Закрыть

Свойства проводников – 2. Свойства проводников.

Содержание

Основные характеристики проводников

Дата публикации: .
Категория: Электротехника.

Основными характеристиками проводниковых материалов являются:

  1. Удельное электрическое сопротивление;
  2. Температурный коэффициент сопротивления;
  3. Теплопроводность;
  4. Контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила;
  5. Временное сопротивление разрыву и относительное удлинение при растяжении.

Удельное электрическое сопротивление

ρ – величина, характеризующая способность материала оказывать сопротивление электрическому току. Удельное сопротивление выражается формулой:

Удельное электрическое сопротивление

Для длинных проводников (проводов, шнуров, жил кабелей, шин) длину проводника l обычно выражают в метрах, площадь поперечного сечения S – в мм², сопротивление проводника r – в Ом, тогда размерность удельного сопротивления

Удельное электрическое сопротивление

Данные удельных сопротивлений различных металлических проводников приведены в статье «Электрическое сопротивление и проводимость».

Температурный коэффициент сопротивления

α – величина, характеризующая изменение сопротивления проводника в зависимости от температуры.
Средняя величина температурного коэффициента сопротивления в интервале температур t2° — t1° может быть найдена по формуле:

Температурный коэффициент сопротивления

Данные температурных коэффициентов сопротивления различных проводниковых материалов приведены ниже в таблице.

Значение температурных коэффициентов сопротивления металлов

Наименование металла Температурный коэффициент сопротивления, 1/°С
Алюминий
Альдрей

Бронза
Вольфрам

Золото
Латунь

Медь
Молибден

Никель
Олово

Платина
Ртуть

Сталь
Серебро

Свинец
Цинк

Чугун
0,00403 – 0,00429
0,0036 – 0,0038

0,004
0,004 – 0,005

0,0036
0,002

0,004
0,0047 – 0,005

0,006
0,0043 – 0,0044

0,0025 – 0,0039
0,009

0,0057 – 0,006
0,0034 – 0,0036

0,0038 – 0,004
0,0039 – 0,0041

0,0009 – 0,001

Теплопроводность

λ – величина, характеризующая количество тепла, проходящее в единицу времени через слой вещества. Размерность теплопроводности

Температурный коэффициент сопротивления

Теплопроводность имеет большое значение при тепловых расчетах машин, аппаратов, кабелей и других электротехнических устройств.

Значение теплопроводности λ для некоторых материалов

Серебро
Медь

Алюминий
Латунь

Железо, сталь
Бронза

Бетон
Кирпич

Стекло
Асбест

Дерево
Пробка
350 – 360
340

180 – 200
90 – 100

40 – 50
30 – 40

0,7 – 1,2
0,5 – 1,2

0,6 – 0,9
0,13 – 0,18

0,1 – 0,15
0,04 – 0,08
Температурный коэффициент сопротивления

Из приведенных данных видно, что наибольшей теплопроводностью обладают металлы. У неметаллических материалов теплопроводность значительно ниже. Она достигает особенно низких значений у пористых материалов, которые применяю специально для тепловой изоляции. Согласно электронной теории высокая теплопроводность металлов обусловлена теми же электронами проводимости, что и электропроводность.

Контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила

Как было указано в статье «Металлические проводники», положительные ионы металла расположены в узлах кристаллической решетки, образующей как бы ее каркас. Свободные электроны заполняют решетку наподобие газа, который называют иногда «электронным газом». Давление электронного газа в металле пропорционально абсолютной температуре и числу свободных электронов в единице объема, которое зависит от свойств металла. При соприкосновении двух разнородных металлов в месте соприкосновения происходит выравнивание давления электронного газа. В результате диффузии электронов металл, у которого число электронов уменьшается, заряжается положительно, а металл, у которого число электронов увеличивается, заряжается отрицательно. В месте контакта возникает разность потенциалов. Эта разность пропорциональна разности температур металлов и зависит от их вида. В замкнутой цепи возникает термоэлектрический ток. Электродвижущая сила (ЭДС), которая создает этот ток, называется термоэлектродвижущей силой (термо-ЭДС).

