Дать определение проводника, назвать их основные параметры и пояснить их физический смысл. Для заданных в таблице 2.4 двух различных проводников привести числовые значения этих параметров. Дать краткую характеристику и область их применения.
Материалы по варианту 7: натрий, фехраль.
Решение
1. Все вещества по своим электрическим свойствам делятся на три группы: проводниковые материалы, диэлектрики и полупроводники.
Проводниками называют вещества, удельное сопротивление которых очень маленькое, (т.е. обладают сильно выраженной электропроводимостью) при нормальной температуре. В проводниках присутствуют свободные носители заряда – заряженные частицы – электроны, ионы, которые свободно могут продвигаться по всему объему вещества. При наличии даже маленького электрического или магнитного поля они движутся в определенном направлении, создавая электрический ток.
С научной точки зрения, лучше всего различие между проводниками, полупроводниками и диэлектриками объясняет зонная теория твердых тел. Согласно этой теории, твердыми проводниками являются материалы, у которых заполненная электронами зона прилегает к зоне свободных энергетических уровней вплотную, или даже перекрываются ею. По этой причине даже при слабом электрическом поле электроны могут переходить из заполненной зоны в свободную.
В отличие от твердых проводников (металлов) в жидких проводниках носителями заряда являются положительные и отрицательные ионы, которые образуются в результате диссоциации растворенных веществ.
В газах свободными носителями заряда являются ионы и электроны.
2. Приведем основные параметры проводников и кратко поясним ихфизический смысл.
Основные параметры проводников – это величины, характеризующие их физические свойства
.
а) удельное сопротивление ρ, или удельная проводимость γ обратная ему величина.
По закону Ома в дифференциальной форме плотность тока J пропорциональна напряжению электрического поля E
J=γE.
Коэффициент пропорциональности γ не зависит от напряженности электрического поля и характеризует проводник. Называется электропроводностью проводника (единица – См/м).
Обратная величина электропроводности удельное сопротивление. Оно зависит только от материала и определяется по формуле
ρ=1γ=RSl, Ом∙м.
(R- сопротивление проводника, S- поперечное сечение, l- его длина). Физический смысл этой величины состоит в том, что удельное сопротивление численно равно сопротивлению проводника единичной длины и с постоянным единичным поперечным сечением.
б) температурный коэффициент удельного сопротивления αρ, характеризует зависимость сопротивления проводника от его температуры.
Кроме этих основных электрических характеристик, твердые проводники характеризуются термомеханическими, механическими и другими параметрами. В их числе:
в) коэффициент теплопроводности λТ, который характеризует теплопроводящие свойства проводника;
г) удельная теплоемкость c, равная количеству теплоты, необходимой для нагревания единицы массы проводника на 1 градус;
д) удельная теплота плавления rT (количество теплоты, необходимое для плавления единичной массы при температуре плавления);
е) температурный коэффициент линейного расширения;
ж) работа выхода электронов из металла (характеризует способность металла к внешнему или внутреннему фотоэффекту); и т.д
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
