2. Проводниковые материалы.

2.1 Классификация проводниковых материалов.

Проводниковые материалы, применяемые в производстве РЭА, классифицируют по следующим признакам:

1. По агрегатному состоянию:

1. твердые – это металлы и сплавы, некоторые модификации углерода

2. жидкие - это расплавленные металлы и электролиты,

3. газообразные проводники – пары токопроводящих веществ, ионизированные газы.

2. По типу проводимости:

1. проводники I рода имеют электронную проводимость (металлы, сплавы)

2. проводники II рода имеют ионную проводимость (электролиты, ионизированные газы)

3. По применению:

1. Материалы высокой удельной проводимости. Их удельное сопротивление

ρ =0,016–0,03 мкОм*м, к ним относятся классические проводники Cu, Ag, Au, Al.

3.2 Материалы высокого удельного сопротивления. Их удельное сопротивление ρ 0,3 мкОм*м, В основном это сплавы, которые применяются для изготовления проволочных резисторов, для преобразования электрической энергии в тепловую и световую.

3. Прочие проводниковые материалы. Их удельное сопротивление ρ =0,03–0,15 мкОм*м, Это олово, припои, платина, палладий и т.д.

4. Проводники специального назначения – это токопроводящие модификации графита.

2.2 Электрофизические свойства проводников.

Свойства проводников объясняются с учетом электронной и квантовой теории, согласно которым движущиеся электроны в металлах обладают свойствами, как частицы (масса, скорость, энергия), так и волны (частота, длина). Основными параметрами, которые определяют свойства проводников, являются:

I. Удельное электрическое сопротивление. Теоретически определяется по формуле

ρ = , где m – масса электрона, U- скорость движения электрона, e – заряд электрона,

n- концентрация электронов, Lс – длина среднего свободного пробега электрона.

Масса и заряд величины постоянные, концентрация и скорость движения также отличаются незначительно. Следовательно, величина удельного сопротивления ρ в основном зависит от длины среднего свободного пробега Lср.



Практически величина удельного сопротивления определяется так:

=R , где R – это общее сопротивление проводника, S – площадь поперечного сечения проводника, L – длина проводника.

На величину удельного сопротивления оказывают влияние следующие факторы:

1) Температура. При повышении температуры происходит усиление колебательного движения атомов кристаллической решетки и хаотического движения электронов, что приводит к уменьшению длины среднего свободного пробега электрона из-за более частых столкновений. Следовательно величина удельного сопротивления увеличивается. Т.е. t^o  Lс  

2) Наличие примесей. Примеси уплотняют структуру проводника, следовательно Lс  . Для снижения удельного сопротивления примеси тщательно очищают от серы, фосфора, кислорода и других природных примесей.

3) Деформация. Упругая деформация не изменяет удельного сопротивления материалов. Остаточная деформация (протяжка, прокатка) повышает удельное сопротивление за счет деформации кристаллической решетки в результате обработки металлов. Для исправления такой деформации применяют процессы рекристаллизации, в основном, в виде отжига металлов ( нагревают до температуры примерно равной половине температуры плавления).

4) Давление. При повышении атмосферного давления уменьшается амплитуда колебания атомов в решетке. Вероятность столкновения снижается Lс  

5) Магнитное поле. Искривляет траекторию направленного движения электронов, за счет чего Lс  .

II. Температурный коэффициент удельного сопротивления (ТК). Для высокоомных материалов он должен быть как можно меньше по значению.

III. Теплопроводность. В проводниках электроны не только переносят электрический заряд, но и выравнивают температуру. За счет высокой концентрации электронов все металлы имеют хорошую теплопроводность. Удельное сопротивление и теплопроводность связаны формулой:

= , где Lо – постоянная Лоренца, T – температура,  m – удельная теплопроводность.

Из Формулы видно, что, чем выше удельное сопротивление, тем меньше теплопроводность. Т.е. металлы с хорошей электропроводностью имеют и хорошую теплопроводность.

IV. Тепловое расширение. Какой будет длина вывода или проводника L(^о) при повышении температуры на  ^о можно определить по формуле:

L(^о) =Lo (1+ ТК_L  ^о)

V. Плотность (_пл). По плотности все металлы делят на два вида:

1.Легкие металлы, у которых _пл < 5000 кг/м³ (алюминий, титан, магний и т.д.)

2.Тяжелые металлы, у которых плотность _пл  5000 кг/м³ (медь, серебро, железо, золото и т.д.)