Електропровідність металів

Основне рівняння електропровідності.

Електропровідність матеріалів.

Розділ 2. Електрофізичні характеристики матеріалів.

Особливістю використання матеріалів в електроенергетиці є те, що вони експлуатуються в умовах впливу електричних полів, і в трохи меншому ступені, в умовах впливу магнітних полів. Основними процесами, що відбуваються під дією цих полів є поляризація речовини, електропровідність, намагнічування речовини.

Електропровідність – це здатність матеріалу проводити електричний струм.

Хто пам'ятає визначення електричного струму з курсу фізики? Електричним струмом називається спрямований рух електрично заряджених часток. Електричний струм може бути викликаний зарядженими частками різних типів. Основні види заряджених часток – це електрони й іони.

Можна написати найбільш загальну формулу, для щільності струму j, вірну для будь-яких середовищ,

j = S ni·q_i·V_i

Тут i - тип або cорт заряду, (наприклад електрони, іони різних молекул, заряджені частки й т.п.), n_i - концентрація зарядів i-го різновиду, q_i - значення заряду, V_i - швидкість носіїв заряду.

Щоб розібратися з електропровідністю різних матеріалів, необхідно зрозуміти, які в них щільності (концентрації) заряду, як вони з'являються й від чого вони залежать, які величини зарядів, з якими швидкостями можуть рухатися. Усе це головні питання у вивченні електропровідності.

Для всіх середовищ, за винятком вакууму, швидкість носіїв пропорційна напруженості поля

V_i = b_i·E

де b_i - рухливість носіїв заряду.

Рухливістю носіїв заряду називається коефіцієнт пропорційності між швидкістю носіїв заряду V_i і напруженістю поля E. Розмірність рухливості - м²/(В с). Фактично рухливість чисельно дорівнює швидкості носіїв заряду при напруженості поля 1 В/м.

Підставляючи рівняння (2) в (1) одержимо аналог закону Ома в диференціальній формі, що зв'язує щільність струму з напруженістю електричного поля. Ми одержимо вираз, за допомогою якого можна прогнозувати величину електричного опору того або іншого матеріалу.

Типи носіїв заряду і їх рухливість можуть бути різними в різних середовищах. Рухливість носіїв також сильно залежить від середовища.

Основними видами заряджених часток є електрони й іони – те, що залишається від атома або молекули, коли вони втрачають електрони.

В атомах металів електрони досить слабко пов'язані з іонними залишками. Тому при утворі з атомів властиво матеріалу металу ці електрони від різних атомів як - би усуспільнюються й можуть вільно пересуватися по всім обсягу металу. Вони і є носіями заряду. Зразкова кількість електронів у металі становить близько 10²² шт/см³. Їхня рухливість також велика. Оцінки дають значення bi приблизно 10^-2-10^-1 м²/(В с).

Дата добавления: 2014-01-04