Электропроводность металлов при нагревании

Электропроводность металлов при нагревании

Электропроводность — металл

Электропроводность металлов обусловлена наличием в — их кристаллических решетках свободных электронов. Последние при наложении электрического поля даже небольшого напряжения получают направленное движение, которое с повышением температуры ослабевает, так как усиливаются колебательные движения ионов в узлах решетки, что препятствует направленному движению электронов. [16]

Электропроводность металлов с повышением температуры уменьшается. Это объясняется тем, что при нагревании колебательные движения атомов и ионов металлов усиливаются и это движение мешает направленному движению электронов. [17]

Электропроводность металлов обусловливается направленным перемещением электронов под влиянием разности потенциалов, приложенной к металлу. В отличие от электропроводности растворов электролитов она не связана с переносом вещества: электропроводность металлов носит название электронной или металлической и является характерным свойством металла. [18]

Электропроводность металлов объясняется присутствием в кристаллах свободных электронов, которые могут перемещаться j том или ином направлении. При нагревании в кристалле усили-шются колебательные движения ионов, что затрудняет передвижение электронов, ведет к понижению электропроводности. Но гри охлаждении металла происходит обратный процесс. [19]

Электропроводность металлов при 20 С лежит в пределах от примерно ЫО4 Ом-1 — см 1 в случае плохих проводников, таких, как барий — ( т1 7 — 104) и гадолиний ( а0 7 — 104), до 0 7 — 106 для наилучшего проводника — серебра. [20]

Электропроводность металлов в значительной степени зависит от температуры: при повышении температуры электропроводность уменьшается, при понижении — увеличивается. [21]

Электропроводность металлов падает с повышением температуры. [22]

Электропроводность металлов имеет электронный ха-ракте Г. гпгтлгге ан е в вдгтйЖ определяется направленным движением электронов. Нагревание металлического протддни ка при — протекании через него электрического тока может быть объяснимо передачей части энергии направленно двигающихся электронод узлам кристаллической решетки при столкновении с ними. [23]

Электропроводность металлов при повышении их температуры -, падает, а при понижении температуры — увеличивается. [24]

Электропроводность металлов , как показывает табл. 8.7, — наиболее отличительная особенность, которая объясняется природой химических связей в металлах. [26]

Электропроводность металлов обусловлена тем, что атомы, находящиеся в узлах кристаллической решетки, обмениваются-друг с другом валентными электронами. Эти свободные электроны непрерывно и беспорядочно перемещаются в кристаллической решетке, вследствие чего тот или иной атом решетки остается без одного или нескольких электронов. [28]

Электропроводность металлов мало изменяется в зависимости от температуры, поскольку увеличение заселенности их зоны проводимости компенсируется возрастающими при повышении температуры колебаниями кристаллической решетки, которые мешают продвижению электронов. В отличие от этого электропроводность полупроводников зависит от появления в их зоне проводимости даже небольшого числа электронов. Такая электропроводность быстро увеличивается при повышении температуры в результате возрастания заселенности зоны проводимости и одновременного образования вакансий, или дырок, в валентной зоне. В дефектных кристаллах ( см. разд. [29]

Самые лучшие проводники электричества — металлы. Хорошей электропроводностью металлы опять-таки обя­заны свободным электронам.

Читайте также:  Народные средства для чистки духовки

Когда мы присоединяем лампочку, плитку или какой — нибудь другой электрический прибор к источнику тока, в проводах, в нити лампочки, в спирали плитки мгно­венно возникают большие изменения: электроны теряют прежнюю полную свободу движения и устремляются к положительному полюсу источника тока. Такой на­правленный поток электронов и есть электрический ток в металлах.

Поток электронов движется по металлу не беспрепят­ственно — он встречает на своём пути ионы. Движение от­дельных электронов тормозится. Электроны передают часть своей энергии ионам, благодаря чему скорость ко­лебательного движения ионов увеличивается. Это приво­дит к тому, что проводник нагревается.

Ионы разных металлов оказывают движению электро­нов неодинаковое сопротивление. Если сопротивление мало, металл нагревается током слабо, если же сопроти­вление велико, металл может раскалиться. Медные про­вода, подводящие ток к электрической плитке, почти не нагреваются, так как электрическое сопротивление меди ничтожно. А нихромовая спираль плитки раскаляется до­красна. Ещё сильнее нагревается вольфрамовая нить элек­трической лампочки.