Явление контактной разности потенциалов применяется в технике для измерения температуры при помощи термопар. При измерении малых токов и напряжений в цепи в местах соединения различных металлов может возникнуть большая разность потенциалов, которая будет искажать результаты измерений. В этом случае необходимо подобрать материалы так, чтобы точность измерений была высокой.

Временное сопротивление разрыву и относительное удлинение при растяжении

При выборе проводов, помимо сечения, материала проводов, изоляции необходимо учитывать их механическую прочность. Особенно это касается проводов воздушных линий электропередач. Провода испытывают растяжение. Под действием силы, приложенной к материалу, последний удлиняется. Если обозначить первоначальную длину l1, а конечную длину l2, то разность l1l2 = Δl будет абсолютным удлинением.

Отношение

Температурный коэффициент сопротивления

называется относительным удлинением.

Сила, производящая разрыв материала, называется разрушающей нагрузкой, а отношение этой нагрузки к площади поперечного сечения материала в момент разрушения называется временным сопротивлением на разрыв и обозначается

Температурный коэффициент сопротивления

Данные временных сопротивлений на разрыв для различных материалов приведены ниже.

Значение предела прочности на разрыв для различных металлов

Наименование металла Предел прочности на разрыв, кг/мм²
Алюминий
Альдрей

Бронза
Вольфрам

Золото
Латунь

Медь
Молибден

Никель
Олово

Платина
Ртуть

Сталь
Серебро

Свинец
Цинк

Чугун
8 – 25
30 – 38

31 – 135
100 – 300


30 – 70

27 – 44,9
80 – 250

40 – 70
2 – 5

15 – 35


70 – 75
15 – 30

0,95 – 2,0
14 – 29

12 – 32

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

www.electromechanics.ru

4.3. Свойства проводников.▲

К
важнейшим параметрам, характеризующим
свойства проводниковых материалов,
относятся:


удельная проводимость γ или обратная
ей величина – удельное сопротивление
ρ,


температурный коэффициент удельного
сопротивления ТКρ или αρ,


теплопроводность γт,


контактная разность потенциалов и
термо-э.д.с.,


работа выхода электронов из металла,


предел прочности при растяжении σρи относительное удлинение при разрыве
∆l/l.

4.3.1. Удельная проводимость и удельное сопротивление проводников.▲

Связь
плотности тока J, А/м2,
и напряженности электрического поля
Е, В/м, в проводнике дается известной
формулой:

J=Eγ(4.1)

Здесь
γ, См/м – параметр проводникового
материала, называемый его удельной
проводимостью
; в соответствии с
законом Ома γ не зависит от напряженности
электрического поля при изменении
последней в весьма широких пределах.
Величина ρ=1/γ, обратная удельной
проводимости и называемаяудельным
сопротивлением
, для имеющего
сопротивлениеRпроводника
длинойlс постоянным
поперечным сечениемSвычисляется по формуле:

ρ = R·S/l. (4.2)

Единица
СИ для удельного сопротивления — Ом·м.
Диапазон значений удельного сопротивления
ρ металлических проводников при
нормальной температуре довольно узок:
от 0.016 для серебра и до примерно 10 мкОм·м
для железохромоалюминиевых сплавов,
т.е. он занимает всего три порядка.
Значение удельной проводимости γ в
основном зависит от средней длины
свободного пробега электронов в данном
проводнике, которая, в свою очередь,
определяется структурой проводникового
материала. Все чистые металлы с наиболее
правильной кристаллической решеткой
характеризуются наименьшими значениями
удельного сопротивления; примеси,
искажая решетку, приводят к увеличению
ρ. И с точки зрения волновой теории,
рассеяние электронных волн происходит
на дефектах кристаллической решетки,
которые соизмеримы с расстоянием порядка
четверти длины электронной волны.
Нарушения меньших размеров не вызывают
заметного рассеяния волн.

4.3.2. Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов.▲

Число
носителей заряда в металлическом
проводнике при повышении температуры
остается практически неизменным. Однако
вследствие колебаний узлов кристаллической
решетки с ростом температуры появляется
все больше и больше препятствий на пути
направленного под действием электрического
поля движения свободных электронов,
т.е. уменьшается средняя длина свободного
пробега электрона, уменьшается подвижность
электронов и, как следствие, уменьшается
удельная проводимость металлов, и
увеличивается удельное сопротивление.
Иными словами, температурный коэффициент
удельного сопротивления металлов
положителен.

4.3.3.Изменение удельного сопротивления металлов при плавлении.▲

При
переходе из твердого состояния в жидкое
у большинства металлов наблюдается
увеличение удельного сопротивления,
как это видно из рис.3.1; однако некоторые
металлы при плавлении повышают ρ.

Рис.4.1.
Зависимость удельного сопротивления
меди от температуры.

Скачок соответствует температуре
плавления меди 1083°С.

Удельное сопротивление увеличивается
при плавлении у тех металлов, которые
при плавлении увеличивают объем, т.е.
уменьшают плотность; у металлов с
противоположным характером изменения
объема при плавлении (аналогичным
фазовому переходу лед-вода) ρ уменьшается.

studfile.net

Проводники и диэлектрики

Проводники

К проводникам относятся все металлы и их сплавы, а также электротехнический уголь(каменный уголь, графит, сажа, смола и т.д.)
К жидким проводникам относятся:вода, раствор солей, кислот и щелочей.
К газообразным относятся ионизированные газы.
Электрический ток в твердых проводниках-это направленное движение свободных электронов под действием ЭДС.
ЭДС-электронно-движущая сила.

Свойства проводников:

  1. Электрические
    • Удельное сопротивление веществ от которого зависит электропроводимость
    • Сверхпроводимость-это свойство некоторых материалов при температуре равной 101(-273) проводить эл.ток без препятствий, т.е. удельное сопротивление этих материалов равно нулю
  2. Физические
    • плотность
    • температура плавления
  3. Механические
    • Прочность на изгиб, растяжение и т.д., а также способность обрабатываться на станках
  4. Химические
    • Свойства взаимодействовать с окружающей или противостоять коррозии
    • Свойства соединятся при помощи пайки, сварки

Диэлектрики

Не пропускают электрический ток.Диэлектрики обладают высоким удельным сопротивлением.Используются для защиты проводника от влаги, механических повреждений, пыли.

Диэлектрики бывают

  • твердые-все неметаллы;
  • жидкие-масла, синтетические жидкости СОВОЛ, СОВТОЛ
  • газообразные-все газы:воздух, кислород, азот и т.д.

Свойства диэлектриков:

  1. Электрические свойства
    • Электрический пробой-устанавление большого тока, под действием высокого электрического напряжения к электроиоляционному материалу определенной толщины.
    • Электрическая прочность-это величина, равная напряжению, при котором может быть пробит электроизоляционному материал толщиной в единицу длины.
  2. Физико-химические свойства
    • Нагревостойкость-это способность диэлектрика длительно выдерживать заданную рабочую температуру без заметного изменения своих электроизоляционных качеств.
    • Холодостойкость-способность материала переносить резкие перепады температуры, от +120, до — 120
    • Смачиваемость-способность материала отторгать влагу, испытания проводятся в климатических камерах, типа ELKA, где изделие подвергается увлажнению, создается ТУМАН и мгновенный перепад температуры-СУШКА, и так несколько циклов!
  3. Химические
    • Должны противостоять активной(агрессивной) среде
    • Способность склеиваться
    • Растворение в лаках и растворителях, склеиваться
  4. Механические
    • Защита металлических проводников от коррозии
    • Радиационная стойкость
    • Вязкость(для жидких диэлектриков)
    • Вязкость-время истечения жидкости из сосуда, имеющего определенную форму и отверстие
    • Предел прочности, твердости
    • Обработка инструментом

Читайте также:

www.modelzd.ru

Проводники и диэлектрики


электрический ток

Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, из всего многообразия физических веществ в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока. 


Что представляют собой проводники?



Проводник – это такой материал, особенностью которого является наличие в составе свободно передвигающихся заряженных частиц, которые распространены по всему веществу. 



