ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ У провіднику ТА ЇХ ВЛАСТИВОСТІ
1. Загальні відомості про провідниках
Провідниками електричного струму можуть служити тверді тіла, рідини, а при відповідних умовах гази.
Твердими провідниками є метали, металеві сплави, деякі модифікації вуглецю. Серед металевих провідників розрізняють матеріали, що володіють високою провідністю і метали та сплави, що володіють високим опором. До рідких провідникам відносяться розплавлені метали і різні електроліти (розчини кислот, лугів, солей, розплави іонних сполук).
Проходження струму через електроліти пов'язане з перенесенням разом з електричними зарядами частин молекул (іонів), в результаті чого склад електроліту поступово змінюється, а на електродах виділяються продукти електролізу.
Всі гази і пари, в тому числі і пари металів, при низьких напруженостях електричного поля не є провідниками. Однак при напруженості поля вище критичного значення, газ може стати провідником, що володіє електронної та іонної електро-провідні.
2. Фізична природа електропровідності металів
У електропровідності металів беруть участь електрони з енергіями близькими до енергій Фермі. Під дією електричного поля напруженістю Е вільні електрони окрім швидкості теплового руху Vт здобувають додаткову швидкість спрямованого руху - дрейфову швидкість Vдр.
Vдр = A Г— t = F Г— t/m * = e Г— t Г— E/m *,
де a = F/m * - прискорення електрона під дією сили електричного поля;
m * - ефективна маса електрона;
t - середній час вільного пробігу між двома зіткненнями. p> Швидкість пропорційна напруженості поля Е:
Vдр = M Г— E; m = e Г— t/m *,
де m - коефіцієнт пропорційності, званий рухливістю носія, см2/Bc.
При звичайних умовах в металах Vт>> Vдр і середній час вільного пробігу між двома зіткненнями з вузлами решітки буде визначатися швидкістю теплового руху:
t = lср/Vт,
де lср - середня довжина вільного пробігу.
Тоді вираз для рухливості електронів набуває вигляду:
m = e Г— lср/(m * Г— Vт).
Для металів справедлива загальна формула питомої електропровідності:
s = N Г— e Г— m, м2/В В· с,
де N - число електронів, що беруть участь в електропровідності, в одиниці об'єму. p> Тоді питома провідність визначається виразом
s = N Г— e2 Г— lср/(m * Г— Vт), м2/В В· с,
а питомий опір:
r = 1/s = m * Г— Vт/(N Г— e2 Г— lср), Ом Г— м.
Для різних провідників значення величин Vт і N приблизно однакові. Отже рухливість електронів і величина питомого опору залежать від середньої довжини вільного пробігу у цьому матеріалі. Довжина вільного пробігу визначається розсіюванням на теплових коливаннях кристалічної решітки, розсіюванням на ато...
