با افزایش دمای رسانا ، تعداد برخورد الکترون های آزاد با اتم افزایش می یابد. بنابراین ، میانگین سرعت الکترون جهت دار کاهش می یابد ، که مربوط به افزایش مقاومت رسانا است.

از طرف دیگر با افزایش دما ، تعداد الکترونهای آزاد و یونها در واحد حجم رسانا افزایش می یابد که منجر به کاهش مقاومت رسانا می شود.

بسته به شیوع یک عامل یا عامل دیگر ، با افزایش دما ، مقاومت یا افزایش می یابد (فلزات) ، یا کاهش می یابد (زغال سنگ ، الکترولیت) ، یا تقریباً بدون تغییر باقی می ماند (آلیاژهای فلزی ، به عنوان مثال مانگایین).

با تغییرات جزئی درجه حرارت (0-100 درجه سانتیگراد) ، افزایش نسبی مقاومت مربوط به گرمایش 1 درجه سانتیگراد ، به نام ضریب دما مقاومت a ، برای بیشتر فلزات ثابت است.

نشانگر - مقاومت در دما ، می توانیم بیانگر افزایش نسبی مقاومت با افزایش دما از به:

مقادیر ضریب دما مقاومت در برابر مواد مختلف در جدول آورده شده است. 2-2

از بیان (2-18) چنین نتیجه می گیرد

فرمول به دست آمده (2-20) امکان تعیین درجه حرارت سیم (سیم پیچ) را در صورت اندازه گیری مقاومت آن در مقادیر معین یا شناخته شده امکان پذیر می سازد.

مثال 2-3. اگر طول خط 400 متر باشد ، مقاومت سیمهای چوب را در دما تعیین کنید و سطح مقطع سیمهای مسی

مقاومت سیمهای خط در دما

مقاومت و در نتیجه مقاومت فلزات به رشد بستگی دارد و با رشد آن افزایش می یابد. وابستگی دما مقاومت رسانا با این واقعیت توضیح داده می شود

1. شدت پراکندگی (تعداد تصادفات) حاملهای بار با افزایش دما افزایش می یابد.
2. غلظت آنها وقتی گرم می شود هادی تغییر می کند.

تجربه نشان می دهد که در دماهای نه خیلی زیاد و نه خیلی کم ، وابستگی مقاومت و مقاومت رسانا به دما توسط فرمول ها بیان می شود:

   \\ (~ \\ rho_t = \\ rho_0 (1 + \\ alpha t) ، \\) \\ (~ R_t = R_0 (1 + \\ alpha t) ، \\)

کجا ρ 0 , ρ   مقاومت در برابر ماده رسانا به ترتیب در 0 درجه سانتیگراد و تی  درجه سانتیگراد؛ ر 0 , ر  t مقاومت رسانا در 0 درجه سانتیگراد و تی  درجه سانتیگراد α   - ضریب دما مقاومت: در SI در کلوین اندازه گرفته تا منفی درجه اول (K-1). برای هادی های فلزی ، این فرمول ها از دمای 140 K و بالاتر شروع می شوند.

ضریب دما  مقاومت یک ماده وابسته به تغییر مقاومت در برابر حرارت دادن به نوع ماده است. از نظر عددی برابر با تغییر نسبی مقاومت (مقاومت) رسانا هنگام گرم شدن با 1 K است.

   \\ (~ \\ mathcal h \\ alpha \\ mathcal i = \\ frac (1 \\ cdot \\ Delta \\ rho) (\\ rho \\ Delta T)، \\)

جایی که \\ (~ \\ mathcal h \\ alpha \\ mathcal i \\) مقدار متوسط ​​ضریب درجه حرارت مقاومت در فاصله Δ است Τ .

برای همه هادی های فلزی α   \u003e 0 و با درجه حرارت کمی تغییر می کند. فلزات خالص α   = 1/273 K -1. در فلزات غلظت حاملهای بار آزاد (الکترون) ن  = شرط بندی و افزایش ρ   به دلیل افزایش شدت پراکندگی الکترونهای آزاد در یونهای شبکه کریستالی رخ می دهد.

برای محلول های الکترولیت α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α   = -0.02 K -1. مقاومت الکترولیتها با افزایش دما کاهش می یابد ، زیرا افزایش تعداد یون های آزاد به دلیل تفکیک مولکول ها از رشد پراکندگی یونی در برخورد با مولکول های حلال فراتر می رود.

فرمول های وابستگی ρ   و ر دما برای الکترولیتها مشابه فرمولهای فوق برای رساناهای فلزی است. لازم به ذکر است که این وابستگی خطی فقط در یک محدوده دمای کوچک ، که در آن حفظ می شود ، حفظ می شود α   = شرط بندی در فواصل زیاد تغییرات دما ، وابستگی دمایی مقاومت الکترولیتها غیرخطی می شود.

به صورت نمودار ، وابستگی دمایی مقاومت رسانای فلزی و الکترولیت در شکل 1 ، a ، b نشان داده شده است.

در دماهای بسیار کم ، نزدیک به صفر مطلق (-273 ° С) ، مقاومت بسیاری از فلزات به طور ناگهانی به صفر می رسد. این پدیده نامیده می شود ابررسانایی. این فلز به حالت ابررسانا می رود.

از وابستگی مقاومت فلز به دما در دماسنج های مقاومت استفاده می شود. معمولاً یک سیم پلاتین به عنوان بدنه دماسنج چنین دماسنجی گرفته می شود ، که وابستگی مقاومت آن به دما به اندازه کافی مطالعه شده است.

تغییرات دما با تغییر مقاومت سیم قضاوت می شود ، که می تواند اندازه گیری شود. دماسنجهای معمولی مایع در صورت نامناسب بودن این دماسنجها می توانند درجه حرارت بسیار کم و بسیار بالا را اندازه گیری کنند.

ادبیات

Aksenovich L.A. فیزیک در دبیرستان: تئوری. وظایف آزمون ها: کتاب درسی. کمک هزینه برای موسسات ارائه دهنده عمومی. محیط ، آموزش / L. A. Aksenovich، N. N. Rakina، K. S. Farino؛ اد K. S. فارینو. - Mn: Adukatsy I vykhavanne، 2004 .-- C. 256-257.

در یک بلور ایده آل ، میانگین مسیر آزاد الکترون ها بینهایت است و مقاومت در برابر جریان الکتریکی صفر است. تأیید این موضع این واقعیت است که مقاومت فلزات آنیل خالص با رسیدن دما به صفر مطلق به صفر می رسد. خاصیت الکترون برای حرکت آزادانه در یک شبکه کریستالی ایده آل ، هیچ مکانیکی در مکانیک کلاسیک ندارد. پراکندگی ، که منجر به ظاهر مقاومت می شود ، در صورت وجود نقص ساختاری در شبکه رخ می دهد.

مشخص است که پراکندگی موج مؤثر زمانی اتفاق می افتد که اندازه مراکز پراکندگی (نقص) از یک چهارم طول موج تجاوز کند. در فلزات ، انرژی الکترونهای هدایت شده 3 - 15 ولت است. این انرژی با طول موج 3 - 7 مطابقت دارد بنابراین هرگونه ریزسنجی ساختار مانع از انتشار امواج الکترونی می شود و باعث افزایش مقاومت ماده می شود.

در فلزات خالص از ساختار کامل ، تنها دلیل محدود کننده میانگین مسیر آزاد الکترون ها ، لرزش حرارتی اتم ها در محل های شبکه کریستالی است. مقاومت الکتریکی فلز به دلیل ضریب حرارتی با گرما ρ مشخص می شود. کاملاً واضح است که با افزایش دما دامنه های ارتعاشات حرارتی اتم ها و نوسانات مربوط به میدان دوره ای شبکه افزایش می یابد. و این به نوبه خود ، پراکندگی الکترون ها را تقویت می کند و باعث افزایش مقاومت می شود. برای تعیین کیفی ماهیت وابستگی به دما از مقاومت ، از مدل ساده شده زیر استفاده می کنیم. شدت پراکندگی به طور مستقیم با مقطع حجم کروی اشغال شده توسط اتم ارتعاش متناسب است ، و سطح مقطع متناسب با مربع دامنه ارتعاشات حرارتی است.

انرژی بالقوه یک اتم که توسط ∆а از محل شبکه منحرف می شود با بیان مشخص می شود

, (9)

ktr ضریب پیوند الاستیک است که تمایل دارد اتم را به موقعیت تعادل بازگرداند.

طبق آمارهای کلاسیک ، میانگین انرژی یک نوسانگر هارمونیک یک بعدی (اتم نوسان کننده) برابر kT است.

