III. Проводниковые материалы

Важнейшей характеристикой проводниковых материалов является их электропроводность. Электропроводность – это величина, обратная электрическому сопротивлению.

(3.1)

где σ – удельная электрическая проводимость;

ρ – удельное электрическое сопротивление.

Ее значение можно вычислить по формуле

(3.2)

где n – концентрация носителей заряда;

q – величина заряда носителей;

μ – подвижность носителей заряда;

Подвижность носителей заряда характеризует скорость их перемещения под действием электрического поля (рис. 3.1). Численно она равна скорости перемещения частиц под действием электрического поля единичной напряженности.

. (3.3)

Рис. 3.1. Движение свободных носителей в проводнике

На подвижность электронов в металле оказывают влияние два фактора: наличие дефектов кристаллической решетки и строение внутренних электронных оболочек атомов. При любом искажении кристаллической решетки распространение электронных волн затрудняется, что эквивалентно снижению подвижности электронов. Наличие незаполненных внутренних электронных оболочек у атомов также снижает подвижность электронов. В этом случае свободные электроны могут временно захватываться незаполненными внутренними оболочками атомов. Поэтому электропроводность переходных металлов с незаполненными внутренними электронными оболочками существенно ниже электропроводности обычных металлов.

Концентрация носителей заряда n в металлах практически постоянна и не зависит от температуры. Носителями заряда в металлических материалах являются свободные электроны, появляющиеся при образовании металлической связи. В этом случае валентные электроны отрываются от атомов и обнажается полностью заполненная электронная оболочка. Валентные электроны становятся свободными и могут перемещаться по всему кристаллу, образуя «электронный газ». Чем плотнее упакована кристаллическая решетка металлов, тем выше плотность электронного газа и, соответственно, выше проводимость материала. В этой связи следует ожидать, что электропроводность металлов с ГЦК решеткой будет выше, чем электропроводность металлов с ОЦК решеткой.

Все проводниковые материалы можно условно разделить на три группы: 1) материалы высокой электропроводности, используемые для изготовления проводников; 2) металлические материалы высокого удельного электрического сопротивления, применяемые для изготовления резисторов и нагревательных элементов; 3) материалы для изготовления контактов.

Очевидно, что у материалов высокой электропроводности и контактных материалов электропроводность должна быть велика, тогда как электропроводность материалов высокого электросопротивления должна быть мала.