1.2. Теплопроводность металлов

Отношение коэффициента теплопроводности металла λт к его удельной проводимости выражается законом Видемана—Франца—Лоренца

λт/λ=L₀·Т, (1.4)

Lo=2,45·10^-8В²/К²-число Лоренца, Т-температура. Этот закон выполняется для электронной составляющей теплопроводности, если считать, что столкновение электронов носит упругий характер. В некоторых металлах коэффициент теплопроводности определяется суммой электронной и решеточной составляющих.

1.3. Термоэлектродвижущая сила

Между двумя различными металлическими проводниками в месте их соединения возникает контактная разность потенциалов,обусловленная различием работы выхода электронов из разных металлов, неодинаковой концентрацией электронов и давлением электронного газа.

рис. 1.1

Разность потенциалов V, появляющаяся на концах разомкнутой электрической цепи (рис. 1.1), состоящей из двух различных проводников, контакты которых находятся при различных температурах (Т1 и Т2) называется термоэлектродвижущей силой (эффект Зеебека)

U≈α_т,(T2-T1) (1.5)

где α_т—относительная дифференциальная (удельная) термоЭДС. Причины возникновения термоЭДС:

— температурная зависимость контактной разности потенциалов;

— диффузия носителей заряда от горячих спаев к холодным;

Термоэлемент из двух различных проводников, образующих замкнутую цепь, называют термопарой.

1.4. Зависимость удельного электрического сопротивления металлов от температуры

Характерными температурами являются: Тпл—температура плавления;

Θд—температура Дебая; Ткр—температура перехода в сверхпроводящее состояние (рис. 1.2).

рис. 1.2

У металлов, не обладающих сверхпроводимостью, при низких температурах из-за наличия примесей наблюдается область 1 — область остаточного сопротивления, почти не зависящая от температуры. Остаточное сопротивление тем меньше, чем чище металл. Быстрый рост удельного сопротивления при низких температурах до температуры Θд может быть объяснен возбуждением новых частот тепловых колебаний решетки, при которых происходит рассеяние носителей заряда — область 2. При Т>Θд когда спектр колебаний возбужден полностью, увеличение амплитуды колебаний с ростом температуры приводит к линейному росту сопротивления примерно до Тпл — область 3.

При переходе в жидкое состояние у большинства металлов удельное сопротивление увеличивается в 1,5—2 раза (у висмута и галлия— уменьшается).

Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления Т_кр определяется так

Т_кр =α_p=1/р·dp/dT, К^-1 (1.6)

В справочниках часто приводится величина α_p

α_p=1/р_ср·(р2-р1)/(Т2-Т1), (1.7)

В области линейной зависимости р(Т) можно пользоваться выражением

р=р_о[1+α_p(Т-То)], (1.8)

где р_ои α_p—удельное сопротивление и температурный коэффициент в начале температурного диапазона, а р—удельное сопротивление при температуре Т.

1.5. Электрические характеристики сплавов

Металлические сплавы обычно представляют собой механическую смесь исходных металлов, твердый раствор или химические (интерметаллические) соединения. Зависимость р для двойных сплавов в относительных единицах в функции от процентного содержания компонентов показаны на рис. 1.3: а —различные варианты систем непрерывных твердых растворов металлов А и Б; б—механическая смесь двухметаллов; в — правило Курнакова—Нордгейма для остаточного сопротивления изоэлектронных металлов (принадлежащих к одной группе периодической системы).