4.3. Свойства проводников.▲
К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся:
– удельная проводимость γ или обратная ей величина – удельное сопротивление ρ,
– температурный коэффициент удельного сопротивления ТКρ или αρ,
– теплопроводность γт,
– контактная разность потенциалов и термо-э.д.с.,
– работа выхода электронов из металла,
– предел прочности при растяжении σρи относительное удлинение при разрыве ∆l/l.
4.3.1. Удельная проводимость и удельное сопротивление проводников.▲
Связь плотности тока J, А/м2, и напряженности электрического поля Е, В/м, в проводнике дается известной формулой:
J=Eγ(4.1)
Здесь γ, См/м – параметр проводникового материала, называемый его удельной проводимостью; в соответствии с законом Ома γ не зависит от напряженности электрического поля при изменении последней в весьма широких пределах. Величина ρ=1/γ, обратная удельной проводимости и называемаяудельным сопротивлением, для имеющего сопротивлениеRпроводника длинойlс постоянным поперечным сечениемSвычисляется по формуле:
ρ = R·S/l. (4.2)
Единица СИ для удельного сопротивления - Ом·м. Диапазон значений удельного сопротивления ρ металлических проводников при нормальной температуре довольно узок: от 0.016 для серебра и до примерно 10 мкОм·м для железохромоалюминиевых сплавов, т.е. он занимает всего три порядка. Значение удельной проводимости γ в основном зависит от средней длины свободного пробега электронов в данном проводнике, которая, в свою очередь, определяется структурой проводникового материала. Все чистые металлы с наиболее правильной кристаллической решеткой характеризуются наименьшими значениями удельного сопротивления; примеси, искажая решетку, приводят к увеличению ρ. И с точки зрения волновой теории, рассеяние электронных волн происходит на дефектах кристаллической решетки, которые соизмеримы с расстоянием порядка четверти длины электронной волны. Нарушения меньших размеров не вызывают заметного рассеяния волн.
4.3.2. Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов.▲
Число носителей заряда в металлическом проводнике при повышении температуры остается практически неизменным. Однако вследствие колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути направленного под действием электрического поля движения свободных электронов, т.е. уменьшается средняя длина свободного пробега электрона, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов, и увеличивается удельное сопротивление. Иными словами, температурный коэффициент удельного сопротивления металлов положителен.
4.3.3.Изменение удельного сопротивления металлов при плавлении.▲
При переходе из твердого состояния в жидкое у большинства металлов наблюдается увеличение удельного сопротивления, как это видно из рис.3.1; однако некоторые металлы при плавлении повышают ρ.
Рис.4.1. Зависимость удельного сопротивления меди от температуры.
Скачок соответствует температуре плавления меди 1083°С.
Удельное сопротивление увеличивается при плавлении у тех металлов, которые при плавлении увеличивают объем, т.е. уменьшают плотность; у металлов с противоположным характером изменения объема при плавлении (аналогичным фазовому переходу лед-вода) ρ уменьшается.