TEMA 3 EFECTE FIZICE ÎN CONDUCTOARE
Caracteristicile conductivității metalelor, mișcarea termică și derivatică a conductivității electrice.
În industria electronică, metalele și aliajele lor sunt utilizate pe scară largă, din care sunt fabricate conductorii.
Clasificată în funcție de starea agregată: gazoasă, lichidă, solidă.
Gazos - vapori de substanțe și gaze cu rezistența câmpului electric, care asigură ionizarea moleculelor. În ele, curentul electric este creat atât de electroni, cât și de ioni. Folosit în dispozitivele de evacuare a gazelor.
Soluții lichide de diferite săruri, acizi, alcalii, precum și topiturile lor (electroliți). Curentul este asociat cu transferul de ioni, în timp ce compoziția electrolitului se schimbă, iar pe electrozii scufundați în electrolit, substanța este eliberată din soluție.
Metalele grele sunt metale care ocupă peste 75% din masa lui Mendeleyev. Curentul din ele este creat numai de electroni și, prin urmare, nu există transfer de materie de la un electrod la altul.
Pentru utilizare, materialele metalice sunt împărțite:
- metale de înaltă conductivitate;
- aliaje de înaltă rezistență.
Metale de înaltă conductivitate. argint, cupru, aluminiu, fier, aur.
Supraconductori (scăzut t 0 C): aluminiu, mercur, plumb, niobiu, compuși de staniu, titan, zirconiu.
Aliaje de inalta rezistenta:
- fier, nichel și crom (nichrom).
Elementele din primul grup al tabelului periodic sunt monovalente. Electronul de valență este slab legat de miezul său și, sub orice influență externă, rupe legătura cu nucleul și devine liber. Prin urmare, siturile din rețeaua cristalină conțin atomi (ioni) încărcați pozitiv, iar electronii liberi se mișcă între ele.
Ionii și electronii sunt în mișcare dezordonată. Energia acestei mișcări reprezintă energia internă a curentului.
Mișcarea ionilor care formează rețeaua constă doar în oscilații în apropierea pozițiilor de echilibru. Electronii liberi se pot deplasa prin întregul volum al metalului. În absența unui câmp electric în interiorul metalului, mișcarea electronilor este haotică, în fiecare moment vitezele diferitelor electroni sunt diferite și au toate direcțiile posibile. Electronii sunt asemenea gazului, deci se numesc adesea gaz de electroni.
mișcare termică provoacă nici un curent, deoarece din cauza întâmplării depline în fiecare direcție se va deplasa aceeași cantitate de electroni ca și în direcția opusă, și, prin urmare, taxa totală transferată prin orice zonă din interiorul este zero.
Dacă se generează o diferență de potențial la capetele conductorului, adică creați un câmp electric în interiorul fiecărui electron, forța va acționa, fiecare electron va primi viteze suplimentare direcționate către o parte. Mișcarea va deveni direcționată, adică va exista un curent electric.
Mișcarea haotică este cauzată de influența factorilor externi (căldură). Mișcarea direcțională datorată diferenței de potențial se numește derivație.
Conductivitatea diferitelor metale este diferită, deoarece este cauzată de:
- număr diferit de electroni liberi pe unitate de volum;
- condițiile de mișcare a electronilor asociate cu diferite căi libere medii; calea traversată de un electron mediu între două coliziuni cu ioni.
În practică, se folosesc conceptele: conductivitatea și rezistivitatea:
s este conductivitatea specifică, MCu / m
r - rezistență specifică, Ohm * mm 2 / m
n este numărul de electroni liberi;
m este mobilitatea electronilor datorată câmpului electric;
și m este viteza medie a mișcării termice.
Valorile lui ut, n. în diferiți conductori sunt aproximativ aceeași, de exemplu:
ndi = 8,5 * 10 28 m-3. nalum = 8,3 * 10 28 m-3. valoarea ratei mișcării termice este de aproximativ uT = 10 5 m / s.
Pentru fiecare metal, există un anumit coeficient de temperatură de rezistență când T 0 se modifică cu 1 0 C, la 10 m de rezistența inițială (a):
Această relație este valabilă pentru temperaturi de 100-150 0 С.