ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Промышленная электроника»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
Исследование свойств и характеристик твердых проводниковых материалов
по курсу «Материаловедение: электротехнические материалы»
для студентов специальностей
140205, 140211, 140604, 140605, 140606, 140607, 140608, 210106
очной, очно-заочной, заочной форм обучения
Нижний Новгород 2007
Составители А.В. Богатырева, И.А. Захаров
УДК 621.313
Исследование свойств и характеристик твердых проводниковых материалов: методические указания к лабораторной работе для студентов специальностей 140205, 140211, 140604, 140605, 140606, 140607, 140608, 210106 очной, очно-заочной, заочной форм обучения / НГТУ; сост.: А.В. Богатырева - Н. Новгород.2007. - 26с.
Даются описание лабораторных установок, порядок выполнения работы, задания и краткие сведения из теории.
Научный редактр: А.И.Чивенков
Редактор: э.Б. Абросимова
Подп. к печ. 2.04.2007. Формат 60х84I /16. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ.л. . Уч.-изд. л. . Тираж 300 экз. Заказ .
___________________________________
Нижегородский государственный технический университет.
Типография НГТУ. 603600, Н. Новгород, ул. Минина, 24.
© Нижегородский государственный
технический
университет, 2007
Цель работы
Изучение физико-химических и механических свойств, исследование зависимостей удельного электрического сопротивления, температурного коэффициента удельного электрического сопротивления различных материалов и сплавов от температуры и состава.
Классификация проводниковых материалов
Проводники электрического тока могут быть твердыми телами, жидкостями, а при выполнении ряда условий и газами.
Твердые металлические проводники по величине удельного сопротивления делятся на следующие группы:
– металлы и сплавы с высокой удельной электропроводимостью γ;
– металлы и сплавы со средним значением удельного электрического сопротивления ρ;
– металлы и сплавы с высоким значением ρ
– сверхпроводники;
– криопроводники.
Жидкие проводники делятся в зависимости от характера электропроводимости на два рода:
- проводники первого рода (электронная электропроводимость);
- проводники второго рода (электронно-ионная электропроводимость).
Газообразными проводниками можно считать высокоионизированные газы, т.е. вещества, переведенные в состояние плазмы.
Все проводниковые материалы делятся на металлические и неметаллические (модификации углерода - уголь, графит, угольно-графитовые композиции и высокоионизированные газы, электролиты) материалы.
По плотности металлы разделяют на легкие и тяжелые. К легким относят те металлы, плотность которых меньше 5 Мг/м3. Одним из наиболее легких металлов считается натрий, плотность которого меньше плотности воды. К тяжелым относят подавляющее большинство металлов, используемых в технике (железо, медь, никель, олово и др.).
Твердые металлические проводники Металлическая связь
Твердые металлические проводники характеризуются высокой электро- и теплопроводностью, что обусловлено особенностями металлической связи между атомами.
Металлические связи образуются в металлах и обусловлены особенностями поведения внешних (валентных) электронов. Атомы металлов обладают способностью отдавать внешние (валентные) электроны, превращаясь в положительный ион, или присоединять их вновь, превращаясь снова в нейтральный атом.
Внешние электроны, которые покидают атомы, становясь свободными, называются коллективизированными.
В результате металл представляет собой систему, состоящую из положительных ионов, которые находятся в среде коллективизированных электронов.
Рис.1. Строение металлического проводника
В этой системе одновременно имеют место притяжение между ионами и свободными электронами и ковалентная связь между нейтральными молекулами. Наличие этих связей определяет монолитность и прочность металлов.
Благодаря наличию свободных электронов металлы обладают высокой электро- и теплопроводностью. Металлическая связь в отличие от ковалентной не имеет направленного характера, что придает металлам высокую пластичность. Большинство металлов имеют высокие температуры плавления и кипения.