Реферат: Класифікація та основні властивості провідникових матеріалів

При зміні температури у вузьких діапазонах можна для розрахунків застосовувати кусочно-лінійну апроксимацію.

,

де - середній температурний коефіцієнт питомого

опору даного матеріалу в діапазоні температур Т1 ÷ Т2, причому Т2 > Т1.

Теплопровідність металів

Передачу тепла через метал забезпечують ті ж самі вільні електрони, які визначають його електропровідність. Число електронів в одиниці об’єму металу є дуже великим, а тому коефіцієнт теплопровідності (γ_т ) металів є значно більшим за коефіцієнт теплопровідності діелектриків.

При підвищенні температури, коли рухливість електронів в металі, а відповідно і його електропровідність зменшуються, відношення коефіцієнта теплопровідності металу (γ_т ) до його питомої провідності (γ) зростає (γ_т /γ)­. Математично це виражається законом Відемана – Франца – Лоренца:

γ_т / γ = L₀ · T,

де Т – термодинамічна температура [К], L₀ – число Лоренца: ,

де: k =1,38 • 10 ^–23 [Дж/K] – постійна Больцмана;

e =1,6 • 10 ^–19 [Кл] – заряд електрона.

Можна отримати: L₀ = 2,45 • 10 ^–8 [B² /K² ].

Даний закон виконується (в області температур, близьких до нормальної або підвищених), за винятком марганцю та берилію, для більшості металів. В області низьких температур відношення (γ_т /γ) вже не залишається незмінним. Якість та характер механічної обробки металу може значно впливати на теплопровідність матеріалу провідника.

Термоелектрорушійна сила.

При торканні двох різних металевих провідників між ними виникає контактна різниця потенціалу. Причиною її виникнення є різниця в роботі виходу електронів з різних металів, а також різниця в концентрації вільних електронів в різних металах. (різниця тиску електронного газу в різних металах).

З електронної теорії металів виходить, що контактна різниця потенціалів між металами А та В становить:

де: U_B та U_A – потенціали металів, які торкаються один одного; n _oА n _oВ – концентрація електронів в металах А та В;

k – постійна Больцмана; е – заряд електрона.

Якщо температура «зпаїв» однакова, то сума різниці потенціалів в замкнутому колі дорівнює нулю. Якщо «зпаї» мають різну температуру Т₁ та Т₂ то між ними виникає термоелектрорушійна сила (термо-е.р.с.).

або U = ψ (T₁ – T₂ ), де ψ – стала для даної пари провідників – коефіцієнт термо-е.р.с.

Термо-е.р.с. – пропорційна різниці температур зпаїв. Термопари використовують для вимірювання температури, при цьому використовуються провідники, які мають високий та стабільний коефіцієнт термо-е.р.с.

Навпаки, обмотки вимірювальних приладів та резисторів виконують з провідників з якомога меншим коефіцієнтом термо-е.р.с.

Температурний коефіцієнт лінійного розширення провідників

Цей коефіцієнт визначається за відомою вже формулою:

Він є необхідним для аналізу роботи різних спряжених матеріалів у тій або іншій конструкції (порушення герметичності та погіршення якості з’єднання провідників з напівпровідниками та діелектриками). Він також є необхідним для розрахунку температурного коефіцієнта електричного опору дроту.