Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов

Число носителей заряда (концентрация свободных электронов) в металлическом проводнике при повышении температуры остается практически неизменным. Однако вследствие усилений колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического поля, т. е. уменьшается средняя длина свободного пробега электрона λ, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов и возрастает удельное сопротивление (рис. 7-2, 7-26). Иными словами, температурный коэффициент удельного сопротивления металлов (К-1)

положителен. Согласно выводам электронной теории металлов значения αρ чистых металлов в твердом состоянии должны быть близки к ТК расширения идеальных газов, т. е. 1 : 273 ≈ 0,00 37 К-1 ( повышенными значениями αρ обладают некоторые металлы, в том числе ферромагнитные металлы — железо, никель и кобальт). При изменении температуры в узких диапазонах на практике допустима кусочно-линейная аппроксимация зависимости р(Т); в этом случае

принимают, что

где р1 И р2 — удельные сопротивления проводникового материала при температурах Т1 и Т2 соответственно (при этом Т2 > Т1 ) , αρ есть так называемый средний температурный коэффициент удельного сопротивления данного материала в диапазоне температур от Т1 до Т2.

Изменение удельного сопротивления металлов при плавлении.

При переходе из твердого состояния, в жидкое у большинства металлов наблюдается увеличение удельного сопротивления ρ , как это видно из рис. 7-2; однако некоторые металлы при плавлении уменьшают ρ. Удельное сопротивление увеличивается при плавлении у тех металлов, которые при плавлёнии увеличивают объем, т. е. уменьшают плотность; у металлов с противоположным характером изменения объема при плавлении (аналогичным фазовому переходу лед — вода) ρ уменьшается. Изменение’ ρ металлов при плавлении иллюстрируется -данными табл. 7-2.

табл. 7-2

Изменение удельного сопротивления металлов при деформациях.

Изменение удельного сопротивления при упругом растяжении или сжатии приближенно может оцениваться формулой:

где р — удельное сопротивление металла при механическом напряжении σ , ρо — удельное сопротивление металла, не подверженного механическому воздействию, — коэффициент механического напряжения, характеризующий данный металл; знак плюс в формуле соответствует растяжению, минус — сжатию.

Изменение ρ при упругих деформациях объясняется изменением амплитуды колебаний узлов кристаллической решетки металла. При растяжении эти амплитуды увеличиваются при сжатии — уменьшаются. Увеличение амплитуды колебаний узлов приводит к уменьшению подвижности носителей зарядов и, как следствие, к возрастанию ρ. Уменьшение амплитуды колебаний, наоборот, - приводит к уменьшению ρ. Пластическая деформация, как правило, повышает удельное сопротивление металлов вследствие искажения кристаллической решетки. При рекристаллизации путем термической обработки (отжига) удельное сопротивление может быть вновь снижёно до первоначального значения. Наблюдающееся иногда при деформациях сжатия уменьшение удельного сопротивления объясняется вторичными явлениями: уплотнением металла, разрушением оксидных пленок и т. д.