Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Классификация и основные свойства проводников
Проводниковые материалы различают по агрегатному состоянию: – газы и пары; – жидкие проводники; – твёрдые проводники. Все газы и пары, в том числе и пары металлов, при низких напряжённостях электрического поля не являются проводниками. Однако, если напряжённость электрического поля превзойдёт некоторое критическое значение Екр, обеспечивающее начало ударной ионизации, то газ становится проводником с электронной и ионной проводимостью. К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Правда, большинство металлов (за исключением ртути) имеют высокую температуру плавления, поэтому их трудно использовать в качестве проводников. Среди твёрдых проводников наиболее часто в электротехнике применяются металлы и сплавы. Среди них выделим и рассмотрим две основные группы: а) металлы высокой проводимости, у которых при нормальной температуре удельное сопротивление не более 0,05 . Они используются для проводов, жил кабелей, обмоток электрических машин и трансформаторов и т. п.; б) сплавы с высоким сопротивлением, имеющие при нормальной температуре ρ ≥ 0,3 . Они используются при изготовлении резисторов, электронагревательных приборов, нитей ламп накаливания и т. п. Особую группу составляют криопроводники и сверхпроводники – материалы, которые обладают ничтожно малым сопротивлением при весьма низких температурах. Проводниковые материалы по носителям заряда можно разбить на два рода. У проводников первого рода ток обусловлен движением свободных электронов под воздействием электрического поля. К ним относятся металлы как в твёрдом, так и жидком состоянии. У проводников второго рода прохождение тока связано с движением ионов и выделением их на электродах. К проводникам второго рода относятся электролиты и расплавленные ионные кристаллы. Основные свойства проводниковых материалов Удельная проводимость γ (обратная величина – удельное сопротивление ρ). Запишем дифференциальную форму закона Ома: J = γ·Е, где J – плотность тока, А/м2; γ – удельная проводимость, См/м; Е – напряжённость электрического поля, В/м. Удельная проводимость металлов не зависит от напряжённости электрического поля в весьма широких пределах. Величина, обратная удельной проводимости, называется удельным сопротивлением ρ = 1/γ и измеряется в . Диапазон значений удельных сопротивлений достаточно узок. У чистых металлов: серебро – 1,6·10-8 , медь – 1,72·10-8 , алюминий – 2,8·10-8 , а у сплавов до 1 000 . Причем чистые металлы с наиболее правильной кристаллической решёткой характеризуются наименьшими значениями удельного сопротивления. Примеси, искажая решётку, приводят к увеличению удельного сопротивления.
Температурный коэффициент удельного сопротивления. С ростом температуры удельное сопротивление увеличивается. Это объясняется тем, что при увеличении температуры усиливаются колебания кристаллической решётки металла и у электронов возникает всё больше и больше препятствий на пути. Изменение удельного сопротивления можно характеризовать температурным коэффициентом: ТКρ = αρ = . Значения αρ для чистых металлов близки между собой и составляют αρ ≈ (3–5)·10-3 К-1. А у некоторых металлов он немного выше, в том числе у ферромагнитных (железо, никель, кобальт) – αρ ≈(6–6,5)·10-3 К-1. При изменении температуры в узких диапазонах допустима кусочно-линейная аппроксимация: ρ2 = ρ1·[1+αρ·(Т2 – Т1)],
где ρ1 и ρ2 – удельные сопротивления металла при температурах Т1 и Т2, причем Т2 > Т1. Изменение удельного сопротивления металлов при плавлении. При переходе из твёрдого состояния в жидкое у большинства металлов наблюдается увеличение сопротивления. Удельное сопротивление увеличивается у тех металлов, которые при плавлении увеличивают объём, т. е. уменьшают плотность. У некоторых металлов (галлий, висмут, сурьма и др.) при плавлении наоборот объём уменьшается, и удельное сопротивление падает. Удельное сопротивление сплавов. Примеси и нарушения правильной структуры ведут к увеличению их удельного сопротивления. Зависимость удельного сопротивления сплава двух металлов от изменения содержания каждого из них от 0 до 100 % имеет максимум при некотором соотношении компонентов. А вот у температурного коэффициента αρ закономерность обратная: у чистых металлов высокие значения температурного коэффициента, а у сплавов αρ меньше и даже может приобретать небольшое отрицательное значение.
Термоэлектродвижущая сила. Если спаять два разных металлических проводника А и В, то между ними возникает контактная разность потенциалов UAB. Причины появления этой разности потенциалов две: а) различие значений работы выхода электронов из разных металлов; б) разная концентрация электронов в металлах. Если температура спаев одинакова, то сумма разностей потенциалов в замкнутой цепи равна нулю. А если температура у спаев разная, то возникает термоэлектрическая движущая сила: U=C·(T1-T2), где C – постоянный для этой пары проводников коэффициент термо-э. д. с. Провод, составленный из двух изолированных друг от друга проволок из различных металлов или сплавов (термопара), используется для измерения температур. В термопарах используются проводники, имеющие большой и стабильный коэффициент термо-э. д. с. Теплопроводность металлов. Мощность теплового потока от конденсатора определяется уравнением Фурье: ∆Pт = γт ∆S, где – градиент температуры, ∆S – площадь корпуса конденсатора, γт – теплопроводность, . За передачу тепла через металл в основном ответственны свободные электроны. Поэтому теплопроводность γт металлов намного больше, чем теплопроводность диэлектриков. Чем больше у металла электрическая проводимость γ, тем больше и его теплопроводность. Температурный коэффициент линейного расширения. Температурный коэффициент линейного расширения определяется по формуле: = = , где – температурный коэффициент линейного расширения, К-1. Для чистых металлов aR » и можно пренебречь и принять αR ≈ αρ. Для сплавов, у которых αρ невелико, пренебрегать нельзя. Механические свойства проводников. Проводники часто кроме электрической несут и механическую нагрузку, поэтому для них очень важны механические свойства. Для проводников (как и для диэлектриков) обычно указывают предел прочности при растяжении sв и относительное удлинение при разрыве . Кроме того, у них определяют твердость, выносливость и т. д. Об определении этих механических свойств будет изложено в разделе «Конструкционные материалы». ЛЕКЦИЯ №9
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-12-15; просмотров: 150; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.149.243.106 (0.011 с.) |