Processing math: 100%

Электропроводность металлов

Что такое электропроводность металлов

Электропроводностью называют способность материалов и сред пропускать через себя электричество.

Электрическая проводимость является одним из свойств материальных тел и сред определенного состава. Этим качеством обусловлено возникновение в объектах и субстанциях электротока, что связано с действием на них электрического поля. В информационных источниках встречается расшифровка термина, обозначающая физическую величину, определяющую способность к проведению электричества. Рассматриваемый механизм противопоставлен электрическому сопротивлению.

Примечание 1

В физике и химии существует понятие удельной электропроводности. Определение, выражающее способность проводить электрический ток материалов и веществ, также используют для обозначения этой величины.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

В процессе изучения темы следует понимать, что под электрической проводимостью металлов подразумевается возможность материалов проводить постоянный ток, то есть пребывать в условиях воздействия постоянного поля. Озвученная способность отличается от характерного свойства для диэлектрических объектов, взаимодействующих с переменным электрическим полем.

В чем измеряется

Согласно Международной системе единиц СИ способность металлов проводить электричество измеряют в сименсах. Расчет этой величины выполняют по формуле:

1См=1Ом1

Таким образом, с помощью указанного соотношения несложно рассчитать, какова электропроводность на отрезке электросети, сопротивление которой составляет 1 Ом.

Классическая теория электропроводности металлов

В классической теории, описывающей свойства металлов проводить электричество, зафиксированы следующие принципы:

  • повышенная электропроводность обусловлена увеличенной концентрацией свободных электронов в структуре материала;
  • формирование электрического тока связано с силой, изменяющей беспорядочное перемещение отрицательно заряженных частиц на структурированное движение в некоторой последовательности;
  • с целью определения воздействия перемещающегося электротока используют ключевые положения закономерности Ома;
  • разница в сопротивлении объектов возникает по причине количественного различия между элементарными частицами;
  • формирование электричества наблюдается в моменте, когда происходит начало воздействия на частицы с отрицательным зарядом;
  • при условии нагрева материалов заметен рост степени сопротивления.

Второй пункт из представленного списка считают ключевым. При детальном рассмотрении озвученного принципа следует сделать основной вывод. Свободные отрицательные частицы, пребывая в состоянии покоя, беспорядочно движутся вокруг ядра. При этом нельзя наблюдать формирование заряда. Ситуация меняется с подключением внешнего источника. После воздействия субатомные частицы мгновенно образуют структуру, перемещаясь по порядку и в определенной последовательности. Таким образом, происходит трансформация электронов в носители электротока.

Зависимость электропроводности от температуры

Путем опытных исследований получены данные об электропроводности металлических материалов. Измерения справедливы для стабильных характеристик внешней среды, когда температурный режим не меняется и составляет +20°C. На практике создать подобные климатические параметры, исключая вероятность изменений, достаточно сложно. По этой причине величина способности металлов пропускать электричество демонстрирует разные значения в тех или иных обстоятельствах применение.

Одним из ключевых факторов, определяющих электрическую проводимость, служит температура. Если температурные показатели растут, то это приводит к снижению способности объектов проводить электроток. Объяснить данное явление можно путем изучения процессов, происходящих в кристаллической решетке вещества. Нагрев приводит ионы в колебательное движение. В результате они играют роль барьера для последовательного перемещения свободных электронов.

Формулы

Удельная электропроводность представляет собой меру свойства материала пропускать электричество.

Согласно положениям закономерности Ома, в линейном изотропном веществе рассматриваемый параметр допустимо принимать за коэффициент, обозначающий пропорциональную связь между плотностью образованного электротока и показателем электрического поля в определенной среде. Посчитать значение удельной проводимости удобно с помощью формулы:

J=σE

В уравнении \sigma обозначает удельную электропроводность, J выражает вектор плотности электрического тока, за E принимают вектор напряженности, характерной для электрического поля.

При вычислении электрической проводимости, обозначенной за G, которой обладает некоторый проводниковый элемент длиной L с неизменным поперечным сечением площадью S, следует использовать такое соотношение:

G=σSL

При работе с металлами и решении задач по физике нередко применяют закономерность Видемана-Франца. Данный принцип справедлив в случае металлических материалов, подвергаемых термическому воздействию. С помощью рассматриваемого закона установлена взаимосвязь между удельной электропроводностью и коэффициентом теплопроводности:

Kσ=π23(ke)2T

В выражении за k принимают константу Больцмана, с ее помощью обозначают элементарный заряд. Сформулированное соотношение базируется на факте наличия способности у металлов проводить электричество и тепловую энергию за счет передвижения свободных отрицательно заряженных частиц.

Примеры решения задач

Задача 1

Кристаллизация алюминия в решетке гранецентрированного кубического объекта характеризуется периодом идентичности а =0,4041 нм. Необходимо рассчитать концентрацию свободных электронов при условии, что для одного атома рассматриваемой структуры предусмотрено 3 отрицательно заряженных частицы.

Решение

Согласно строению изучаемого куба для одной простейшей ячейки сформировано две пары атомов. На основании изложенных данных вычислим количество атомов для единицы объема:

N=4а3=4(0,4041109)3=6,061028(м3)

На следующем этапе можно приступить к определению концентрации электронов в алюминиевом объекте:

n=3N=18,181028(м3)

Ответ: 18,181028(м3).

Задача 2

Требуется определить протяженность свободного пробега отрицательных частиц для медного материала при температурном режиме, равном Т = 300 К. Принять удельное сопротивление при заданной температуре за 0,017 мкОм/м.

Решение

р=(38π)13he2n23¯l

n=dN0A=89206,02102363,54103=8,451028(м3)

¯l=(383,14)136,621034(1,61019)2(8,451028)230,017106=3,89108м

Ответ: 3,89108м.

Насколько полезной была для вас статья?

У этой статьи пока нет оценок.

Заметили ошибку?

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»