Природа проводимости и основные характеристики проводниковых материалов
Из проводниковых материалов - твердых тел, жидкостей и газов в электротехнике наиболее часто применяют металлы и сплавы. Согласно классической теории (Друде, Лорентц) металлы можно рассматривать как кристаллический остов, состоящий из положительных ионов, погруженных в среду из свободных коллективизированных электронов, называемой "электронным газом" или "электронной жидкостью".
Наличие свободных делокализованных электронов обуславливает высокую пластичность, характерный блеск металлов, высокую электро- и теплопроводность. Если к проводнику приложить внешнее напряжение, то свободные электроны, совершающие тепловые колебания с средней скоростью порядка 105м/с, приобретают некоторую добавочную скорость направленного движения (несколько мм в секунду), что вызывает протекание электрического тока. Плотность тока J связана с напряженностью электрического поля Е формулой: известной, как закон Ома в дифференциальной форме. Здесь удельная проводимость в симменсах на метр. Удельное сопротивление: измеряется в Ом.м или в внесистемных единицах Ом.мм2/м. Предпочтительнее пользоваться единицами СИ - мкОм.м. Связь между единицами удельного сопротивления: 1Ом.м = 106мкОм.м = 106Ом.мм2/м Согласно классической теории металлов: где e - заряд электрона, n - концентрация свободных электронов, l - средняя длина свободного пробега между двумя соударениями с узлами решетки, m - масса электрона, VT - средняя скорость теплового движения электрона. Квантово-механическое описание учитывает, что электрон обладает свойствами как частицы, так и волны, поэтому в идеальной периодической решетке электронные волны не рассеиваются. В реальных кристаллах строгая периодичность нарушается примесями, дефектами решетки и тепловыми колебаними ионов. Уточненное выражение для удельной проводимости выглядит так: где h - постоянная Планка. Основные характеристики проводниковых материалов: • удельная электрическая проводимость или удельное электросопротивление ( = 1 / ); • температурный коэффициент удельного сопротивления - • коэффициент теплопроводности т; • контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила (термо - э.д.с.); • предел прочности при растяжени бпр и относительное удлинение при разрыве l /l
|