بر این اساس ، ما برابری زیر را می نویسیم:

به راحتی می توان اثبات کرد که میانگین مسیر آزاد الکترون های اتم N به طور معکوس متناسب با دما است:

(10)

لازم به ذکر است که نسبت به دست آمده در دماهای پایین راضی نیست. واقعیت این است که با کاهش دما نه تنها دامنه های ارتعاشات حرارتی اتم ها ، بلکه فرکانس لرزش ها نیز کاهش می یابد. بنابراین ، در دماهای پایین ، پراکندگی الکترون توسط ارتعاشات حرارتی سایت های شبکه بی اثر می شود. تعامل یک الکترون با یک اتم نوسان کننده فقط حرکت اندکی الکترون را تغییر می دهد. در تئوری ارتعاشات اتمهای شبکه ، دما نسبت به دمای مشخصه خاصی تخمین زده می شود ، که به آن دمای Debye ΘD گفته می شود. درجه حرارت Debye حداکثر فرکانس ارتعاشات حرارتی را که می تواند در یک بلور تحریک شود تعیین می کند:

این دما به نیروهای پیوند بین گره های شبکه کریستال بستگی دارد و یک پارامتر مهم یک جامد است.

برای T  د  مقاومت فلزات به طور خطی با درجه حرارت متفاوت است (شکل 6 ، بخش III).

همانطور که آزمایش نشان می دهد ، تقریب خطی وابستگی به دما т (T) نیز معتبر است تا دمای سفارش از (2/3) دجایی که خطا از 10٪ تجاوز نمی کند. برای اکثر فلزات ، دمای دبای مشخصه از 400 - 450K تجاوز نمی کند بنابراین ، تقریب خطی معمولاً در دماهای دمای اتاق و بالاتر معتبر است. در منطقه دمای پایین (T د) ، در صورتی که کاهش مقاومت به دلیل از بین بردن تدریجی فرکانس های بیشتر و جدید لرزش های حرارتی (فونون ها) باشد ، این تئوری وابستگی قدرت به قانون را پیش بینی می کند 5 5. در فیزیک این نسبت به قانون Bloch-Grüneisen معروف است. دامنه دمایی که در آن یک قانون قدرت تیز وجود دارد  т (Т) معمولاً بسیار ناچیز است و مقادیر تجربی نمایی در محدوده 4 تا 6 است.

در یک منطقه باریک I که شامل چندین کلوین است ، می توان یک حالت ابررسانایی را در تعدادی از فلزات مشاهده کرد (شکل زیر را ببینید) و شکل آن افزایش مقاومت در دمای T TV را نشان می دهد. در فلزات خالص با ساختار مناسب ، هنگامی که درجه حرارت به حالت خمیده است ، مقاومت نیز به 0 (منحنی شکسته) گرایش می یابد ، و میانگین مسیر آزاد به بی نهایت گرایش می یابد. حتی در دماهای معمولی ، میانگین مسیر آزاد الکترونها در فلزات صدها برابر بیشتر از مسافت بین اتمهاست (جدول 2).

شکل 6 - وابستگی مقاومت به یک رسانای فلزی به دمای بیش از یک طیف وسیعی از دما: a ، b ، c - تغییرات در مقاومت فلزات مذاب مختلف

جدول 2 - میانگین مسیر آزاد الکترون ها در 0 درجه سانتیگراد برای تعدادی فلز

در منطقه انتقال II ، مقاومت ρ (T) به سرعت افزایش می یابد ، جایی که n می تواند تا 5 باشد و با افزایش دما  به 1 در T = gradually به تدریج کاهش می یابد. د.

بخش خطی (منطقه III) در وابستگی به دما  (T) برای بیشتر فلزات تا دماهای نزدیک به نقطه ذوب گسترش می یابد. یک استثناء در این قانون فلزات فرومغناطیسی است که در آن پراکندگی اضافی الکترون ها توسط اختلال چرخش صورت می گیرد. در نزدیکی نقطه ذوب ، یعنی در ناحیه IV که آغاز آن در شکل 6 با درجه حرارت T Nl و در فلزات معمولی مقداری انحراف از وابستگی خطی مشاهده شده است.

پس از انتقال از جامد به مایع ، بیشتر فلزات افزایش مقاومت تقریباً 1.5 تا 2 برابر را نشان می دهند ، اگرچه موارد غیرمعمول وجود دارد: در مورد مواد با ساختارهای کریستالی پیچیده مانند بیسموت و گالیم ، ذوب با کاهش a همراه است.

این آزمایش الگوی زیر را نشان می دهد: اگر ذوب فلز با افزایش حجم همراه باشد ، مقاومت به صورت مرحله به مرحله افزایش می یابد. برای فلزات با تغییر مخالف در حجم ، ρ کاهش می یابد.

در طول ذوب ، هیچ تغییر قابل توجهی در تعداد الکترونهای آزاد یا ماهیت تعامل آنها مشاهده نمی شود. تأثیر قاطع در تغییر در ρ با فرآیندهای بی نظمی اعمال می شود ، نقض ترتیب بیشتر در ترتیب اتم ها. ناهنجاری های مشاهده شده در رفتار برخی فلزات (Ga، Bi) را می توان با افزایش مدول تراکم پذیری هنگام ذوب این مواد توضیح داد که باید با کاهش دامنه ارتعاشات حرارتی اتم ها همراه باشد.

تغییر نسبی مقاومت با تغییر دما یک کلوین (درجه) ضریب دما مقاومت نامیده می شود:

(11)

علامت مثبت α ρ مربوط به مواردی است که مقاومت در مجاورت یک نقطه معین با افزایش دما افزایش می یابد. مقدار α ρ نیز تابعی از دما است. در منطقه وابستگی خطی ρ (Т) ، عبارت

که در آن ρ 0 و α ρ مقاومت و ضریب دما مقاومت هستند ، که به ابتدای محدوده دما اشاره می شود ، یعنی درجه حرارت T0؛ مقاومت در برابر درجه حرارت T.

رابطه ضریب دما مقاومت و مقاومت به شرح زیر است:

(13)

که در آن α 0 ضریب دما مقاومت این مقاومت است. α 1 - ضریب دما از گسترش مواد از عنصر مقاومت.

برای فلزات خالص ، α ρ \u003e\u003e α 1 ؛ بنابراین آنها α ρ≈ α R دارند. با این حال ، برای آلیاژهای فلز قابل استفاده ، این تقریب ناعادلانه است.

3 تأثیر ناخالصی ها و سایر نقص های ساختاری در مقاومت فلزات

همانطور که اشاره شد ، دلایل پراکندگی امواج الکترون در یک فلز نه تنها لرزش های حرارتی سایت های مشبک بلکه نقایص ساختاری استاتیک نیز هست که باعث نقض تناوبی میدان پتانسیل کریستال می شود. پراکندگی توسط نقایص ساختاری استاتیک ، مستقل از دما است. بنابراین ، با نزدیک شدن دما به صفر مطلق ، مقاومت فلزات واقعی به مقداری ثابت ، موسوم به مقاومت باقیمانده گرایش می یابد (شکل 6). این حاکی از قانون ماتیسن در مورد افزایش مقاومت است:

, (14)

یعنی مقاومت کل یک فلز مقدار مقاومت به دلیل پراکندگی الکترون ها توسط ارتعاشات حرارتی گره های شبکه کریستالی و مقاومت باقیمانده به دلیل پراکندگی الکترون ها با نقص ساختاری استاتیک است.

یک استثناء در این قانون فلزات ابررسانا است که در آن مقاومت در زیر دمای بحرانی مشخص از بین می رود.

مهمترین سهم در مقاومت باقیمانده با پراکندگی ناخالصی ها صورت می گیرد ، که همیشه در یک هادی واقعی یا به عنوان آلودگی یا به عنوان عنصر آلیاژی (یعنی عمداً معرفی شده) حضور دارند. لازم به ذکر است که هرگونه افزودنی ناخالصی منجر به افزایش  می شود ، حتی اگر نسبت به فلز پایه دارای هدایت افزایش یافته باشد. بنابراین ، معرفی 0.01 در. نسبت ناخالصی های نقره باعث افزایش مقاومت مس به میزان 0.002 میکرومتر در اهم در متر می شود. به طور تجربی مشخص شد که ، در مقدار کمی ناخالصی ، مقاومت به نسبت غلظت اتمهای ناخالصی افزایش می یابد.

شکل 7 قانون ماتیسن را نشان می دهد ، که نشان می دهد وابستگی دما به مقاومت مس خالص و آلیاژهای آن با مقدار کمی (تا حدود 4 در 0٪) از ایندیم ، آنتیموان ، قلع و آرسنیک به طور متقابل موازی هستند.

شکل 7 - وابستگی دما به مقاومت آلیاژهای مس از نوع محلولهای جامد که قانون Matisen را نشان می دهد: 1 - مس خالص؛

2 - مس - 1.03 در.٪ در؛ 3 - مس - 1.12 در٪ Nl

ناخالصی های مختلف تأثیرات متفاوتی در مقاومت باقیمانده رسانای فلزی دارند. کارایی پراکندگی ناخالصی با پتانسیل آشفته در شبکه مشخص می شود ، مقدار آن بالاتر است ، تفاوت بین ظرفیت های اتم های ناخالصی و فلز - حلال (پایه) بیشتر است.

