Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Электропроводность металлов
В металлах внешние (валентные) электроны обобществляются и могут свободно перемещаться по всему объему проводника. В подавляющем большинстве чистых металлов эти свободные электроны являются единственными носителями заряда. Если к проводнику приложено электрического поля , то в нем возникает электрический ток – направленное движение электронов. Плотность тока равна , (3.1) где – заряд электрона (элементарный заряд), – концентрация электронов, – скорость дрейфа электронов. Согласно закону Ома плотность тока пропорциональна , (3.2) где – удельная электрическая проводимость (удельная электропроводность) проводника. Это означает, что скорость дрейфа электронов пропорциональна напряженности электрического поля , (3.3) где – подвижность электронов. Для отрицательно заряженных частиц (например электронов) , для положительно заряженных (например, дырок в полупроводниках) – . Поэтому , (3.4) Следовательно, удельная электропроводность равна , (3.5) Величина обратная удельной электропроводности называется удельным электрическим сопротивлением . (3.6) Удельное сопротивление измеряется в Ом-метрах (Ом·м). У металлов Ом·м, у диэлектриков Ом·м. В чистых металлах концентрация электронов не зависит от температуры T. Поэтому зависимость удельной электропроводности σ от T полностью определяется температурной зависимостью подвижности электронов u(T), качественный график которой показан на рис. 3.1 (слева). Качественный график температурной зависимости удельного сопротивления ρ(T) показан на рис. 3.1 (справа).
При дрейфе электронов в металлах они рассеиваются на тепловых колебаниях атомов кристалла и на ионизированных атомах примесей. С увеличением температуры усиление рассеяния электронов на тепловых колебаниях уменьшает скорость дрейфа электронов и снижает их подвижность. При рассеянии электронов на тепловых колебаниях атомов в области высоких температур (выше так называемой температуры Дебая Θ) u ~ 1/T, в области низких температур T << Θ u ~ 1/T5 (рис. 3.1 слева). В промежуточной области средних температур происходит постепенный переход от первой зависимости ко второй.
При температурах, близких к абсолютному нулю тепловые колебания атомов ослабляются настолько, что основное значение приобретает рассеяние носителей заряда на примесных атомах, которые всегда содержатся в металлах. В этом случае подвижность носителей перестает зависеть от температуры: u → u0 при T → 0. В результате (см. рис. 3.1 справа) при высоких температурах ρ = T, (3.7) при низких температурах ρ = bT5 + ρ0. (3.8) Температурным коэффициентом сопротивления α чистых металлов называется величина . (3.9) При высоких температурах, когда применима формула (3.7) , (3.10) как показывает опыт при обычных условиях , (3.11) в частности, для меди = 0,0041 K-1.
|
||||
Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 728. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |