Лекція № 2.
Тема 2. Провідникові матеріали
План лекції:
1. Класифікайія провідникових матеріалів.
2. Властивості металевих провідників.
3. Провідникові матеріали високої провідності.
4. Провідникові матеріали з великим питомим опором.
5. Спеціальні провідники (припої).
6. Проводи та кабелі.
Література до вивчення лекції:
Пасинков В.В., Сорокин В.С. Материалы електронной техники. – М.: Высш. Школа, 1986, с. 27-28, 56-62,70-82, 85-86
Толю па С. В., Латипов І. М., Еремеєв Ю.І., Електричні матеріали. Пасивні електронні елементи інфокомунікаційних систем та мереж. навч. посібник, 2010р.
1. Класифікайія провідникових матеріалів.
До провідникових матеріалів, в основному, належать метали та їх сплави. Їх загальна властивість – висока провідність завдяки наявності в кристалічних гратах великої кількості вільних електронів, які розташовані в зоні провідності і можуть під дією незначної зовнішньої енергії вільно переміщуватись в матеріалі.
Класифікація технічних провідникових матеріалів приведена на рис. 1.
Рис. 1. Класифікайія провідникових матеріалів
Ці матеріали широко застосовуються у моткових та кабельних виробах і як елементи конструкції виробів радіоелектроніки.
Розглянемо властивості деяких провідникових матеріалів та виробів із них.
2. Властивості металевих провідників.
Основними характеристиками провідникових матеріалів являються:
питома провідність або питомий опір;
температурний коефіцієнт питомого опору;
питома теплопровідність;
контактна різниця потенціалів і термо – ЕРС;
температурний коефіцієнт лінійного розширення;
механічні характеристики.
Питомий
опір в
Ом.
для провідника з постійним поперечним
перерізом можна визначити по формулі:
,
де R – опір зразка, Ом;
S
– площа поперечного перерізу,
;
l – довжина зразка, м.
Діапазон зміни питомого опору для металевих провідників становить приблизно від 0,0016 до 10 мкОм . м.
З формули питомого опору можна визначити опір провідника
Температурний коефіцієнт опору. При зміні температури число вільних електронів у металевому провіднику залишається незмінним, але зменшується довжина вільного пробігу за рахунок підсилення коливань вузлів кристалічної решітки. Таким чином із збільшенням температури питомий опір металів та їх сплавів зростає.
Залежність питомого опору міді від температури показана на рис. 2. Скачок на графіку відповідає температурі плавлення.
Рис. 2. Залежність питомого опору від температури.
Приблизно апроксимуючи для граничного інтервалу лінійною залежністю, отримаємо
де
– питомий опір у кінці температурного
інтервалу;
–питомий
опір на початку температурного інтервалу;
–середній
температурний коевіцієнт питомого
опору.
На величину питомого опору металів впливає деформація. При пружному розтяжінні або зжиманні питомий опір приблизно визначається по формулі:
де
- коефіцієнт механічного напруження,
- механічне
напруження в перерізі зразка
Зміна питомого опору пояснюється зміною амплітуди коливань вузлів кристалічної решітки: при розтяжінні амплітуда збільшується (знак „+”), при зжиманні – зменшується (знак „ – „).
Питома електропровідність. Згідно із законом Відемана – Франца питома теплопровідність пов’язана з питомою електропровідністю залежністю:
де
- питома теплопровідність;
- питома
провідність;
-
коефіцієнт теплопровідносиі;
Т – температура.
З формули видно, що чим вище теплопровідність, тим вище питома електропровідність.
Контактна різниця потенціалів та термо – ЕРС. При контакті різних металів, які мають різну роботу виходу електронів із металу між ними виникає різниця потенціалів. Її значення може бути від долей до одиниць вольт. Якщо температура контактних кінців різна, то появляється термо – ЕРС:
UEPC=A(T2 – T1).
Даний вираз показує, що термо – ЕРС являється функцією різниці температур.
Температурний коефіцієнт лінійного розширення можна визначити по формулі:
Значення цієї характеристики необхідно знати при конструюванні елементів РЕА, для того, щоб визначити надлишкову механічну напруженість у місцях спаювання та з’єднання.