برای فلزات یکتایی ، تغییر در مقاومت باقیمانده توسط 1٪.٪ ناخالصی (ضریب "ناخالصی" مقاومت الکتریکی) از قانون لیند پیروی می کند:

, (15)

جایی که a و b بسته به ماهیت فلز و دوره ای که یک اتم ناخالصی در سیستم دوره ای عناصر اشغال می کند ثابت است.  ز  - تفاوت بین ظرفیتهای فلز - حلال و اتم ناخالصی.

از فرمول 15 نتیجه می گیرد که تأثیر ناخالصی های متالوئید در کاهش هدایت از اثر ناخالصی عناصر فلزی قوی تر است.

علاوه بر ناخالصی ها ، نقایص ساختاری خود - جای خالی ، اتم های بینابینی ، جابجایی ها و مرزهای دانه - سهم خاصی در مقاومت باقیمانده دارند. غلظت نقص نقطه بصورت نمایی با دما افزایش می یابد و می تواند در نزدیکی نقطه ذوب به مقادیر زیاد برسد. علاوه بر این ، جای خالی و اتمهای بینابینی به راحتی در یک ماده ایجاد می شود که با ذرات پر انرژی تابش می شود ، به عنوان مثال نوترون های یک راکتور یا یون ها از یک شتاب دهنده. از مقدار مقاومت اندازه گیری شده می توان میزان آسیب اشعه در توری را قضاوت کرد. به همین روش ، می توان میزان کاهش (پخت و پز) نمونه تابش شده را ردیابی کرد.

تغییر در مقاومت باقیمانده مس به میزان 1٪ از نقص در نقطه: در صورت وجود جای خالی از 0.010 به 0.015 میکرومتر  اهم. در مورد اتمهای بینابینی ، 0.005-0.010 μOhm  اهم.

مقاومت باقیمانده یک ویژگی بسیار حساس در خلوص شیمیایی و کمبود ساختاری فلزات است. در عمل ، هنگام کار با فلزات با خلوص بالا ، نسبت مقاومت در دمای اتاق و دمای هلیوم مایع برای ارزیابی محتوای ناخالصی ها اندازه گیری می شود:

هرچه فلز تمیزتر باشد ، مقدار  بیشتر می شود. در خالص ترین فلزات (درجه خلوص 99.99999٪) ، پارامتر  مقدار سفارش 10 5 را دارد.

تأثیر زیادی در مقاومت فلزات و آلیاژها توسط تحریفات ناشی از حالت استرس اعمال می شود. با این حال ، درجه این تأثیر با توجه به ماهیت استرس ها تعیین می شود. به عنوان مثال ، با فشرده سازی جامع در اکثر فلزات ، مقاومت کاهش می یابد. این با استفاده از اتمها و کاهش دامنه ارتعاشات حرارتی شبکه توضیح داده می شود.

تغییر شکل و سخت شدن پلاستیک همیشه مقاومت فلزات و آلیاژها را افزایش می دهد. با این حال ، این افزایش حتی با سخت شدن قابل توجه فلزات خالص ، چند درصد است.

خنک شدن حرارتی منجر به افزایش  می شود ، که با تحریف های شبکه و ظهور تنش های داخلی همراه است. در طی تبلور مجدد با عملیات حرارتی (پخت و پز) مقاومت می تواند به مقدار اصلی آن کاهش یابد ، زیرا نقایص بهبود یافته و استرسهای داخلی تسکین می یابد.

ویژگی محلولهای جامد این است که حداکثر مقدار می تواند (بارها و بارها) از ماده حرارتی فراتر رود.

برای بسیاری از آلیاژهای دو جزء ، تغییر در بسته به ترکیب به خوبی توسط یک وابستگی پارابولیکی فرم توضیح داده شده است.

جایی که C یک بسته به ماهیت آلیاژ ثابت است. x a و x in بخشهای اتمی اجزای موجود در آلیاژ هستند.

نسبت 16 را قانون نوردهایم نامیدند. به این ترتیب که در محلولهای جامد A - B باینری ، مقاومت باقیمانده هم با افزودن اتمهای B به فلز A (محلول جامد ) و هم وقتی اتمهای A به فلز B (محلول جامد added) اضافه می شود ، افزایش می یابد و این تغییر توسط منحنی متقارن مشخص می شود. . در یک سری مداوم از محلولهای جامد ، مقاومت بیشتر می شود ، آلیاژ دورتر از اجزای خالص جدا می شود. مقاومت باقیمانده با مقدار مساوی از هر جزء به حداکثر مقدار خود می رسد (x a = x در = 0.5).

قانون Nordheim کاملاً دقیق تغییر مقاومت مقاومت محلولهای جامد مداوم را توضیح می دهد اگر انتقال فاز با تغییر در ترکیب مشاهده نشود و هیچ یک از اجزای آنها جزء عناصر گذار یا زمین نادر نباشد. نمونه ای از چنین سیستم هایی آلیاژهای Au - Ag، Cu - Ag، Cu - Au، W - Mo و غیره است.

راه حل های جامد ، که اجزای آن فلزات گروه گذار هستند ، تا حدودی متفاوت رفتار می کنند (شکل 8). در این حالت ، در غلظت های مؤلفه بالا ، مقاومت باقیمانده بطور قابل توجهی بزرگتر مشاهده می شود ، که با انتقال بخشی از الکترون های ولتاژ به پوسته های دفعی نشده داخلی D- پوسته اتم های فلز انتقالی همراه است. علاوه بر این ، در چنین آلیاژها ، حداکثر  اغلب با غلظت های غیر از 50٪ مطابقت دارد.

شکل 8 - وابستگی مقاومت (1) و ضریب درجه مقاومت (2) آلیاژهای مس - نیکل از درصد قطعات

هرچه مقاومت آلیاژ بیشتر باشد ، α ρ آن پایین تر است. این از این واقعیت ناشی می شود که ، در محلول های جامد ، معمولاً از مقدار قابل توجهی فراتر رفته و به دما بستگی ندارد. مطابق تعریف ضریب دما

(17)

با توجه به اینکه α ρ فلزات خالص کمی متفاوت از یکدیگر هستند ، می توان بیان 17 را به راحتی به شکل زیر تبدیل کرد:

(18)

در محلول های جامد غلیظ ، معمولاً مقدار مرتبه ای از بزرگی یا بیشتر از ρt است بنابراین ، α ρ spl می تواند به میزان قابل توجهی از α ρ فلز خالص پایین باشد. این پایه ای برای بدست آوردن مواد رسانا با حرارت قابل استفاده است. در بسیاری از موارد ، وابستگی به دما از مقاومت آلیاژها پیچیده تر از آن است که از یک عادت افزودنی ساده ناشی می شود. ضریب دما مقاومت آلیاژها می تواند به طور قابل توجهی پایین تر از آن باشد که با نسبت 18 پیش بینی شده است. ناهنجاری های ذکر شده در آلیاژهای مس نیکل به وضوح نشان داده می شود (شکل 8). در آلیاژهای خاص ، در نسبتهای مشخصی از اجزای ، α αρ منفی مشاهده می شود (برای ثابت).

چنین تغییر در ρ و α ρ از درصد اجزای آلیاژ ، ظاهراً می توان با این واقعیت توضیح داد که با یک ترکیب و ساختار پیچیده تر ، در مقایسه با فلزات خالص ، آلیاژها نمی توانند به عنوان فلزهای کلاسیک در نظر گرفته شوند. تغییر در هدایت آنها نه تنها با تغییر در میانگین مسیر آزاد الکترونهای آزاد ایجاد می شود ، بلکه در برخی موارد با افزایش جزئی غلظت حامل های بار با افزایش دما نیز ایجاد می شود. آلیاژ که در آن کاهش در میانگین مسیر آزاد با افزایش دما با افزایش غلظت حامل های بار جبران می شود ، ضریب مقاومت صفر درجه را دارد.

در محلول های رقیق ، هنگامی که یکی از مؤلفه ها (به عنوان مثال ، مؤلفه B) با غلظت بسیار کمی مشخص می شود و می تواند بعنوان ناخالصی در نظر گرفته شود ، در فرمول 16 بدون از بین رفتن دقت می توان (1-x in) -1 را قرار داد. سپس به رابطه خطی بین مقاومت باقیمانده و غلظت اتمهای ناخالصی در فلز می رسیم:

,

که در آن ثابت C تغییرات در مقاومت باقیمانده را با 1 در٪٪ ناخالصی مشخص می کند.

برخی از آلیاژها تمایل دارند ساختارهای مرتب شده را تشکیل دهند در صورتی که نسبتهای خاصی در ترکیب در طول تولید آنها حفظ شود. دلیل سفارش ، تعامل شیمیایی قوی تری از اتم های متفاوت در مقایسه با اتم های مشابه است. این ساختار در زیر یک درجه مشخصه دمای خاص دما ، به نام دمای بحرانی (یا درجه حرارت کورناکوف) سفارش داده می شود. به عنوان مثال ، یک آلیاژ حاوی 50 در. ٪ مس و 50 در. Z روی ( - برنج) ساختار مکعبی بدن محور دارد. در دمای 360 درجه سانتیگراد ، اتم های مس و روی به طور تصادفی و آماری در سایت های شبکه توزیع می شوند.

علت مقاومت الکتریکی جامدات ، برخورد الکترونهای آزاد با اتم های شبکه نیست ، بلکه پراکندگی آنها بر روی نقص ساختاری است که مسئول نقض تقارن ترجمه است. هنگام سفارش یک محلول جامد ، تناوب میدان الکترواستاتیک ترکیب اتمی شبکه مشرق احیا می شود ، بدین ترتیب با افزایش الکترون میانگین مسیر آزاد و مقاومت اضافی تقریباً به دلیل پراکندگی توسط میکروهنجاری آلیاژ از بین می رود.

4 تأثیر ضخامت فیلمهای فلزی در مقاومت در برابر سطح خاص و ضریب دما آن

در ساخت مدارهای مجتمع ، از فیلمهای فلزی برای اتصالات بین عنصری ، لنتهای تماس ، صفحات خازنی ، عناصر القایی ، مغناطیسی و مقاومت استفاده می شود.

ساختار فیلم ها ، بسته به شرایط چگالشی ، می تواند از میعانات آمورف تا فیلمهای اپی متیکسال متفاوت باشد - ساختارهای یک لایه تک کریستالی کامل. علاوه بر این ، خواص فیلم های فلزی با جلوه های اندازه مرتبط هستند. بنابراین اگر ضخامت فیلم با l cf قابل مقایسه باشد ، قابلیت هدایت الکتریکی آنها قابل توجه است.

شکل 9 وابستگی های معمولی مقاومت به سطح فیلم های نازک ρ ها و ضریب درجه حرارت آن α α را در ضخامت فیلم نشان می دهد. از آنجا که رابطه ساختاری (طول l ، عرض b ، ضخامت فیلم h) و تکنولوژیکی است

() پارامترهای مقاومت فیلم نازک (TPR) توسط این معادله تنظیم شده است:

,

جایی که ρ s = ρ / ساعت مقاومت مربعی (یا مقاومت سطح خاص) است ، به جای ρ s و  ρ به جای  ρ s از نمادهای سنتی استفاده می کنیم.

شکل 9- ماهیت تغییر   و  از ضخامت فیلم h

رشد فیلم های فلزی با چهار مرحله همراه است:

I - تشکیل و رشد جزایر فلزی (مکانیسم های مسئول انتقال بار ، - انتشار ترمیونی و تونل زنی الکترون های واقع در بالای سطح فرمی) مقاومت در سطح مناطقی از بستر که در آن هیچ فیلم فلزی وجود ندارد با افزایش دما کاهش می یابد و این باعث می شود فیلم های negative negative منفی با ضخامت کوچک )؛

II - مماس جزایر بین خود (لحظه تغییر علامت y on  به نوع فلز ، شرایط تشکیل فیلم ، غلظت ناخالصی ، وضعیت سطح بستر بستگی دارد).

III - تشکیل یک شبکه رسانا ، هنگامی که اندازه و تعداد شکاف بین جزایر کاهش می یابد.

IV - تشکیل یک فیلم رسانا مداوم ، هنگامی که رسانایی و   به ارزش رساناهای عظیم نزدیک می شوند ، اما هنوز مقاومت ویژه فیلم از نمونه فله بیشتر است ، به دلیل غلظت بالای نقص ، ناخالصی هایی که در طول رسوب در فیلم به دام افتاده اند. بنابراین ، فیلمهایی که در امتداد مرزهای دانه اکسیده می شوند ، از نظر الکتریکی ناپیوسته هستند ، اگرچه از نظر جسمی مستحکم هستند. به رشد  و اثر اندازه به دلیل كاهش در میانگین مسیر آزاد الكترونیك هنگامی كه از سطح نمونه منعكس شود كمك می كند.

در ساخت مقاومتهای با فیلم نازک از سه گروه مواد استفاده می شود: فلزات ، آلیاژهای فلزی ، مخازن.

5 ماهیت بدنی ابررسانایی

پدیده ابررسانایی با نظریه کوانتومی توضیح داده می شود ، هنگامی اتفاق می افتد که الکترون های یک فلز به یکدیگر جذب می شوند. جاذبه در محیطی حاوی یونهای دارای بار مثبت امکان پذیر است ، زمینه ای که باعث می شود نیروهای دفع کولوم بین الکترونها تضعیف شود. فقط آن الکترونهایی که در هدایت الکتریکی شرکت می کنند ، یعنی در نزدیکی سطح فرمی واقع شده است. کوپنها با چرخش مخالف به هم متصل می شوند.

در شکل گیری جفت کوپر نقش تعیین کننده ای در اثر متقابل الکترون ها با لرزش های شبکه حرارتی - فونون ها وجود دارد که هم می تواند جذب کند و هم تولید می کند. یکی از الکترونها با شبکه در تعامل است - آن را تحریک می کند و حرکت خود را تغییر می دهد. الکترون دیگر با تعامل ، آن را به حالت عادی ترجمه می کند و همچنین حرکت خود را تغییر می دهد. در نتیجه ، وضعیت شبکه تغییر نمی کند ، و الکترون ها مقدار انرژی حرارتی - فونون ها را تبادل می کنند. تعامل فونون تبادل باعث می شود نیروهای جاذبه بین الکترون ها ، که بیش از دافع کولوم هستند. تبادل فون به طور مداوم اتفاق می افتد.

یک الکترون که از طریق شبکه در حال حرکت است ، آن را قطبی می کند ، یعنی. نزدیکترین یونها را به خود جذب می کند ؛ چگالی بار مثبت در نزدیکی مسیر الکترون افزایش می یابد. الکترون دوم توسط منطقه ای با بار مثبت بیش از حد جذب می شود ، در نتیجه ، به دلیل تعامل با شبکه بین الکترون ها ، نیروهای جذاب (جفت کوپر) بوجود می آیند. این سازندهای جفت یکدیگر را در فضا همپوشانی دارند ، پوسیدگی و ایجاد مجدد می کنند ، میعانات الکترونی تشکیل می دهند ، انرژی حاصل از آن برهم کنش داخلی کمتر از جمع الکترون های جدا شده است. شکاف انرژی در طیف انرژی یک ابررسانا - منطقه ای از حالت های انرژی ممنوع ظاهر می شود.

الکترونهای زوج در پایین شکاف انرژی قرار دارند. اندازه شکاف انرژی به دما بستگی دارد و به حداکثر در صفر مطلق می رسد و در خیابان T کاملاً از بین می رود. برای اکثر ابررساناها ، شکاف انرژی 10-4 - 10 -3 ولت است.

پراکندگی الکترون روی لرزش های حرارتی و ناخالصی ها رخ می دهد ، اما با

وجود شکاف انرژی برای انتقال الکترون ها از حالت زمین به حالت برانگیخته نیاز به مقدار کافی از انرژی حرارتی دارد که در دماهای پایین وجود ندارد ؛ بنابراین ، الکترون های زوجی روی نقایص ساختاری پراکنده نمی شوند. ویژگی جفت کوپر این است که آنها نمی توانند حالتهای خود را به طور مستقل از یکدیگر تغییر دهند ، امواج الکترون دارای طول و فاز یکسان هستند ، یعنی. آنها می توانند به عنوان یک موج واحد در نظر گرفته شوند که نواقص ساختار را می پیچاند .در صفر مطلق ، تمام الکترون ها به صورت جفت متصل می شوند ، با افزایش ، برخی جفت ها شکسته می شوند و عرض شکاف کاهش می یابد ، در T St تمام جفت ها از بین می روند ، عرض شکاف از بین می رود و ابررسانایی می شکند.

انتقال به حالت ابررسانا در یک محدوده دمای بسیار باریک اتفاق می افتد ، ناهمگونی سازه باعث گسترش دامنه می شود.

مهمترین خاصیت ابررساناها - میدان مغناطیسی به ضخامت ماده نفوذ نمی کند ، خطوط نیرو در اطراف ابررسانا (اثر میسنر) می چرخد ​​- به دلیل این که یک جریان تحت فشار دایره ای شکل در میدان مغناطیسی ابررسانا ایجاد می شود که میدان خارجی درون نمونه را کاملاً جبران می کند. عمق نفوذ میدان مغناطیسی 10 -7 - 10 -8 متر است - ابررسانا یک دیامغناطیس ایده آل است. از میدان مغناطیسی خارج شده است (می توان آهنربای دائمی ایجاد کرد تا حلقه ای از ماده ابررسانا را آویزان کند که در آن جریانهای غیر پوسیدگی ناشی از گردش آهن ربا به وجود می آیند).

هنگامی که قدرت میدان مغناطیسی بیشتر از خیابان H باشد ، حالت ابررسانایی نقض می شود. با توجه به ماهیت انتقال مواد از حالت ابررسانا به حالت هدایت الکتریکی معمولی تحت عمل یک میدان مغناطیسی ، ابررساناها از نوع اول و دوم مشخص می شوند. برای ابررساناها از نوع اول ، این انتقال به طور ناگهانی اتفاق می افتد ، برای ابررساناها ، روند انتقال به تدریج در محدوده H cj1 است

H cor2 در فاصله زمانی ، ماده در حالت ناهمگن است ، که در آن فازهای عادی و ابررسانا با هم همزیست می شوند ، میدان مغناطیسی به تدریج در ابررسانا نفوذ می کند ، مقاومت صفر تا شدت بحرانی فوقانی حفظ می شود.

