Определение и классификации проводников
Проводники: материалы, имеющие удельное электрическое сопротивление (р) меньше 10-8 Ом*м и предназначенные для коммутации, контактирования и
накопления заряда. На основе проводников можно изготавливать также ирезистивные материалы. К проводниковым материалам относятся:
* все металлы;
* полуметаллы: графит (углерод), мышьяк, висмут, сурьма и некоторые растворы электролитов.
* о Другими словами, проводники делятся на электронные (металлы; полупроводники), ионные (электролиты) и смешанные, где имеет место движение как электронов, так и ионов (напр., плазма).
Металлы III а — Villa групп имеют отличительную структуру - незаполненные d— оболочки, и это сказывается на многих свойствах. Такие металлы называют переходными или d—элементами.
Остальные металлы (I, II и II б) — непереходные или s— и р-элементы (на внешних оболочках небольшое число электронов) — являются лучшими проводниками электрического тока и имеют высокие электропроводность и теплопроводность (переходные металлы уступают непереходным в 3.. .6 раз): Ag, Си, А и, А1. Другие общеизвестные признаки металлов: блеск, ковкость, склонность к коррозии и др. — не выполняются настолько строго, чтобы быть «законом». Например:
* углерод (алмаз) — диэлектрик; РЬ (свинец) — металл и проводник: и имеют на s — и р —оболочках по 4 (четыре) электрона;
* углер од (гр афит) - пр ов о дник
* о т.е. сегодня довольно трудно выделить единственный объективный критерий отнесения материала х металлам, поэтому в настоящее время таким критерием стали считать следующий: наличие электропроводности (р) при Т^О'ЧС. Согласно этому критерию к металлам следует отнести графит и некоторые химические соединения типа V02, что нарушает сформулированные еще Л омоносовым представления.
Организационно, исторически и независимо от теоретического определения металлов сложилось следующее деление (классификация) металлов:
* черные и цв етные (металлургия);
* щелочные и щелочноз емельные (химиче екая пр омьплпенно сть)
Электрические свойства проводников
К электрическим относятся следующие характеристики материалов:
• объемная удельная электропроводность (у) или объемное удельное электросопротивление (р); р= 1/у;
• температурный коэффициент электросопротивления ТКр или температурная зависимость электросопротивления; для практически важных диапазонов температур — в большинстве случаев эта зависимость линейная или близка к линейной, т. е. может быть описана соотношением:
p(t) = p(0)-(l + ap۰Δt) P(t),P(0)
- соответственно удельное электросопротивление при текущей температуре (t) и температуре, взятой за начало отсчета (0)
ар, или, ТКр, град 1
- температурный коэффициент эпектр о с опр отивпения, характеризует относительное изменение эпектр о с опр отивпения при изменении температуры на 1 градус (говорят, является мерой чув стБитепьно ста эпектр о с опр отивпения к температуре или, другими словами, мерой термической стабильности)
Особенности электропроводности металлических материалов Удельная электропроводность у зависит от:
• концентрации носителей - электронов проводимости; (наибольшей электропроводностью обладают Си, Аи, А1 — концентрация электронов в них свыше 10 22 см-з) — в металлических проводниках с ростом температуры концентрация электронов практически не изменяется (эта особенность - основное отличие металлов от ПП — материалов, концентрация носителей в которых -1017... 1020 см-з);
• подвижности электронов - в металлических проводниках с ростом температуры подвижность электронов заметно уменьшается — и именно это влияет на зависимость электропроводности от температуры;
• химического состава, т.е. от наличия и концентрации дефектов структуры: — атомов другого сорта в решетке металла (примесей, создающих дефекты структуры);
• внешних технологических воздействий, т.е. от наличия и концентрации дефектов (прежде всего - дислокаций) после ХПД (холодной пластической деформации) — в результате сильной ХПД уд. электросопротивление Ag^ Си, Аи, Al, Ni может возрастать на 5.. 6%, а уд. электросопротивление MO И W — на 15...20%.
Классификация проводниковых материалов Основные классификационные признаки: - р($, схр
• высокоэлектропроводные (низкоомные) проводниковые материалы - используются в качестве проводников;
• высокоомные (резнстнвные) проводниковые материалы - используются в качестве различного рода сопротивлений и резистивньгх элементов;
• (иногда выносят в отдельную группу) материалы, имеющие особенности изменения сопротивления под действием внешних возмущений - терморезистивные (под действием температуры), тензорезистивные (под действием упругих деформаций и напряжений), фоторезистивные (под действием излучения)