Наиболее высокой электропроводностью отличаются серебро и медь, затем следуют золото, хром, алюминий, марганец, вольфрам и т. д. Плохо проводят ток железо, ртуть и титан. Если электропроводность серебра принять за 100, то электропроводность меди равна 94, алюминия— 55, железа и ртути — 2, а титана — лишь 0,3.

Серебро — металл дорогой и в электротехнике исполь­зуется мало, но медь применяется для изготовления прово­дов, кабелей, шин и других электротехнических изделий в громадных количествах. Электропроводность алюминия в 1,7 раза меньше, чем у меди, и поэтому алюминий приме­няется в электротехнике реже, чем медь.

Серебро, медь, золото, хром, алюминий, . свинец, ртуть. Мы видели, что в таком же приблизительно по­рядке стоят металлы и в ряду с постепенно убывающей теплопроводностью (см. стр. 33).

Наилучшие проводники электрического тока, как пра­вило, являются и наилучшими проводниками тепла. Между теплопроводностью и электропроводностью ме­таллов существует определённая связь, и чем выше электропроводность металла, тем обычно выше и его теплопроводность.

Чистые металлы всегда проводят электрический ток лучше, чем их сплавы. Это объясняется следующим обра­зом. Атомы элементов, составляющих примеси, вклини­ваются в кристаллическую решётку металла и нарушают её правильность. В результате решётка становится более серьёзной преградой для электронного потока.

Если в меди присутствуют ничтожные количества при­месей — десятые и даже сотые доли процента — электро­проводность её уже сильно понижается. Поэтому в элек­тротехнике используют преимущественно очень чистую медь, содержащую только 0,05% примесей. И наоборот, в тех случаях, когда необходим материал с высоким со­противлением— для реостатов[49]), для различных нагре­вательных приборов, применяются сплавы — нихром, ни­келин, константан и другие.

Электропроводность металла зависит также и от харак­тера его обработки. После прокатки, волочения и обработ­ки резанием электропроводность металла понижается. Это связано с искажением кристаллической решётки при обработке, с образованием в ней дефектов, которые тор­мозят движение свободных электронов.

Читайте также:  Программатор usbasp как с ним работать

Очень интересна зависимость электропроводности ме­таллов от температуры. Мы уже знаем, что при нагре­вании размах и скорость колебаний ионов в кристалли­ческой решётке металла увеличиваются. В связи с этим должно возрастать и сопротивление ионов электронному потоку. И действительно, чем выше температура, тем выше сопротивление проводника току. При температурах плавления сопротивление большинства металлов увеличи­вается в полтора-два раза.

При охлаждении происходит-обратное явление: бес­порядочное колебательное движение ионов в узлах ре­шётки уменьшается, сопротивление потоку электронов по­нижается и электропроводность увеличивается.

Исследуя свойства металлов при глубоком (очень сильном) охлаждении, учёные обнаружили замечательное явление: вблизи абсолютного нуля, то-есть при темпера­турах около минус 273,16°, металлы полностью утрачи­вают электрическое сопротивление. Они становятся «иде­альными проводниками»: в замкнутом металлическом кольце ток не ослабевает долгое время, хотя кольцо уже не соединено с источником тока! Это явление названо сверхпроводимостью. Оно наблюдается у алю­миния, цинка, олова, свинца и некоторых других метал­лов. Эти металлы становятся сверхпроводниками при тем­пературах ниже минус 263°.

Как объяснить сверхпроводимость? Почему одни ме­таллы достигают состояния идеальной проводимости, а другие нет? На эти вопросы пока ещё нет ответа. Явле­ние сверхпроводимости имеет громадное значение для тео­рии строения металлов, и в настоящее время его изучают советские учёные. Работы академика Л. Д. Ландау и члена-корреспондента Академии наук СССР А. И. Шаль — никова в этой области удостоены Сталинских премий.

Урок 294. Основы электронной теории электропроводности металлов (Апрель 2020).

Table of Contents:

Электропроводность в металлах является результатом движения электрически заряженных частиц.

Атомы металлических элементов характеризуются наличием валентных электронов — электронов во внешней оболочке атома, которые могут свободно перемещаться. Именно эти «свободные электроны» позволяют металлам проводить электрический ток.

Поскольку валентные электроны свободны в движении, они могут проходить через решетку, которая образует физическую структуру металла.

Под электрическим поле свободные электроны движутся по металлу так же, как бильярдные шарики, сбивающиеся друг с другом, пропуская электрический заряд по мере их перемещения.

