Что такое проводимость проводника: § 4. Электрическое сопротивление и проводимость

Содержание

Электрическая проводимость. Определение, единицы измерения.

Электрическая проводимость характеризует способность тела проводить электрический ток. Проводимость — величина обтаная сопротивлению. В формуле она обратно пропорциональна электрическому сопротивлению, и используются они фактически для обозначения одних и тех же свойств материала. Измеряется проводимость в Сименсах: [См]=[1/Ом].

Виды электропроводимости:

Электронная проводимость, где переносчиками зарядов являются электроны. Такая проводимость характерна в первую очередь для металлов, но присутствует в той или иной степени практически в любых материалах. С увеличением температуры электронная проводимость снижается.


Ионная проводимость. Существует в газообразных и жидких средах, где имеются свободные ионы, которые также переносят заряды, перемещаясь по объёму среды под действием электромагнитного поля или другого внешнего воздействия. Используется в электролитах. С ростом температуры ионная проводимость увеличивается, поскольку образуется большее количество ионов с высокой энергией, а также снижается вязкость среды.

Дырочная проводимость. Эта проводимость обуславливается недостатком электронов в кристаллической решётке материала. Фактически, переносят заряд здесь опять же электроны, но они как бы движутся по решётке, занимая последовательно свободные места в ней, в отличии от физического перемещения электронов в металлах. Такой принцип используется в полупроводниках, наряду с электронной проводимостью.

Самыми первыми материалами, которые стали использоваться в электротехнике исторически были металлы и диэлектрики (изоляторы, которым присуща маленькая электрическая проводимость). Сейчас получили широкое применение в электронике полупроводники. Они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками и характеризуются тем, что величину электрической проводимости в полупроводниках можно регулировать различным воздействием. Для производства большинства современных проводников используются кремний, германий и углерод. Кроме того, для изготовления ПП могут использоваться другие вещества, но они применяются гораздо реже.

В электротехнике важное значение имеет передача тока с минимальными потерями. В этом отношении важную роль играют металлы с большой электропроводностью и, соответственно, маленьким электросопротивлением. Самым лучшим в этом отношении является серебро (62500000 См/м), далее следуют медь (58100000 См/м), золото (45500000 См/м), алюминий (37000000 См/м). В соответствии с экономической целесообразностью чаще всего используются алюминий и медь, при этом медь по проводимости совсем немного уступает серебру. Все остальные металлы не имеют промышленного значения для производства проводников.

ПРОВОДИМОСТЬ — это… Что такое ПРОВОДИМОСТЬ?

  • ПРОВОДИМОСТЬ — ПРОВОДИМОСТЬ, проводимости, мн. нет, жен. (физ.). Способность пропускать сквозь себя электричество. Проводимость проволоки. Проводимость раствора. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • ПРОВОДИМОСТЬ — (Conductivity) способность проводников проводить электричество; характеризуется величиной, обратной электрическому сопротивлению. Единица проводимости сименс; если сопротивление проводника равно 1/4 ома, то проводимость будет 4 сименса. Самойлов… …   Морской словарь

  • проводимость — проводность Словарь русских синонимов. проводимость сущ., кол во синонимов: 4 • адмитанс (1) • …   Словарь синонимов

  • ПРОВОДИМОСТЬ — то же, что электропроводность …   Большой Энциклопедический словарь

  • ПРОВОДИМОСТЬ — ПРОВОДИМОСТЬ, и, жен. (спец.). Способность тела, среды пропускать через себя электрический ток, тепло, звук. Электрическая п. П. металлов. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

  • ПРОВОДИМОСТЬ — электрическая, то же, что (см. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 …   Физическая энциклопедия

  • проводимость — электропроводность Величина, обратная сопротивлению, качественно выражающая способность тела пропускать электрический ток. [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия Синонимы… …   Справочник технического переводчика

  • проводимость

    — удельная электрическая проводимость; скалярная проводимость; проводимость Скалярная величина, характеризующая электропроводность среды и являющаяся функцией термодинамических параметров. электропроводность; отрасл. электрическая проводимость;… …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • проводимость — 3.8 проводимость (conductivity) s, См/м: Отношение абсолютных величин плотности тока в среде и напряженности электрического поля: где   вектор плотности тока, А/м2;   вектор напряженности электрического поля, В/м. Примечание В изотропной среде… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Проводимость — Классическая электродинамика Магнитное поле соленоида Электричество · Магнетизм Электростатика Закон Кулона …   Википедия

  • Электрическое сопротивление проводника. Электрическая проводимость

      

    Всякое тело оказывает прохождению электрического тока определенное противодействие. Например, при движении электронов по проводнику они будут сталкиваться с атомами и молекулами вещества, отдавая, им часть своей энергии. Чем больше таких столкновений, тем больше величина противодействия, оказываемого телом движению электрона, и, следовательно, тем меньше ток в проводнике.

    Определение: Свойство проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением, или сопротивлением..

    Сопротивление обозначается латинскими буквами R или r.

    За единицу сопротивления принят ом (сокращенно обозначается Ом или Ω).

    Сопротивление проводника равно одному ому, если при напряжении на его концах в один вольт в нем устанавливается ток в один ампер.

    В практике сопротивления часто измеряются в килоомах (сокращенно обозначается кОм или кΩ) и мегомах (сокращенно— МОм или МΩ).

    1 кОм = 1000 Ом;

    1 МОм = 1000 кОм = 1 000 000 Ом.

    Для характеристики электрических свойств проводников часто используется величина, обратная сопротивлению, называемая проводимостью.

    Определение: Электрической проводимостью (или проводимостью) называется способность вещества пропускать через себя электрический ток.

    Чем больше сопротивление проводника, тем меньше его проводимость, и наоборот. Проводимость обозначается латинской буквой G. За единицу проводимости принята проводимость проводника с сопротивлением в 1 ом. Эта единица называется сименс (сим).

    Понятия сопротивления и проводимости имеют очень большое значение в электротехнике. Если вещество обладает небольшим сопротивлением (большой проводимостью), то оно называется

    проводником электрического тока, или проводником. К проводникам относятся большинство металлов (серебро, медь, алюминий, железо, никель, свинец, ртуть), а также сплавы металлов, морская вода, растворы солей и кислот и т. д. Особенно хорошо проводят электрический ток серебро и медь (обладают наилучшей проводимостью). Проводники используются для соединения отдельных элементов электрических схем.

    Но есть вещества, которые очень плохо проводят электрический ток, т. е. имеют очень большое сопротивление. Такие вещества называются непроводниками электрического тока, или изоляторами. К изоляторам относятся фарфор, стекло, шерсть, смола, резина, эбонит, слюда, воск, парафин и т. д. Изоляторы широко применяются в электротехнике. Без них нельзя осуществить ни одной электрической цепи.

    Следует помнить, что обычно сопротивление изолятора больше сопротивления проводника в несколько миллионов раз.

    Кроме проводников и изоляторов, в природе существуют так называемые полупроводники электрического тока. Их проводимость больше, чем изоляторов, но меньше, чем проводников. К полупроводникам относятся: германий, кремний, селен, теллур, многие окислы, карбиды, сульфиды, огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.) и т. д.

    Характерная особенность полупроводников состоит в том, что их сопротивление в широких пределах изменяется под действием света, электрических и магнитных полей, радиоактивного излучения и от посторонних примесей.

    Из некоторых полупроводников изготовляются термисторы (резисторы, величина которых резко изменяется с изменением температуры) и фоторезисторы (величина их сопротивления зависит от освещенности) .

    Полупроводники применяются для изготовления диодов, транзисторов, тиристоров и интегральных схем. 

    Возможность использования полупроводников для усиления и генерации колебаний была открыта в 1922 г. сотрудником Нижегородской радиолаборатории имени В. И. Ленина радиолюбителем О. В. Лосевым, который назвал изобретенный им прибор кристадином.

     

    ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

    Похожие материалы:

    Добавить комментарий

    Электрическое сопротивление и проводимость

    Дата публикации: .
    Категория: Статьи.

    При замыкании электрической цепи, на зажимах которой имеется разность потенциалов, возникает электрический ток. Свободные электроны под влиянием электрических сил поля перемещаются вдоль проводника. В своем движении электроны наталкиваются на атомы проводника и отдают им запас своей кинетической энергии. Скорость движения электронов непрерывно изменяется: при столкновении электронов с атомами, молекулами и другими электронами она уменьшается, потом под действием электрического поля увеличивается и снова уменьшается при новом столкновении. В результате этого в проводнике устанавливается равномерное движение потока электронов со скоростью нескольких долей сантиметра в секунду. Следовательно, электроны, проходя по проводнику, всегда встречают с его стороны сопротивление своему движению. При прохождении электрического тока через проводник последний нагревается.

    Электрическое сопротивление

    Электрическим сопротивлением проводника, которое обозначается латинской буквой r, называется свойство тела или среды превращать электрическую энергию в тепловую при прохождении по нему электрического тока.

    На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рисунке 1, а.

    Рисунок 1. Условное обозначение электрического сопротивления

    Переменное электрическое сопротивление, служащее для изменения тока в цепи, называется реостатом. На схемах реостаты обозначаются как показано на рисунке 1, б. В общем виде реостат изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании. Ползунок или рычаг реостата ставится в определенное положение, в результате чего в цепь вводится нужное сопротивление.

    Длинный проводник малого поперечного сечения создает току большое сопротивление. Короткие проводники большого поперечного сечения оказывают току малое сопротивление.

    Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и сечения, то проводники будут проводить ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от материала самого проводника.

    Температура проводника также оказывает влияние на его сопротивление. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление жидкостей и угля уменьшается. Только некоторые специальные металлические сплавы (манганин, констаитан, никелин и другие) с увеличением температуры своего сопротивления почти не меняют.

    Итак, мы видим, что электрическое сопротивление проводника зависит от: 1) длины проводника, 2) поперечного сечения проводника, 3) материала проводника, 4) температуры проводника.

    За единицу сопротивления принят один Ом. Ом часто обозначается греческой прописной буквой Ω (омега). Поэтому вместо того чтобы писать «Сопротивление проводника равно 15 Ом», можно написать просто: r = 15 Ω.
    1 000 Ом называется 1 килоом (1кОм, или 1кΩ),
    1 000 000 Ом называется 1 мегаом (1мгОм, или 1МΩ).

    При сравнении сопротивления проводников из различных материалов необходимо брать для каждого образца определенную длину и сечение. Тогда мы сможем судить о том, какой материал лучше или хуже проводит электрический ток.

    Видео 1. Сопротивление проводников

    Удельное электрическое сопротивление

    Сопротивление в омах проводника длиной 1 м, сечением 1 мм² называется удельным сопротивлением и обозначается греческой буквой ρ (ро).

    В таблице 1 даны удельные сопротивления некоторых проводников.

    Таблица 1

    Удельные сопротивления различных проводников

    Материал проводника Удельное сопротивление ρ в
    Серебро
    Медь
    Алюминий
    Вольфрам
    Железо
    Свинец
    Никелин (сплав меди, никеля и цинка)
    Манганин (сплав меди, никеля и марганца)
    Константан (сплав меди, никеля и алюминия)
    Ртуть
    Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)
    0,016
    0,0175
    0,03
    0,05
    0,13
    0,2
    0,42
    0,43
    0,5
    0,94
    1,1

    Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм². Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

    Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

    Сопротивление проводника можно определить по формуле:

    где r – сопротивление проводника в омах; ρ – удельное сопротивление проводника; l – длина проводника в м; S – сечение проводника в мм².

    Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм².

    Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм².

    Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

    Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм². Определить необходимую длину проволоки.

    Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

    Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм² и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

    Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

    По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

    Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

    У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 – 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

    Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

    Изменение сопротивления проводника при его нагревании, приходящееся на 1 Ом первоначального сопротивления и на 1° температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления и обозначается буквой α.

    Если при температуре t0 сопротивление проводника равно r0, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления

    Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

    Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

    Таблица 2

    Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

    Металл α

    Металл

    α

    Серебро
    Медь
    Железо
    Вольфрам
    Платина
    0,0035
    0,0040
    0,0066
    0,0045
    0,0032
    Ртуть
    Никелин
    Константан
    Нихром
    Манганин
    0,0090
    0,0003
    0,000005
    0,00016
    0,00005

    Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим rt:

    rt = r0 [1 ± α (tt0)].

    Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.

    rt = r0 [1 ± α (tt0)] = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 Ом.

    Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.

    Электрическая проводимость

    До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

    Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

    Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r, то проводимость определяется как 1/r. Обычно проводимость обозначается буквой g.

    Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

    Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

    Если r = 20 Ом, то

    Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

    Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

    Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» – 9-е издание, исправленное – Москва: Высшая школа, 1964 – 560с.

    Раздел 1. Проводимость — Основы цифровой схемотехники

    Проводник

            Проводник – тело, проводящее электрический ток. Различают проводники первого и второго рода.
       К первому роду относят: все металлы и их сплавы.
       Ко второму роду относят: водные растворы кислот, солей и щелочей.
    Чем выше температура тела, тем меньше оно проводит электрический ток, и, наоборот, со снижением температуры проводимость увеличивается.
            Металлы с высокой проводимостью используют для кабелей, проводов, обмоток трансформаторов. Металлы и сплавы с низкой проводимостью применяются в лампах накаливания, электронагревательных приборах, реостатах.
            Основной параметр, характеризующий проводник – это электрическое сопротивление. Оно выражается отношением падения напряжения в проводнике к току, протекающему по нему, и зависит от температуры окружающей среды.     Применение проводников:
           Проводники используют для заземления электроустановок. В качестве заземляющих проводников и заземлителей используют металлические конструкции сооружений и зданий, соблюдая при этом непрерывность и проводимость цепи. Для заземляющих проводников используют обычно сталь. Если необходимы гибкие перемычки и в других случаях, применяют медь.
            Проводники также могут использоваться для выравнивания потенциалов.
            Проводники используют в громоотводе, отводя молнию в землю, чтобы она не нанесла никаких повреждений.
            Существуют проводники с высоким удельным сопротивлением, которые стойкие к окислению. Такие материалы применяют в электронагревательных приборах, они обладают высокой пластичностью и могут вытягиваться в тонкую проволоку и выкатываться в фольгу. Одним из таких проводником является алюминий.

        Механизм проводимости:

        Кристаллы имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями. При низких t°C у чистых полупроводников свободных электронов нет и он ведет себя как диэлектрик (вещества, которые плохо проводят или совсем не проводят электрический ток).
    Свойства диэлектриков:
    • Физико – механические и химические свойства диэлектриков
    • Влажностные свойства диэлектриков
    • Тепловые свойства диэлектриков
    • Поляризация К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стёкла, различные смолы, пластмассы, многие виды резины.

            Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства. К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики.
            При применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств этих материалов.
            Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы.
            Электрический ток — направленное движение заряженных частиц в электрическом поле.
            Электрический ток протекает в различных средах:
    • Металлах
    • Жидкостях
    • Газах
    • Полупроводниках
    • Вакууме
            Полупроводники — твердые вещества, проводимость которых зависит от внешних условий (в основном от нагревания и от освещения). Полупроводниками назвали класс веществ, у которых с повышением t°C увеличивается проводимость, уменьшается электрическое сопротивление.

    Занимают по проводимости промежуточное
    положение между проводниками и диэлектриками

    Полупроводники чистые (без примесей)

                Если полупроводник чистый (без примесей), то он обладает собственной проводимостью.
        Собственная проводимость бывает двух видов:    1) электронная (проводимость «n » — типа)
    Рассмотрим проводимость полупроводников на основе кремния Si

    Кремний – 4 валентный химический элемент. Каждый атом имеет
    во внешнем электронном слое по 4 электрона, которые используются
    для образования парноэлектронных (ковалентных) связей с 4 соседними атомами. 

                При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и сопротивление большое; при увеличении t°C кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и возникают свободные электроны — сопротивление уменьшается.

    • Свободные электроны перемещаются противоположно вектору напряженности эл.поля.
    • Электронная проводимость полупроводников обусловлена наличием свободных электронов.
        2) дырочная (проводимость » p» — типа)
    Рассмотрим изменения в полупроводнике при увеличении t°C.

    свободный электрон
    Под воздействием электрического поля электроны и дырки
    начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток.

            При увеличении t°C разрушаются ковалентные связи, осуществляемые валентными электронами, между атомами образуются места с недостающим электроном — «дырка».

    • Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение «дырки» равноценно перемещению положительного заряда.
    • Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля.
        Таким образом, электрический ток в полупроводниках представляет собой упорядоченное движение свободных электронов и положительных виртуальных частиц — дырок.
            При увеличении температуры растет число свободных носителей заряда, проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается.

    Полупроводники при наличии примесей


                Собственная проводимость полупроводников явно недостаточна для технического применения полупроводников Поэтому для увеличение проводимости в чистые полупроводники внедряют примеси (легируют) , которые бывают:
        1) донорные примеси (отдающие)

    При легировании 4 – валентного кремния Si 5 – валентным мышьяком As,
    один из 5 электронов мышьяка становится свободным
    Таким образом изменяя концентрацию мышьяка, можно в широких
    пределах изменять проводимость кремния. 

                Дополнительными поставщиками электронов в кристаллы полупроводника, легко отдают электроны и увеличивают число свободных электронов в полупроводнике.

    • Это проводники » n » — типа, т.е. полупроводники с донорными примесями, где основной носитель заряда — электроны, а неосновной — дырки.
        2) акцепторные примеси (принимающие)
    Если кремний легировать трехвалентным индием, то для образования связей с кремнием у индия не хватает одного электрона, т.е. образуется дырка.

    Изменяя концентрацию индия, можно в широких пределах
    изменять проводимость кремния, создавая полупроводник с
    заданными электрическими свойствами.

    • создают «дырки» , забирая в себя электроны. 
    • это полупроводники » p «- типа, т.е. полупроводники с акцепторными примесями, где основной носитель заряда — дырки, а неосновной — электроны.

                        Итак, существует 2 типа полупроводников, имеющих большое практическое применение:

                    Помимо основных носителей в полупроводнике существует очень малое число неосновных носителей заряда, количество которых растет при увеличении t°C.

    Физические свойства и применение

                Основным стимулом для изучения полупроводников является производство полупроводниковых приборов и интегральных микросхем — это в первую очередь относится к кремнию, но затрагивает и другие соединения (Ge, GaAs, InP, InSb).

                Кремний — непрямозонный полупроводник, оптические свойства которого широко используются для создания фотодиодов и солнечных батарей, однако его очень трудно заставить работать в качестве источника света, и здесь вне конкуренции прямозонные полупроводники — соединения типа AIIIBV, среди которых можно выделить GaAs, GaN, которые используются для создания светодиодов и полупроводниковых лазеров.

                Наиболее важные для техники полупроводниковые приборы — диоды, транзисторы, тиристоры основаны на использовании замечательных материалов с электронной или дырочной проводимостью.

           Полупроводниковый диод – это p – n переход, заключенный в корпус.

    Транзистор – это полупроводниковый прибор, в котором полупроводниковые
    пластинки соприкасаются таким образом, что возникает два p-n перехода.

                Широкое применение полупроводников началось сравнительно недавно, а сейчас они получили очень широкое применение. Они преобразуют световую и тепловую энергию в электрическую и, наоборот, с помощью электричества создают тепло и холод. Полупроводниковые приборы можно встретить в обычном радиоприемнике и в квантовом генераторе — лазере, в крошечной атомной батарее и в микропроцессорах. Инженеры не могут обходиться без полупроводниковых выпрямителей, переключателей и усилителей. Замена ламповой аппаратуры полупроводниковой позволила в десятки раз уменьшить габариты и массу электронных устройств, снизить потребляемую ими мощность и резко увеличить надежность. 


    Историческая справка

                О. В. Лосев (1923) доказал возможность использования контактов полупроводник-металл для усиления и генерации колебаний (кристаллический детектор). Однако в последующие годы кристаллические детекторы были вытеснены электронными лампами и лишь в начале 50 — х годов с открытием транзисторов (США 1949 год) началось широкое применение полупроводников (главным образом германия и кремния в радиоэлектронике. Одновременно началось интенсивное изучение свойств полупроводников, чему способствовало совершенствование методов очистки кристаллов и их легированию (введение в полупроводник определенных примесей).

    Электрический ток и электропроводность вещества

     

    Чтобы разобраться в таком явлении как электропроводность вещества, сначала нужно понять, что такое электрический ток, так как эти два явления неразрывно связаны друг с другом. Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц, которое может происходить под воздействием электрического поля.

    Главная особенность электрического тока – его широкое применение в энергетике. Это – единственный вид энергии, который можно свободно передавать на большие расстояние без какой-либо дополнительной переработки.

    Рассматривая передачу энергии, нужно затронуть тему проводников, по которым передаётся ток. Заряженными частицами могут быть электроны, ионы в электролитах и газах, в полупроводниках такими частицами становятся электроны и дырки. Данная особенность напрямую зависит от структуры вещества или тела. При этом каждое тело обладает собственной электрической проводимостью.

    Что такое электрическая проводимость?

    Простыми словами электрическая проводимость или электропроводность – это способность или свойство вещества или тела проводить электрический ток, который создаётся под действием электрического поля.

    Это физическая величина, которую можно измерить, на основе которой даётся характеристика того или иного проводника. Чем выше эта характеристика, тем лучше тело проводит ток.

    Как уже было сказано, проводниками электрического тока выступают свободные заряженные частицы, а значит, электропроводность зависит от количества таких свободных частиц. Чем большей будет концентрация свободных заряженных частиц, тем лучше вещество или тело будет проводить электрический ток.

    Основные группы проводников

    Так как разные тела располагают разным количеством свободных частиц, электропроводимость у всех отличается. По этому показателю тела можно разделить на три основные группы.

