Электрофизические свойства проводниковых материалов Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 1. Всего 12 Конец слайда. - презентация

1 Электрофизические свойства проводниковых материалов Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 1. Всего 12 Конец слайда

2 Проводниковыми называют материалы, основным свойством которых является сильно выраженная электрическая проводимость. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 2. Всего 12 Конец слайда

3 Основные положения классической электронной теории Средняя кинетическая энергия электронов линейно зависит от температуры Температуре Т = 300 К соответствует - средняя скорость теплового движения электронов l - средняя длина свободного пробега электронов Хорошая электропроводность проводниковых материалов обусловлена большим количеством свободных (обобществлённых) электронов, которые классическая теория рассматривает как электронный газ Среднее время свободного пробега электронов : Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 3. Всего 12 Конец слайда

4 Если в проводнике существует электрическое поле, то под действием этого поля электроны приобретают ускорение, пропорциональное напряжённости поля ε, в результате чего возникает направленное движение электронов со средней скоростью Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 4. Всего 12 Конец слайда

5 Такое направленное движение называют дрейфом электронов. Это движение накладывается на хаотическое движение электронов. Скорость дрейфа электронов значительно меньше скорости теплового движения. Направленное движение создаёт ток, плотность которого равна n - концентрация электронов. Этот ток пропорционален напряжённости поля. Коэффициентом пропорциональности является удельная электрическая проводимость Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 5. Всего 12 Конец слайда

6 Температурная зависимость электропроводности В чистых металлах с идеальной кристаллической решёткой единственной причиной, ограничивающей длину свободного пробега электронов, являются тепловые колебания атомов в узлах кристаллической решётки, амплитуда которых возрастает с ростом температуры. Интенсивность столкновений электронов с атомами, т.е. их рассеяние, прямо пропорциональна поперечному сечению сферического объёма, занимаемого колеблющимся атомом, и концентрации атомов. Следовательно, длина свободного пробега будет равна а – отклонение атома от узла кристаллической решётки. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 6. Всего 12 Конец слайда

7 Если в металле есть примеси, то помимо рассеяния на основных атомах возникает рассеяние электронов на примесных атомах, в результате чего уменьшается длина свободного. Итоги 1. Удельное сопротивление с ростом температуры растёт. 2. Чистые металлы имеют более низкое удельное сопротивление по сравнению со сплавами. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 7. Всего 12 Конец слайда

8 Зависимость электропроводности от частоты На высоких частотах плотность тока изменяется по сечению проводника. Она максимальна на поверхности и убывает по мере проникновения вглубь проводника. Это явление называется поверхностным эффектом. Неравномерное распределение тока объясняется действием магнитного поля тока, протекающего по проводнику. Магнитный поток, сцеплённый с проводом, пропорционален току: L - индуктивность проводника Например, Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 8. Всего 12 Конец слайда

9 Потокосцепление максимально во внутренних слоях и минимально во внешних. Распределение плотности тока по сечению проводника подчиняется экспоненциальному закону: j 0 - плотность тока на поверхности; z - расстояние, измеряемое от поверхности; - глубина проникновения тока. Глубина проникновения тока, выраженная в миллиметрах, равна расстоянию, на котором плотность тока уменьшается в е = 2,72 раз по отношению к значению на поверхности. Она пропорциональна удельному сопротивлению [Ом м] и обратно пропорциональна частоте f [МГц]. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 9. Всего 12. Конец слайда

10 В случае сильно выраженного поверхностного эффекта, когда ток протекает по тонкому поверхностному слою, толщина которого много меньше диаметра провода d, экспоненциальное распределение может быть заменено однородным распределением с постоянной плотностью тока в пределах тонкого слоя толщиной, на основании чего можно ввести понятие эквивалентной площади сечения проводника, занятой током: Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 10. Всего 12 Конец слайда

11 Поскольку площадь сечения, через которое протекает ток, уменьшилась, то сопротивление провода переменному току R~ стало больше, чем его сопротивление постоянному току R 0, что учитывают коэффициентом увеличения сопротивления: Полученная формула справедлива при d. Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 11. Всего 12. Конец слайда

12 Контрольные вопросы 1. Укажите, какие материалы относят к проводниковым. 2. Укажите основные положения классической теории проводников. 3. Укажите главное отличие классической теории проводников от квантовой теории. 4. Укажите, как отличаются концентрации свободных электронов в различных металлах. 5. Удельная электрическая проводимость металлов определяется … 6. Интенсивность столкновений электронов с атомами, т.е. их рассеяние, прямо пропорциональна … 7. Удельная электрическая проводимость с ростом температуры Чистые металлы по сравнению со сплавами имеют более … удельное сопротивление. 10. Сопротивление проводников при увеличении частоты … 8. Удельное электрическое сопротивление с ростом температуры... Автор Останин Б.П. Эл. физ. свойства проводниковых материалов. Слайд 12. Всего 12. Конец слайда