10. Описать явление сверхпроводимости.

Исчезновение электрического сопротивления, т.е. появление бесконечной удельной проводимости материала, было названо сверхпроводимостью. Температура, при которой совершается переход вещества в сверхпроводящее состояние, называют температурой сверхпроводящего перехода Ткр. Переход в сверхпроводящее состояние является обратимым.

Если сверхпроводник поместить в магнитное поле, то при достижении критического значения напряженности Нкр состояние сверхпроводимости разрушается. Это может быть вызвано также магнитным полем критического тока Iкр, проходящего по сверхпроводнику.

Очень важным свойством сверхпроводников является эффект вытеснения постоянного магнитного поля из объема сверхпроводника. В зависимости от поведения в магнитном поле выделяют два основных типа сверхпроводников.

Сверхпроводники I рода (мягкие) характеризуются резким переходом в сверхпроводящее состояние при одном (фиксированным) значением Нкр. При этом происходит полное вытеснение магнитного поля из объема сверхпроводника.

Сверхпроводники II рода (твердые) характеризуются при переходе в сверхпроводящее состояние двумя значениями Нкр1 и Нкр2. Область Нкр1 − Нкр2 соответствует смешанному состоянию проводимости материала (сверхпроводимость и криопроводимость) и частичному вытеснению магнитного поля из объема материала.

11,12,14,16. Описать характер изменения сопротивления проводников при всестороннем сжатии. Как изменяется подвижность свободных носителей зарядов в проводниках при всестороннем сжатии? Описать характер изменения сопротивления проводников при всестороннем растяжении. Как влияют механические напряжения на величину проводников?

И зменение ρ при упругом растяжении или сжатии можно приближенно оценивать формулой

где ρ − удельное сопротивление металла при механическом напряжении σ; ρ0 − удельное сопротивление металла, не подверженного механическому воздействию; s − коэффициент, характеризующий данный металл. Знак «плюс» соответствует растяжению, «минус» − сжатию.

Изменение ρ при упругих деформациях объясняется изменением амплитуды колебаний узлов кристаллической решетки металла. При растяжении амплитуда колебаний увеличивается, при сжатии – уменьшается. Увеличение амплитуды колебаний узлов обусловливает уменьшение подвижности носителей зарядов и, как следствие, возрастание ρ. Уменьшение амплитуды колебаний, наоборот, приводит к уменьшению ρ.

13. Что характеризует температурный коэффициент удельного сопротивления?

Температурный коэффициент (ТК) какого-либо параметра z материала или радиоэлектронного компонента − это логарифмическая производная этого параметра по температуре.

Величина удельного сопротивления металлов при повышении Т возрастает. Следовательно, температурный коэффициент удельного сопротивления металлов величина положительная:

Согласно классической теории, ТК(ρ) чистых металлов в твердом состоянии должен быть близок к ТК объема идеальных газов, т. е. к 1/273 = 0,00367 K −1.

Зная значение ρ0 материала при температуре Т0 и его температурный коэффициент, удельное сопротивление проводника ρ1 при температуре Т1 можно рассчитать по формуле:

15. Описать характер изменения сопротивления проводников при механической обработке (волочение).

При холодной прокатке (волочении) приобретает повышенную твердость, упругость, более высокий предел прочности растяжения, большую величину ρ.

17. Дать классификацию проводниковых материалов по области применения.

20 Какие материалы относятся к проводникам с высоким удельным сопротивлением?

К металлам и сплавам с высоким удельным сопротивлением предъявляются следующие требования: высокое значение ρ; стабильное значение ρ во времени; малый температурный коэффициент сопротивления ТКρ; малый коэффициент термоЭДС в паре с медью (за исключением материалов для термопар); хорошая технологичность; способность длительно работать при высоких (до 1000С) температурах.

23, 42. Какие проводниковые материалы используются для электронагревательных элементов? Из каким материалов можно изготовить спираль для электроплиты?

Для изготовления нагревательных элементов применяются материалы с высоким удельным сопротивлением – сплавы на основе железа, нихромы, ферронихромы и фехрали (хромали).

19, 24, 25, 28. Какие проводниковые материалы применяют для изготовления образцовых резисторов? Указать условия возникновения термоЭДС в проводниковых материалах. Что такое контактная разность потенциалов в проводниках? Описать принцип работы проводниковой термопары.

При соприкосновении двух различных металлов между ними возникает контактная разность потенциалов, обусловленная различием значений работы выхода электронов и различием значений концентрации свободных электронов соприкасающихся металлов.

Если температуры точек соприкосновения («спаев», как часто говорят, имея в виду применение рассматриваемого явления в термопарах) одинаковы, то сумма разностей потенциалов в замкнутой цепи из двух (или большего числа) металлов равна нулю.

Е сли же один из спаев (для случая цепи из двух металлов А и В имеет температуру Т1, а другой Т2, причем Т1≠Т2, между спаями возникает термо-э.д.с.

где nА и nВ − концентрации свободных электронов в металлах А и В соответственно; k и e − постоянная Больцмана и заряд электрона.

где К − постоянный для данной пары проводников коэффициент («коэф фициент термо-э.д.с.»), то есть термо-э.д.с. пропорциональна разности температур спаев.

Провод, составленный из двух изолированных по длине, друг от друга проволок из различных металлов или сплавов («термопара»), может быть использован для измерения температур. В термопарах используют проводники, имеющие большой по величине и стабильный коэффициент термо э.д.с. Наоборот, для обмоток измерительных приборов и эталонных резисторов стремятся применять проводниковые металлы и сплавы с возможно меньшим коэффициентом термо-э.д.с. относительно меди, чтобы избежать появления в измерительных схемах паразитных термо-э.д.с., которые могли бы вызвать ошибки при точных измерениях.

Материалы с высоким удельным сопротивлением применяются в основном для изготовления образцовых резисторов и нагревательных элементов. Наиболее распространенными материалами для изготовления образцовых резисторов являются манганин и константан

21. Какие материалы относятся к проводникам с высокой электропроводностью?

К металлам и сплавам высокой проводимости предъявляют следующие требования: минимальное значение ρ; достаточно высокие механические свойства, главным образом предел прочности при растяжении σр и относительное удлинение при разрыве Δ l/l; хорошая технологичность (способностью к пластическим деформациям, пайке, сварке); достаточно высокая стойкость к действию агрессивных сред.

Наиболее распространенными материалами высокой проводимости в электротехнике являются: медь, алюминий, серебро и сплавы на их основе.

26,27 Описать влияние примесей на величину электропроводности проводниковых материалов. Как влияют примеси на величину p(v) проводников?

Примеси и нарушения правильной структуры металлов ведут к увеличению их удельного сопротивления.

Значительное возрастание ρ наблюдается при сплавлении двух металлов в том случае, если они образуют твердый раствор, т.е. создают при отвердевании совместную кристаллизацию и атомы одного металла входят в кристаллическую решетку другого.

Зависимость удельного сопротивления сплава двух металлов, образующих твердый раствор, от процентного содержания каждого из них представлена на рис.4.2 (кривая а). Кривая имеет максимум, соответствующий некоторому определённому соотношению компонентов сплава. При уменьшении содержания каждого из компонентов, ρ падает, приближаясь к соответствующим значениям ρ чистых металлов.

Если же сплав двух металлов создает раздельную кристаллизацию (т.е. компоненты сплава не образуют твердого раствора, и искажение кристаллической решетки каждого из компонентов не имеет места), то ρ сплава приближенно определяется арифметическим правилом смешения.