شدت بحرانی بستگی به دما برای ابررساناهای نوع 1 دارد:

در ابررساناها از نوع 2 ، منطقه ایالت میانی با کاهش دما گسترش می یابد.

اگر بیش از مقدار بحرانی I St = 2πHH St (T) باشد - برای ابررساناهای نوع 1 (نوع 2 پیچیده تر است) می توان با عبور جریان از ابررسانا ابررسانایی را شکسته است.

26 فلز دارای رسانای ابررسانایی (عمدتا از نوع 1 با درجه حرارت بحرانی زیر 4.2K) هستند ، 13 عنصر ابررسانایی را در فشارهای بالا (سیلیکون ، ژرمانیوم ، تلوریم ، آنتیموان) نشان می دهند. مس ، طلا ، نقره را نداشته باشید: مقاومت کم نشان دهنده تعامل ضعیف الکترونها با شبکه کریستالی و در فروم و ضد مغناطیسی است. نیمه هادی ها با افزودن غلظت زیادی از دوپانت ها ترجمه می شوند. در دی الکتریک با ثابت دی الکتریک (فروالکتریک) ، نیروهای دفع کولمب بین الکترون ها بسیار تضعیف شده و می توانند خاصیت ابررسانایی را نشان دهند. ترکیبات و آلیاژهای بین فلزی متعلق به ابررساناهای نوع 2 هستند ، با این حال ، این تقسیم مطلق نیست (ابررسانای نوع 1 را می توان به ابررسانای نوع 2 تبدیل کرد اگر در صورت ایجاد غلظت کافی از نقص های مشبک در آن ، تولید هادی های ابررسانا با تکنولوژیکی همراه باشید مشکلات (دارای شکنندگی ، هدایت حرارتی کم) ، ترکیب مایع ابررسانا با مس (یک روش برنز یا یک روش انتشار فاز جامد - فشار دادن و ترسیم) ایجاد می کنند. موقعیت رشته های نیوبیوم نازک در یک ماتریس از قلع و برنز با برنز حرارت قلع پخش به Nb در به شکل یک فیلم ابررسانا نیوبیوم stanida).

سوالات آزمون

1 چه پارامترهایی به هدایت الکتریکی فلزات بستگی دارد.

2) چه آماری توزیع انرژی الکترون ها را در تئوری کوانتومی هدایت فلزات شرح می دهد.

3 چه چیزی انرژی فرمی (سطح فرمی) را در فلزات تعیین می کند و به چه چیزی بستگی دارد.

4 پتانسیل الکتروشیمیایی فلز چیست؟

5 چه چیزی مسیر آزاد الکترون ها را در فلز تعیین می کند.

6 تشکیل آلیاژ. چگونه وجود نقص در مقاومت فلزات.

7 وابستگی دما از مقاومت رساناها را توضیح دهید.

8 الگوی NSKurnakova برای ρ و TKS در آلیاژهای نوع محلول های جامد و مخلوط های مکانیکی.

9 کاربرد در تکنیک مواد رسانا با مقادیر مختلف مقاومت الکتریکی. بسته به برنامه مورد نیاز برای مواد.

10 پدیده ابررسانایی. دامنه های رسانا های فوق العاده و کرایو

6 کار آزمایشگاهی №2. مطالعه خواص آلیاژهای رسانا

هدف: مطالعه الگوهای تغییر در خصوصیات الکتریکی آلیاژهای دو جزء ، بسته به ترکیب آنها.

در قسمت اول کار آزمایشگاهی ، دو گروه آلیاژ با ترکیب فازهای مختلف در نظر گرفته شده است.

گروه اول شامل چنین آلیاژهایی است که اجزای A و B به طور بی حد و مرز در یکدیگر حل می شوند و به تدریج جای خود را در سایت های مشبک جایگزین می کنند ، یک سری مداوم از محلول های جامد را از یک جزء خالص آلیاژ به دیگر تشکیل می دهند. هر آلیاژ از این نوع در حالت جامد تک فاز است ، از دانه های همان محلول جامد با همان ترکیب تشکیل شده است. نمونه ای از آلیاژهای محلول جامد عبارتند از: نیکل مس ، مس-نیکل ، ژرمانیم-سیلیکون ، Ge-Si و دیگران. گروه دوم شامل آلیاژهایی است که اجزای آنها عملا در یکدیگر حل نمی شوند ، هر یک از این اجزاء دانه خود را تشکیل می دهند. آلیاژ حالت جامد دو فازی است. این آلیاژها مخلوطهای مکانیکی نامیده می شوند. نمونه هایی از آلیاژهای نوع مخلوط های مکانیکی عبارتند از: سیستم های مس و نقره مس-نقره ، سیستم های قلع سرب Sn-Pb و غیره.

در هنگام تشکیل آلیاژها از نوع مخلوط های مکانیکی (شکل 10 ، الف) ، خواص بصورت خطی (افزودنی) تغییر می کنند و بین مقادیر خواص اجزای خالص متوسط ​​هستند. در شکل گیری آلیاژها از نوع محلولهای جامد (شکل 10 ، ب) ، خواص در منحنی ها با حداکثر و حداقل متفاوت است.

شکل 10 - الگوهای N.S. Kurnakov. رابطه بین ترکیب فاز آلیاژها و خواص آن

خواص الکتریکی اصلی فلزات و آلیاژها عبارتند از: مقاومت الکتریکی ρ ، میکرومتر؛ ضریب دما TKS مقاومت ، درجه -1.

مقاومت یک هادی با طول محدود ل و مقطع S بیان شده توسط اعتیاد شناخته شده

(19)

مقاومت مواد رسانا کوچک است و در محدوده 0.016-10 میکرومترمکعب قرار دارد.

مقاومت الکتریکی هادی های فلزی مختلف به طور عمده به میانگین میانگین مسیر آزاد الکترون λ در یک هادی معین بستگی دارد:

که در آن μ = 1 / λ ضریب پراکندگی الکترون است.

عوامل پراکندگی در حرکت جهت الکترودها در فلزات و آلیاژها یونهای مثبت مستقر در سایتهای شبکه هستند. در فلزات خالص با منظم ترین ، مشبک کریستال بدون تحریف ، جایی که یون های مثبت به طور منظم در فضا مرتب می شوند ، پراکندگی الکترون ها اندک است و عمدتا توسط دامنه نوسانات یون در سایت های شبکه تعیین می شود ؛ برای فلزات خالص ρ≈ A · μ گرم است. جایی که μ گرم است - ضریب پراکندگی الکترونی در ارتعاشات حرارتی شبکه. این مکانیسم پراکندگی الکترونی به پراکندگی فونون روی ارتعاشات حرارتی شبکه گفته می شود.

با افزایش دما T ، دامنه نوسانات یونهای مثبت در سایتهای شبکه افزایش می یابد ، پراکندگی الکترونها که به طور مستقیم تحت عمل میدان حرکت می کنند افزایش می یابد ، میانگین مسیر آزاد λ کاهش می یابد ، و مقاومت افزایش می یابد.

مقدار تخمین زده شده برای رشد مقاومت مواد در هنگام تغییر درجه حرارت توسط یک درجه ، ضریب دما مقاومت الکتریکی TCS نامیده می شود:

(20)

که در آن R 1 - مقاومت نمونه ، با دمای T 1 اندازه گیری می شود. R2 - مقاومت همان نمونه ، در دمای T 2 اندازه گیری می شود.

ما دو سیستم از آلیاژها را مطالعه می کنیم: سیستم مس-نیکل ، که در آن اجزای آلیاژها (مس و نیکل) تمامی شرایط انحلال نامحدود در یکدیگر را در حالت جامد برآورده می کنند ، بنابراین هر یک از آلیاژهای موجود در این سیستم پس از پایان تبلور یک محلول جامد تک فاز خواهد بود (شکل 10 ، a) و سیستم Cu-Ag که اجزای آن (مس و نقره) شرایط حلالیت نامحدود را برآورده نمی کنند ، محلول بودن آنها حتی در دماهای بالا (از 10٪ تجاوز نمی کند) اندک است ، و در دماهای زیر 300 درجه سانتیگراد آنقدر کوچک است که می توان در نظر گرفت بازدید کنندگان، آن وجود ندارد، و هر آلیاژ متشکل از مخلوطی مکانیکی از دانه های مس و نقره (شکل 10B).

