Для сдачи тестов, рубежного контроля, а также закрепления материала используйте браузеры MS Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chromium
    Главная страница электронного учебника План урока
    Содержание дисциплины

    Пленочные резистивные материалы
    Содержание дисциплины

    Проводниковые материалы

    Учебная тема
    Проводниковые материалы

    Тема 5. Проводниковые материалы

    В качестве проводников электрического тока могут быть использованы твердые тела, жидкости, а при соответствующих условиях и газы.

    Твердыми проводниками являются металлы. Металлические проводниковые материалы могут быть разделены на материалы высокой проводимости и материалы высокого сопротивления. Металлы с высокой проводимостью используются для проводов, кабелей, обмоток трансформаторов, электрических машин и т. д. Металлы и сплавы высокого сопротивления применяются в электронагревательных приборах, лампах накаливания, реостатах, образцовых сопротивлениях и т. п. К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Как правило, температура плавления металлов высока, за исключением ртути, у которой она составляет около —39° С. Поэтому при нормальной температуре в качестве жидкого металлического проводника может быть использована только ртуть. Другие металлы являются жидкими проводниками при более высоких температурах (например, при плавке металлов токами высокой частоты).

    Механизм протекания тока по металлам в твердом и жидком состояниях обусловлен движением свободных электронов, вследствие чего их называют проводниками с электронной проводимостью, или проводниками первого рода. Проводниками второго рода, или электролитами, являются растворы (в основном водные) кислот, щелочей и солей. Прохождение тока через эти проводники связано с переносом вместе с электрическими зарядами частей молекулы (ионов), вследствие чего состав электролита постепенно изменяется, а на электродах выделяются продукты электролиза.

    Ионные кристаллы в расплавленном состоянии также являются проводниками второго рода. Примером могут служить соляные закалочные ванны с электронагревом. Все газы и пары, в том числе и пары металлов, при низких напряженностях электрического поля не являются проводниками. Однако, если напряженность поля превзошла некоторое критическое значение, обеспечивающее начало ударной фотоионизации, то газ может стать проводником с наличием электронной и ионной проводимостей. Сильно ионизированный газ при равенстве числа электронов и положительных ионов в единице объема представляет собой особую проводящую среду, носящую название плазмы.

    Металлические проводники являются основным типом проводниковых материалов, применяемых в электротехнике.

    При обмене электронами между нагретыми и холодными частями металла в отсутствие электрического поля имеет место переход кинетической энергии от нагретых частей проводника к более холодным, т. е. явление, называемое теплопроводностью. Так как механизмы электропроводности и теплопроводности обусловливаются плотностью и движением электронного газа, то материалы с высокой проводимостью будут также хорошими проводниками тепла.

    Ряд опытов подтвердил гипотезу об электронном газе в металлах. К ним относятся следующие:

    1.При длительном пропускании электрического тока через цепь, состоящую из одних металлических проводников, не наблюдается проникновения атомов одного металла в другой.

    2.При нагреве металлов до высоких температур скорость теплового движения свободных электронов увеличивается, и наиболее быстрые из них могут вылетать из металла, преодолевая силы поверхностного потенциального барьера.

    3.В момент неожиданной остановки быстро двигавшегося проводника происходит смещение электронного газа по закону инерции в направлении движения. Смещение электронов приводит к появлению разности потенциалов на концах заторможенного проводника, и подключенный к ним измерительный прибор дает отброс по шкале.

    4.Исследуя поведение металлических проводников в магнитном поле, установили, что вследствие искривления траектории электронов в металлической пластинке, помещенной в поперечное магнитное поле, появляется поперечная эдс. и изменяется электрическое сопротивление проводника.

    К основным характеристикам проводниковых материалов относятся:

    1) удельная проводимость γ или обратная величина — удельное электрическое сопротивление ρ;

    2) температурный коэффициент удельного сопротивления ТКρ;

    3) коэффициент теплопроводности γт;

    4) контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила (термо э. д.с);

    5) предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве.

    Из механических свойств проводников наиболее важным является предел прочности при растяжении σр и относительное удлинение при разрывеΔl/l.

    Удельное электрическое сопротивление ρ проводника с сопротивлением R постоянным поперечным сечением S и длиной l вычисляется по формуле

    ρ=R s/l

    Температурный коэффициент удельного сопротивления ТКρ проводников, измеряемый в К -1 , при данной температуре вычисляют по формуле

    ТКρ=1/ρ dρ/dT

    Средний температурный коэффициент удельного сопротивления металлов αρ в диапазоне температур вычисляют по формуле

    αρ=1/ρ0 ρ Т0 /Т-То,

    где ρ Т ,ρ0 - значения ρ,соответствующие температурам измерения То и Т

    Из этой формулы легко рассчитать значение ρ Т для заданной температуры Т:

    ρТ= ρ0[1+ αρ(T- То)]

    Коэффициент термо-э.д.с. проводников для термопар подбирают большим по по величине, постоянным в широком температурном диапазоне и стабильным по времени.Нооборот,в устройствах с малыми исверхмалыми токами и напряжениями, в эталонных и измерительных устройствах наличие термо- э.д.с. нежелательно.

    Коэффициент теплопроводности проводников γт прямо пропорционален их удельной проводимости.

    Контрольные задания по теме “Проводниковые материалы”

    1.Какие материалы являются проводниковыми?

    2.Какаво агрегатное состояние проводниковых материалов?

    3.Какие материалы относятся к жидким проводникам?

    4.Что относится к газообразным проводникам?

    5.Что относится к твердым проводникам?

    6.Какое явление называется теплопроводностью?

    7.Какие параметры определяют основные свойства проводников?

    8.От чего зависит значение удельной проводимости?

    9.Почему металлы называют проводниками с электронной электропроводностью?

    10.При каких условиях газы и пары металлов не являются проводниками?

    11.Из-за чего возникает термоэлектродвижущая сила?

    12.По какой формуле вычисляется удельное электрическое сопротивление?

    13.Как вычисляется температурный коэффициент удельного сопротивления?

    14.Опишите гипотезу “электронного газа”.

    15.Где используются проводники в виде газа?

    16.Как подразделяются металлы по характеру применения?

    17.Где используются металлы высокой проводимости?

    18.Для чего применяют сплавы высокого сопротивления?

    19.Где используются сверхпроводники?

    20.Какой металл при нормальных условиях является жидким проводником?

    21.Что является проводниками второго рода или электролитами?

    22.Какая среда называется плазмой?

    23.Кагда наблюдается увеличение удельного сопротивления металлов?

    24.Какие материалы являются основным типом проводников?

    25.Когда появляется поперечная эдс?

    26.При каких условиях свободный электрон вылетает из металла?

    27.Что является обратной величиной удельной проводимости?

    28.Когда газ может стать проводником с наличием электронной и ионной проводимостей?

    29.Кагда металлы могут быть жидкими проводниками?

    30.Когда на электродах выделяются продукты электролиза?

    - Содержание дисциплины

    Пленочные резистивные материалы

    Закрепление материала
    Тестирование материала
    Содержание дисциплины

    Материалы высокой проводимости