Проводящими электрический ток веществами являются расплавы металлов и сами металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.



Металл – это самый лучший проводник электрического тока. Также и среди неметаллов есть хорошие проводники, например, углерод. 



Все, существующие в природе проводники электрического тока, характеризуются двумя свойствами:

  • показатель сопротивления;
  • показатель электропроводности.


Сопротивление возникает из-за того, что электроны при движении испытывают столкновение с атомами и ионами, которые являются своеобразным препятствием. Именно поэтому проводникам присвоена характеристика электрического сопротивления. Обратной сопротивлению величиной является электропроводность. 



Электропроводность – это характеристика (способность) физического вещества проводить ток. Поэтому свойствами надежного проводника являются низкое сопротивление потоку движущихся электронов и, следовательно, высокая электропроводность. То есть, лучший проводник характеризуется большим показателем проводимости.  


Например кабельная продукция: медный кабель обладает большей электропроводностью по сравнению с алюминиевым.


Что представляют собой диэлектрики?



Диэлектрики – это такие физические вещества, в которых при заниженных температурах отсутствуют электрические заряды. В состав таких веществ входят лишь атомы нейтрального заряда и молекулы. Заряды нейтрального атома имеют тесную связь друг с другом, поэтому лишены возможности свободного перемещения по всему веществу. 



Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы. 



Диэлектрические предметы – это изоляторы, свойства которых главным образом зависимы от состояния окружающей атмосферы. Например, при высокой влажности некоторые диэлектрические материалы частично лишаются своих свойств. 



Проводники и диэлектрики широко используются в сфере электротехники для решения различных задач. 



Например, вся кабельно-проводниковая продукция изготавливается из металлов, как правило, из меди или алюминия. Оболочка проводов и кабелей полимерная, также, как и вилках всех электрических приборов. Полимеры – отличные диэлектрики, которые не допускают пропуска заряженных частиц. 



Серебряные, золотые и платиновые изделия – очень хорошие проводники. Но их отрицательная характеристика, которая ограничивает использование, состоит в очень высокой стоимости.


Поэтому применяются такие вещества в сферах, где качество гораздо важнее цены, которая за него уплачивается (оборонная промышленность и космос). 



Медные и алюминиевые изделия также являются хорошими проводниками, при этом имеют не столь высокую стоимость. Следовательно, использование медных и алюминиевых проводов распространено повсеместно. 



Вольфрамовые и молибденовые проводники имеют менее хорошие свойства, поэтому используются в основном в лампочках накаливания и нагревательных элементах высокой температуры. Плохая электропроводность может существенно нарушить работу электросхемы. 



Диэлектрики также различаются между собой своими характеристиками и свойствами. Например, в некоторых диэлектрических материалах также присутствуют свободные электрически заряды, пусть и в небольшом количестве. Свободные заряды возникают из-за тепловых колебаний электронов, т.е. повышение температуры все-таки в некоторых случаях провоцирует отрыв электронов от ядра, что понижает изоляционные свойства материала. Некоторые изоляторы отличаются большим числом «оторванных» электронов, что говорит о плохих изоляционных свойствах. 



Самый лучший диэлектрик – полный вакуум, которого очень трудно добиться на планете Земля. 



Полностью очищенная вода также имеет высокие диэлектрические свойства, но таковой даже не существует в реальности. При этом стоит помнить, что присутствие каких-либо примесей в жидкости наделяет ее свойствами проводника. 



Главный критерий качества любого диэлектрического материала – это степень соответствия возложенным на него функциям в конкретной электрической схеме. Например, если свойства диэлектрика таковы, что утечка тока совсем незначительная и не приносит никакого ущерба работе схемы, то диэлектрик является надежным. 


Что такое полупроводник?



Промежуточное место между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники. Главное отличие проводников заключается в зависимости степени электропроводности от температуры и количества примесей в составе. При том материалу свойственны характеристики и диэлектрика, и проводника. 