Передача энергии сильней, когда сопротивление мало. На бильярдном столе это происходит, когда мяч ударяет по другому одиночному шару, передавая большую часть своей энергии на следующий мяч. Если один мяч ударяет по нескольким другим шарам, каждый из них будет нести только часть энергии.

К тому же наиболее эффективными проводниками электричества являются металлы, которые имеют один валентный электрон, который свободно перемещается и вызывает сильную реакцию отталкивания в других электронах. Это имеет место в наиболее проводящих металлах, таких как серебро, золото и медь, каждый из которых имеет единственный валентный электрон, который движется с небольшим сопротивлением и вызывает сильную отталкивающую реакцию.

Читайте также:  Умные часы для здоровья

Полупроводниковые металлы (или металлоиды) имеют большее количество валентных электронов (обычно четыре или более), поэтому, хотя они могут проводить электричество, они неэффективны в задаче.

Однако при нагревании или легировании другими элементами полупроводники, такие как кремний и германий, могут стать чрезвычайно эффективными проводниками электричества.

Проводимость в металлах должна следовать закону Ома, который утверждает, что ток прямо пропорционален электрическому полю, приложенному к металлу. Ключевой переменной при применении Закона Ома является удельное сопротивление металла.

Сопротивление противоположно электропроводности, оценивая, насколько сильно металл выступает против потока электрического тока. Это обычно измеряется через противоположные поверхности однометрового куба материала и описывается как омметр (Ω⋅m). Сопротивление часто представлено греческой буквой rho (ρ).

Электропроводность, с другой стороны, обычно измеряется сименсами на метр (S⋅m -1 ) и представлена ​​греческой буквой сигма (σ). Один сименс равен обратному одному ому.

Проводимость и сопротивление в металлах

Материал

Сопротивление
p (Ω • м) при 20 ° C

Проводимость
σ (S / m) при 20 ° C

Серебро 1. 59×10 -8 6. 30×10 7 Медь 1. 68×10 -8 5. 98×10 7 Отжиг меди 1. 72×10 -8 5. 80×10 7 Золото 2.44×10 -8 4. 52×10 7 Алюминий 2. 82×10 -8 3. 5×10 7 Кальций 3. 36×10 -8 2. 82×10 7 Бериллий 4. 00×10 -8 2. 500×10 7 Родий 4. 49×10 -8 2. 23×10 7 Магний 4. 66×10 -8 2. 15×10 7 Молибден 5. 225×10 -8 1. 914×10 7 Иридий 5. 289×10 -8 1. 891×10 7 Вольфрам 5. 49×10 -8 1. 82×10 7 Цинк 5. 945×10 -8 1. 682×10 7 Кобальт 6. 25×10 -8 1. 60×10 7 Кадмий 6. 84×10 -8 1. 46 7 Никель (электролитический) 6. 84×10 -8 1. 46×10 7 рутений 7. 595×10 -8 1. 31×10 7 Литий 8. 54×10 -8 1. 17×10 7 Железо 9. 58×10 -8 1. 04×10 7 Платина 1. 06×10 -7 9. 44×10 6 Палладий 1. 08×10 -7 9. 28×10 6 Олово 1. 15×10 -7 8. 7×10 6 Селен 1. 197×10 -7 8. 35×10 6 Тантал 1. 24×10 -7 8. 06×10 6 Ниобий 1. 31×10 -7 7. 66×10 6 Сталь (Cast) 1. 61×10 -7 6. 21×10 6 Хром 1. 96×10 -7 5. 10×10 6 Свинец 2. 05×10 -7 4. 87×10 6 Ванадий 2. 61×10 -7 3. 83×10 6 Уран 2. 87×10 -7 3. 48×10 6 Сурьма * 3. 92×10 -7 2. 55×10 6 Цирконий 4. 105×10 -7 2. 44×10 6 Титан 5. 56×10 -7 1. 798×10 6 Ртуть 9. 58×10 -7 1. 044×10 6 Германий * 4. 6×10 1 2. 17 кремния * 6. 40×10 2 1. 56×10 -3

* Примечание: удельное сопротивление полупроводников (металлоидов) сильно зависит от присутствия примесей в материале.

Исходные данные диаграммы

Eddy Current Technology Inc.
URL: // вихревые токи. com / проводимость-металлов-сортировка по удельному сопротивлению /
Википедия: Электропроводность
URL: // ru. википедия. орг / вики / Electrical_conductivity

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector