Зависимость удельного электросопротивления от температуры

1. Физическая сущность электропроводности металлов.

2. Чем определяется температурная зависимость электропроводности в металле?

3. В чем состоит правило Матиссена-Флеминга?

4. Как влияют примеси на электропроводность?

5. Как влияет разупорядочение на электропроводность?

6. Как влияет наклеп на электропроводность медных сплавов?

7. Как влияет наклеп на электропроводность сплавов на основе никеля?

8. Как влияет отжиг на электросопротивление большинства металлов?

9. Как влияют химические соединения на электросопротивление металла?

10. Как зависит от концентрации электропроводность гетерогенного сплава?

11. Как влияет размер зерна на электросопротивление?

12. Классификация проводниковых материалов.

13. Требования, предъявляемые к материалам высокой проводимости.

14. Примеры материалов высокой проводимости.

15. Требования, предъявляемые к контактным материалам.

16. Классификация контактов и контактных материалов.

17. Припои и требования, предъявляемые к ним.

18. Контактолы.

19. Требования, предъявляемые к резистивным материалам.

20. Примеры резистивных материалов.

21. Требования, предъявляемые к материалам для нагревательных элементов.

22. Примеры материалов для нагревательных элементов.

23. Требования, предъявляемые к термоэлектродным материалам.

24. Примеры термопар.

1. Проводниковые материалы – одни из основных и широко применяемых материалов, что связано в первую очередь с повсеместным использованием электрической энергии. Они доставляют энергию электрического поля точно по назначению, нормируют ее, преобразуют, являются функциональными элементами измерительных и управляющих устройств.

2. фонон – квазичастица, являющаяся квантом колебаний кристаллической решетки. При стремлении температуры к абсолютному нулю в идеальном кристалле число фононов будет стремиться к нулю и удельное электросопротивление также будет стремиться к нулю.

Зависимость удельного электросопротивления от температуры

3. Изменение удельного электросопротивления в результате легирования с образованием твердого раствора можно приблизительно выразить соотношением: или для разбавленных растворов: , где x – молярная доля растворенного элемента; a_x – примесный коэффициент электросопротивления, который возрастает в случае большой разницы между размерами и валентностями атомов растворимого элемента и растворителя. Согласно правилу Матиссена–Флеминга электросопротивление слабоконцентрированного твердого раствора выразится следующим образом: r = r₁+r_x где r₁ – электросопротивление растворителя (матрицы). Температурная зависимость r в этом случае в соответствии с выражением может быть записана так:

4. Примесные атомы искажают кристаллическую решетку растворителя, а также вступают с ним в химическое взаимодействие.

5. Упорядочение твердого раствора (образование сверхструктур) приводит к уменьшению r

6. Наклеп – изменение структуры и свойств металлического материала в результате пластической деформации. В результате наклепа происходит искажение кристаллической решетки, и возникают дефекты, которые приводят к дополнительному рассеянию электронов.

8 Закалка, фиксируя высокотемпературное (обычно более дефектное) состояние, приводит к возрастанию электросопротивления. Отжиг, снимающий наклеп (возврат, полигонизация, рекристаллизация), и отжиг, увеличивающий зерно, должны приводить к уменьшению сопротивления

9. Сопротивление химического соединения выше, чем составляющих его элементов. Это связано с тем, что в результате химического взаимодействия (образование ковалентных или ионных связей) уменьшается число свободных электронов – носителей тока в металле. В результате химического взаимодействия металлическая проводимость вообще может исчезнуть.

10. характерна линейная зависимость электропроводности от объемной концентрации

11. увеличение размера зерна приводит к уменьшению r, что связано с уменьшением площади межзеренных границ.

12. К проводниковым материалам относятся:

-материалы высокой проводимости;

-контактные материалы;

-припои и контактолы;

-резистивные материалы;

-материалы для нагревательных элементов;

-термоэлектродные материалы.

13. Главные требования, предъявляемые к материалам высокой проводимости, - это высокая электропроводность, доступность и технологичность

14. Основные материалы, которые по совокупности удовлетворяют этим требованиям, это медь, алюминий и их сплавы.

15. Электрический контакт определяется как место перехода тока из одной токоведущей детали в другую, способное обеспечить надежное соединение двух проводников с минимальным и стабильным электрическим сопротивлением. Материалы для коммутирующих контактов должны удовлетворять следующим основным требованиям: быть устойчивыми против коррозии; быть стойкими против электрической эрозии и износа; не свариваться; обладать высокой механической износостойкостью, особенно на истирание; легко обрабатываться металлорежущим инструментом и прирабатываться друг к другу; обладать высокой проводимостью и большим коэффициентом теплопроводности; иметь низкую стоимость. Для изготовления слаботочных контактов используются благородные и тугоплавкие металлы (Ag, Pt, Pd, Au, W, Mo) и сплавы на их основе в виде твердых растворов, в том числе дисперсионно-твердеющих и диффузионно-окисленных. Сильноточные (мощные) разрывные контакты Композиции изготовляют из меди, серебра и их сплавов с небольшими примесями некоторых других элементов и веществ (W, Ni, C, CdO, CuO).

16. Контакты по условиям работы подразделяются на три типа: неподвижные, коммутирующие (разрывные) и скользящие(скольжение без отрыва). По значению коммутируемого тока контакты подразделяют на слаботочные (сила тока I £ 1А) и сильноточные (сила тока I > 1А).

17. Припоями называют присадочные металлы или сплавы, применяемые при пайке для заполнения зазора между соединяемыми поверхностями с целью получения монолитного паяного шва. Припой выбирают в соответствии с типом паяемого металла или металлов (если они разнородны), с требуемой удельной проводимостью, механической прочностью, коррозионной стойкостью и его стоимостью.

18. Для создания токопроводящего контакта при склеивании используются электропроводящие клеи и покрытия (так называемые контактолы ). Они представляют собой маловязкие либо пастообразные композиции, в которых в качестве связующего используются различные синтетические смолы, а токопроводящим наполнителем служат мелкодисперсные порошки металлов или графита.

19. требования: высокое удельное электросопротивление r (для уменьшения размеров и массы);

-малый температурный коэффициент удельного электросопротивления ТКr (для обеспечения температурной стабильности r);

-малая удельная термо-эдс в паре с медью a₁_Cu (для уменьшения ошибок измерения вследствие возникновения паразитных термо-эдс);

-хорошая технологичность (для получения тонкой гибкой проволоки и других полуфабрикатов).

20. В зависимости от номинального сопротивления резистора, его назначений и условий эксплуатации в качестве резистивного материала используют металлы и сплавы с высоким удельным электросопротивлением, оксиды металлов, углерод, керметы (металлокерамические материалы), композиционные материалы. Медно-никелевые сплавы: манганин, константан, Нейзильбер, Резистивные материалы на основе кремния

21. Жаростойкие сплавы должны иметь малый температурный коэффициент электросопротивления и высокое сопротивление химическому разрушению поверхности (коррозии) под воздействием воздуха или иных газообразных сред при высокой температуре. Они обладают удовлетворительной технологичностью (из них можно получать проволоку, ленты, прутки и другие полуфабрикаты); свариваемостью; достаточной жаропрочностью – способностью выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций, не разрушаясь при высоких температурах.

22. Металлами, оксиды которых отвечают вышеназванным свойствам, являются Ni, Cr и Al. На их основе производят: хромоникелевые сплавы – нихромы (Х20Н80); хромоникелевые, легированные алюминием (ХН70Ю); железохромоникелевые (Х25Н20); железохромоалюминиевые – хромали (Х23Ю5).

В ряде случаев, при работе печей с агрессивными средами или в окислительной атмосфере, для нагревателей используется платина в виде проволоки или фольги.

23. Основные требования, предъявляемые к материалам пары термоэлектродных проводов, – это высокие и стабильные значения термо-эдс в диапазоне рабочих температур.

24. константан применяется в качестве термоэлектродного материала для создания медь-константановых термопар и компенсационных проводов, например, к отрицательным электродам платинородий-платиновых термопар. Из медно-никелевых сплавов к термоэлектродным относится также копель; из сплавов на основе никеля - алюмель, хромель