    К первой группе относятся проводники, у них самая высокая проводимость. Такие тела лучше всего способны проводить электрический ток. Однако проводники также могут быть двух видов, отличие заключается в особенностях протекания тока.


    1. Первый вид проводников – металлы. У них электронная проводимость, так как ток протекает за счёт большого количества свободных электронов;

    2. Второй вид проводников с высокой электропроводимостью – различные кислоты, щелочные растворы и соли. Другое их название – электролиты. В них свободными заряженными частицами являются ионы. Отсюда и название – ионная проводимость.


    Стоит отметить, что существуют вещества смешанного типа, то есть, заряженными частицами в них могут быть как электроны, так и ионы. Это могут быть некоторые газы.

    Высокая электропроводность металлов легко объяснима при рассмотрении их структуры. В атомах металлов валентные электроны могут легко перемещаться от одного атома к другому, так как они слабо связаны с ядром. Таким образом, образуется электрический ток.

    Электрическое сопротивление и скорость протекания тока

    Электропроводимость тела напрямую зависит от сопротивления вещества, а её величина будет обратнопропорциональна показателю сопротивления.

    Электрическое сопротивление – это свойство любого проводника; величина сопротивления равна отношению напряжения к силе протекающего тока. Можно сказать, что чем выше напряжение подаваемого тока, тем выше скорость протекания тока, однако сопротивление проводника снижает этот показатель.

    Следует добавить, что электрического поле, порождающее упорядоченное движение частиц, а, следовательно, и электрический ток, распространяется в пространстве со скоростью света. То есть, электрический ток протекает всегда со скоростью 300 тысяч километров в секунду.

    В чём же тогда особенность скорости движения? Дело в том, что скорость протекания тока равна скорости света, однако отдельные электроны могут двигаться с разной скоростью – от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в секунду. Это, разумеется, не очень большая скорость.

    Почему же, существует подобная разница и как объяснить скорость распространения тока? Напряжение тока как раз определяет скорость движения отдельных электронов – несколько миллиметров или сантиметров в секунду.

    Дело в том, что каждый отдельный электрон движется в одном огромном потоке электронов, которые полностью заполняют проводник. И каждый электрон постоянно взаимодействует с другими электронами. Так происходит во время прохождения электрического тока.

    Поэтому отдельный электрон движется крайне медленно, однако, скорость распространения энергии в электрическом проводнике будет очень высока. Соответственно, чем больше будет количество свободных частиц, тем лучше будет их взаимодействие, а значит, выше будет скорость распространения тока и скорость передачи электрической энергии.

    К.Ю.Богданов. §43 учебника ФИЗИКА-10

    § 43. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ВЕЩЕСТВ. ЗАВИСИМОСТЬ ПРОВОДИМОСТИ МЕТАЛЛОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.

    Электрическая проводимость вещества зависит концентрации в нём свободных зарядов, их вида, а также от условий внешней среды, в которой вещество находится.

    Электрический ток может протекать через все тела – твёрдые, жидкие газообразные и даже через вакуум. Электрической проводимостью вещества называют его способность проводить электрический ток под действием электрического поля. Чем больше концентрация свободных зарядов в веществе, тем меньше величина его удельного сопротивления и тем больше его электрическая проводимость. Вещества, обладающие большой проводимостью называют проводниками, а вещества с малой электрической проводимостью – диэлектриками.

    Однако такое деление веществ на проводники и диэлектрики весьма условно, т.к. изменение напряжённости электрического поля, температуры, давления и других факторов может значительно изменять проводимость веществ. Например, воздух, являющийся диэлектриком в обычных условиях, становится проводником, когда между грозовым облаком и землёй напряжённость электрического поля увеличивается до 3000 кВ/м, в результате чего и происходит разряд молнии.

    Носителями свободных зарядов в металлах являются свободные электроны, и поэтому такую проводимость называют электронной. Металлы имеют наибольшую проводимость среди проводников. Так как работа тока пропорциональна сопротивлению проводника, то для минимизации потерь при передаче электрической энергии всегда используют металлические провода. По той же причине из металлической проволоки изготовляют обмотки различных электромоторов, генераторов, трансформаторов и  электроизмерительных приборов.

    Сопротивление металлических проводников увеличивается с ростом температуры. Это явление можно объяснить тем, что при нагреве возрастает амплитуда хаотических (тепловых) колебаний атомов, а значит, увеличивается число столкновений этих атомов со свободными электронами, которые упорядоченно движутся под действием электрического поля. Зависимость сопротивления R проводника от температуры имеет следующий вид (см. рис. 43а):

    R = R0.{1+a(TT0)} ,                    (43.1)

    где R и R0 – сопротивление проводника при температурах T и T0, соответственно, а a — постоянная, называемая температурным коэффициентом сопротивления данного вещества. Если в качестве R0 взять сопротивление проводника при T0 =273 К, то у всех чистых металлов a » 1/273 K-1. Например, у вольфрама a = 4,8.10-3K-1. Это значит, что сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания, раскалённой до 2700 К, более чем в 10 раз превышает её сопротивление при комнатной температуре.

    При очень низких температурах наблюдается замечательное явление – сопротивление многих металлов скачком обращается в нуль. Это явление, названное сверхпроводимостью, было открыто голландским физиком Камерлинг-Оннесом в 1911 году, когда он измерял сопротивление ртути при охлаждении её в жидком гелии. Оказалось, что сопротивление ртути при охлаждении сначала плавно уменьшалось, но когда её температура достигала 4 К, сопротивление скачком падало до нуля (рис. 43б). Температура, при которой сопротивление резко падает до нуля, называют критической. В настоящее время известно много сверхпроводников с самыми разными критическими температурами – от долей градуса К до примерно 100 К.

    Объяснение физических процессов, лежащих в основе сверхпроводимости, было дано советским учёным Н.Н. Боголюбовым и американскими учёными Д. Бардиным, Л. Купером и Д. Шриффером на основе квантовой теории. Большой вклад в развитие теории сверхпроводников внесли также российские учёные А.А. Абрикосов и В.Л. Гинзбург.

    Очевидно, что в будущем применение сверхпроводников позволит передавать электроэнергию на большие расстояния с гораздо меньшими потерями или вообще без них. Кроме того, использование сверхпроводящих материалов даст возможность создавать огромные магнитные поля в генераторах и электромоторах, благодаря чему эти устройства станут значительно более мощными, чем сейчас. Колоссальные магнитные поля, созданные с помощью сверхпроводников, позволят конструировать поезда на магнитной подвеске, двигающиеся плавно, без трения и с огромными скоростями.   

    Вопросы для повторения:

    ·        Что такое электрическая проводимость?

    ·        Какой проводимостью обладают металлы?

    ·        Как изменяется сопротивление сверхпроводника вблизи критической температуры?

    ·        Где планируется использовать сверхпроводники?

     

    Рис. 43. (а) – зависимость сопротивления металлического проводника от температуры; (б) – зависимость сопротивления ртути вблизи критической температуры.

    Электропроводность

    Электропроводность

    Электропроводность — это мера легкость, с которой электрический заряд или тепло могут проходить через материал. А проводник — это материал, который дает очень небольшое сопротивление потоку электрический ток или тепловая энергия. Материалы классифицируются как металлы, полупроводники и изоляторы. Металлы — самые проводящие и изоляторы. (керамика, дерево, пластик) наименее проводящие.
    Электропроводность говорит нам, насколько хорошо материал позволяет электричеству проходить через него. Многие люди думают о медных проводах как о чем-то, что имеет отличные электрические характеристики. проводимость.
    Теплопроводность говорит нам, с какой легкостью тепловая энергия (тепло для большинства целей) может перемещаться по материалу.Некоторые материалы, такие как металлы, позволяют теплу перемещаться через них довольно быстро. Представьте, что одной рукой вы касаетесь кусок металла, а с другой — кусок дерева. Какой материал будет становится холоднее? Если бы вы сказали «металл», вы были бы правы. Но, Фактически, оба материала имеют одинаковую температуру. Это относительное теплопроводность. Металл обладает более высокой теплопередачей или термической способностью. проводимость, чем у дерева, позволяя теплу от руки уходить быстрее.Если вы хотите, чтобы что-то оставалось холодным, лучше всего это завернуть во что-нибудь который не обладает высокой теплопередачей или высокой теплопроводностью, это был бы изолятор. Керамика и полимеры обычно являются хорошими изоляторами, но вы должны помнить, что полимеры обычно имеют очень низкую температуру плавления. Это означает, что если вы разрабатываете что-то, что сильно нагревается, полимер может расплавиться в зависимости от температуры плавления.

    Серебро имеет самую высокую электропроводность из всех металлов. Фактически, серебро определяет проводимость — все другие металлы сравниваются с Это. По шкале от 0 до 100 серебро занимает 100 место, медь — 97, а золото. на 76. Из-за этого свойства, а также из-за того, что он не зажигает легко, серебро обычно используется в электрических цепях и контактах. Серебро также используется в аккумуляторах, где надежность является обязательной и применяются ограничения по весу, например, для портативных хирургических инструментов, слуховых аппаратов, кардиостимуляторов и космическое путешествие.

    ССЫЛКИ


    http://www.physics4kids.com/files/elec_conduct.html
    План урока для учителей о проводимости — http://www.infinitepower.org/pdf/09-Lesson-Plan.pdf


    Все информация на этой странице взята из U of C — Щелкните по Кембриджскому университету значок для благодарностей.

    Что такое электропроводность?

    Электропроводность — это мера величины электрического тока, который может переносить материал, или его способности проводить ток.Электропроводность также известна как удельная проводимость. Электропроводность — это внутреннее свойство материала.

    Единицы электропроводности

    Электропроводность обозначается символом σ и выражается в единицах СИ в сименсах на метр (См / м). В электротехнике используется греческая буква κ. Иногда греческая буква γ обозначает проводимость. В воде проводимость часто указывается как удельная проводимость, которая является мерой по сравнению с проводимостью чистой воды при 25 ° C.

    Взаимосвязь между проводимостью и удельным сопротивлением

    Электропроводность (σ) обратно пропорциональна удельному электрическому сопротивлению (ρ):

    σ = 1 / ρ

    где удельное сопротивление для материала с однородным поперечным сечением равно:

    ρ = RA / л

    где R — электрическое сопротивление, A — площадь поперечного сечения, l — длина материала.

    Электропроводность металлического проводника постепенно увеличивается при понижении температуры.Ниже критической температуры сопротивление в сверхпроводниках падает до нуля, так что электрический ток может протекать через петлю из сверхпроводящего провода без приложенной мощности.

    Во многих материалах проводимость осуществляется зонными электронами или дырками. В электролитах движутся целые ионы, неся свой чистый электрический заряд. В растворах электролитов концентрация ионных частиц является ключевым фактором проводимости материала.

    Материалы с хорошей и плохой электропроводностью

    Металлы и плазма являются примерами материалов с высокой электропроводностью.Лучшим проводником электричества является серебро — металл. Электрические изоляторы, такие как стекло и чистая вода, обладают плохой электропроводностью. Большинство неметаллов в таблице Менделеева плохо проводят электричество и тепло. По проводимости полупроводники занимают промежуточное положение между диэлектриком и проводником.

    Примеры отличных проводников:

    • Серебро
    • Медь
    • Золото
    • Алюминий
    • Цинк
    • Никель
    • Латунь

    Примеры плохих электрических проводников включают:

    • Резина
    • Стекло
    • Пластик
    • Сухая древесина
    • Бриллиант
    • Воздух

    Чистая вода (не соленая вода, которая является проводящей)

    Электропроводность, теплопроводность, плотность, температура плавления

    Таблица свойств проводящих материалов, металлов и нержавеющей стали:

    Электропроводность и удельное сопротивление, теплопроводность, величина теплового расширения, плотность и температура плавления.

    Электропроводность (10.E6 Сименс / м) Удельное электрическое сопротивление (10.E-8 Ом.м) Теплопроводность (Вт / м · К) Коэффициент теплового расширения 10E-6 (K-1) от 0 до 100 ° C Плотность (г / см3) Температура плавления или ухудшения (° C)
    Серебро 62,1 1,6 420 19,1 10,5 961
    Медь 58,7 1,7 386 17 8,9 1083
    Золото 44,2 2,3 317 14,1 19,4 1064
    Алюминий 36,9 2,7 237 23,5 2,7 660
    молибден 18,7 5,34 138 4,8 10,2 2623
    цинк 16,6 6,0 116 31 7,1 419
    Литий 10,8 9,3 84,7 56 0,54 181
    Латунь 15,9 6,3 150 20 8,5 900
    Никель 14,3 7,0 91 13,3 8,8 1455
    Сталь 10,1 9,9 80 12,1 7,9 1528
    Палладий 9,5 10,5 72 11 12 1555
    Платин 9,3 10,8 107 9 21,4 1772
    Вольфрам 8,9 11,2 174 4,5 19,3 3422
    Олово 8,7 11,5 67 23,5 7,3 232
    Бронза 67Cu33Sn 7,4 13,5 85 17 8,8 1040
    Карбоновая сталь 5,9 16,9 54 12 7,7 1400
    Карбон 5,9 16,9 129 0,2 1,8 2500
    Свинец 4,7 21,3 35 29 11,3 327
    Титан 2,4 41,7 21 8,9 4,5 1668
    Нержавеющая сталь 316L EN1.4404 1,32 76,0 15 16,5 7,9 1535
    Нержавеющая сталь 304 EN1.4301 1,37 73,0 16,3 16,5 7,9 1450
    Нержавеющая сталь 310 EN1.4841 1,28 78 14,2 17 7,75 2650
    Меркурий 1,1 90,9 8 61 13,5 -39
    Фехрал 0,74 134 16 11,1 7,2 + -1440

    Электропроводность — Энергетическое образование

    Рисунок 1.Линии электропередач высокого напряжения изготавливаются из алюминия, так как он обладает высокой электропроводностью. [1]

    Электропроводность — это свойство материалов, которое определяет, насколько хорошо данный материал будет проводить электричество. Электропроводность тесно связана с удельным сопротивлением (которое используется чаще):

    [математика] \ sigma = \ frac {1} {\ rho} [/ математика]

    где [math] {\ sigma} [/ math] — это проводимость (в м / Ом), а [math] \ rho [/ math] — это удельное сопротивление (в Ом / м).Чтобы определить сопротивление провода (который может быть сделан практически из чего угодно: меди, алюминия; это уравнение работает даже для дерева!), Используйте:

    [математика] R = \ rho \ frac {A} {l} = \ frac {A} {\ sigma l} [/ math]

    , где [math] A [/ math] — это площадь поперечного сечения провода (в м 2 ), а [math] l [/ math] — его длина (в м).