С ростом температуры электропроводность полупроводников растет, а степень сопротивления при этом падает. При понижении температуры сопротивление стремится к бесконечности. То есть, при достижении нулевой температуры полупроводники начинают вести себя как изоляторы. 



Полупроводниками являются кремний и германий.


Статья по теме: Электрический ток и его скорость

www.elektro.ru

Классификация проводниковых материалов

  1. По
    агрегатному состоянию.

    1. Газообразные.

Газы
при низких значения напряжённости
электрического поля не являются
проводниками. При высоких значениях
напряжённости электрического поля,
начинается ударная ионизация – носители
заряда электроны и ионы. При сильной
ионизации и равенстве в единице объеме
электронной и ионов – плазма.

Применение:
газоразрядные приборы.

    1. Жидкие.

а)
Электролиты (водные растворы кислот,
щёлочей, солей) – носители заряда ионы
вещества, при этом состав электролита
постепенно изменяется, и на электродах
выделяются продукты электролиза.

Применение:
электролитические конденсаторы, покрытие
металлов слоем другого металла
(гальваностегия), получение копий с
предметов (гальванопластика), очистка
металлов (рафинирование).

б)
Расплавленные металлы (имеют высокую
температуру, ртуть Hg
tплавHg=-39
0С
и галлий Ga
tплавGa=29,7
0С)
– носители заряда электроны.

Применение:
в литейном производстве, ртутные лампы,
галлий в полупроводниковой технике
(легирующий элемент для германия),
низкотемпературные припои.

    1. Твёрдые.

Металлы
и сплавы – носители заряда электроны.

Применение:
токопроводящие части электрических
машин, аппаратов и сетей.

  1. По
    удельному электрическому сопротивлению.

    1. Высокой
      проводимости (ρ≤0,05 мкОм∙м).

а)
Серебро Ag.

Применение:
контакты, электроды конденсаторов,
радиочастотные кабели.

б)
Медь Cu.

Применение:
жилы проводов и кабелей.

в)
Золото Au.

Применение:
контакты, электроды, фотоэлементы.

г)
Алюминий Al.

Применение:
провода для ЛЭП, жилы проводов и кабелей.

д)
Железо Fe.

Применение:
провода ЛЭП не большой мощности.

е)
Металлический натрий Na.

Применение:
провода и кабели в полиэтиленовой
оболочке.

    1. Высокого
      сопротивления (ρ≥0,3 мкОм∙м).

а)
Манганин сплав Cu
– Mn
– Ni.

Применение:
образцовые резисторы.

б)
Константан сплав Cu
– Ni
– Mn.

Применение:
реостаты и электронагревательные
приборы.

в)
Сплавы на основе железа (нихромы Fe
– Ni
– Cr,
фехрали Fe
– Cr
– Al).

Применение:
электронагревательные элементы.

    1. Сверхпроводники
      (ρ=0)

      при температурах близких к абсолютному
      нулю по шкале Кельвина -273,15 0С.

Алюминий
Al,
олово Sn,
свинец Pb.

    1. Криопроводники
      (ρ≈0)

      при температурах ниже -173 0С,
      но не переходя в сверхпроводящее
      состоянии.

Алюминий
Al,
медь Cu,
бериллий Be.

Применение:
провода ЛЭП большой мощности, жилы
кабелей, электрические машины,
трансформаторы.

Электропроводность проводниковых материалов Электропроводность твёрдых проводников.

Металлы
и сплавы являются кристаллическими
телами. Кристаллическое строение
характеризуется закономерным
(упорядоченным) расположением атомов
в пространстве, связанных с соседними
при помощи валентных электронов, которые
могут перемещать. Если соединить атомы
линиями, то получиться пространственная
кристаллическая решётка.

Электроны
в металле, при отсутствии внешнего
электрического поля, совершают хаотическое
движение, а ионы в узлах кристаллической
решётки совершают тепловые колебания.
Под действием внешнего электрического
поля электроны приобретают направленное
движение, причём энергия, которую
электрическое поле затрачивает на
перемещение электронов, переходит в
запас самих электронов. Когда на пути
электронов оказывается ион, происходит
столкновение, это и естьсопротивление
проводника
.
Во время столкновений электроны отдают
энергию ионам и начинают новый разбег
и т.д. Ион, получив от электрона энергию,
начинает колебаться с большей амплитудой,
поэтому увеличивается температура
проводника.

