КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Характеристики проводниковых материалов
ЛЕКЦИЯ № 14 Тема: «ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ» Классификация проводниковых материалов Проводниковые материалы предназначены для передачи электрической энергии, преобразования электрической энергии в тепловую, тепловой энергии в электрическую, а также для других целей. По агрегатному состоянию различают: · твердые проводниковые материалы – металлы, металлические сплавы, керамические проводниковые материалы, углеродные материалы; · жидкие проводниковые материалы – расплавленные металлы и электролиты; · газообразные проводниковые материалы – ионизированные газы, пары металлов и др. По типу проводимости различают: · проводники с электронной проводимостью – металлы и металлические сплавы; · проводники с ионной проводимостью – электролиты; проводники со смешанной проводимостью- – ионизированные газы, пары металлов и др.
1. Удельная электропроводность металлических проводников:
, (1)
где n – концентрация электронов, е – заряд электрона, λ – длина свободного пробега электрона, me – масса электрона; v т – средняя скорость теплового движения электрона. 2. Удельное сопротивление:
, [Ом·м, Ом·мм2/м = мкОм·м] (2)
где R – сопротивление проводника, S – площадь поперечного сечения проводника, l – длина проводника. Сопротивление металлических проводников обусловлено рассеянием энергии электронов проводимости на дефектах кристаллической решетки и тепловых колебаниях узлов решетки (фононах). При этом электроны передают часть своей энергии ионам металла и вызывают его нагрев. Количество выделяющегося тепла определяется по закону Джоуля-Ленца: Q = U 2/R, (3)
где U – напряжение. 3. Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления:
, К-1. (4)
Средний температурный коэффициент удельного электрического сопротивления в интервале температур Δ T = T 2 – T 1:
,(5)
откуда: ρ2 = ρ1(1 + TКρ ∙Δ T). (6)
где ρ1 и ρ2 – удельные электрические сопротивления при температурах T 1и T 2, соответственно.
Зависимость удельного сопротивления ρ проводников от различных факторов
Зависимость ρ от напряженности электрического поля В отличие от диэлектриков проводимостьпроводниковых материаловпрактически не зависит от напряженности электрического поля (рис. 14.1). Для проводниковых материалов справедлив закон Ома:
j = σ Е, (7)
где j – плотность тока, Е – напряженность электрического поля.
Рис. 14.1. Зависимость проводимости проводника σ и плотности тока j от напряженности электрического поля Е Влияние примесей Примеси, образующие с основным металлом неограниченные твердые растворы мало изменяют ρ, например, в сплаве Сu – Ag. Примеси, образующие с основным металлом сплавы-механические смеси, ограниченные твердые растворы или химические соединения значительно увеличивают ρ, например, в сплавах Сu – Al и Сu – Fe (рис. 14.2).
Рис.14.2. Влияние содержания примесей на удельное сопротивление меди
Удельное сопротивление сплавов Для сплавов, где компоненты образуют механические смеси зависимость ρ от состава сплава имеет линейный характер, например в сплаве Сu – W (рис.27.3, I). Для сплавов неограниченных (рис. 27.3, II) и ограниченных (рис. 27.3, III) твердых растворов, а также с компонентами, образующими химические соединения (рис.3, 27.VI) зависимость имеет экстремальный характер.
Рис.14.3. Влияние типа сплава на зависимость удельного сопротивления от состава сплава
Влияние механической деформации В результате холодной пластической деформации металла просходит искажение кристаллической решетки, увеличивается количества дефектов решетки (вакансий, дислокаций и пр.), что приводит к уменьшению λ (см. формулу 1) и увеличению ρ. При рекристаллизационном отжиге, то есть при нагреве металла выше Т = 0,2 – 0,4 Т пл образуются новые неискаженные зерна, уменьшается количество дефектов кристаллической решетки и уменьшается ρ.
Влияние температуры (см. рис.14.4) Для идеального проводника без дефектов кристаллической решетки (участок 01, рис.27.4) при Т = 0К λ = ∞, ρ = 0. Увеличение ρ при увеличении Т здесь связано с увеличением интенсивности теплового хаотического колебания узлов кристаллической решетки и уменьшением λ. Для реального проводника: - на участке I сопротивление обусловлено наличием примесей и дефектами кристаллической решетки (ρдеф), ρ = ρдеф; - на участке II сопротивление увеличивается виду увеличения количества частот фононов, на которых рассеивается энергия электронов;
Рис. 14. 4. Влияние температуры на удельное сопротивление металлов: T θ - температура Дебая
- при Т = Т пл происходит резкое изменение объема металла; если объем увеличивается, то происходит уменьшение n (см. формулу 1) и увеличение ρ (участок аd), если объем уменьшается, то n увеличивается, а ρ уменьшается (участок аb); - на участках III, bc и de увеличение ρ связано с увеличением амплитуды тепловых колебаний узлов кристаллической решетки и уменьшением λ. На участках I, II и III сопротивление обусловлено как дефектами кристаллической решетки (ρдеф), так и тепловыми колебаниями ее узлов различной частоты (ρтепл.), ρ = ρдеф + ρтепл. Влияние магнитного поля Магнитное поле искривляет траекторию движения электронов проводимости, уменьшает λ и увеличивает ρ.
Дата добавления: 2017-01-13; Просмотров: 619; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |