Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

Кафедра: «Радиотехнические и управляющие системы»

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Лабораторная работа №3

Студенты гр.20г

____________К.И.Корниенко

__________ А.В.Ведерников

____________ К.А.Ерофеева

Руководитель –

Ст. преподаватель каф. РУС

______________Л.А.Царева

11.03.2012

__________

оценка

Омск 2012

Цель работы: исследование удельного сопротивления, температурного коэффициента удельного сопротивления различных металлов и сплавов, таких как медь, никель, константан.

Краткие сведения из теории:

Удельное электрическое сопротивление проводников () принято выражать в системе СИ в мкОм  м, удельную проводимость  = 1/ в МСм/м. Так называемая стандартная медь, по отношению к удельной проводимости которой выражают в процентах проводимость других проводниковых материалов, имеет в отожженном состоянии  = 58 МСм/м, чему соответствует  = 0,017241 мкОмм. На практике для измерения удельного сопротивления часто применяется внесистемная единица Оммм²/м, так как при расчете сопротивления токопроводящего элемента удобно его длину выражать в метрах, а площадь поперечного сечения в квадратных миллиметрах, причем 1 Оммм²/м = 1 мкОмм.

Высокая проводимость металлических проводников обусловлена значительной концентрацией свободных электронов. Удельные сопротивления этих материалов при нормальной температуре лежат в сравнительно узком диапазоне (10^-2–10 мкОмм) и разница определяется главным образом различием подвижности электронов проводимости.

Удельное сопротивление металлов связано преимущественно с растяжением свободных электронов при тепловых колебаниях атомов и на дефектах кристаллической решетки (примесные атомы, вакансии, дислокации и др.):

(1)

При температурах, превышающих температуру Дебая  (для металлов  = 100–500 К), удельное сопротивление обусловлено в основном тепловыми колебаниями решетки (сопротивлением _тепл) и возрастает практически линейно. При низких (криогенных) температурах  практически перестает зависеть от температуры и определяется остаточным сопротивлением _ост, являющимся количественной мерой концентрации дефектов кристаллической решетки.

В проводниковых металлах высокой проводимости, имеющих при нормальной температуре удельное сопротивление не более 0,1 мкОмм, содержание примесей ограничивается десятыми, сотыми и даже тысячными долями процента с целью снижения их удельного сопротивления за счет _ост. Особо чистые металлы с малым _ост применяются в качестве криопроводниковых материалов, предназначенных для работы при температурах 70–100 К и ниже.

Для изготовления реостатов, резисторов, электронагревательных элементов применяются не металлы, а сплавы высокого электрического сопротивления (их удельное сопротивление при нормальной температуре не менее 0,3 мкОмм), обладающее повышенным значением _ост вследствие нарушения правильности структуры решетки. Особенно заметно увеличение удельного сопротивления у сплавов, являющихся твердыми растворами.

У твердых (твердеющих) металлов и сплавов, подвергнутых холодной протяжке, волочению, удельное сопротивление в результате искажения кристаллической решетки повышается. Мягкие (отожженные) металлы и сплавы вследствие рекристаллизации восстанавливают искаженную при пластической деформации структуру, и их удельное сопротивление уменьшается.

Изменение сопротивления проводника с температурой характеризуется температурным коэффициентом удельного сопротивления ТК_:

(2)

имеющим размерность град^-1. Коэффициент _ характеризует свойства материала при фиксированной температуре Т. При расчетах удобно пользоваться средним температурным коэффициентом удельного сопротивления

(3)

где ₀ – удельное сопротивление при температуре Т₀, принятой за начальную;

₁ – при температуре Т₁.

Пользуясь коэффициентом _ср, определенным для интервала температур Т₀–Т₁, можно достаточно точно найти значение ₂ для любой температуры Т₂ внутри этого интервала:

(4)

Металлы имеют большой температурный коэффициент удельного сопротивления (у большинства 410^-3 град^-1 и более), так что их сопротивление с температурой изменяется очень заметно. У сплавов значение _ обычно значительно меньше (10^-4–10^-6 град^-1). Сплавы с

_ = 10^-5–10^-6 град^-1 можно считать материалами, практически не изменяющими сопротивления в широком диапазоне температур.