Атом водорода Классическая теория теплоёмкости Дебаевская теория Решётка Браве Проводимость твёрдых тел Проводники, полупроводники и изоляторы Прикладная математика и физика Электромагнитное взаимодействие Первообразная функция Интегрирование Вычислить производную задачи

Лекции по курсу Электротехнические материалыначало

Природа проводимости и основные характеристики проводниковых материалов

Из проводниковых материалов - твердых тел, жидкостей и газов в электротехнике наиболее часто применяют металлы и сплавы.

Согласно классической теории (Друде, Лорентц) металлы можно рассматривать как кристаллический остов, состоящий из положительных ионов, погруженных в среду из свободных коллективизированных электронов, называемой "электронным газом" или "электронной жидкостью".

[Электронный газ]

Наличие свободных делокализованных электронов обуславливает высокую пластичность, характерный блеск металлов, высокую электро- и теплопроводность.

Если к проводнику приложить внешнее напряжение, то свободные электроны, совершающие тепловые колебания с средней скоростью порядка 105м/с, приобретают некоторую добавочную скорость направленного движения (несколько мм в секунду), что вызывает протекание электрического тока.

Плотность тока J связана с напряженностью электрического поля Е формулой:

[MET2A]

известной, как закон Ома в дифференциальной форме. Здесь [MET2C]удельная проводимость в симменсах на метр. Удельное сопротивление:

[MET2B]

измеряется в Ом.м или в внесистемных единицах Ом.мм2. Предпочтительнее пользоваться единицами СИ - мкОм.м.

Связь между единицами удельного сопротивления:

1Ом.м = 106мкОм.м = 106Ом.мм2

Согласно классической теории металлов:

[MET3A]

где
e - заряд электрона,
n - концентрация свободных электронов,
l - средняя длина свободного пробега между двумя соударениями с узлами решетки,
m - масса электрона,
VT - средняя скорость теплового движения электрона.

Квантово-механическое описание учитывает, что электрон обладает свойствами как частицы, так и волны, поэтому в идеальной периодической решетке электронные волны не рассеиваются. В реальных кристаллах строгая периодичность нарушается примесями, дефектами решетки и тепловыми колебаними ионов.

Уточненное выражение для удельной проводимости выглядит так:

[MET4A]

где h - постоянная Планка.

Основные характеристики проводниковых материалов:

  • удельная электрическая проводимость или удельное электросопротивление
    ( = 1 / );
  • температурный коэффициент удельного сопротивления -
  • коэффициент теплопроводности т;
  • контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила (термо - э.д.с.);
  • предел прочности при растяжени бпр и относительное удлинение при разрыве l /l.

    Лекции по курсу Электротехнические материалыначало

    Решение задач по физике, электротехнике, математике