Фізичні процеси в провідниках та їх властивості

Класифікація та застосування провідникових матеріалів

Провідникові матеріали (провідники) – речовини з високою порівняно з іншими матеріалами електропровідністю. Провідники містять значну кількість вільних носіїв заряду, які в електричному полі набувають впорядкованого руху.

Провідникові матеріали можна класифікувати за різними ознаками: за агрегатним станом, за основними властивостями та іншими ознаками.

До основних провідників належать метали (металеві сплави) і електроліти. З металевих провідникових матеріалів можна виділити метали високої провідності наприклад, срібло, золото, мідь, алюміній, сплави міді (латуні, бронзи), сплави алюмінію (дюралюміній та ін.).

Матеріали високої провідності застосовуються:

- для виготовлення обмоткових та монтажних проводів, кабелів зв’язку та силових;

- в надвисокочастотних хвилеводах малого загасання;

- для виготовлення електромагнітних екранів і т. ін.

Особливу групу провідників з дуже малим питомим опором при дуже низьких температурах утворюють надпровідники та кріопровідники.

До матеріалів високого опору належать сплави та метали з питомим опором не менше 0.3 мкОм·м, наприклад, манганін, константан, ніхром та інші сплави і метали. Вони застосовуються для виготовлення резисторів, електронагрівальних елементів, термопар і т.ін.

До рідких провідників належать розплавлені метали і рідкі електроліти. За нормальних умов з чистих металів лише ртуть є рідким провідником; у більшості металів температура плавлення висока. Рідкі провідникові матеріали застосовуються в різних датчиках, в нормальних елементах, акумуляторах, в хімічному виробництві.

Як газоподібні провідники застосовують гази при значеннях напруженості електричного поля, що перевищують деяке критичне значення і спричиняють іонізацію. Використовується також газова плазма – сильно іонізований газ з рівною кількістю електронів та позитивних іонів в одиниці об’єму. Відзначимо, що всі гази, пара, включаючи пару металів, в слабких електричних полях – діелектрики з високим питомим опором.

За механізмом протікання струму провідники поділяють на провідники першого роду, в яких струм обумовлений дрейфом вільних електронів (метали в твердому і рідкому стані), і провідники другого роду – електроліти, у котрих струм пов’язаний з переносом заряду іонами (розчини кислот, лугів, солей).

Основна причина провідності металічних провідників полягає в русі великої кількості вільних електронів (“електронного газу”), що підтверджує ряд експериментальних результатів:

1) спостерігається прямий зв’язок між електропровідністю та теплопровідністю;

2) при тривалому проходженні струму через коло, складене лише з металічних провідників, не спостерігається проникнення атомів одного металу в інший;

3) при нагріванні металу до високих температур спостерігається емісія електронів з поверхні;

4) поява ЕРС на кінцях провідника, що швидко рухався, і різко зупиненого;

5) зміна питомого опору провідника в магнітному полі в результаті викривлення траєкторії електронів.

Дата добавления: 2014-01-05