Понятие об электропроводности

 

Электропроводность характеризует способность материала проводить электрический ток.

Закон Ома выражает зависимость плотности тока j от напряженности электрического поля Е в виде: , где коэффициент пропорциональности σ и называется электропроводностью или удельной электропроводностью. Для слабых электрических полей эту зависимость можно считать линейной.

 

Установлено, что значение удельной электропроводности σ выражается через заряд свободного носителя е, его концентрацию n, и подвижность μзависимостью

σ = е*n*μ , (1)

где - подвижность носителей заряда в электрическом поле единичной напряженности Е. Подвижность численно равна средней скорости направленного движения V_ср в направлении поля Е. Ее называют дрейфовой скоростью носителя.

Средняя скорость V_ср зависит от средней длины свободного пробега носителя (электрона, дырки, иона)– l_св.пр. Среднюю длину пробега носителя в конкретном проводнике определяет его строение, наличие дефектов кристаллического строения (на них происходит рассеяние носителей, искривление траектории движения относительно направления электрического поля), содержание примесей, тепловые колебания атомов.

Из выражения (1) следует, что удельная проводимость зависит от заряда носителей, их концентраций и подвижности (длины свободного пробега). В проводниковых металлических материалах носителями заряда является электроны, их заряд постоянен и равен 1,6*10^-19Кл; концентрация электронов также примерно одинакова и составляет 5*(10²⁷…10²⁸) м^-3. Поэтому удельная электропроводность чистых проводниковых материалов в основном определяется длиной свободного пробега носителей. Все факторы, уменьшающие длину свободного пробега, приводит к снижению удельной электропроводности.

Величина, обратная электрической проводимости σ, называется удельным электрическим сопротивлением и обозначается ρ .

Имеется три механизма рассеяния электронов, движущихся в проводнике: фононное (связанное с тепловыми колебаниями узлов решетки), на примесях и на дефектах. На основании уравнения Друде общее удельное сопротивление ρ определится как сумма составляющих удельного сопротивления ρ_фон, ρ_прим, ρ_деф, т.е.

ρ = ρ_фон+ ρ_прим+ ρ_деф. (2)

Так как два последних слагаемых не зависят от температуры, их сумму представляют как остаточные удельное сопротивление ρ_ост = ρ_прим+ ρ_деф. При Т→0^оК фононная составляющая удельного сопротивления ρ_фон→0. В этом случае удельное сопротивление будет определяться рассеянием на примесях и на дефектах, то есть ρ ≈ ρ_ост = ρ_прим+ ρ_деф. При отсутствии дефектов в этом случае ρ = ρ_ост ≈ ρ_прим, что дает возможность оценить степень чистоты монокристаллических металлов.