Тема 2.1 Физические процессы в проводниках

РАЗДЕЛ 2 ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Калинин с. 39-49,62-66; Журавлёва с.21-23,29-3142-45;

- общие сведения;

- классификация;

Проводниковыминазывают материалы, основным электрическим свойством которых является сильно выраженная электропроводность. Это наиболее широко применяемые в технике материалы. Из них изготавливают обмоточные и монтажные провода; силовые кабели и линии электропередач; кабели радио, телефонно-телеграфной связи; проводящие дорожки печатных плат и интегральных схем; конструкционные детали прибо­ров и устройств и т.п.

Существуют различные варианты их классификации:

- по агрегатному состоянию: газообразные, жидкие и твёрдые.

- по величине удельного электрического сопротивления:

- материалы высокой проводимости с удельным электрическим сопротивление менее 0,1 мкОм ^,м. (медь, алюминий и их сплавы);

- материалы высокого удельного сопротивления с удельным электрическим сопротивление больше 0,3 мкОм ^,м. (манганин, константан, хромоникелевые сплавы);

- сверхпроводники, криопроводники с ничтожно малым удельным электрическим сопротивлением;

а также другие:

- благородные металлы (золото, серебро, платина и палладий);

- тугоплавкие с Тпл >1700^оС (вольфрам, молибден, хром, рений и др.);

- со средней температурой плавления Тпл <1700^оС (железо, никель, кобольт),

 - припои.

неметаллические проводящие материалы:

- углеродистые материалы (графит, уголь, сажи);

- композиционные проводящие материалы (контактолы и керметы);

- проводящие материалы на основе окислов.

Тема 2.1 Физические процессы в проводниках

- электропроводность и её зависимость от состава и внешних условий;

- удельное электрическое сопротивление;

- температурный коэффициент удельного сопротивления;

- особенности электропроводности тонкоплёночных проводников.

К газообразным проводникам относятся все газы и пары, в том числе пары металлов при напряженности электрического поля, которая обеспечивает начало ионизации. В ионизированных газах электрический ток создаётся как электронами, так и ионами. Если в единице объёма сильно ионизированного газа наступает равенство между числом электронов и положительных ионов, то газ называется плазмой. Электропроводность газов и паров используют в различных гозоразрядных приборах. Неионизированные газы применяют как диэлектрики.

К жидким проводникам относятся расплавы металлов, растворы солей, кислот и других веществ с ионным строением молекул. Растворы солей, кислот и щелочей, проводящие электрический ток, называются электролитами, или проводниками второго рода. При прохождении электрического тока через электролит, в который погружены электроды (например, в аккумуляторах, вместе с движущимися электрическими зарядами переносятся и ионы электролита). В результате на электродах происходит осаждение вещества из электролита. Электролиты широко используют в гальванотехнике и при очистке металлов.

К твердым проводникам относятся металлы и металлические сплавы. Металлы и их сплавы, находящихся в твёрдом и жидком состоянии называются проводниками с электронной электропроводность, или проводниками первого рода.  Электрический ток в них обусловлен движением свободных электронов. При прохождении электрического тока через контакт разных металлов не происходит переноса вещества одного металла в другой (как в электролитах), так как в создании электрического тока участвуют только электроны. Твёрдые металлические проводники являются основным видом проводниковых материалов в электротехнике и радиотехнике.

Количественно электропроводность проводников оценивается удельной электропроводностью γ (См/м) или обратной ей величиной – удельным электрическим сопротивлением р (Ом∙м). Для измерения р иногда используют:

                            1 Ом∙м = 10⁶ мкОм∙м = 10⁶ Ом∙мм²/м

р = 1/ γ

РАЗДЕЛ 2 ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Проводниковыминазывают материалы, основным электрическим свойством которых является сильно выраженная электропроводность. Это наиболее широко применяемые в технике материалы. Из них изготавливают обмоточные и монтажные провода; силовые кабели и линии электропередач; кабели радио, телефонно-телеграфной связи; проводящие дорожки печатных плат и интегральных схем; конструкционные детали прибо­ров и устройств и т.п.

Существуют различные варианты их классификации:

- по агрегатному состоянию: газообразные, жидкие и твёрдые.

- по способности проводить электрический ток:

- материалы высокой проводимости с удельным электрическим сопротивление менее 0,1 мкОм ^,м. (медь, алюминий и их сплавы);

- материалы высокого удельного сопротивления с удельным электрическим сопротивление больше 0,3 мкОм ^,м. (манганин, константан, хромоникелевые сплавы);

- сверхпроводники, криопроводники с ничтожно малым удельным электрическим сопротивлением;

а также другие:

- благородные металлы (золото, серебро, платина и палладий);

- тугоплавкие с Тпл >1700^оС (вольфрам, молибден, хром, рений и др.);

- со средней температурой плавления Тпл <1700^оС (железо, никель, кобольт),

 - припои.

неметаллические проводящие материалы:

- углеродистые материалы (графит, уголь, сажи);

- композиционные проводящие материалы (контактолы и керметы);

- проводящие материалы на основе окислов.

Тема 2.1 Физические процессы в проводниках

К газообразным относятся все газы и пары, в том числе пары металлов при напряженности электрического поля, которая обеспечивает начало ионизации. Электрический ток создаётся электронами и ионами. Если в единице объёма сильно ионизированного газа наступает равенство между числом электронов и положительных ионов , то газ называется плазмой.

 Электропроводность газов и паров используют в различных гозоразрядных приборах. 

Механизм прохождения электрического тока в металлах и металлических сплавах, находящихся в твёрдом и жидком состоянии обусловлен направленным движением свободных электронов (электроны проводимости). Отсюда и тип проводников (электронные проводники), и они являются проводниками первого рада. Механизм прохождения электрического тока в растворах и расплавах электролитов обусловлен направленным движением катионов и анионов, поэтому тип электропроводности электролитов ионный, и они являются проводниками второго рода. Прохождение электрического тока через электролит связанно с переносом ионов растворённого или расплавленного вещества и выделением их на электродах. В результате состав электролита изменяется. Электролиты широко используют в гальванотехнике и при очистке металлов.

Углеродистые металлы(графит, пиролитический углерод, сажа) имеют электропроводность в направлении базисной плоскости, близкую по своей природе к электропроводности металлов.

В ионизированных газах, парах веществ, парах металлов, электрический ток обусловлен движением электронов и ионов, образующихся в сильных электрических полях или при высокой температуре (выше 5000 ˚С), или под  действием ионизирующего излучения. Ионизация и электропроводность газов и паров под действием электрического напряжения наступают при напряжённости поля, равной или выше критической. Сильно ионизированный газ при равенстве концентраций положительных и отрицательных зарядов является электропроводящей средой и называется плазмой. Количественно электропроводность проводников оценивается удельной электропроводностью γ (См/м) или обратной ей величиной – удельным электрическим сопротивлением  р (Ом∙мм²/м).

Металлические проводники.Наиболее широкое применение в технике получили твёрдые металлические проводники, которые являются основным видом проводниковых материалов в электротехнике и радиотехнике. Твёрдые металлические проводники имеют высокую пластичность, характерный металлический блеск, высокие электро- и теплопроводность, обусловленные большой концентрацией электронов проводимости.