Проводниковые материалы. Общие сведения.
Твёрдыми проводниками электрического тока являются металлы, металлические сплавы и некоторые модификации углерода. Среди металлических проводников различают: материалы, обладающие высокой проводимостью, которые используют для изготовления проводов, кабелей, проводящих соединений в микросхемах, обмоток трансформаторов, волноводов и т.д.; материалы и сплавы, обладающие высоким сопротивлением, которые применяют для изготовления электронагревательных приборов, резисторов, реостатов, ламп накаливания и т.д.
Основными электрическими параметрами проводниковых материалов являются: удельная проводимость (или обратная ей величина — удельное сопротивление) и температурный коэффициент удельного сопротивления. Данные параметры рассмотрим подробнее немного ниже. Механические свойства проводников характеризуются пределом прочности при растяжении и относительным удлинением при разрыве.
Удельное сопротивление (р) проводника, имеющего постоянное поперечное сечение S и длину L, определяют по формуле: р=RS/L и выражают в омах на метр (Ом*м). Для измерения удельного сопротивления проводников пользуются внесистемной единицей Ом*мм2/м (S — измерено в мм2, L — в метрах). 1 Ом*м=106 Ом*мм2/м. Дольная от системной единицы 1 мкОм*м=1 Ом*мм2/м. Мы будем выражать удельное сопротивление проводников в мкОм*м, при этом сохранятся привычные численные значения р.
Температурный коэффициент удельного сопротивления показывает, как изменяется сопротивление, равное 1 Ом, при изменении температуры на 1 градус. В конце температурного диапазона удельное сопротивление рT=р0[1+αр(T2-T1)], где рT и р0 — удельное сопротивление проводника при температурах T2 и T1, αр — средний температурный коэффициент удельного сопротивления.
Физические параметры основных проводниковых материалов представлены в таблице ниже.
Материал | Плотность (Мг/м3) | Температура плавления, °С | Удельное сопротивление, мкОм*м | Температурный коэффициент удельного сопротивления, αр*10-3, K-1 | Работа выхода, эВ |
---|---|---|---|---|---|
Алюминий | 2.7 | 660 | 0.0265 | 4.1 | 4.25 |
Вольфрам | 19.3 | 3400 | 0.055 | 5.0 | 4.54 |
Железо | 7.87 | 1540 | 0.097 | 6.25 | 4.31 |
Золото | 19.3 | 1063 | 0.0225 | 3.95 | 4.3 |
Кобальт | 8.85 | 1500 | 0.064 | 6.0 | 4.41 |
Медь | 8.92 | 1083 | 0.0168 | 4.3 | 4.4 |
Молибден | 10.2 | 2620 | 0.05 | 4.33 | 4.3 |
Никель | 8.96 | 1453 | 0.068 | 6.7 | 4.5 |
Олово | 7.29 | 232 | 0.113 | 4.5 | 4.38 |
Платина | 21.45 | 1770 | 0.098 | 3.9 | 5.32 |
Ртуть | 13.5 | -39 | 0.958 | 0.9 | 4.52 |
Свинец | 11.34 | 327 | 0.190 | 4.2 | 4.0 |
Серебро | 10.49 | 961 | 0.016 | 4.1 | 4.3 |
Хром | 7.19 | 1900 | 0.13 | 2.4 | 4.58 |
Цинк | 7.14 | 419 | 0.059 | 4.1 | 4.25 |
Удельное сопротивление тонких металлических плёнок (толщина которых соизмерима с длиной свободного пробега электрона) больше удельного сопротивления исходного металла и зависит от толщины и способа получения плёнок. Оценивают проводящие свойства тонких плёнок по удельному поверхностному сопротивлению, равному сопротивлению участка плёнки, длина которого равна его ширине при прохождении тока через 2 его противоположные грани параллельно поверхности подложки.
Удельное сопротивление сплавов так же больше удельного сопротивления исходных компонентов. Увеличение сопротивления происходит при введении в металл неметаллических примесей, а так же при сплавлении двух металлов, образующих твёрдый раствор, в котором атомы одного металла входят в кристаллическую решётку другого.
Технические проводниковые материалы подразделяют на материалы высокой проводимости, металлы и сплавы различного назначения, сплавы высокого сопротивления, проводящие модификации углерода и материалы на их основе.
Список использованной литературы
1. Справочник молодого радиста. В.Г. Бодиловский. — М.: Высшая школа, 1983.