Проводниковые материалы. Скорость движения электронов в проводнике
В таблице 5 представлены проводниковые материалы. 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.
А для первого проводникового материала также требуется определить:
Концентрацию свободных электронов в заданном материале при температуре T К.
Среднюю скорость дрейфа электронов.
За какое время электрон пройдет провод линии связи протяженностью L км, если он будет двигаться без столкновения с узлами кристаллической решетки при разнице потенциалов U В.
Таблица 4.1. Проводниковые материалы
Вариант Наименование проводникового материала
По предпоследней цифре шифра По последней цифре шифра
2
Константан
6 Натрий
Таблица 4.2. Исходные данные
Величина и единица измерения Номер варианта
6 2
По предпоследней цифре шифра
I, A 5
S, мм2 2,2
По последней цифре шифра
U, В
70
D, км
2,0
Решение
Проводник — вещество, среда, материал, хорошо проводящие электрический ток. Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, полуметаллы, углерод (в виде угля и графита). Пример проводящих жидкостей при нормальных условиях — ртуть, электролиты, при высоких температурах — расплавы металлов.
НАТРИЙ - химический элемент I группы периодической системы, принадлежащий к подгруппе так называемых щелочных металлов. Атомный вес 22,997, атомный номер 11.
Физические свойства натрия - блестящий металл цвета серебра, быстро тускнеющий при соприкосновении с влажным воздухом. Пары натрия в тонком слое имеют пурпуровую окраску, приобретая в накаленном состоянии желтый цвет с синей флуоресценцией. Натрий весьма мягок, но при сильном охлаждении делается хрупким. Кристаллизуется в кубической системе. Удельный вес ρ20 = 0,971; твердость по Мосу 0,4; коэффициент объемного расширения (в интервале 100—180°С) 0,000275. Натрий - хороший проводник тепла и электричества; его удельная электропроводность при 0°С равна 23,3·104 мо; удельная теплопроводность натрия в Cal на 1 см/сек составляет 0,317 при 21°С; температура плавления 97,5°С; температура кипения 877,5°С. Теплоемкость натрия между 6°С и 20°С равна 0,297. Теплота плавления 28,1 cal/г; теплота образования ионов Na 57400 cal на эквивалент; удельная магнитная восприимчивость 13,6·10-6; нормальный потенциал натрия (согласно косвенным определениям) 2,71 V (отрицателен по отношению к водородному электроду). Из измерений плотности пара натрия явствует, что молекулы его одноатомны.
В настоящее время металлический натрий находит широкое применение в различных отраслях промышленности.
Химическая промышленность широко использует металлический натрий для производства синтетического натрий-дивинилового каучука, натриесвинцового сплава, тетраэтилсвинца и этиловой жидкости, ацетоуксусного эфира, болеутоляющих и снотворных препаратов (люминала, веронала), сульфопиридина, азидов, применяемых в военной технике, пластификатов, для синтеза душистых веществ, алкоголятов, регенеративных веществ, ядохимикатов (гранозана), перекиси натрия, в процессе синтеза индиго и производства полупродуктов для химикатов цветного кино.
В металлургии натрий применяется для изготовления натрийкальциевых баббитов, в качестве энергичного восстановителя при получении тугоплавких редких металлов, при получении металлического калия, как модификатор силумина и ряда других сплавов
. В последнее время выявлены преимущества металлического натрия перед магнием как восстановителя тетрахлорида титана.
Металлический натрий в ряде случаев может быть применен в качестве топлива, а при заключении в стальные трубы — в качестве проводника электрического тока. В установках по использованию атомной энергии натрий в чистом виде или в сплаве с калием применяется как теплоноситель при температурах 400-800°. В США на второй подводной лодке с атомным двигателем применен в качестве теплоносителя натрий. Для атомной станции мощностью 150 мгвт требуется 2500 т металлического натрия.
Ценные свойства металлического натрия и все возрастающая потребность в этом металле заставляют уделять значительное внимание усовершенствованию существующих и изысканию новых способов его производства (электролитических и термических).
Константан – это сплав на основе меди (58-60%) с большим содержанием никеля (32-40%) и незначительной долей легирующего компонента – марганца (1-2%)