Характеристики проводников:
1) Удельная проводимость.
2) Удельное сопротивление.
3) Коэффициент теплопроводности.
4) Контактная разность потенциалов и термо ЭДС
5) Температурный коэффициент линейного расширения. TKl( )
6) Работа выхода электронов из Me.
7) Предел прочности при растяжении.
8) Относительное удлинение перед разрывом.
Удельное сопротивление ( проводимость ).
Удельная проводимость определяется по формуле
– заряд электрона,
концентрация электронов на единицу объёма материала,
средняя длина пробега электрона между соударениями об узлы кристаллической решётки,
масса решётки,
средняя скорость теплового движения электронов.
Концентрация электронов и средняя скорость теплового движения электронов для различных металлов меняется незначительно. В связи с этим значение удельной проводимости в значительной мере зависит от средней длины пробега электрона между соударениями об узлы кристаллической решётки. средняя скорость теплового движения электронов определяется структурой материала проводника. Поэтому у чистых металлов с правильным строением кристаллической решётки удельное сопротивление мало. И наоборот увеличение примесей и дефектов в материале приводит к увеличению удельного сопротивления.
Удельная проводимость проводника определяется законом Ома в дифференциальной форме.
где j – плотность тока,
Е – напряжённость электрического поля.
Удельное электрическое сопротивление
,
где .
Несистемные единицы: , 1
Удельное сопротивление некоторых чистых металлов приведён в таблице П2.
Таблица П2 – Удельное сопротивление проводниковых материалов
| Материал | |
| Cu | 0,017 |
| Al | 0,028 |
| Fe | 0,098 |
Удельное сопротивление определяется наличием примесей и искажением структуры входящих в них металлов. Наиболее сильно оно возростает, если металлы при сплавлении образуют твёрдые растворы (рисунок П1).
Рисунок П1 – Удельное сопротивление двух разных материалов при изменении концентрации компонентов
Если при сплавлении двух металлов сплавы образуют механические смеси, удельное сопротивлении сплава при изменении концентрации компонентов, его составляющих, изменяется практически линейно. При образовании сплавов химических соединений образуются новые компоненты, образующиеся в результате химической реакции исходных компонентов, интерметалиды зависимость удельного сопротивления от концентрации компонентов зависит практически линейно.
При изменении температуры происходит изменение скорости движения основных носителей зарядов. Часть энергии движения основных носителей рассеивается на дефектах кристаллической решётки (примесные атомы, вакансии, дислокации) и при соударении носителей с атомами, вызванного их тепловыми колебаниями. Характерная зависимость удельного сопротивления от температуры приведена на рисунке П2.
Рисунок П2 – Зависимость удельного сопротивления проводников от тмпературы
При температурах превышающих температуру Дебая (для большинства проводниковых материалов θ=400 – 800 ˚С) удельное сопротивление повышается практически линейно и в основном обусловлено усилением тепловых колебаний атомов. В области низких (криогенных) температур тепловое колебание атомов практически отсутствует и удельное сопротивление определяется сопротивление ρост.
Коэффициент удельного сопротивления.
При увеличении температуры проводника увеличивается объём металла (для меди: при достижении температуры плавления объём увеличивается в 2,4 раза) уменьшается его плотность и вместе с тем концентрация свободных носителей заряда. При этом увеличивается удельное сопротивление проводника. Изменение удельного сопротивления проводника в зависимости от температуры характеризуется температурным коэффициентом удельного сопротивления или αρ
где удельное сопротивление при начальной температуре.
Удельное сопротивление при температуре отличной от начальной (обычно 20˚С) определяется соотношением
Повышенными значениями обладают: Ni, Co, F. Для металлов , а для большинства сплавов - .
Коэффициент теплопроводности.
Энергию теплового движения в металлах в основном передают свободные электроны, число которых в металле велико. Поэтому существует взаимосвязь между удельным электрическим сопротивлением и коэффициентом теплопроводности которая носит название закона Видемана Франца – Лоренца.
где Т – температура, число Лоренца = .
Контактная разность потенциалов.
При соприкосновении двух различных металлических проводников между мини возникает контактная разность потенциалов. Причина появления: различные значения электронов, а так же их различная концентрация в различных проводниках.
Рассмотрим электрическую цепь из двух различных проводников, соединённых спаем (рисунок П3). Если имеется два спая, один из которых имеет температуру , а другой - , то между спаями возникает термоЭДС, которую можно рассчитать
коэффициент термоЭДС.
Рисунок П3 – Схема термопары
Два изолированных друг от друга проводника из различных металлов или сплавов соединённых между собой при помощи сварки или пайки, называется термопарой и применяются для измерения температуры. В термопарах используются проводники имеющие большой коэффициент термо-ЭДС. Для обмоток измерительных приборов применяют проводники с малым значением термо-ЭДС относительно меди, чтобы избежать пояления в измерительных схемах паразитную термо – ЭДС.
Температурный коэффициент линейного расширения проводников.
Температурный коэффициент линейного расширения определяется соотношением
При нормальной температуре легкоплавкие металлы имеют большое значение ТКl, а тугоплавкие – низкое.
Работа выхода электронов определяется по справочным данным.
Механические свойства проводников характеризуют предел прочности при растяжении , а также относительным удлинением перед разрывом . Механические свойства проводников зависят от механической и термической обработки, наличия примесей, легирующих добавок и.т.п.