Удельная
проводимость металлов и сплавов

где q
– заряд электрона;

n
– число электронов в единице объёма;

µ
– подвижность электрона;

λ
– средняя длина свободного пробега
электрона между двумя соударениями с
узлами решётки;

m
– масса электрона;

υт
– средняя скорость теплового движения
свободного электрона.

studfile.net

Основные свойства металлических проводников

К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся: 1) удельная проводимость γ или обратная ей величина – удельное сопротивление ρ, 2) температурный коэффициент удельного сопротивления ТКρ или αρ, 3) коэффициент теплопроводности λТ (ранее его обозначали γT), 4) удельная теплоемкость с; 5) удельная теплота плавления rT .

Связь плотности тока δ, (А/м²), и напряженности электрического поля Е (В/м), в металлическом проводнике, как уже было показано выше, дается известной формулой δ = γE, называемой дифференциальной формой закона Ома.

Для проводника, имеющего сопротивление R длину l и постоянное поперечное сечением S, удельное сопротивление ρ вычисляют по формуле

ρ = RS/l.

Для измерения ρ проводниковых материалов разрешается пользоваться внесистемной единицей Ом·мм²/м. Связь между названными единицами удельного сопротивления такая:

Ом·мм2/м=мкОм·м.

Диапазон значений удельного сопротивления ρ металлических проводников при нормальной температуре довольно узок: от 0,036 для серебра и примерно до 3,4 мкОм·м для железо-хромо-алюминиевых сплавов.

Сопротивление проводника зависит от частоты протекающего по нему тока. Известно, что на высоких частотах плотность тока изменяется по сечению проводника. Она максимальна на поверхности и убывает по мере проникновения вглубь проводника. Происходит вытеснение тока к поверхности проводника. Это явление называют поверхностным эффектом. Он тем сильнее, чем выше частота. Поскольку площадь сечения, через которое протекает ток уменьшилась, то сопротивление провода переменному току стало больше, чем его сопротивление постоянному току. За глубину проникновения тока в проводник на данной частоте принимают глубину, на которой плотность тока уменьшается в е=2,72 раза .по сравнению с ее значением на поверхности проводника.

Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов.

Концентрация свободных электронов n в металлическом проводнике при повышении температуры остается практически неизменной, но возрастает их средняя скорость теплового движения. Усиливаются и колебания узлов кристаллической решетки. Квант упругих колебаний среды принято называть фононом. Малые тепловые колебания кристаллической решетки можно рассматривать как совокупность фононов. С ростом температуры увеличиваются амплитуды тепловых колебаний атомов, т.е. увеличивается сечение сферического объема, который занимает колеблющийся атом.

Таким образом, с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути дрейфа электронов под действием электрического поля. Это приводит к тому, что уменьшается средняя длина свободного пробега электрона λ, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов и возрастает удельное сопротивление. Изменение удельного сопротивления проводника при изменении его температуры на 3К, отнесенное к величине удельного сопротивления этого проводника при данной температуре, называют температурным коэффициентом удельного сопротивления TKρили . Температурный коэффициент удельного сопротивления измеряется в К-3. Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов положителен. Как следует из данного выше определения, дифференциальное выражение для TKρ имеет вид:

.

Теплоемкость характеризует способность вещества поглощать теплоту Q при нагреве. Теплоемкостью С какого-либо физического тела называют величину, равную количеству тепловой энергии, поглощаемой этим телом при нагреве его на 3К без изменения его фазового состояния. Теплоемкость измеряют в Дж/К. Теплоемкость металлических материалов растет с повышением температуры. Поэтому величину теплоемкости С определяют при бесконечно малом изменении его состояния:

Отношение теплоемкости С к массе тела m называют удельной теплоемкостью с:

.

Удельная теплоемкость измеряется в Дж/(кг∙К). Тугоплавкие материалы характеризуются низкими значениями удельной теплоемкости, легкоплавкие же материалы, напротив, характеризуются высоким значением удельной теплоемкости.

Теплопроводностью называют перенос тепловой энергии Q в неравномерно нагретой среде в результате теплового движения и взаимодействия составляющих ее частиц. Перенос теплоты в любой среде или каком-либо теле происходит от более горячих частей к холодным. В результате переноса теплоты происходит выравнивание температуры среды или тела. В металлах перенос тепловой энергии осуществляется электронами проводимости. Количество свободных электронов в единице объема металла весьма велико. Поэтому, как правило, теплопроводность металлов намного больше, чем теплопроводность диэлектриков. Чем меньше примесей содержат металлы, тем выше их теплопроводность. С увеличением примесей их теплопроводность уменьшается.

Как известно, процесс переноса теплоты описывается законом Фурье:

.

Здесь – плотность теплового потока, т. е. количество тепла, проходящее вдоль координаты x через единицу площади поперечного сечения за единицу времени, Дж/м2∙с,

– градиент температуры вдоль координаты x, К/м,

– коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплопроводности (ранее обозначался ), Вт/К∙м.

Таким образом, термину теплопроводность соответствуют два понятия: это и процесс переноса тепла и коэффициент пропорциональности, характеризующий этот процесс.

Температура и теплота плавления.Теплота, поглощаемая твердым кристаллическим телом при переходе его из одной фазы в другую, называется теплотой фазового перехода. В частности, теплота, поглощаемая твердым кристаллическим телом при переходе его из твердого состояния в жидкое, называют теплотой плавления, а температура, при которой происходит плавление (при постоянном давлении), называют температурой плавления и обозначают ТПЛ.. Количество тепла, которое нужно подвести к единице массы твердого кристаллического тела при температуре ТПЛ для его перевода в жидкое состояние, называют удельной теплотой плавления rПЛи измеряют в МДж/кг или в кДж/кг. В зависимости от температуры плавления различают тугоплавкие металлы, имеющие температуру плавления выше чем у железа, т.е. выше чем 35390С и легкоплавкие с температурой плавления меньше чем 5000С. Диапазон температур от 5000С до 35390С относится к средним значениям температур плавления.

Работа выхода электрона из металла. Опытпоказывает, чтосвободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл. Это связано с тем, что в поверхностном слое металла создается удерживающее электрическое поле. Это электрическое поле можно представить как потенциальный барьер, препятствующий выходу электронов из металла в окружающий вакуум. Удерживающий потенциальный барьер создается за счет двух причин. Во-первых за счет сил притяжения со стороны избыточного положительного заряда, возникшего в металле в результате вылета из него электронов, и, во-вторых, за счет сил отталкивания со стороны ранее вылетевших электронов, образовавших вблизи поверхности металла электронное облако. Это электронное облако вместе с наружным слоем положительных ионов решетки образует двойной электрический слой, электрическое поле которого подобно полю плоского конденсатора. Толщина этого слоя равна нескольким межатомным расстояниям (30-30-30-9м). Он не создает электрическое поле во внешнем пространстве, но создает потенциальный барьер, препятствующий выходу свободных электронов из металла.

Похожие статьи:

poznayka.org

19.Свойства проводников в электростатическом поле

Проводники-это
тела,в кот имеются свободные носители
заряда,т.е. заряженные частицы, кот могут
свободно перемещаться внутри этого
тела.Электростатическое
поле
-эл.поле,
образованное неподвижными эл зарядами.
Для формальной теории электричества
достаточно определить идеальный
проводник как такое тело,в кот собственные
эл заряды (свободные электроны) могут
двигаться с конечной скоростью при
сколь угодно малом значении напряженности
поля внутри проводника. Из определения
идеального проводника непосредственно
следует условие существования
электростатического поля,а
именно,электростатическое поле в
пространстве, в кот имеются
проводники,возможно лишь при равенстве
нулю напряженности поля во всех внутренних
точках проводника.Физически это означает
следующее:при внесении проводника в
электростатическое поле оно перестанет
быть электростатическим; под действием
сил поля по проводнику начнут двигаться
заряды. Движение зарядов в проводнике
можно рассматривать как перераспределение
положительных и отрицательных зарядов
(ранее взаимно компенсировавших друг
друга во всех точках нейтрального
проводника),при кот положительные заряды
движутся в направлении поля,а отрицательные
— в направлении, противоположном
направлению поля. В рез-те такого
перемещения на части внешней пов-ти
проводника,обращенной к положительным
истокам эл поля,будут
скапливаться(индуцироваться)отрицательные
заряды,на противоположной — положительные.
Эти индуцированные заряды образуют
внутри проводника собственное эл поле,
кот направлено против внешнего поля.

