Физические процессы в проводниках и их свойства
Тип: реферат
Категория: Физика
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОВОДНИКАХ И ИХ СВОЙСТВА1. Общие сведения о проводникахПроводниками электрического тока могут служить твердые тела, жидкости, а при соответствующих условиях газы.Твердыми проводниками являются металлы, металлические сплавы, некоторые модификации углерода. Среди металлических проводников различают материалы, обладающие высокой проводимостью и металлы и сплавы, обладающие высоким сопротивлением. К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты (растворы кислот, щелочей, солей, расплавы ионных соединений).Прохождение тока через электролиты связано с переносом вместе с электрическими зарядами частей молекул (ионов), в результате чего состав электролита постепенно изменяется, а на электродах выделяются продукты электролиза.Все газы и пары, в том числе и пары металлов, при низких напряженностях электрического поля не являются проводниками. Однако при напряженности поля выше критического значения, газ может стать проводником, обладающим электронной и ионной электро-проводностью.2. Физическая природа электропроводности металловВ электропроводимости металлов принимают участие электроны с энергиями близкими к энергиям Ферми. Под действием электрического поля напряженностью Е свободные электроны помимо скорости теплового движения Vт приобретают дополнительную скорость направленного движения - дрейфовую скорость Vдр.Vдр = = F/m = eE/m,где = F/m - ускорение электрона под действием силы электрического поля; m - эффективная масса электрона; - среднее время свободного пробега между двумя соударениями. Скорость пропорциональна напряженности поля Е:Vдр = E; = e/m,где - коэффициент пропорциональности, называемый подвижностью носителя, см2/B.c .При обычных условиях в металлах VтVдр и среднее время свободного пробега между двумя соударениями с узлами решетки будет определяться скоростью теплового движения: = lср/ Vт ,где lср - средняя длина свободного пробега.Тогда выражение для подвижности электронов приобретает вид: = elср/(mVт).Для металлов справедлива общая формула удельной электропроводимости: = Ne м2/В·с,где N - число электронов, участвующих в электропроводности, в единице объема. Тогда удельная проводимость определяется выражением = Ne2 lср/(mVт) м2/В·с,а удельное сопротивление: = 1/ = mVт/(Ne2 lср), Омм.Для различных проводников значения величин Vт и N приблизительно одинаковы. Следовательно подвижность электронов и величина удельного сопротивления зависят от средней длины свободного пробега в данном материале. Длина свободного пробега определяется рассеянием на тепловых колебаниях кристаллической решетки, рассеянием на атомах примеси, рассеянием на дефектах кристаллической структуры, рассеянием на границах вещества.При возрастании температуры концентрация электронов в металле не изменяется, но усиливается колебание узлов кристаллической решетки и как следствие уменьшается средняя длина свободного пробега lср и соответственно подвижность электронов. Поэтому удельное сопротивление металлов с повышением температуры возрастает.В области I, составляющей несколько Кельвинов, у ряда металлов может наступить состояние сверхпроводимости ( = 0, при T = Tсв). У теоретически чистых металлов стремится к нулю (пунктирная кривая). У технически чистых металлов, не обладающих...
