15.Влияние температуры на электропроводность диэлектриков и проводников. Влияние температуры на электропроводность диэлектриков

Если температура повысится, тогда энергия системы тоже повысится на величину kT и вероятность того, что ион выйдет из потенциальной ямы возрастает. Поэтому электропроводность диэлектриков при повышении температуры растет:

g=g₀ exp(E_a/kT) (2.1)

^{где: g - удельная электропроводность диэлектрика, g}_о -константа, E_a - энергия активации выхода иона из потенциальной ямы, kT- тепловая энергия системы. Зависимость электропроводности от температуры показана на рис. 25.

В проводниках при росте температуры, удельное электрическое сопротивление растет, следовательно, электропроводность падает, т.к. она имеет обратную зависимость от сопротивления.

21. Влияние энергии межатомного взаимодействия на свойства материалов.

Любой материал представляет собой продукт взаимодействия огромного количества атомов, и свойства материала зависят от характера взаимодействия этих атомов. Зная характер взаимодействия атомов, можно прогнозировать свойства материалов. Поскольку взаимодействие множества атомов анализировать достаточно сложно, вначале для простоты рассмотрим взаимодействие двух атомов.

Между двумя атомами действует сила притяжения, она убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между атомами. Помимо силы притяжения, между атомами действует и сила взаимного отталкивания, которая обратно пропорциональна расстоянию в степени n, где n больше 2.

В том случае, когда взаимодействует множество атомов, смещение любого из них приводит к росту энергии системы, Поэтому потенциальную кривую можно представить в виде периодической функции (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость энергии потенц-го взаимодейс-твия (Wp) от расстояния между атомами (x) для случая взаимодействия множества атомов.

При минимуме энергии системы расстояния между атомами одинаковы и равны r₀. Вдоль любого направления расстояния будут равны r₀, хотя эти расстояния по разным направлениям будут разными. Расстояние между атомами вдоль какого-либо направления принято обозначать а.

Для переброса атома из одного равновесного положения в другое требуется повышение энергии. Поэтому в том случае, когда энергия системы минимальна или незначительно отличается от минимальной, атомы не могут перемещаться из одного положения в другое, и мы имеем дело с твердым телом. При значительном повышении энергии системы атомы активно колеблются, обмениваются энергией - и в результате могут переходить из одного положения в другое. В этом случае мы имеем дело с жидким телом. Дальнейший рост энергии системы приводит к выходу атомов из потенциальной ямы, они перестают взаимодействовать друг с другом, могут занимать различные положения – и мы имеем дело с газом.

27. Металлические материалы высокой электропроводности.

материалы высокой электропроводности должны быть с:

• Высокой электропроводностью

• Высокой механической прочностью

• Технологичны - то есть должны быть способны к сварке, пайке, высокопластичные.

• Высокой коррозионной стойкостью.

• по возможности, с Низкой стоимостью.

Обычно, высокой электропроводностью обладают непереходные металлы с ГЦК решеткой (например Ag, Cu, Al, Au).

Так же Высокая механическая прочность должна быть у металлов с низкой энергией дефекта упаковки или например, сплавов металлов. Но с образованием твердого раствора кроме роста прочности увеличивается и удельное электросопротивление. Поэтому для материалов с высокой электропроводностью используют такое легирование, когда компоненты не растворяются друг в друге. часто алюминий легируют магнием и кремнием, или легируют плохо растворяющимся в алюминии марганцем.В плане технологичности, у всех металлов с ГЦК решеткой высокая пластичность, следовательно, из них легко можно получить изделия с помощью обработки давлением. Поэтому нужно учитывать и выбирать такой металл, который легко пайать и сваривать.

Например:Серебро

У него наибольшая электропроводность. его удельное электрическое сопротивление довольно маленькое. Серебро пластично.Кроме того, серебро обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью и высокой коррозионной стойкостью. У серебра высокая плотность то есть малый радиус иона.

недостатками серебра являются дорогая цена, а также взаимодействие серебра с серой с образованием Ag₂S.

Медь

Медь – обладает достаточно малым удельным электросопротивлением, пластична и имеет высокую прочность. она более активна по сравнению с золотом и серебром, образует соединения с О₂, СО₂, Н₂О. Поэтому при пайке и сварке меди приходится использовать флюсы – вещества, которые удаляют с поверхности материала окисную пленку.

Алюминий

Удельное сопротивление алюминия в несколько раз выше удельного сопротивления меди, но алюминий имеет меньший вес, чем медь. Благодаря этому при одинаковом сопротивлении и одинаковой длине алюминиевые провода в два раза легче медных, несмотря на большее поперечное сечение. К тому же алюминий дешевле меди. поэтому он постоянно применяется в электротехнике.

Недостаток алюминия это низкая механическая прочность. Для повышения прочности алюминий легируют элементами, плохо растворяющимися в основном металле. Его особенностью является наличие на поверхности Окисной пленки и это затрудняет пайку алюминия.