Проводниковые материалы. Скорость движения электронов в проводнике.
Заданы два проводниковых материала: молибден и станнид ниобия. Требуется:
1. Дать определение проводника.
2. Привести практическую классификацию проводниковых материалов.
3. Назвать основные параметры проводников и кратко поясните их физический смысл.
4. Для заданных материалов привести числовые значения этих параметров.
5. Кратко описать сами материалы, указать основные области их применения.
Для первого проводникового материала (свинец) также требуется определить:
1. Концентрацию свободных электронов в заданном материале при температуре T, К.
2. Среднюю скорость дрейфа электронов, если известно I=7 А, S=3,1 мм2.
3. За какое время электрон пройдет провод линии связи протяженностью D=3,5 км, если он будет двигаться без столкновения с узлами кристаллической решетки при разнице потенциалов U=100 В.
Решение
Проводник - металлическое изделие, изготовленное из материалов, обладающих высокой электропроводностью, чтобы не допускать больших потерь электрической энергии, используемые для обмотки машин и аппаратов, линий электропередачи шины распределительных устройств и т.д.
Удельная проводимость. Электропроводность обуславливается наличием свободных валентных электронов в проводнике. При подключении электрического напряжения, электроны будут двигаться от минуса к плюсу, что создаст электрический ток. Удельная проводимость покажет, в какой мере тот или иной материал проводит создавшийся ток.
Удельное сопротивление - обратная величина удельной проводимости - . Это величина, с помощью которой количественно оценивается электрическое сопротивление материала. Определяется из формулы:
Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов:
При повышении температуры число носителей заряда в проводнике остаётся практически неизменным. Но вследствие усилений колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры, на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического тока появляется всё больше препятствий, то есть уменьшаются средняя длина свободного пробега электрона , подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость и повышается удельное сопротивление.
Теплопроводность - . Обмен электронами между нагретыми и холодными частями металла в отсутствие электрического поля, переход кинетической энергии от нагретых частей проводника к более холодным. За передачу теплоты через металл в основном ответственны те же свободные электроны, которые определяют и электропроводность металлов.
Контактная разность потенциалов:
и термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС):
Молибден по классификации в периодической таблице Менделеева относится к IV группе элементов
. Имеет атомарный номер 42, а масса его атома равна 95,94. принято обозначать символом «Мо».
Молибден – это редкоземельный металл. Его объем составляет порядка 0,00011% от общей массы земли. В чистом виде имеет стальной сероватый цвет, в диспергированном – серовато-черный.
Молибден, как металл, в природе не встречается. Он содержится в минералах, которых на сегодняшний день известно порядка двадцати. Преимущественно это молибдаты, которые образуются в кислотной магме и гранитоидах.
Использование молибдена зависит от его свойств и характеристик. Присущие физические свойства молибдена приведены ниже:
тип металла — высокотемпературная плавка;
молибденовый цвет – свинцовый;
плотность молибдена — 10,2 г/cм3;
плавление при температуре — 2615°С;
закипание при температуре — 4700°С;
проводимость тепла — 143 Вт/(м·К);
тепловая емкость — 0,27 кдЖ/(кгК);
энергия для плавления — 28000 Дж/моль;
энергия для испарения — 590000 Дж/моль;
линейное расширение, коэффициент — 6·10-6;
электрическое сопротивление — 5,70 мкОм·см;
расчетный объем — 9,4 см3/моль;
усилие сдвига — 122·10·6 Па;
твердость — 125 НВ;
магнитная проницаемость -90·10-6.
Около 3⁄4 всего производимого редкоземельного металла используется как легирующий элемент при производстве сталей. Оставшаяся 1⁄4 часть используется в чистом виде и в химических соединениях
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
