Построение зависимости удельного сопротивления и температурного коэффициента удельного сопротивления от состава сплава Cu – Ni.

Значения удельного сопротивления сплавов могут быть получены по приближённой формуле: , (1.3)

 

где a – постоянный коэффициент; x_Ni – содержание никеля в сплаве в относительных долях по массе; x_Ni + x_Cu = 1.

Первые два слагаемые в формуле (1.3) характеризуют удельное сопротивление, обусловленное рассеянием электронов на тепловых колебаниях узлов решётки. Предполагается, что эта составляющая удельного сопротивления аддитивно зависит от состава. Коэффициент a находят путём подстановки в (1.3) значения удельного сопротивления константана и соответствующего ему содержания Ni x_Ni = 0,4. В дальнейшем, подставляя различные значения x_Ni в выражение (1.3), получают необходимое число точек для построения кривой ρ = f(x). Результаты расчётов заносят в табл. 1.4.

Таблица 1.4

 

xNi		0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
ρ, мкОм·м
αρ, K^–1

 

Значения температурного коэффициента сопротивления сплавов при различных содержаниях Ni могут быть приближённо рассчитаны по формуле:

 

, (1.4)

 

где ρ_Cu-Ni – удельное сопротивление сплава соответствующего состава, определённое по формуле (1.3). Результаты расчёта по (1.4) заносят в табл. 1.4.

Построение зависимостей ρ(x_Ni) и α_ρ(x_Ni) по данным табл.1.4 производят на графиках, у которых по оси абсцисс слева направо в линейном масштабе отложено содержание Ni, а справа налево – содержание Cu так, чтобы выполнялась сумма x_Ni + x_Cu = 1. По концам оси абсцисс проводят две оси ординат, на которых откладывают масштабное значение ρ и α_ρ. На графике α_ρ(x_Ni) помимо расчётных значений указывают экспериментально найденное значение для x_Ni = 0,4.

 

1.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте определение удельного сопротивления проводников. В каких единицах оно измеряется?

2.Почему металлы обладают высокой электрической проводимостью?

- 7 -

 

3.Как объяснить возрастание удельного сопротивления металлов при нагревании?

4.Сформулируйте определение температурного коэффициента удельного сопротивления.

5.Почему удельное сопротивление металлических сплавов типа твёрдых растворов выше, чем у чистых металлов, являющихся компонентами сплава?

6.Почему металлические сплавы обладают меньшим температурным коэффициентом удельного сопротивления, чем чистые металлы?

7.Каким параметром характеризуют электрические свойства тонких резистивных плёнок?

8. При каких условиях возникает термоэлектродвижущая сила?

9.Укажите основные свойства и области применения исследованных проводниковых материалов.

 

 

- 8 –

 

ДОПОЛНЕНИЕ К МЕТОДИЧЕСКИМ УКАЗАНИЯМ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ – изучение основных электрических характеристик металлов, сплавов и других материалов для проводящих и резистивных элементов электроники, а также освоение методики экспериментального исследования этих материалов.

 

1. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

1.1.В работе исследуются электрические характеристики проводящих материалов, представленных образцами металлической проволоки, и тонкоплёночных элементов, перечисленных в табл. 1.

 

Таблица 1

Обозначение на панели стенда	Материал
Плёночное сопротивление 1	Резистивный сплав РС – 3710 Резистивный сплав РС – 3710 Кермет Резистивный сплав МЛТ Нихром
Проволочное сопротивление 6	Нихром Манганин Манганин Константан Медь
R1 R2 R3	Константан Никель Медь
ТП 1 ТП 2 ТП 3	Термопара медь – манганин Термопара медь – никелин Термопара медь – константан

 

 

1.2. Размеры образцов проволоки и плёночных элементов указаны на лицевой панели стенда.

 

1.3. Справочные данные о свойствах и характеристиках исследуемых материалов приведены ниже в Таблицах П1, П2, П3.

 

- 9 -

 

Таблица П.1

Некоторые физические параметры для меди и никеля

 

Материал	Молярная масса, кг/кмоль	Плотность, Мг/м	Удельное сопротивление, мкОм м	Температурный коэффициент удельного сопротивления, К
Медь	63,55	8,92	0,0168	4,33
Никель	58,71	8,96	0,068	6,70

 

 

Таблица П.2

Физические свойства сплавов

Сплав	Плотность, d, г / см	Удельное объёмное сопр., ρ, мкОм см	Температ. коэфф. удельного сопр., αρ, 10 / К	Температ. коэфф. линейного расшир., αl, 10 / К	Термо – ЭДС относительно меди, αT, мкВ / К
Константан МНМц 40 – 1,5	8,9	42 – 52	(-2) – (+6)	17,0	40,0 – 50,0
Манганин МНМц 3 – 12	8,4	46 – 49	(-5) – (+4)	18,0	1,0 – 2,0
Никелин МНЖМц 30 – 08 – 1	8,7			16,0	20,0
Нихром Х20Н80	8,4	103 – 116		16,3	20,9

СПЛАВЫ МЛТ – многокомпонентные хромосилицидные сплавы (т.е. сплавы кремния и хрома), легированные одновременно двумя и более элементами из ряда: никель, железо, алюминий, вольфрам. Для изготовления тонкоплёночных резисторов микросхем используется сплав МЛТ – 3М.

 

 

- 10 -

 

КЕРМЕТЫ – металлокерамические композиции, например, на основе хрома (металл) и моноокиси кремния (диэлектрик). Удельным поверхностным сопротивлением керметных плёнок можно управлять в самых широких пределах.

НИХРОМЫ – сплавы никеля и хрома, используемые для получения тонких резистивных плёнок со сравнительно небольшими значениями поверхностного сопротивления.

Таблица П.3