой.

8. Как влияет температура на величину концентрации свободных носителей зарядов в проводниках?

Поскольку каждый атом проводникового материала отдает в «электронный газ» как минимум один электрон, концентрация свободных носителей зарядов в проводниках чрезвычайно велика. Величина концентрации свободных электронов практически не зависит от температуры, что резко отличает проводниковые материалы от полупроводниковых и диэлектрических.

9. Описать явление криопроводности.

При снижении температуры в металлических проводниках уменьшается амплитуда ангармонических тепловых колебаний узлов кристаллической решетки. Вследствие этого уменьшается вероятность столкновения дрейфующих под действием электрического поля электронов с ионами решётки, и величина сопротивления проводника уменьшается.

При достижении критических температур (ниже 100К) удельная проводимость металлов возрастает в сотни и тысячи раз по сравнению с проводимостью при нормальной температуре. Подобное явление получило название криопроводимости или гиперпроводимости, а материалы, обладающие этими свойствами, соответственно называют криопроводниками или гиперпроводниками. Для достижения особо высоких значений криопроводимости необходима высокая частота и минимальное число искажений кристаллической решетки металла. В качестве криопроводников наибольшее применение находят медь, алюминий и бериллий.