Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут” КАФЕДРА МІКРОЕЛЕКТРОНІКИ ЗВІТ про виконання лабораторної роботи № 1 з курсу: “ МАТЕРІАЛИ І КОМПОНЕНТИ ЕЛЕКТРОНІКИ ” Тема роботи: “ Дослідження електропровідності та термо-ЕРС металевих матеріалів ” Виконав: студент ФЕЛ гр. ДC-32 Бецько В.Р. р. ` прізвище дата виконання

Прийняв: Надкерничний С.В. ___________________ “ ” 2014 р. прізвище викладача оцінка , підпис дата

1. Мета роботи

Вивчення та дослідження явищ електропровiдностi і термоелектрорушійної сили у металах і їх сплавах. Ознайомлення з основними матеріалами для дротяних резисторів та термопар.

2. Теоретичні основи

2.1. Провідником називається матеріал, що проводить тепло або електрику. Для провідника характерні високі тепло- або електропровідність.

Провідники поділяють на:

• Тверді тіла - метали та їх сплави: а) метали високої провідності;

б) сплави високого опору;

в) надпровідники та кріопровідники.

• Рідини – розплавлені при високій температурі метали(окрім ртуті);

• Гази – при відповідних умовах іонізовані гази.

Сплавом називається з’єднання двох або більше металів, або металу та неметалу.

Структура металу побудована на основі металічного виду зв’язку: це зв’язок, що зумовлений електростатичною взаємодією масиву вільних електронів(електронів провідності) із об’ємною  ґраткою позитивних йонів металу.

Резистор – елемент електричного кола, призначений для використання його електричного опору. Основною характеристикою резистора є величина його електричного опору.

Рис. 1. Умовне зображення схеми резистора: 1,3 – виводи резистора; 2 – резистор

Т ермопара – чутливий елемент термоелектричного перетворювача у вигляді двох ізольованих провідників з різнорідних матеріалів, з'єднаних на одному кінці, принцип дії якого ґрунтується на використанні термоелектричного ефекту для вимірювання температури.

Рис.2. Умовне зображення в схемах термопари: 1 – провідник одного металу з температурою ; 2 - провідник іншого металу з температурою

2.2. Електропровідність – здатність тіла пропускати електричний струм під впливом електричного поля.

Робота виходу – найменша кількість енергії, яку необхідно надати електрону для того, щоб вивести його з твердого тіла у вакуум.

Термоелектрорушійна сила – електрорушійна сила, що виникає між робочим і вільним кінцями термопари під впливом різниці їх температур.

Електричний опір – властивість провідника створювати перешкоди проходженню електричного струму.

Причини виникнення опору

Електрони провідника невпинно й хаотично рухаються, але у випадку, коли до провідника не прикладена напруга, хаотичний рух електронів в середньому не призводить до переносу заряду – електричний струм дорівнює нулю. Електричний струм виникає тоді, коли існує переважний рух електронів у одному напрямку. Така ситуація можлива при наявності електрорушійної сили, енергія якої витрачається на переорієнтацію теплового руху електронів.

Під час свого руху електричні заряди взаємодіють з кристалічною ґраткою: зіштовхуються з атомами ґратки (розсіються). При цьому електрони віддають енергію, отриману від електричного поля джерела ЕРС, ґратці. Атоми, що перебувають в коливальному русі навколо положення рівноваги, збільшують амплітуду коливання. Тобто, енергія електричного поля перетворюється в енергію коливання атомів – в тепло.

В джерелі ЕРС внаслідок кулонівського відштовхування електрони намагаються зайняти рівноважне положення, що відповідає їх найбільшій віддаленності один від одного. Щоб викликати струм, треба порушити цю рівновагу і спрямувати електрони у певному напрямку проти сил поля (в джерелах струму цю роботу виконують сторонні сили, наприклад, хімічні). Розглянуті процеси викликають появу внутрішнього опору джерела ЕРС.

2.3. Питома електропровідність характеризує здатність речовин проводити електричний струм. Формула: , де – заряд електрона, n – концентрація електронів, , – рухливість електронів, .

Коефіцієнт пропорційності називають диференціальною або питомою термоелектрорушійною силою. Вона залежить від природи дотикових провідників і від температури. Формула: , де – термоелектрорушійна сила, В, – температура, К,

– зміна термоелектрорушійної сили, dT – зміна температури.

Питомий опір  – кількісна характеристика речовини, якою визначається здатність створювати опір електричному струму. Формула: , де – питома провідність, См.

Температурний коефіцієнт опору – відносна зміна електричного опору ділянки електричного кола або питомого електричного опору матеріалу при зміні температури на 1 К.

Формула: , де R – опір провідника, Ом, dR – зміна опору, dT – зміна температури.

Номінальний опір резистора – опір, величина якого позначена на резисторі.

Допуск(клас точності) резистора – відсоток на який може бути більшим або меншим опір резистора. Є загально визначені класи точності для резисторів: 0.1%, 0.25%, 0.5%, 1%, 2%, 5%, 10%, 20%, 30%.