20.Свойства диэлектриков в электростатическом поле

Св-ва диэлектриков
проще всего описать,используя модель
диполя-систему 2ух разноименных зарядов,
находящихся на небольшом расстоянии
друг от друга.Под действием внешнего
эл поля диполи в в-ве поворачиваются,если
они уже существовали,или образуются
новые диполи.В рез-те под действием
внешнего эл поля диполи выстраиваются
так,что образуют структуру,эл поле кот
направлено против внешнего эл поля.На
рисунке показано такое выстраивание
диполей в плоской пластине,где внутри
пластины заряды диполей компенсируются,а
на ее 2ух поверхностях образуются заряды
противоположных знаков. Такое явление
называется поляризацией
диэлектрика(явление
возникновения на противоп.сторонах
диалектрика связанных зарядов
противоположного знака при внесении
диалектрика во внешнее электрическое
поле..

Физическая величина,
которая показывает, во сколько раз
электрическое поле внутри диэлектрика
меньше, чем электрическое поле в
вакууме(если граница диалектрика
перпендикулярна внешнему электрич.полю)
при прочих равных условиях (то есть при
неизменной системе свободных зарядов,
задающих внешнее электрическое поле),
получила название диэлектрической
проницаемости диэлектрика.

21.Условия сущ.Эл.Тока.Законы Ома,Джоуля-Ленца,Кирхгофа

Электр.ток-упорядоченное(направленное)движение
зваряженных частиц.Для появления и
сущ.эл.тока необходимо наличие:свободных
носителей тока,источника электрич.энергии.Эл
ток наз.постоянным,если
движение носителей тока стационарно(
скорость движенияне изменяется со
временем).За направление
тока
принимают
направление движения положительно
электрически заряженных частиц.В
металлах направление тока противоположно
направлению дрейфв электронов.Закон
Ома для однородного участа цепи:
сила
тока в участке цепи прямо пропорциональна
напряжению на концах этого участка и
обратно пропорциональна его
сопротивлению..Закон
Ома для неоднородного участка цепи.
I=
(
на неоднородном
участке цепи действуют как электрические,
так и сторонние силы.
Закон Ома для полной(замкнутой)цепи(
Сила
тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна
величине электродвижущей силы источника
тока и обратно пропорциональна полному
сопротивлению цепи,равному сумме
сопротивлений внешней и внутренней
цепи:.Короткое
замыкание-
явление,возникающее
при замыкании концов участка цепи
проводником с предельно малым сопротивление
R<<
r.Закон
Ома для полной цепи в данном случае
равно Iк.з.=
.Закон
Джоуля-Ленца:
кол-во
теплоты,выделяемое проводником с
током,равно произведению квадрата силы
тока,сопротивления проводника и времени
Q
При решении
задач на правила Кирхгофа используются
термины:
Узел(
точка,где
сходятся не менее трех проводников).
Ветвь(участок
цепи между двумя узлами).Контур(замкнутый
участок цепи из нескольких последовательных
ветыей).

Первое правило
Кирхгофа.
Алгебраическая
сумма токов,сходящихся в узле,равна
нулю:
.Второе
правило:
в
любом замкнутом контуре сумма падений
напряжения на сопротивлениях равна
алгебраической сумме ЭДС в этом
контуре:(Уравнений
на основе правил Кирхгофа составляется
столько,сколько сопротивлений(резисторов)
в контуре.

studfile.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о