Курсовая, контрольная работа. Примеры выполнения

Лекции по курсу Электротехнические материалы

Природа проводимости и основные характеристики проводниковых материалов

Из проводниковых материалов - твердых тел, жидкостей и газов в электротехнике наиболее часто применяют металлы и сплавы.

Согласно классической теории (Друде, Лорентц) металлы можно рассматривать как кристаллический остов, состоящий из положительных ионов, погруженных в среду из свободных коллективизированных электронов, называемой "электронным газом" или "электронной жидкостью".

Наличие свободных делокализованных электронов обуславливает высокую пластичность, характерный блеск металлов, высокую электро- и теплопроводность.

Если к проводнику приложить внешнее напряжение, то свободные электроны, совершающие тепловые колебания с средней скоростью порядка 10⁵м/с, приобретают некоторую добавочную скорость направленного движения (несколько мм в секунду), что вызывает протекание электрического тока.

Плотность тока J связана с напряженностью электрического поля Е формулой:

известной, как закон Ома в дифференциальной форме. Здесь удельная проводимость в симменсах на метр. Удельное сопротивление:

измеряется в Ом^.м или в внесистемных единицах Ом^.мм²/м. Предпочтительнее пользоваться единицами СИ - мкОм^.м.

Связь между единицами удельного сопротивления:

1Ом^.м = 10⁶мкОм^.м = 10⁶Ом^.мм²/м

Согласно классической теории металлов:

где
e - заряд электрона,
n - концентрация свободных электронов,
l - средняя длина свободного пробега между двумя соударениями с узлами решетки,
m - масса электрона,
V_T - средняя скорость теплового движения электрона.

Квантово-механическое описание учитывает, что электрон обладает свойствами как частицы, так и волны, поэтому в идеальной периодической решетке электронные волны не рассеиваются. В реальных кристаллах строгая периодичность нарушается примесями, дефектами решетки и тепловыми колебаними ионов.

Уточненное выражение для удельной проводимости выглядит так:

где h - постоянная Планка.

Основные характеристики проводниковых материалов:

удельная электрическая проводимость или удельное электросопротивление
( = 1 / );

температурный коэффициент удельного сопротивления -

коэффициент теплопроводности _т;

предел прочности при растяжени б_пр и относительное удлинение при разрыве l /l.

Лекции по курсу Электротехнические материалы

На главную