مسیر منحنی ρ را برای محلولهای جامد در نظر بگیرید. همانطور که به هر یک از اجزای خالص عنصر دیگر آلیاژ اضافه می کنید ، یکنواختی در ترتیب دقیق یون های مثبت با همان درجه مشاهده می شود که در فلزات خالص در سایت های مشبک مشاهده می شود. در نتیجه ، پراکندگی الکترون ها در یک آلیاژ مانند محلول جامد به دلیل تحریف شبکه مش کریستالی اجزای خالص یا همانطور که می گویند به دلیل افزایش نقص در شبکه کریستال همیشه از هر یک از اجزای خالص بیشتر است زیرا از آنجا که هر اتم معرفی شده در مقایسه با جزء خالص از نوع دیگری است. نقص نقطه

از این رو معلوم می شود که برای آلیاژهای نوع محلول جامد ، به یک نوع پراکندگی الکترونی دیگر اضافه می شود - پراکندگی توسط نقایص نقطه و مقاومت الکتریکی.

(21)

از آنجا که مرسوم است که تمام مقادیر ρ را در T = 20 0 С تخمین بزنیم ، عامل تعیین کننده آلیاژهایی مانند محلول های جامد پراکندگی در نقص نقطه است. بیشترین تخلفات درستی از شبکه کریستالی در منطقه از غلظت پنجاه درصد از اجزای مشاهده شده است ، منحنی ρ دارای بیشترین مقدار در این منطقه است. از رابطه 20 مشاهده می شود که ضریب دما مقاومت TKS معکوس با مقاومت R متناسب است ، و بنابراین مقاومت خاص ρ. منحنی TKS در منطقه از نسبت پنجاه درصد اجزای آن حداقل است.

در بخش دوم آزمایشگاه آلیاژهای دارای مقاومت خاص بالا در نظر گرفته شده اند. این مواد شامل آلیاژهایی هستند که در شرایط عادی مقاومت الکتریکی مشخصی حداقل 0.3 میکرومولار دارند. این مواد به طور گسترده ای در ساخت انواع بخاری های اندازه گیری و برقی ، مقاومت های نمونه ، مقاومت و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

به عنوان یک قاعده ، از آلیاژها برای تولید ابزارهای اندازه گیری الکتریکی ، مقاومت مدل و ریزاستات ها استفاده می شود که با ثبات بالای مقاومت ویژه آنها در طول زمان و ضریب مقاومت پایین دما مشخص می شوند. این مواد شامل منگنین ، ثابت و نیچروم هستند.

منگنز یک آلیاژ مس نیکل است که به طور متوسط ​​حاوی نیکل 2.5 ... 3.5٪ (با کبالت) ، 11.5 ... 13.5٪ منگنز ، 85.0 ... 89.0٪ مس است . دوپینگ با منگنز و همچنین انجام عملیات حرارتی ویژه با دمای 400 درجه سانتیگراد ، امکان تثبیت مقاومت منگنزین در محدوده دما از -100 تا + 100 ° C را فراهم می کند. منگنین از نظر ترمو EMF بسیار کمی در یک جفت با مس ، مقاومت بالایی در زمان برخوردار است و این باعث می شود تا در ساخت مقاومتها و ابزارهای اندازه گیری الکتریکی کلاسهای با بالاترین دقت مورد استفاده قرار گیرد.

کنستانتان همان عناصر منگنز را دارد اما در نسبت های مختلف: نیکل (با کبالت) 39 ... 41٪ ، منگنز 1 ... 2٪ ، مس 56.1 ... 59.1٪. مقاومت الکتریکی آن بستگی به دما ندارد.

نیکرومها آلیاژهای مبتنی بر آهن هستند که بسته به درجه آن ، کروم 15 ... 25٪ ، 55 ... 78٪ نیکل ، 1.5٪ منگنز دارند. آنها به دلیل مقادیر نزدیک ضرایب دما برای گسترش خطی این آلیاژها و فیلمهای اکسید آنها ، در ساخت عناصر گرمایش الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند ، زیرا در دمای بالا در هوا مقاومت خوبی دارند.

در بین آلیاژهای دارای مقاومت بالا ، که (بجز نیکروم) برای ساخت عناصر مختلف گرمایشی مورد استفاده گسترده قرار می گیرند ، لازم است آلیاژهای مقاوم در برابر گرما را feral و کروم ذکر کرد. آنها به سیستم Fe-Cr-Al تعلق دارند و در ترکیب آنها 0.7٪ منگنز ، 0.6٪ نیکل ، 12 ... 15٪ کروم ، 3.5 ... 5.5٪ آلومینیوم و مابقی از آهن هستند. این آلیاژها در برابر تخریب شیمیایی سطح تحت تأثیر رسانه های گازی مختلف در دماهای بالا بسیار مقاوم هستند.

6.1 روش انجام کار آزمایشگاهی شماره 2a

قبل از شروع ، با نمودار نصب ارائه شده در شکل 11 و ابزارهای لازم برای انجام اندازه گیری ها آشنا شوید.

مجموعه آزمایشگاهی از ترموستات تشکیل شده است که نمونه های مورد مطالعه در آن قرار گرفته اند و یک پل اندازه گیری MO-62 است که امکان اندازه گیری مقاومت یک نمونه را در زمان واقعی امکان پذیر می کند. برای خنک کردن اجباری نمونه ها (در دمای T\u003e 25 درجه سانتیگراد) یک فن در ترموستات نصب شده است و یک سطح دمپر در پشت آن وجود دارد. در سمت راست ترموستات سوئیچ شماره نمونه است.

شکل 11 - ظاهر و اندازه گیری کار آزمایشگاهی 2a

قبل از شروع کار ، کلیدهای "N چند برابر" را روی موقعیت 0.1 یا 0.01 قرار دهید (همانطور که در جدول نشان داده شده است) ، و پنج سوئیچ ده روزه - در موقعیت چپ چپ خلاف جهت عقربه های ساعت و مطمئن شوید که ترموستات خاموش است (سوئیچ را تغییر دهید در پانل جلوی ترموستات. در موقعیت فوقانی T≤25 درجه سانتیگراد) ، در غیر این صورت ، دمپر را باز کرده و فن را با سوئیچ ضامن واقع در زیر لامپ نشانگر روشن کنید و آن را تا زمانی که دمای عادی برسد ، به وضعیت پایین تر منتقل کنید ، سپس فن را خاموش کنید.

6.1.1 تعداد نمونه را بر -1 تنظیم کنید ، دمای مورد نظر را با استفاده از دماسنج نصب شده روی ترموستات تنظیم کنید. ضرب کننده پل اندازه گیری را به موقعیت 0.01 منتقل کنید ، سپس شبکه را با استفاده از سوئیچ ضامن واقع در سمت راست بالای پانل جلو روشن کنید و نشانگر شبکه روشن شود. با استفاده از سوئیچ های دهه ، با فشار دادن اولین دکمه اندازه گیری "دقیقا" اطمینان حاصل کنید که سوزن گالوانومتر در 0 است.

انتخاب مقاومت برای شروع با بالاترین دهه با تقریب های پی در پی ، مقدار حاصل را با ضرب ضرب کرده و آن را در جدول 3 بنویسید.

اندازه گیری ها را برای پنج نمونه بعدی تکرار کنید ، سپس ضرب را به حالت 0.1 منتقل کنید و اندازه گیری ها را برای نمونه ها 7-10 ادامه دهید.

6.1.2 سوئیچ شماره نمونه را به وضعیت اصلی خود برگردانید ، فلپ را در قسمت پشت ترموستات ببندید ، ترموستات را روشن کنید (سوئیچ در پنل جلویی کاملاً پایین است) و نمونه ها را تا 50-70 درجه سانتیگراد گرم کنید ، سپس ترموستات را خاموش کنید ، فلپ را باز کنید و تولید کنید. اندازه گیری مقاومت 10 نمونه مشابه پاراگراف 6.1.1 است و دمای مربوطه را برای هر اندازه گیری ثبت می کند.

تمام داده های ثبت شده در جدول 3. نتایج معلم را نشان می دهد.

6.2 روش انجام کار 2b

قبل از شروع ، خود را با نمودار نصب ارائه شده در شکل 12 و ابزارهای لازم برای اجرای آن آشنا کنید.

نصب شامل یک واحد اندازه گیری (BI) است ، که منبع تغذیه + 12 ولت در آن قرار دارد ، یک واحد اندازه گیری دما (BIT) ، یک ترموستات با نمونه های نصب شده در آن ،

فن برای خنک کردن اجباری نمونه ها ، نشانگر حالت های عملیاتی و دما ، امکانات سوئیچینگ (سوئیچ شماره نمونه ، حالت کار ، روشن کردن شبکه ، روشن کردن ترموستات و خنک کننده اجباری) و همچنین واحد RLC که امکان اندازه گیری مقاومت کلیه نمونه ها را در زمان واقعی با توجه به وظیفه دریافت شده .

شکل 12- ظاهر و اندازه گیری کار آزمایشگاهی 2b

قبل از تعویض نصب به شبکه ، اطمینان حاصل کنید که سوئیچ برق شبکه K1 که در سمت راست واحد اندازه گیری قرار دارد و سوئیچ برق RLC در وضعیت خاموش هستند.

6.2.1 در شبکه RLC و واحد اندازه گیری (BI) در شبکه وارد شوید.

6.2.2- سوئیچ K2 BI را در موقعیت مناسب (خاموش ترموستات) روشن کنید ، چراغ قرمز خاموش است.

6.2.3 حالت عملکرد BI سوئیچ جابجایی K4 در وضعیت پایین تری قرار دارد.

6.2.4 تعویض کلید "ضرب" - 1: 100 ، 1: 1 (موقعیت میانی).

6.2.5 سوئیچ ها P1 و P2 (شماره نمونه) - به موقعیت R1.

6.2.6 سوئیچ ضامن K3 (پنکه روشن) - خاموش (موقعیت پایین).

6.2.7 منبع تغذیه BI را روشن کنید (سوئیچ جابجایی K1 که در سمت راست BI قرار دارد در وضعیت "روشن" است ، چراغ سبز روشن می شود) ، سوئیچ جابجایی "چند برابر" را به 1: 100 تغییر دهید ، اطمینان حاصل کنید که دمای نمونه ها در 20 است 25 درجه سانتیگراد

قبلاً با فشار دادن یک دکمه روی پنل پشتی دستگاه ، صفحه نمایش دما را روشن کرده اید ، در غیر این صورت ، با استفاده از پیچ روی درب BI ، درب ترموستات را به سمت بالا بالا آورده و پنکه را روشن کنید و نمونه ها را تا حد مشخص شده خنک کنید.

6.2.8 قدرت دستگاه RLC را روشن کنید و حالت اندازه گیری مقاومت را روی آن انتخاب کنید.

6.2.9 با استفاده از کلید "N نمونه" در BI ، مقاومت 10 نمونه را در دمای اتاق (20-25) اندازه گیری کنید و سپس آن را به موقعیت اصلی خود برگردانید ، داده ها را در جدول 3 وارد کنید.

6.2.10 ترموستات را در BI روشن کنید ، موقعیت K2 "روشن" را روشن کنید (چراغ قرمز روشن شود) و تا 50-60 درجه سانتیگراد گرم شود ، درپوش فن را روی BI بالا آورده و فن را روشن کنید (K3 - up).

6.2.11 اندازه گیری مقاومت از 10 نمونه ، مشابه پاراگراف 6.2.9 ، در حالی که ثابت درجه حرارت در آن اندازه گیری برای هر نمونه است. داده ها را باید در جدول 3 وارد کنید. "نمونه N" را در موقعیت اولیه و ضرب - در موقعیت میانی تغییر دهید.

6.2.12 گرم کردن ترموستات را به T = 65 С ادامه دهید و درپوش فن را پایین بیاورید. ترموستات را خاموش کنید ، سوئیچ K2 در BI در وضعیت مناسب قرار دارد (چراغ قرمز خاموش است).

6.2.13 سوئیچ K4 "حالت کار" را به موقعیت 2 به BI و ضرب به موقعیت 1: 1 تغییر دهید ، درپوش فن را بلند کنید.

6.2.14 به طور متناوب R1 ، R2 ، R3 ، R4 را به طور متناوب انجام دهید (5-10) را در دمای (25-30) С قرار دهید و داده ها را در جدول 4 وارد کنید. هنگامی که دما می رسد (25-30) switch سوئیچ ضرب را تنظیم کنید - در موقعیت میانی ، سپس شبکه را در هر دو دستگاه خاموش کنید. (نمونه 1-مس ، نمونه 2- نیکل ، نمونه 3- ثابت ، نمونه 4- نیکروم).

این گزارش باید شامل موارد زیر باشد:

هدف از کار؛

توضیحات مختصر از طرح نصب؛

فرمولهای کاری ، توضیحات ، مثالهای محاسبه؛

نتایج تجربی به شکل جدول 1 (یا جداول 3 و 4) و دو نمودار وابستگی ρ و TKS در ترکیب آلیاژهای سیستمهای Cu-Ag و Cu-Ni و برای بخش 6.2.13-6.2.16 - وابستگی مقاومت (R) به t ℃ برای چهار نمونه؛

نتیجه گیری بر اساس نتایج آزمایشگاهی و مطالعه ادبیات توصیه شده است.

جدول 3 - بررسی میزان وابستگی ρ و TKS به ترکیب آلیاژ

طول هادی L = 2m؛ بخش S = 0.053 میکرومتر.
;
.

جدول 4 بررسی وابستگی مقاومت نمونه به دما

ادبیات

1 Pasynkov V.V.، Sorokin V.S. مواد مهندسی الکترونیک: کتاب درسی. - چاپ دوم. - م.: بالاتر مدرسه. ، 1986. - 367 ص.

2 کتابچه راهنمای کاربر از برق / اد. یو.و. کوریتسکی ، V.V. Pasynkova ، B.M. طاروا - م.: Energoizdat ، 1988. v.3.

3 مواد در ابزار دقیق و اتوماسیون. کتابچه راهنمای / اد. یو.م. پیاتینا ، - م.: ماشینوسترونی ، 1982.

4 Bondarenko G.G.، Kabanova T.A.، Rybalko V.V. علم مواد .- م.: انتشارات یوری ، 2012. 359 ص.

ρ · 10 2 ، TKS · 10 3،

موهم · متر 1 / تگرگ

Ag 100 80 60 40 20 0

مس 0 20 40 60 80 100

ρ · 10 ، TKS ،

موهم · متر 1 / تگرگ.

مس 100 80 60 40 20 0

Ni 0 20 40 60 80 100

برنامه برای معلم - Kirshina I.A. - Assoc. ، دکتری

مقاومت الکتریکی تقریباً در تمام مواد بستگی به دما دارد. ماهیت این وابستگی برای مواد مختلف متفاوت است.

در فلزات با ساختار بلوری ، مسیر آزاد شدن الکترونها به عنوان حامل بار با برخورد آنها با یونهایی که در سایتهای شبکه بلوری قرار دارند محدود شده است. در برخورد ، انرژی جنبشی الکترون ها به شبکه منتقل می شود. بعد از هر برخورد ، الکترونها تحت عمل نیروهای میدان الکتریکی ، دوباره سرعت خود را جمع می کنند و در اثر برخورد زیر انرژی به دست آمده را به یونهای شبکه کریستالی می رسانند و ارتعاشات آنها را افزایش می دهند ، که منجر به افزایش دمای ماده می شود. بنابراین ، الکترون ها می توانند به عنوان واسطه در تبدیل انرژی الکتریکی به گرما در نظر گرفته شوند. افزایش دما با افزایش حرارتی هرج و مرج ذرات یک ماده همراه است که منجر به افزایش تعداد برخورد الکترون ها با آنها می شود و مانع از حرکت منظم الکترون ها می شود.

برای بیشتر فلزات ، در دمای کارکرد ، مقاومت به صورت خطی افزایش می یابد.

کجا و - مقاومت خاص در دماهای اولیه و نهایی؛

- ثابت برای این ضریب فلزی ، به نام ضریب دما مقاومت (TKS).

T1i T2 - دمای اولیه و نهایی.

برای هادی های نوع دوم ، افزایش دما منجر به افزایش یونیزاسیون آنها می شود ؛ بنابراین ، TKS از این نوع هادی ها منفی است.

مقادیر مقاومت مواد و TKS آنها در كتابهای مرجع آورده شده است. معمولاً مقادیر مقاومت در دمای 20+ درجه سانتیگراد داده می شود.

مقاومت هادی با بیان مشخص می شود

R2 = R1
(2.1.2)

مثال 3 وظیفه

اگر خط مقطع سیم S = مقاومت خط انتقال سیم دو سیم را در دمای + 20 درجه سانتیگراد و +40 درجه سانتیگراد تعیین کنید.

120 میلی متر و طول خط l = 10 کیلومتر است.

راه حل

طبق جداول مرجع ، مقاومت را می یابیم مس در دمای 20 درجه سانتیگراد و ضریب مقاومت در برابر دما :

= 0،0175 اهم میلی متر / متر؛ = 0.004 درجه .

مقاومت سیم را در دمای T1 = +20 درجه سانتیگراد با فرمول R = تعیین کنید با توجه به طول سیمهای رو به جلو و معکوس خط:

R1 = 0، 0175
2 = 2.917 اهم.

مقاومت سیمها در دمای 40 درجه سانتیگراد که با فرمول (2.1.2) می یابیم

R2 = 2.917 = 3.15 اهم.

وظیفه

خط سه سیم هوا با طول L با سیم ساخته شده است ، که علامت آن در جدول 2.1 آورده شده است. لازم است مقدار مشخص شده با علامت "؟" را با استفاده از مثال ذکر شده پیدا کنید و گزینه را با داده های مشخص شده در جدول 2.1 انتخاب کنید.

لازم به ذکر است که این مشکل برخلاف مثال ، محاسبات مرتبط با یک خط سیم واحد را ارائه می دهد. در نمرات سیمهای عایق بندی شده ، نامه مواد سیم (A - آلومینیوم ؛ M - مس) و عدد - مقطع سیم را درمیلی متر .

جدول 2.1

مطالعه مطالب موضوع با کار با تست های شماره 2 به پایان می رسد (TOE-

ETM / PM "و شماره 3 (TOE - ETM / IM)

ذرات رسانا (مولکولها ، اتمها ، یونها) که در تشکیل جریان دخیل نیستند ، در حرکت حرارتی قرار دارند و ذراتی که جریان ایجاد می کنند همزمان با حرکت حرارتی و در جهت ها تحت عمل یک میدان الکتریکی قرار دارند. به همین دلیل ، بین ذراتی که جریان را تشکیل می دهند و ذراتی که در شکل گیری آن دخیل نیستند ، برخوردهای بی شماری رخ می دهد ، که در مرحله اول بخشی از انرژی منبع فعلی منتقل شده توسط آنها به دوم منتقل می شود. هرچه برخورد بیشتر باشد ، سرعت حرکت منظم ذرات تشکیل دهنده جریان کندتر می شود. همانطور که از فرمول مشخص است من = ennd، کاهش سرعت منجر به کاهش جریان می شود. به مقیاس مقیاس مشخص کننده خاصیت رسانا برای کاهش آمپر می گویند مقاومت رسانا.  از فرمول قانون اهم ، مقاومت اهم - مقاومت رسانا ، که در آن جریان با نیرو بدست می آید 1 ع  در ولتاژ در انتهای هادی در 1 در.

مقاومت رسانا به طول l ، مقطع S و ماده آن بستگی دارد که با مقاومت مشخص می شود هرچه هادی طولانی تر باشد ، در واحد زمان بیشتر برخورد ذرات تشکیل دهنده جریان بیشتر می شود ، با ذراتی که در شکل گیری آن شرکت نمی کنند و بنابراین مقاومت رسانا بیشتر می شود. هرچه سطح مقطع رسانا کوچکتر باشد ، جریان ذرات تشکیل دهنده جریان متراکم تر خواهد بود و بیشتر آنها با ذراتی که در شکل گیری آن شرکت نمی کنند ، برخورد می کنند و بنابراین مقاومت هادی بیشتر است.

تحت عمل یک میدان الکتریکی ، ذراتی که جریان را بین برخورد ایجاد می کنند به سرعت حرکت می کنند و به دلیل انرژی میدان ، انرژی جنبشی آنها افزایش می یابد. هنگام برخورد با ذراتی که جریان ایجاد نمی کنند ، بخشی از انرژی جنبشی خود را به آنها منتقل می کنند. در نتیجه ، انرژی داخلی رسانا افزایش می یابد که در گرمایش از بیرون نمایان می شود. در نظر بگیرید که آیا مقاومت هادی هنگام گرم شدن تغییر می کند یا خیر.

در مدار الکتریکی سیم پیچ فولادی وجود دارد (رشته ، شکل 81 ، الف). با بسته شدن مدار ، شروع به گرم کردن سیم خواهیم کرد. هرچه بیشتر آن را گرم کنیم ، آمپراژ کمتر نشان می دهد. کاهش آن به این دلیل است که با گرم شدن فلزات ، مقاومت آنها افزایش می یابد. بنابراین ، مقاومت موی لامپ در هنگام خاموش شدن تقریباً است 20 اهمدر حالی که آن را می سوزاند (2900 درجه سانتیگراد) - 260 اهم. هنگامی که یک فلز گرم می شود ، حرکت حرارتی الکترون ها و سرعت نوسان یون ها در شبکه کریستال افزایش می یابد ، در نتیجه تعداد تعداد الکترون های تشکیل دهنده جریان با یون ها افزایش می یابد. این باعث افزایش مقاومت رساننده * می شود. در فلزات ، الکترون های غیر آزاد به شدت به یون ها متصل می شوند ؛ بنابراین ، هنگامی که فلزات گرم می شوند ، تعداد الکترون های آزاد تقریباً بدون تغییر باقی می ماند.

* (براساس تئوری الکترونیکی ، نمی توان قانون دقیق وابستگی مقاومت به دما را به دست آورد. چنین قانونی توسط تئوری کوانتومی تأسیس می شود ، که در آن یک الکترون به عنوان ذره ای که دارای خواص موج است ، و حرکت یک الکترون هدایت از طریق یک فلز به عنوان یک فرآیند انتشار امواج الکترون در نظر گرفته می شود ، که طول آن با رابطه د بروگلی مشخص می شود.)

آزمایشات نشان می دهد که هنگامی که دمای رسانای مواد مختلف با همان درجه درجه تغییر می کند ، مقاومت آنها به طور نابرابر تغییر می کند. به عنوان مثال ، اگر هادی مس مقاومت داشته باشد 1 اهمبعد از گرم کردن 1 درجه سانتیگراد  او مقاومت خواهد کرد 1،004 اهمو تنگستن - 1،005 اهم برای توصیف وابستگی مقاومت یک هادی به درجه حرارت آن ، مقداری معرفی می شود به نام ضریب دما مقاومت. مقدار مقیاس اندازه گیری شده با تغییر در مقاومت یک هادی در 1 اهم ، که در دمای 0 درجه سانتیگراد گرفته شده است ، از تغییر درجه حرارت آن تا 1 درجه سانتیگراد ، ضریب دما مقاومت α نامیده می شود.. بنابراین ، برای تنگستن ، این ضریب برابر است 0.005 درجه -1برای مس - 0.004 درجه -1.  ضریب دما مقاومت بستگی به دما دارد. برای فلزات ، با توجه به دما کمی تغییر می کند. با داشتن دامنه دما کمی ، برای این ماده ثابت تلقی می شود.

ما یک فرمول بدست می آوریم که با در نظر گرفتن دمای آن ، مقاومت رسانا را محاسبه می کند. فرض کنید که R 0  - مقاومت رسانا در 0 درجه سانتیگرادهنگام گرم شدن 1 درجه سانتیگراد  افزایش می یابد αR 0، و هنگام گرم شدن درجه سانتیگراد  - در αRt °  و می شود R = R 0 + αR 0 t °یا

وابستگی مقاومت فلزات به دما در نظر گرفته شده است ، به عنوان مثال در ساخت مارپیچ های بخاری برقی ، لامپ ها: طول سیم مارپیچ و آمپراژ مجاز از مقاومت آنها در حالت گرم شده محاسبه می شود. وابستگی مقاومت فلزات به دما در دماسنج های مقاومت استفاده می شود که برای اندازه گیری درجه حرارت موتورهای حرارتی ، توربین های گازی ، فلز در کوره های انفجار و غیره استفاده می شود. در مورد محافظ انتهای آن در یک مدار الکتریکی با یک آمپر تعبیه شده است ، که مقیاس آن در درجه فارغ التحصیل شده است. هنگامی که مارپیچ گرم می شود ، جریان موجود در مدار کاهش می یابد و باعث حرکت سوزن آمپرمتر می شود که دما را نشان می دهد.

معکوس مقاومت این منطقه ، زنجیره نامیده می شود هادی رسانای الکتریکی  (هدایت الکتریکی). رسانایی هادی هرچه هدایت هادی بیشتر باشد ، مقاومت آن پایین تر است و جریان را بهتر انجام می دهد. نام واحد هدایت   مقاومت رسانا 1 اهم  به نام سیامز

با كاهش مقاومت دما فلزات كاهش مي يابد. اما فلزات و آلیاژهایی وجود دارد که مقاومت آنها در یک پرش کم برای هر فلز و آلیاژ تعیین می شود ، ناگهان کاهش می یابد و تقریباً صفر می شود - تقریباً صفر (شکل 81 ، ب). در حال آمدن است ابررسانایی - هادی عملا هیچ مقاومتی ندارد ، و هنگامی که جریان هیجان زده در آن برای مدت طولانی وجود داشته باشد در حالی که هادی در دمای ابررسانایی است (در یکی از آزمایشات جریان بیش از یک سال مشاهده شده است). وقتی یک جریان از ابررسانا عبور می کند 1200 a / mm 2  هیچ رهایی از حرارت مشاهده نشد. فلزات یکپارچه ، که بهترین رسانای جریان هستند ، تا دمای بسیار پایین که آزمایشها در آن انجام شده اند ، به حالت ابررسانا منتقل نمی شوند. به عنوان مثال ، در این آزمایشات ، مس خنک شد 0،0156 ° K ،  طلا - به 0.0204 ° K.  اگر به دست آوردن آلیاژهایی با ابررسانایی در دماهای معمولی امکان پذیر بود ، این امر برای مهندسی برق از اهمیت بالایی برخوردار است.

مطابق مفاهیم مدرن ، علت اصلی ابررسانایی تشکیل جفت های الکترونی محدود شده است. در دمای ابررسانایی بین الکترون های آزاد ، نیروهای مبادله شروع به فعالیت می کنند و باعث می شوند که الکترون ها جفت های الکترونی محدود شده را تشکیل دهند. چنین گاز الکترونیکی از جفت الکترونهای محدود دارای خاصیت های متفاوتی نسبت به گاز الکترونی معمولی است - در یک ابررسانا بدون اصطکاک درمورد محل های شبکه حرکت می کند.