Зависимость проводимости от состава и внешних условий

Прохождение электрического тока в металлических проводниках обусловлено упорядоченным движением – дрейфом электронов проводимости под действием внешнего электрического поля. Количественно это явление описывается законом Ома.

Согласно закону Ома (дифференциальной форме) плотность тока пропорциональна напряжённости поля. У всех металлов величину средней скорости ѵ теплового движения можно считать постоянной. Концентрация n электронов проводимости, как и скорость мало зависит от природы металла. Поэтому удельная электропроводность металлических проводников зависит в основном от средней длинны свободного пробега электрона λ, величина которой существенно влияет на подвижность α электронов: чем меньше λ, тем меньше α. Величина λ в свою очередь зависит от степени деформации кристаллической решётки металлического проводника. Дефекты размерами больше 5/4А производят значительное рассеяние электронов и уменьшают их подвижность, удельное электрическое сопротивление увеличивается. Дефекты меньше 5/4А не вызывают заметного рассеяния электронных волн. Следовательно – чем больше таких дефектов, тем выше сопротивление проводника.

                          Удельное электрическое сопротивление

Влияние примеси на удельное сопротивление

Чистые отожжённые металлы имеют менее деформированную кристаллическую решётку, поэтому для них характерны большие значения λ, следовательно малая величина p. Примеси растворённые в металлах, деформируют кристаллическую решётку и вызывают большие изменения удельного сопротивления. Отсюда p металлов, содержащих растворённую примесь, всегда выше, чем p чистых металлов. При малых концентрациях растворённой примеси удельное сопротивление металлов в зависимости от концентраций примеси увеличивается практически линейно. При больших концентрациях растворённой примеси удельное сопротивление металлов изменяется линейно или нелинейно. Это зависит от соотношения физико-химических параметров металла и растворённой примеси.

Удельное сопротивление металлических сплавов

У металлических сплавов удельное сопротивление зависит не только от концентрации компонентов, образующих данный сплав, но и от типа образовавшегося сплава. В зависимости от физико-химического взаимодействия компонентов друг с другом (от соотношения размеров их атомов и электрохимических констант) могут образовываться следующие основные типы сплавов: гетерогенные структуры (механические смеси), твёрдые растворы с неограниченной или ограниченной растворимостью компонентов друг в друге в твёрдом состоянии, химические (интерметаллические) соединения.

Влияние деформации на удельное сопротивление

Большое влияние на удельное сопротивление и механические свойства оказывают дефекты кристаллической решётки, возникшие при холодной обработке металлов. В результате пластической деформации, вызванной холодной обработкой, возрастает деформация кристаллической решетки и увеличиваются в ней дефекты: возрастает плотность дислокаций и концентрация вакансий, что приводит к улучшению механических свойств – увеличивается твёрдость и предел прочности на разрыв. Удельное сопротивление при этом также увеличивается. При рекристаллизационном отжиге металлов концентрация дефектов уменьшаться, а удельное сопротивление при этом может понизиться до первоначального значения. Одновременно понизиться твёрдость и предел прочности на разрыв. При упругой деформации удельное сопротивление металлов может как увеличиться, так и уменьшиться.

Влияние температуры на удельное сопротивление

Концентрация n электронов проводимости в металлических проводниках от температуры не зависит, однако от температуры зависит их подвижность. С увеличением температуры возрастают тепловые колебания узлов кристаллической решётки и создаются большие препятствия на пути дрейфа