їх основі. До рідких провідникам відносяться розплавлені метали і різні електроліти. Більшість металів є рідкими провідниками лише при підвищених температурах [2, С.39].
Електролітами є водні розчини кислот, солей, лугів і розплави іонних з'єднань.
Всі гази і пари металів стають провідниками при високій напруженості прикладеного електричного поля. Основною умовою при цьому є виникнення ударної або фотоіонізації і газ може стати провідником з електронною та іонною електропровідністю. При рівності кількості позитивних і негативних заряджених частинок в обсязі сильно іонізованого газу отримують рівноважну провідне середовище так званого четвертого стану речовини - плазму.
До основних характеристик провідникових матеріалів відносяться: питомий опір і питома провідність; температурний коефіцієнт питомого електричного опору; термоелектрорушійна сила (термоедс); теплопровідність; теплостійкість; межа міцності на розрив і відносне подовження при розриві (рисунок 5.1).
Знання цих характеристик дозволяє оцінити електричні, теплові та механічні властивості провідникового матеріалу.
Малюнок 5.1 - Схема будови металевого провідника
Питомий опір матеріалу r є основною величиною, що характеризує матеріал провідника. Для вимірювання питомого опору провідників зазвичай користуються зразками, виготовленими з досліджуваного матеріалу у вигляді відрізків проводів незмінного перетину. У цьому випадку, знаючи опір R, площа поперечного перерізу S і довжину l зразка, питомий опір матеріалу можна обчислити, виходячи з наступного відомого співвідношення
, тобто. (5.1)
У Міжнародній системі одиниць (СІ) r вимірюють у Омметром (Ом? м). Однак на практиці для оцінки питомого опору провідників широко користуються позасистемної одиницею Ом? Мм2/м, пов'язаної з одиницею СІ співвідношенням 1 Ом-мм2/м=10-6 Ом? м=1 мкОм? м
Питомий опір провідників знаходиться в межах від 0,016 для срібла до 1,6 мкОм-м для Фехраль (жароміцних сплавів на железохромовой основі), т. е. має діапазон в два порядки.
Часто застосовується величина, зворотна питомому опору і носить назву питомої провідності, яка дорівнює
. (5.2)
Так як величина, зворотна електричному опору і звана провідністю, вимірюється в одиницях Сі в Сіменс (1/Ом=1 См), то одиниця питомої провідності дорівнює 1 См/м.
Питомий опір (а отже, і питома провідність) в основному залежать від середньої довжини вільного пробігу електрона в даному провіднику, яка, у свою чергу, залежить від будови матеріалу провідника. Всі чисті метали з найбільш правильною кристалічною решіткою характеризуються найменшими значеннями питомої опору, а домішки, спотворюючи решітку, призводять до збільшення його. Навіть невелике наявність домішки (приблизно 0,5%) призводить до збільшення? на 555%.
Значне зростання? спостерігається при сплаву двох металів в тому випадку, якщо вони утворюють твердий розчин, т. е. утворюють при затвердінні спільну кристалізацію і атоми одного металу входять в кристалічну решітку іншого [2, С.57].
Підвищена електропровідність провідникових матеріалів зумовлена ??великою кількістю усуспільнених електронів, які класичної електронної теорією металлов розглядаються як електронний газ.
У відповідності з цими уявленнями вільні електрони перебувають у стані хаотичного теплового руху з середньою швидкістю і,стикаючись з хитаються атомами кристалічної решітки. Середня відстань l, прохідне електроном між двома зіткненнями, називають довжиною вільного пробігу, середній проміжок часу між двома зіткненнями - часом вільного пробігу. Час вільного пробігу обчислюється за формулою
. (5.3)
Середня кінетична енергія електронів, що знаходяться в безперервному хаотичному русі, лінійно залежить від температури
, (5.4)
де Дж/К - постійна Больцмана. Температурі T=300 К відповідає м/с.
Розподіл електронів по енергетичним станам, характеризуемое ймовірністю р (Е), підпорядковується статистиці Максвелла - Больцмана і описується експоненційної функцією
. (5.5)
При цьому вважається, що в кожному енергетичному стані може перебувати будь-яке число електронів, а при температурі абсолютного нуля енергія всіх вільних електронів дорівнює нулю.
Якщо в провіднику існує електричне поле, то під дією цього поля електрони набувають прискорення, пропорційне напруженості поля Е, в результаті чого виникає спрямований рух електронів з середньою швидкістю
. (5.6)
Таке спрямований рух називають дрейфом електронів, воно накладається н...