    Электропроводность тесно связана с электропроводностью. Электропроводность — это свойство самого материала (например, серебра), а электрическая проводимость — это свойство определенного электрического компонента (например, конкретного провода).

    Электропроводность можно определить как величину напряжения, необходимого для протекания электрического тока. Это во многом определяется количеством электронов во внешней оболочке; эти электроны определяют легкость, с которой генерируются подвижные электроны. Другой фактор — но менее важный — это количество атомов в единице объема, которое определяет количество электронов, которые будут легко перемещаться в ответ на электрическое поле. Материалы с высокой проводимостью, такие как медь и алюминий, называются проводниками.Материалы с низкой проводимостью, такие как резина и стекло, называются электрическими изоляторами (или просто изоляторами, когда нет возможности путаницы с теплоизоляцией). Другой особый класс материалов, таких как кремний и германий, находится между ними и называется полупроводниками.

    Как правило, большинство металлов обладают высокой проводимостью (это еще один способ сказать, что металлы имеют тенденцию быть проводниками), потому что электроны в их внешней оболочке могут легко перемещаться. Неметаллы, как правило, обладают низкой проводимостью. [2]

    Чтобы узнать о физике проводимости, обратитесь к разделу «Гиперфизика».

    Для дальнейшего чтения

    Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

    Список литературы

    Электропроводность элементов и других материалов

    • Проводники — это материалы со свободно прикрепленными валентными электронами — электроны могут свободно дрейфовать между атомами
    • Изоляторы имеют структуры, в которых электроны связаны с атомами ионными или ковалентными связями — ток почти не может быть flow
    • Полупроводники — это изолирующие материалы, в которых связи могут быть разорваны под действием приложенного напряжения — электроны могут высвобождаться и перемещаться с одного освобожденного валентного узла на другой.

    Электропроводность

    Электропроводность или удельная проводимость — это мера способности материала проводить электрический ток. Электропроводность обратно пропорциональна удельному электрическому сопротивлению.

    Электропроводность определяется как отношение плотности тока к напряженности электрического поля и может быть выражена как

    σ = J / E (1)

    , где

    σ = электрическая проводимость (1 / Ом м, 1/ Ом м, сименс / м, См / м, МОНО / м)

    J = плотность тока (ампер / м 2 )

    E = электрический напряженность поля (вольт / м)

    One siemens — S — эквивалентна одному ому и также обозначается как one mho.

    Электропроводность некоторых распространенных материалов

    000 000 58,0 10 6 6 36 ,6 6
    Материал Электропроводность
    σ
    (1 / Ом · м, См / м, mho / m)
    Алюминий 37,7 10 6
    Бериллий 31,3 10 6
    Кадмий 13,8 10 6
    Кальций 29.8 10 6
    Хром 7,74 10 6
    Кобальт 17,2 10 6
    Медь 59106
    Галлий 6,78 10 6
    Золото 45,2 10 6
    Иридий 19.7 10 6
    Железо 9,93 10 6
    Индий 11,6 10 6
    Литий 10,8 10 10,8 10 10,8 10
    Молибден 18,7 10 6
    Никель 14,3 10 6
    Ниобий 6.93 10 6
    Осмий 10,9 10 6
    Палладий 9,5 10 6
    Платина 9,6106 6
    Рений 5,42 10 6
    Родий 21,1 10 6
    Рубидий 7.79 10 6
    Рутений 13,7 10 6
    Серебро 63 10 6
    Натрий 21 10
    21 10 6
    Тантал 7,61 10 6
    Технеций 6,7 10 6
    Таллий 6.17 10 6
    Торий 6,53 10 6
    Олово 9,17 10 6
    Вольфрам
    Морская вода 4,5 — 5,5
    Вода — питьевая 0,0005 — 0,05
    Вода — деионизированная 5.5 10 -6

    Электропроводность элементов относительно серебра

    9000 9000 9000 9000 9000 6 17000 9000 9000 000 9000 9000 9000 Висм
    Элемент Электропроводность относительно серебра
    Серебро 100,0
    Медь
    Золото 71,7
    Алюминий 59,8
    Бериллий 49,7
    Кальций 47.3
    Магний 35,9
    Родий 33,5
    Натрий 33,0
    Барий 30,6
    Кобальт 27,3
    Цинк 26,3
    Никель 22,6
    Кадмий 21.9
    Рутений 21,7
    Цезий 20,0
    Индий 18,4
    Осмий 17,3
    Марганец 15,8
    Железо 15,8
    Платина 15,3
    Палладий 15.1
    Олово 14,6
    Титан 13,7
    Иридий 13,5
    Рубидий 12,4
    Сталь 12,0
    Таллий 9,8
    Свинец 8,4
    Columbium 5.1
    Ванадий 5,0
    Мышьяк 4,9
    Сурьма 3,6
    Ртуть 1,8
    9000 9000

    Электропроводность высокоочищенной воды

    Удельное электрическое сопротивление

    Электропроводность является обратной (обратной) величиной удельного электрического сопротивления.Удельное электрическое сопротивление может быть выражено как

    ρ = 1/ σ (2)

    , где

    ρ = удельное электрическое сопротивление (Ом · м 2 / м, Ом · м)

    Сопротивление проводника

    Сопротивление проводника можно выразить как

    R = ρ l / A (3)

    , где

    R = сопротивление (Ом, Ом)

    l = длина проводника (м)

    A = площадь поперечного сечения проводника (м 2 )

    Пример — сопротивление провода

    Сопротивление провода 1000 м калибр медного провода # 10 с площадью поперечного сечения 5.26 мм 2 можно рассчитать как

    R = (1,724 x 10 -8 Ом м 2 / м) (1000 м) / (( 5,26 мм 2 ) (10 — 6 м 2 / мм 2 ))

    = 3,2 Ом

    Преобразование удельного сопротивления и проводимости

    0000009 0000009 6000 60009 000 06 10.2 000 0,09 0,098 06 000 0,09
    Гран / галлон
    как CaCO 3
    частей на миллион CaCO 3 частей на миллион ppm
    NaCl
    Проводимость
    мкмо / см
    Удельное сопротивление
    МОм / см
    99.3 1700 2000 3860 0,00026
    74,5 1275 1500 2930 0,00034
    49,6 10006
    49,6 10006 24,8 425 500 1020 0,00099
    9,93 170 200 415 0.0024
    7,45 127 150 315 0,0032
    4,96 85,0 100 210 0,0048
    210 0,0048
    0,0095
    0,992 17,0 20 42,7 0,023
    0,742 12,7 15 32.1 0,031
    0,496 8,50 10 21,4 0,047
    0,248 4,25 5,0 10,8
    000 0,09 4,35 0,23
    0,074 1,27 1,5 3,28 0,30
    0,048 0.85 1,00 2,21 0,45
    0,025 0,42 0,50 1,13 0,88
    0,0099 0,17 0,17 0,17 0,13 0,15 0,38 2,65
    0,0050 0,085 0,10 0,27 3.70
    0,0025 0,042 0,05 0,16 6,15
    0,00099 0,017 0,02 0,098
    11,5
    0,00047 0,008 0,010 0,076 13,1
    0,00023 0.004 0,005 0,066 15,2
    0,00012 0,002 0,002 0,059 16,9

  • зерен / галл. Растворы

    Электропроводность водных растворов, таких как

    • NaOH 4 — Каустическая сода
    • NH 4 Cl — Хлорид аммония, соляной аммиак
    • NaCl 2 — Поваренная соль
    • NaNO 3 — Нитрат натрия , Чилийская селитра
    • CaCl 2 — Хлорид кальция
    • ZnCl 2 — Хлорид цинка
    • NaHCO 3 — Бикарконат натрия, пищевая сода
    • Na 2 CO 3 — Натрия карбонат 86
    • CuSO 4 — Медный купорос, медный купорос

    6.8A: Электропроводность и удельное сопротивление

    Удельное электрическое сопротивление и проводимость являются важными характеристиками материалов. Разные материалы обладают разной проводимостью и удельным сопротивлением. Электропроводность основана на свойствах электрического переноса. Их можно измерить несколькими методами, используя различные инструменты. Если электричество легко проходит через материал, этот материал имеет высокую проводимость. Некоторые материалы с высокой проводимостью включают медь и алюминий.Электропроводность — это мера того, насколько легко электричество проходит через материал.

    Электропроводность и удельное сопротивление

    Электропроводность и удельное сопротивление обратно пропорциональны друг другу. Когда проводимость низкая, сопротивление высокое. Когда удельное сопротивление низкое, проводимость высокая. Уравнение выглядит следующим образом:

    \ [\ rho = \ dfrac {1} {\ sigma} \]

    где

    • Удельное сопротивление представлено как \ (\ rho \) и измеряется в Ом-метрах (\ (Ом · м \)),
    • Электропроводность обозначается как \ (\ sigma \) и измеряется в Siemens (\ (1 / Ом · м \)).

    Поскольку проводимость является мерой того, насколько легко течет электричество, удельное электрическое сопротивление измеряет, насколько материал сопротивляется потоку электричества.

    Свойства электротранспорта

    Проще говоря, электричество — это движение электронов в материале. Когда электроны движутся через материал, он вступает в контакт с атомами в материале. Столкновения замедляют электроны. Каждое столкновение увеличивает удельное сопротивление материала. Чем легче электроны проходят через материал, тем меньше происходит столкновений и тем выше проводимость.

    При повышении температуры проводимость металлов обычно уменьшается, а проводимость полупроводников увеличивается. Это, конечно, предполагает, что материал однороден, что не всегда так. Вы можете рассчитать удельное сопротивление, используя следующее уравнение

    \ [\ dfrac {E} {J} = ρ \]

    Как вы уже читали, ρ — это символ удельного сопротивления. \ (E \) представляет собой электрическое поле и измеряется в вольтах на метр (В / м). J — плотность тока, выраженная в амперах на квадратный метр (А / м2).Электрическое поле рассчитывается путем деления напряжения на длину l, к которой приложено это напряжение.

    \ [E = \ dfrac {V} {l} \]

    Плотность тока рассчитывается по формуле ниже

    \ [J = \ dfrac {I} {A} \]

    I — это ток, деленный на площадь поперечного сечения A, по которой течет ток.

    Удельное сопротивление против сопротивления

    Удельное сопротивление и сопротивление — это разные вещи. Удельное сопротивление не зависит от размера или формы.Однако сопротивление есть. Вы можете рассчитать сопротивление с помощью приведенного ниже уравнения.

    \ [R = \ dfrac {V} {I} \]

    R относится к сопротивлению и измеряется в Ом. \ (V \) — напряжение, измеряемое в вольтах. Я измеряю ток, и его единица измерения — амперы (А).

    Список литературы

    1. Электропроводность и удельное сопротивление, Хини, Майкл, Электрические измерения, обработка сигналов и дисплеи. Июль 2003 г.

    2. Леви, Питер М., и Шуфэн Чжан. «Электропроводность магнитных многослойных структур». Physical Review Letters 65.13 (1990): 1643-646. Распечатать.

    Проблемы

    1. Какова плотность тока материала с удельным сопротивлением 12 Ом · м и электрическим полем 64 В / м?
    2. Если напряжение 6 В проходит через вещество радиусом 2 м и длиной 3 м, что такое электрическое поле?
    3. Каково электрическое поле материала, когда ток равен 25 А, измеренное сопротивление составляет 78 Ом, плотность тока равна 24 А / м2, а длина протекает ток 100 м?
    4. Материал имеет напряжение 150 В и ширину 24 м.Материал также имеет ток 62 А и проходит расстояние 5 м. Какая проводимость?
    5. Изначально у металла есть электрон, сталкивающийся с каждым пятым атомом, и температура повышается с 6К до 100К. Полупроводник изначально имеет электрон, сталкивающийся с каждым пятым атомом, и температура повышается с 6K до 100K. Какой материал будет иметь большее удельное сопротивление? Почему?

    Ответов на проблемы:

    1. E / J = ρ —> J = E / ρ = 64 В / м / 12 Ом · м = 5.33А / м 2

    2. E = V / l = 6V / 3m = 2V / m

    3. E = об / л

    В = ИК —> E = ИК / l = 25 А x 78 Ом / 100 м = 19,5 В / м

    4. E / J = ρ

    E = об / л

    Дж = I / A —> ρ = (В / л) / (I / A) = (150 В / 5 м) / (62 А / (24 м x 5 м) = 58 Ом · м

    ρ = 1 / σ —> 1 / ρ = σ = 1/58 Ом · м

    5. Материал, имеющий наибольшее удельное сопротивление, — это металл, потому что с повышением температуры металлы с большей вероятностью будут увеличивать удельное сопротивление, а полупроводники обычно уменьшают удельное сопротивление при повышении температуры.

    Авторы и авторство

    • Майкл Форд (UCD) и Александра Кристман (UCD)

    Что такое электропроводность? — Matmatch

    Электропроводность — это показатель того, насколько легко материал позволяет электрическому току проходить через него. И наоборот, удельное электрическое сопротивление измеряет, насколько сильно материал сопротивляется прохождению электрического тока. Эти два свойства полностью противоположны друг другу. Электропроводность обозначается греческой буквой σ , а удельное электрическое сопротивление обозначается греческой буквой ρ ​​.

    Материалы часто выбираются или выбрасываются для применения из-за их электропроводности, когда прохождение электрического тока имеет решающее значение для функциональности их применения. Металлы обычно являются лучшими проводниками электричества, а полимеры — наименее проводниками электричества. Серебро — лучший проводник электричества, но оно редко используется для этой функции из-за его редкости и, как следствие, непомерно высокой стоимости.

    Из этой статьи вы узнаете о:

    • Какая электрическая проводимость равна
    • Измерение электропроводности
    • Применения электропроводности
    • Будущие материалы и применение

    Сечение подземного электрического кабеля.

    Что такое электропроводность?

    Хорошие проводники электричества также часто являются хорошими проводниками тепла, что проявляется в большинстве металлов. Температура материала может не так просто повлиять на его проводимость. Для материалов, известных как проводники, повышение температуры обычно снижает их проводимость и наоборот. Но для изоляторов все обстоит наоборот, поскольку повышение температуры на фактически увеличивает их проводимость.Это соотношение между температурой и электропроводностью полезно при создании сверхпроводников. Сверхпроводник — это материал, который почти идеально проводит электричество, практически не имея никакого сопротивления. Пока что всем известным сверхпроводникам требуются чрезвычайно низкие температуры (до -234 o C), чтобы проявлять это свойство.

