РАЗДЕЛ 2 ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Тема 2.1 Физические процессы в проводниках

Проводниками электрического токаявляются металлы и металлические сплавы в твёрдом и жидком состоянии, углеродистые материалы, растворы и расплавы электролитов и ионизировынные газы.

Общие сведения и классификация проводников

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.

Классификация металлических проводников.

Металлические проводники подразделяются на следующие основные группы:

Металлы высокой проводимости – это металлы (Ag, Cu, Au, Al и др.) и их сплавы имеющие при нормальной температуре p не более 0,1 мкОм·м. Используются для изготовления проводов, кабелей, токопроводящих шин, обмоток трансформаторов, машин и т.д.

Сверхпроводники – это материалы (чистые металлы, например, Hg, Pb, Al, сплавы, например, Nb-Ti, V-Ga и др.) обладающие при температурах, близкими к абсолютному нулю, ничтожным малым удельным сопротивлением.

Криопроводники – это обычно металлы высокой проводимости (Cu, Al, Be), которые при очень низких температурах -195˚С приобретают высокую удельную электропроводность.

Сплавы высокого сопротивления – это сплавы образующие твёрдые растворы. Используются для изготовления электронагревательных элементов, реостатов, резисторов и т.п.

Металлы и сплавы различного назначения. К этой группе относятся: тугоплавкие металлы (W, Ta, Mo и др.) с температурой плавления выше, чем у железа; легкоплавкие металлы (Zn, Pb, Cd, Sn, Ga, Hg и др.), имеющие Tпл ниже 500˚С и благородные металлы (Ag, Au, Pt и др.) с высокой химической стойкостью.

Контактные материалы – это определённые металлы, сплавы, угольные материалы, композиционные материалы и другие, используемые в скользящих и разрывных в слабо и сильноточных электрических цепях.