Проводниковые материалы. Скорость движения электронов в проводнике

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):
При соприкосновении двух различных металлических проводников между ними возникает контактная разность потенциалов . Причина появления этой разности потенциалов заключается в различии значений работы выхода электронов из различных металлов, а также в том, что концентрация электронов, а следовательно, и давление электронного газа у разных металлов и сплавов могут быть неодинаковыми. Термо-ЭДС возникает, когда один из спаев имеет температуру , а другой - .
Свинец - очень мягкий металл светло-серого цвета, обладающий высокой пластичностью и коррозионной стойкостью к многим реагентам (серной и соляной разбавленным кислотам, аммиаку и некоторым другим).
Ниже представлены некоторые численные значения параметров, характеризующих свинец:
- удельное сопротивление ρ= 0,21 мкОм·м;
- плотность 11,4 МГ/м3
- температурный коэффициент удельного сопротивления TKρ=0,0037 K-1;
- коэффициент теплопроводности λT=35 Вт/(м·К);
- удельная теплоемкость rПЛ =130 Дж/(кг·К);
- теплота плавления 327°С;
- температурный коэффициент линейного расширения 29*106 K-1;
- предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве: 11-13 МПа.
Благодаря большой пластичности, гибкости и сравнительно невысокой температуре плавления свинец широко применяется для изготовления защитных оболочек электрических кабелей. Гибкая свинцовая оболочка предохраняет кабель от проникновения в него влаги и других агентов, снижающих качество изоляции.
Свинец используется также для получения мягких оловянно- свинцовых припоев (марки ПОС-30, ПОС-40, ПОС-61 и др.) а также в производстве легкоплавких вставок предохранителей и пластин для кислотных аккумуляторов.
Характерным свойством свинца является поглощение им рентгеновских лучей, поэтому свинец применяют в качестве защитных экранов в рентгеновских установках.
Недостатками свинца являются: слабая стойкость к вибрациям, что обусловлено его крупнокристаллическим строением, и низкая коррозионная стойкость по отношению к гниющим органическим веществам, а также к растворам извести, бетона и некоторым другим