    Электропроводность материала определяется по формуле

    `\ sigma = \ frac {1} {\ rho}`

    Где ρ ​​ — удельное сопротивление материала.

    Удельное сопротивление измеряется в Ом · метрах (Ом · м), а удельное сопротивление измеряется в Сименсах на метр (См / м) , что является обратной величиной единицы удельного сопротивления. Электропроводность или удельное сопротивление материала — это неизменное свойство, которое не изменяется в зависимости от размера или формы материала.

    Электропроводность материала зависит от температуры, но она также может меняться в зависимости от приложенного магнитного поля. До сих пор мы предполагали, что все материалы однородны и изотропны; гомогенный означает, что свойства материала одинаковы независимо от того, откуда взят образец, а изотропный означает, что эти свойства имеют одинаковое значение независимо от того, в каком направлении они измеряются.Однако это не всегда так, особенно для полупроводников, которые представляют собой особые материалы, демонстрирующие разную проводимость в разных направлениях. Кроме того, проводимость и сопротивление не следует путать с проводимостью или удельным сопротивлением соответственно. Хотя они связаны, это не одно и то же, и они не взаимозаменяемы. Электропроводность и сопротивление изменяются в зависимости от размера рассматриваемого материала, а проводимость и удельное сопротивление — нет. .

    Таблица 1. Удельное сопротивление и проводимость обычных материалов при 20 ° C [1]

    Материал

    Удельное сопротивление ρ (Ом · м) при 20 ° C

    Электропроводность σ (См / м) при 20 ° C

    Серебро

    1,59 × 10 −8

    6,30 × 10 7

    Медь

    1.68 × 10 −8

    5,96 × 10 7

    Золото

    2,44 × 10 −8

    4,10 × 10 7

    Алюминий

    2,82 × 10 −8

    3,5 × 10 7

    Кальций

    3,36 × 10 −8

    2.98 × 10 7

    Вольфрам

    5,60 × 10 −8

    1,79 × 10 7

    цинк

    5,90 × 10 −8

    1,69 × 10 7

    Никель

    6,99 × 10 −8

    1,43 × 10 7

    Литий

    9.28 × 10 −8

    1,08 × 10 7

    Утюг

    1,0 × 10 −7

    1,00 × 10 7

    Платина

    1,06 × 10 −7

    9,43 × 10 6

    Олово

    1,09 × 10 −7

    9.17 × 10 6

    Углеродистая сталь

    -1010

    1,43 × 10 −7

    Свинец

    2,2 × 10 −7

    4,55 × 10 6

    Титан

    4,20 × 10 −7

    2,38 × 10 6

    Константан

    4.9 × 10 −7

    2,04 × 10 6

    Нержавеющая сталь

    6,9 × 10 −7

    1,45 × 10 6

    Меркурий

    9,8 × 10 −7

    1,02 × 10 6

    Углерод (аморфный)

    5 × 10 −4 — 8 × 10 −4

    1.25 — 2 × 10 3

    Карбон (алмаз)

    1 × 10 12

    ~ 10 −13

    Кремний

    6,40 × 10 2

    1,56 × 10 −3

    Стекло

    10 × 10 10 — 10 × 10 14

    10 −11 -10 −15

    Твердая резина

    1 × 10 13

    10 −14

    тефлон

    10 × 10 22 — 10 × 10 24

    10 −25 -10 −23

    Измерение электропроводности

    Двухточечный и четырехточечный методы — два наиболее распространенных метода измерения электропроводности [2].

    Двухточечная техника

    Этот метод включает пропускание тока (через источник напряжения) через образец (прямоугольный стержень) материала. Этот ток подается через два медных узла, которые прикреплены к обоим концам шины (отсюда и название двухточечной техники). Измеряется сила тока, протекающего через стержень, и, поскольку напряжение уже известно, сопротивление рассчитывается по формуле ниже

    .

    `R = \ frac {V} {I}`

    Где R = сопротивление в Ом, В = напряжение в вольтах и ​​ I = ток в амперах.

    Электропроводность стержня можно рассчитать как

    `\ sigma = \ frac {l} {Rwh}`

    Где σ — проводимость в См / м, R — измеренное сопротивление в Ом, а w , h и l — ширина, высота и длина стержня образца соответственно.

    Четырехточечная техника

    Двухточечный метод изначально подвержен ошибкам, поскольку измерительное оборудование эффективно обладает свойствами, которые также измеряются одновременно с тестовым образцом. {1}} {Vwh}`

    Где σ — проводимость, измеренная в См / м, I — ток, измеренный амперметром в амперах, В, — напряжение, измеренное вольтметром в вольтах, l 1 — длина между две точки, в которых измеряется напряжение, w и h — это ширина и высота полосы выборки, соответственно.

    Приложения и материалы

    Электропроводность находит применение в различных отраслях промышленности, от передачи энергии до электроники. Вот несколько примеров общих приложений принципа проводимости [3].

    • Воздушные линии электропередачи, которые используются для передачи электроэнергии, обычно изготавливаются из алюминия, потому что это очень хороший проводник электричества. Точно так же большинство изоляторов сделано из полимера с очень низкой проводимостью, чтобы защитить людей от поражения электрическим током.
    • Чтобы избежать электростатического разряда (ESD), электропроводящие пластмассы и композиты спроектированы так, чтобы рассеивать статическое электричество. Это важно в электронике, где пластмассы используются для изготовления корпусов и других применений, где электростатический разряд может вызвать воспламенение горючего газа или жидкости.
    • Датчик может использовать электрическую проводимость для определения границы раздела двух жидкостей, если они имеют значительную разницу в проводимости. Это может быть полезно при химической переработке и производстве продуктов питания и напитков.
    • При опреснении морской воды используется электропроводность, чтобы контролировать, насколько хорошо растворенные ионные твердые частицы были удалены из воды, и, таким образом, дает представление о полноте процесса очистки.

    Будущие материалы и приложения

    Редкость определенных материалов, стоимость их производства и другие факторы означают, что не всегда всегда выбирается лучший материал для определенного применения с точки зрения электропроводности.Серебро, известное как лучший металлический проводник, идеально подошло бы для применения в интегральных схемах, поскольку оно инертно. Золото, хотя и менее проводящее, будет лучше, чем серебро, когда важна защита от излучения. Алмаз, наименее проводящий материал, о котором мы говорили до сих пор, может быть единственным вариантом при высоком давлении. Наконец, сверхпроводники — почти идеальные материалы, но для их функционирования требуется температура, близкая к абсолютному нулю. Квантовые суперкомпьютеры проектируются таким образом, чтобы потребовались сверхпроводники, поскольку их расчеты основаны на точном количестве электронных разрядов, чтобы работать с их скоростью и точностью [4].

    Линии электропередачи требуют сочетания материалов, обладающих свойствами как электропроводности, так и удельного электрического сопротивления.

    [1] A. Helmenstine, «Таблица удельного электрического сопротивления и проводимости», [онлайн] Доступно по адресу: https://sciencenotes.org/table-of-electrical-resistivity-and-conductivity/, 2019.

    [2] Хини, Майкл Б. «Электропроводность и удельное сопротивление».

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *