Dengan suhu konduktor yang semakin meningkat, bilangan perlanggaran elektron bebas dengan atom meningkat. Akibatnya, halaju purata gerak elektron yang diarahkan berkurangan, yang sepadan dengan peningkatan rintangan konduktor.

Sebaliknya, apabila suhu meningkat, bilangan elektron dan ion bebas per unit jumlah konduktor bertambah, yang mengakibatkan pengurangan rintangan konduktor.

Bergantung pada dominasi satu atau faktor lain, apabila suhu meningkat, rintangan sama ada meningkat (logam), atau berkurangan (arang batu, elektrolit), atau kekal hampir tidak berubah (aloi logam, seperti mangain).

Dengan perubahan suhu kecil (0-100 ° C), kenaikan relatif rintangan yang bersamaan dengan pemanasan sebanyak 1 ° C, dipanggil pekali suhu rintangan a, untuk kebanyakan logam tetap malar.

Setelah ditunjuk - rintangan pada suhu, kita boleh menulis ungkapan kenaikan rintangan relatif dengan peningkatan suhu dari:

Nilai pekali rintangan suhu untuk pelbagai bahan diberikan dalam Jadual. 2-2.

Dari ungkapan (2-18) ia mengikuti itu

Rumusan yang terhasil (2-20) memungkinkan untuk menentukan suhu dawai (penggulungan), jika anda mengukur rintangannya pada nilai-nilai yang diberikan atau diketahui.

Contoh 2-3. Tentukan ketahanan wayar konduktor udara pada suhu jika panjang garis adalah 400 m, dan seksyen salib wayar tembaga

Rintangan talian pada suhu

Resistivitas, dan oleh itu, rintangan logam, bergantung pada suhu, meningkat dengan pertumbuhannya. Ketergantungan suhu rintangan konduktor disebabkan oleh fakta bahawa

1. intensiti penyerakan (bilangan perlanggaran) pembawa caj bertambah dengan peningkatan suhu;
2. kepekatan mereka berubah apabila konduktor dipanaskan.

Pengalaman menunjukkan bahawa pada suhu tidak terlalu tinggi dan tidak terlalu rendah, kebergantungan terhadap daya tahan dan rintangan konduktor pada suhu dinyatakan oleh formula:

   \\ (~ \\ rho_t \u003d \\ rho_0 (1 + \\ alpha t), \\) \\ (~ R_t \u003d R_0 (1 + \\ alpha t), \\

di mana ρ 0 , ρ   t ialah rintangan khusus bahan konduktor, masing-masing, pada 0 ° C dan t  ° C; R 0 , R  t ialah rintangan konduktor pada 0 ° C dan t  ° С α   - pekali suhu rintangan: diukur dalam SI di Kelvin tolak ijazah pertama (K -1). Untuk konduktor logam, formula ini boleh digunakan bermula dari suhu 140 K dan ke atas.

Pekali suhu  rintangan bahan mencirikan pergantungan perubahan rintangan apabila pemanasan pada jenis bahan. Ia bersamaan dengan perubahan rintangan relatif (resistivitas) konduktor apabila dipanaskan oleh 1 K.

   \\ (~ \\ mathcal h \\ alpha \\ mathcal i \u003d \\ frac (1 \\ cdot \\ Delta \\ rho) (\\ rho \\ Delta T), \\

di mana \\ (~ \\ mathcal h \\ alpha \\ mathcal i \\) adalah nilai purata pekali suhu rintangan dalam selang Δ Τ .

Untuk semua konduktor logam α   \u003e 0 dan berbeza sedikit dengan suhu. Logam tulen α   \u003d 1/273 K -1. Logam mempunyai kepekatan pembawa caj percuma (elektron) n  \u003d const dan peningkatan ρ   berlaku disebabkan oleh peningkatan dalam intensiti hamburan elektron bebas pada ion kisi kristal.

Untuk penyelesaian elektrolit α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α   \u003d -0.02 K -1. Rintangan elektrolit berkurang dengan peningkatan suhu, karena peningkatan jumlah ion bebas akibat pemisahan molekul melebihi pertumbuhan hamburan ion dalam pelanggaran dengan molekul pelarut.

Formula ketergantungan ρ   dan R pada suhu untuk elektrolit adalah sama dengan formula di atas untuk konduktor logam. Perlu diingatkan bahawa hubungan linear ini hanya disimpan dalam julat suhu kecil, di mana α   \u003d const. Untuk jangka masa yang banyak variasi suhu, pergantungan rintangan elektrolit pada suhu menjadi tidak linear.

Secara grafiknya, ketahanan rintangan konduktor logam dan elektrolit pada suhu ditunjukkan dalam Rajah 1, a, b.

Pada suhu yang sangat rendah, dekat dengan sifar mutlak (-273 ° C), rintangan banyak logam tiba-tiba jatuh ke sifar. Fenomena ini dipanggil superkonduktiviti. Logam ini memasuki keadaan superconducting.

Ketergantungan terhadap rintangan logam pada suhu digunakan dalam termometer rintangan. Biasanya, dawai platinum diambil sebagai badan termometrik termometer seperti itu, pergantungan ketahanan terhadap suhu telah dikaji dengan cukup.

Perubahan suhu dinilai oleh perubahan rintangan wayar, yang boleh diukur. Termometer sedemikian boleh mengukur suhu yang sangat rendah dan sangat tinggi apabila termometer cecair konvensional tidak sesuai.

Kesusasteraan

Aksenovich L. A. Fizik di sekolah menengah: Teori. Tugas. Ujian: Buku teks. elaun bagi institusi yang menyediakan obsch. persekitaran, pendidikan / L.A. Aksenovich, N.N.Rakina, K.S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Minsk: Adukatsyya i Vyhvanna, 2004. - C. 256-257.

Dalam kristal ideal, jalur bebas elektron bebas adalah tak terhingga, dan rintangan kepada arus elektrik adalah sifar. Ini disahkan oleh kenyataan bahawa rintangan logam annei tulen cenderung kepada sifar apabila suhu mendekati sifar mutlak. Harta elektron untuk bergerak bebas dalam kisi kristal yang ideal tidak mempunyai analog dalam mekanik klasik. Penyebaran, yang membawa kepada kemunculan rintangan, berlaku dalam kes-kes di mana terdapat kecacatan struktur dalam kekisi.

Adalah diketahui bahawa hamburan gelombang yang berkesan berlaku apabila saiz pusat hamburan (kecacatan) melebihi seperempat panjang gelombang. Dalam logam, tenaga elektron pengaliran adalah 3-15 eV. Tenaga ini sepadan dengan panjang gelombang 3 - 7. Oleh itu, sebarang ketidakupayaan mikro struktur menghalang penyebaran gelombang elektronik, menyebabkan peningkatan ketahanan bahan tersebut.

Dalam logam tulen struktur sempurna, satu-satunya sebab untuk mengehadkan elektron bermakna laluan bebas ialah ayunan haba atom di tapak kekisi. Rintangan elektrik logam disebabkan oleh faktor termal dilambangkan oleh ρ hangat. Adalah agak jelas bahawa dengan peningkatan suhu, amplitud dari pengayun haba atom dan kenaikan yang berkaitan dengan peningkatan kisi berkala. Dan ini, seterusnya, meningkatkan penyebaran elektron dan menyebabkan peningkatan daya tahan. Untuk menentukan sifat ketergantungan suhu resistiviti secara kualitatif, kami menggunakan model ringkas berikut. Keamatan hamburan adalah berkadar terus dengan keratan rentas sfera sfera, yang diduduki oleh atom berayun, dan luas keratan rentas berkadaran dengan kuadrat amplitud getaran termal.

Tenaga potensi atom yang menyimpang oleh ΔA  dari tapak kisi ditentukan oleh ungkapan

, (9)

di mana kpr ialah koefisien gandingan elastik, yang cenderung mengembalikan atom ke kedudukan keseimbangan.

Mengikut statistik klasik, tenaga purata satu oscillator harmonik satu dimensi (atom berayun) ialah kT.

Atas dasar ini, kita menulis kesamaan berikut:

Adalah mudah untuk membuktikan bahawa elektron bermakna laluan bebas dari atom N adalah berkadar berbanding dengan suhu:

(10)

Perlu diingatkan bahawa nisbah yang dihasilkan tidak berpuas hati pada suhu rendah. Faktanya ialah dengan penurunan suhu, bukan sahaja amplitud getaran haba atom, tetapi juga frekuensi ayunan boleh berkurangan. Oleh itu, di rantau suhu rendah, penyebaran elektron oleh getaran terma tapak kisi menjadi tidak berkesan. Interaksi elektron dengan atom berayun hanya sedikit mengubah momentum elektron. Dalam teori pengayun atom dalam kisi, suhu dianggarkan sehubungan dengan beberapa suhu ciri, yang dipanggil suhu Debye ΘD. Suhu Debye menentukan kekerapan maksimum ayunan termal yang boleh teruja dalam kristal:

Suhu ini bergantung kepada kekuatan ikatan antara tapak kekisi dan merupakan parameter penting padu.

Apabila T   D  Resistensi logam bervariasi secara linear dengan suhu (Rajah 6, bahagian III).

Apabila eksperimen menunjukkan, penghampiran linear ketergantungan suhu т (T) juga sah sehingga suhu mengikut urutan (2/3) Ddi mana kesilapan tidak melebihi 10%. Bagi kebanyakan logam, suhu ciri Debye tidak melebihi 400-450 K. Oleh itu, perkiraan linear biasanya berlaku pada suhu dari suhu bilik dan ke atas. Di rantau suhu rendah (T D), di mana penurunan rintangan khusus disebabkan oleh penghapusan beransur-ansur semua kekerapan dan kekerapan terma ayunan terma (fonon), teori itu meramalkan kebergantungan kuasa t t 5. Dalam fizik, hubungan ini dikenali sebagai undang-undang Bloch-Gruneisen. Selang suhu di mana terdapat ketergantungan kuasa tajam  t (T) biasanya agak kecil, dengan nilai eksperimen eksponen dalam julat dari 4 hingga 6.

Di rantau sempit I, yang mana beberapa Kelvin, beberapa logam boleh mempamerkan keadaan superkonduktiviti (lebih tinggi di bawah) dan angka menunjukkan lonjakan dalam resistiviti pada suhu T St. Dalam logam tulen struktur yang sempurna, apabila suhu cenderung OK, daya rintangan juga cenderung kepada 0 (lengkung putus-putus), dan jalan bebas minus bergegas ke tak terhingga. Walaupun pada suhu biasa, jalur bebas elektron dalam logam adalah beratus kali lebih lama daripada jarak antara atom (Jadual 2).

Rajah 6 - Ketergantungan terhadap pengaliran suatu konduktor logam pada suhu dalam julat suhu yang luas: a, b, c - opsyen untuk mengubah ketahanan pelbagai logam cair

Jadual 2 - Purata elektron bermakna laluan bebas pada 0ovі untuk beberapa logam

Di dalam rantau peralihan II, peningkatan yang pesat dalam rintangan ρ (T) berlaku, di mana n boleh sehingga 5 dan secara beransur-ansur berkurang dengan peningkatan suhu  hingga 1 pada T \u003d D.

Rantau linear (rantau III) dalam ketergantungan suhu  (T) untuk kebanyakan logam meluas pada suhu yang hampir dengan titik lebur. Pengecualian kepada peraturan ini adalah logam feromagnetik, di mana penyebaran elektron tambahan berlaku pada gangguan susunan putaran. Berhampiran titik lebur, iaitu di rantau IV, permulaannya dicatatkan pada angka 6 dengan suhu T nl, dan dalam logam biasa sesetengah sisihan dari pergantungan linear dapat diperhatikan.

Semasa peralihan dari pepejal ke keadaan cecair, kebanyakan logam memperlihatkan peningkatan dalam resistiviti kira-kira 1.5-2 kali, walaupun terdapat kes yang luar biasa: untuk bahan dengan struktur kristal kompleks seperti bismut dan galium, lebur disertai oleh penurunan.

Eksperimen ini mendedahkan corak berikut: jika lebur logam disertakan dengan peningkatan jumlah, maka resistiviti meningkat dengan tiba-tiba; untuk logam dengan perubahan volum bertentangan, penurunan dalam ρ berlaku.

Semasa lebur, tiada perubahan ketara dalam bilangan elektron bebas atau sifat interaksi mereka. Proses gangguan, pelanggaran susunan selanjutnya dalam susunan atom, mempunyai pengaruh yang menentukan terhadap perubahan dalam ρ. Anomali yang diamati dalam perilaku sesetengah logam (Ga, Bi) boleh dijelaskan oleh peningkatan dalam modulus mampatan semasa peleburan bahan-bahan ini, yang harus disertai dengan pengurangan amplitud getaran termal atom.

Perubahan relatif dalam resistiviti dengan perubahan suhu satu kelvin (ijazah) dipanggil pekali suhu kerintangan:

(11)

Tanda positif α ρ sepadan dengan kes apabila resistiviti di sekitar titik ini meningkat dengan peningkatan suhu. Nilai α ρ juga merupakan fungsi suhu. Dalam bidang kebergantungan linear ρ (T) ungkapan berikut adalah benar:

di mana ρ 0 dan α ρ adalah rintangan khusus dan pekali suhu rintangan tertentu, dirujuk kepada permulaan julat suhu, iaitu suhu T0; rintangan khusus-pada suhu T.

Hubungan antara koefisien suhu rintangan dan rintangan adalah seperti berikut:

(13)

di mana α 0 adalah pekali suhu rintangan perintang yang diberi; α 1 - pekali suhu pengembangan bahan elemen rintangan.

Bagi logam tulen, α ρ \u003e\u003e α 1, oleh itu, mereka mempunyai α ρ≈ α R. Walau bagaimanapun, untuk aloi logam termostable, perkiraan ini ternyata tidak adil.

3 Kesan kekotoran dan kecacatan struktur lain pada resistensi logam.

Seperti yang dinyatakan, punca penyebaran gelombang elektron dalam logam tidak hanya getaran haba pada tapak kekisi, tetapi juga kecacatan struktur statik, yang juga melanggar kekerapan medan potensi kristal. Penyebaran pada struktur statik tidak bergantung kepada suhu. Oleh itu, apabila suhu menghampiri sifar mutlak, rintangan logam sebenar cenderung kepada beberapa nilai malar, yang dipanggil rintangan sisa (Rajah 6). Ini membayangkan peraturan Mattissen mengenai keterlaluan resistivitas:

, (14)

jadi. Kesimpulan total logam adalah jumlah daya rintangan disebabkan oleh penyebaran elektron oleh getaran termal dari kisi-kisi kristal kristal, dan residual resistor akibat penyebaran elektron oleh kecacatan struktur statik.

Pengecualian kepada peraturan ini adalah superconducting logam, di mana rintangannya hilang di bawah suhu kritikal tertentu.

Sumbangan yang paling ketara terhadap rintangan sisa dibuat dengan hamburan oleh kekotoran, yang selalu ada dalam pengalir sebenar, sama ada dalam bentuk pencemaran atau dalam bentuk pengadunan (iaitu, sengaja diperkenalkan) elemen. Harus diingat bahawa sebarang aditif pencemaran membawa kepada peningkatan dalam , walaupun ia mempunyai kekonduksian yang lebih tinggi berbanding logam dasar. Oleh itu, pengenalan kepada konduktor tembaga 0.01 pada. Perkadaran pengoksidaan perak menyebabkan peningkatan ketahanan tembaga sebanyak 0.002 μm m. Ia telah ditubuhkan secara eksperimen dengan kandungan kekotoran yang rendah, resistiviti bertambah dalam kadar kepekatan atom-atom kekotoran.

Satu ilustrasi peraturan Mattissen ialah Rajah 7, dari mana ia dapat dilihat bahawa ketahanan suhu rintangan tertentu tembaga tulen dan aloinya dengan jumlah yang kecil (sehingga kira-kira 4 pada.%) Daripada indium, antimoni, timah, arsenik adalah saling selari.

Rajah 7 - Ketergantungan suhu rintangan paduan aloi jenis penyelesaian pepejal, yang menggambarkan peraturan Matissen: 1 - Cu tulen;

2 - Cu - 1.03 pada.% Dalam; 3 - Cu - 1.12 pada.% Nl

Kekotoran yang berbeza mempengaruhi rintangan sisa pengalir metalik dalam pelbagai cara. Kecekapan hamburan pencemaran ditentukan oleh potensi pertengkaran dalam kisi, nilai yang lebih tinggi, lebih kuatnya valensi atom-atom pencemaran dan pelarut logam (asas) berbeza.

Untuk logam monovalen, perubahan rintangan sisa oleh 1 pada.% Impurity (pekali "kekotoran" rintangan elektrik) mematuhi peraturan Linde:

, (15)

di mana a dan b adalah pemalar bergantung kepada jenis logam dan tempoh atom yang mencemarkan berada dalam Elemen Sistem Berkala;  Z  - perbezaan antara valensi logam - pelarut dan atom pencemaran.

Dari rumus 15, kesan kesan kekotoran metaloid pada pengurangan kekonduksian, adalah lebih kuat daripada kesan kekotoran unsur-unsur logam.

Selain kekotoran, beberapa sumbangan terhadap rintangan sisa dibuat oleh kecacatan strukturnya sendiri - kekosongan, atom interstisial, dislokasi, sempadan bijian. Kepekatan titik kecacatan meningkat secara eksponen dengan suhu dan boleh mencapai nilai tinggi berhampiran titik lebur. Di samping itu, kekosongan dan atom interstitial mudah timbul dalam bahan apabila disinari dengan zarah tenaga tinggi, sebagai contoh, neutron dari reaktor atau ion dari pemecut. Nilai rintangan diukur boleh digunakan untuk menilai tahap radiasi sinaran kisi. Dengan cara yang sama, seseorang dapat mengesan pemulihan (penyepuhlindapan) sampel yang disinadi.

Perubahan rintangan sisa tembaga sebanyak 1 pada.% Kecacatan titik ialah: dalam hal kekosongan, 0.010 hingga 0.015 μOhm Ω; dalam kes atom interstitial, 0.005-0.010 μOhm  Ω.

Rintangan sisa adalah ciri yang sangat sensitif terhadap kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur logam. Dalam praktiknya, apabila bekerja dengan logam yang mempunyai ketulenan tinggi untuk menilai kandungan kekotoran, nisbah rintangan spesifik pada suhu bilik dan suhu helium cair diukur:

Pembersih logam, semakin besar nilai. Dalam logam purba (tahap kesucian ialah 99.99999%), parameter  adalah dari urutan 10 5.

Penguraian yang disebabkan oleh keadaan tegasan mempunyai pengaruh yang besar terhadap daya tahan logam dan aloi. Walau bagaimanapun, tahap pengaruh ini ditentukan oleh sifat tekanan. Sebagai contoh, dengan pemampatan serba serbi untuk kebanyakan logam, resistensi menurun. Ini adalah kerana pendekatan atom dan penurunan amplitud getaran haba kisi.

Pengubahan plastik dan pengerasan kerja sentiasa meningkatkan daya tahan logam dan aloi. Walau bagaimanapun, peningkatan ini walaupun dengan pengerasan kerja yang signifikan logam murni berjumlah beberapa peratus.

Pengerasan haba membawa kepada peningkatan , yang dikaitkan dengan gangguan kisi, penampilan tekanan dalaman. Semasa penghabluran semula dengan rawatan haba (penyepuhlindapan), resistiviti dapat dikurangkan kepada nilai awal, kerana kecacatan itu sembuh dan tekanan dalaman dikeluarkan.

Kekhususan penyelesaian pepejal adalah bahawa inti boleh banyak (banyak kali) melebihi komponen termal.

Bagi banyak aloi komponen dua, perubahan dalam OST OST bergantung kepada komposisi digambarkan dengan ketergantungan parabola jenis

di mana C adalah malar bergantung kepada jenis aloi; x a dan x dalam - pecahan atom komponen dalam aloi.

Nilai 16 dipanggil undang-undang Nordheim. Oleh itu, dalam larutan pepejal binari A - B, rintangan sisa bertambah baik apabila atom B ditambahkan kepada logam A (penyelesaian pepejal ) dan apabila atom A ditambah kepada logam B (larutan padat pricer), dan perubahan ini dicirikan oleh lengkung simetri . Dalam siri berterusan penyelesaian pepejal, resistensi adalah lebih besar, lebih lanjut dalam komposisinya aloi dipisahkan dari komponen tulen. Rintangan sisa mencapai nilai maksima pada kandungan yang sama bagi setiap komponen (x a \u003d x в \u003d 0.5).

Undang-undang Nordheim menggambarkan secara tepat perubahan dalam rintangan penyelesaian pepejal yang berterusan jika tiada peralihan fasa dipatuhi dengan perubahan dalam komposisi dan tiada komponen mereka tergolong dalam bilangan peralihan atau elemen jarang-bumi. Satu contoh sistem sedemikian boleh berfungsi sebagai aloi Au - Ag, Cu - Ag, Cu - Au, W - Mo, dll.

Penyelesaian pepejal, komponennya adalah logam peralihan (Rajah 8), berkelakuan agak berbeza. Dalam kes ini, pada kepekatan tinggi komponen, rintangan sisa yang besar yang besar diperhatikan, yang dikaitkan dengan peralihan sebahagian daripada elektron valensi kepada atom logam peralihan yang tidak terisi dalaman. Di samping itu, dalam aloi sedemikian, maksimum  sering sepadan dengan kepekatan selain 50%.

Rajah 8 - Ketahanan rintangan tertentu (1) dan pekali suhu rintangan khusus (2) aloi tembaga-nikel pada peratusan komponen

Semakin tinggi kerintangan aloi, semakin kecil α ρnya. Ini adalah dari fakta bahawa dalam penyelesaian pepejal "cond", sebagai peraturan, jauh melebihi  t dan tidak bergantung kepada suhu. Selaras dengan penentuan pekali suhu

(17)

Memandangkan bahawa α ρ logam tulen sedikit berbeza dari satu sama lain, ungkapan 17 boleh dengan mudah ditukar kepada bentuk berikut:

(18)

Dalam larutan pepejal pekat, gua biasanya melebihi dengan urutan magnitud atau lebih daripada ρ t Oleh itu, α ρ cfl boleh jauh lebih rendah daripada α ρ logam tulen. Pengeluaran bahan konduktif termostable adalah berdasarkan pada ini. Dalam banyak kes, kebergantungan suhu terhadap rintangan aloi ternyata menjadi lebih kompleks daripada yang dihasilkan daripada corak aditif yang mudah. Pekali suhu kerintangan aloi boleh jauh lebih rendah daripada nisbah yang diramalkan 18. Anomali yang tercatat jelas ditunjukkan dalam aloi tembaga-nikel (Rajah 8). Dalam sesetengah aloi, pada nisbah tertentu komponen, negatif α ρ diperhatikan (dalam constantan).

Perubahan seperti ρ dan α ρ dari peratusan komponen aloi boleh dijelaskan oleh hakikat bahawa dengan komposisi dan struktur yang lebih kompleks, berbanding dengan logam tulen, aloi tidak boleh dianggap sebagai logam klasik. Perubahan kekonduksian mereka disebabkan, bukan sahaja oleh perubahan dalam laluan bebas elektron bebas, tetapi, dalam beberapa kes, dengan peningkatan separa dalam kepekatan pembawa caj, dengan peningkatan suhu. A aloi di mana penurunan dalam laluan percuma min dengan peningkatan suhu dikompensasikan oleh peningkatan dalam kepekatan pembawa caj mempunyai pekali suhu sifar resistivity.

Dalam penyelesaian cair, apabila salah satu komponen (contohnya, komponen B) dicirikan oleh kepekatan yang sangat rendah dan boleh dianggap sebagai campuran, dalam rumus 16, tanpa mengorbankan ketepatan, anda boleh meletakkan (1-x) 1. Kemudian kita tiba di hubungan linear antara rintangan sisa dan kepekatan atom-atom pencemaran dalam logam:

,

di mana pemalar C menyifatkan perubahan dalam rintangan sisa  r OST untuk 1 pada.

Sesetengah aloi cenderung membentuk struktur yang diperintahkan jika perkadaran tertentu dalam komposisi dikekalkan semasa pembuatannya. Sebab untuk pesanan adalah interaksi kimia kuat atom heterogen berbanding atom yang sama. Pengaturcaraan struktur berlaku di bawah suhu ciri tertentu T cr, yang dipanggil suhu kritis (atau suhu Kurnakov). Sebagai contoh, aloi yang mengandungi 50 pada. % Cu dan 50 pada. % Zn ( - tembaga) mempunyai struktur kubik berpusatkan badan. Di T  360 ° C, atom tembaga dan zink secara rawak dan diedarkan secara statistik ke atas tapak kisi.

Penyebab ketahanan elektrik pepejal bukanlah perlanggaran elektron bebas dengan atom kekisi, tetapi penyebarannya terhadap kecacatan struktur yang bertanggungjawab terhadap pelanggaran simetri translasi. Apabila menempah penyelesaian pepejal, berkala bidang elektrostatik komposisi atom kisi dipulihkan, dengan itu meningkatkan elektron bermakna laluan bebas dan rintangan tambahan hampir hilang kerana hamburan oleh mikroheterogeneiti aloi.

4 Kesan ketebalan filem logam pada rintangan permukaan spesifik dan pekali suhunya

Dalam pembuatan litar bersepadu, filem logam digunakan untuk sambungan antara elemen, pad kenalan, plat kapasitor, elemen induktif, magnet dan rintangan.

Struktur filem, bergantung kepada keadaan pemeluwapan, boleh berubah dari kondensat amorf ke filem epitaxial - struktur lapisan tunggal kristal yang sempurna. Di samping itu, sifat-sifat filem logam dikaitkan dengan kesan saiz. Oleh itu sumbangan kekonduksian elektriknya adalah ketara jika ketebalan filem sebanding dengan l cf.

Rajah 9 menunjukkan kebergantungan khas rintangan permukaan filem nipis ρ s dan pekali suhu α ρ s pada ketebalan filem. Oleh kerana hubungan struktural (panjang l, lebar b, ketebalan filem h) dan teknologi

() parameter perintang filem tipis (TPR) ditetapkan oleh persamaan:

,

di mana ρ s \u003d ρ / h adalah rintangan persegi (atau rintangan permukaan tertentu), maka kita mengambil notasi tradisional dan bukan ρ s dan  ρ bukan  ρ s.

Rajah 9 - Sifat perubahan   dan  dari ketebalan filem h

Pertumbuhan filem logam disertai dengan empat peringkat:

I - pembentukan dan pertumbuhan pulau-pulau logam (mekanisme yang bertanggungjawab untuk pemindahan caj, - pelepasan termionik dan terowong elektron yang terletak di atas paras Fermi. Rintangan permukaan kawasan substrat di mana tidak ada filem logam berkurangan dengan peningkatan suhu, yang menyebabkan filem   negatif ketebalan kecil );

II - kepintaran pulau di antara mereka (masa perubahan tanda y   bergantung kepada jenis logam, keadaan pembentukan filem, kepekatan kekotoran, keadaan permukaan substrat);

III - pembentukan mesh konduktif, apabila saiz dan bilangan jurang di antara pulau-pulau dikurangkan;

IV - pembentukan filem konduktif yang berterusan, apabila konduktiviti dan   membantu pendekatan nilai konduktor besar, tetapi masih rintangan spesifik filem ini lebih besar daripada sampel pukal, kerana kepekatan yang tinggi dalam kecacatan, kekotoran terperangkap dalam filem semasa pemendapan. Oleh itu, filem-filem yang teroksidasi di sepanjang sempadan bijian secara elektrik tidak berterusan, walaupun ia adalah pepejal secara fizikal. Menyumbang kepada pertumbuhan  dan kesan saiz disebabkan oleh pengurangan dalam jalur elektron bermakna laluan bebas apabila dicerminkan dari permukaan sampel.

Dalam pembuatan perintang filem nipis, tiga kumpulan bahan digunakan: logam, aloi logam, cermet.

5 sifat superkonduktiviti fizikal

Fenomena superkonduktiviti dijelaskan oleh teori kuantum, berlaku apabila elektron dalam logam tertarik satu sama lain. Daya tarikan boleh dilakukan dalam medium yang mengandungi ion positif, bidang yang melemahkan daya penolakan Coulomb antara elektron. Hanya elektron yang terlibat dalam kekonduksian elektrik, iaitu terletak berhampiran tahap Fermi. Elektron dengan spin bertentangan terikat berpasangan, dipanggil Cooper.

Dalam pembentukan pasangan Cooper, peranan tegas dimainkan oleh interaksi elektron dengan getaran kekisi terma - fonon, yang kedua-duanya boleh menyerap dan menjana. Salah satu daripada elektron berinteraksi dengan kisi - merangsang dan mengubah momentumnya; elektron yang lain, berinteraksi, menerjemahkannya ke keadaan normal dan juga mengubah momentumnya. Akibatnya, keadaan kisi tidak berubah, dan elektron bertukar kuantiti tenaga haba - fonon. Interaksi pertukaran phonon menyebabkan daya tarikan di antara elektron, yang melampaui penolakan Coulomb. Pertukaran fonon berlaku secara berterusan.

Satu elektron yang bergerak melalui kisi mengitarinya, iaitu. menarik ion yang terdekat kepada dirinya sendiri; ketumpatan cas positif meningkat berhampiran trajektori elektron. Elektron kedua tertarik oleh rantau dengan caj berlebihan positif, akibatnya, kerana interaksi dengan kisi antara elektron, daya tarikan (pasangan Cooper) timbul. Pembentukan pasangan ini bertindih antara satu sama lain dalam ruang, kerosakan dan penciptaan semula, membentuk kondensat elektron, tenaga yang disebabkan oleh interaksi dalaman adalah kurang daripada jumlah elektron terputus. Jurang tenaga muncul dalam spektrum tenaga superkonduktor - rantau yang dilarang tenaga negara.

Elektron berpasangan terletak di bahagian bawah jurang tenaga. Saiz jurang tenaga bergantung kepada suhu, mencapai maksimum pada sifar mutlak dan hilang sepenuhnya pada T st. Untuk kebanyakan superkonduktor, jurang tenaga adalah 10 -4 - 10 -3 eV.

Penyebaran elektron berlaku pada getaran haba dan pada kekotoran, tetapi dengan

kehadiran jurang tenaga untuk peralihan elektron dari keadaan tanah ke keadaan teruja memerlukan bahagian tenaga haba yang mencukupi, yang tidak hadir pada suhu rendah, oleh itu, elektron berpasangan tidak bertaburan pada kecacatan struktur. Ciri pasangan Cooper adalah bahawa mereka tidak dapat mengubah keadaan mereka secara berasingan antara satu sama lain, gelombang elektron mempunyai panjang dan fasa yang sama, iaitu. mereka boleh dianggap sebagai gelombang tunggal yang membungkus kecacatan struktur. Pada sifar mutlak, semua elektron dihubungkan secara berpasangan, dengan peningkatan, beberapa pasangan memecahkan dan lebar jurang berkurangan, di T St semua pasangan hancur, lebar jurang lenyap dan pecah superkonduktiviti.

Peralihan kepada keadaan superconducting berlaku dalam julat suhu yang sangat sempit, heterogenitas struktur menyebabkan pengembangan rangkaian.

Properti superkonduktor yang paling penting - medan magnet tidak menembusi ketebalan material, garis-garis kekuatan memancarkan superkonduktor (efek Meissner) - disebabkan oleh arus yang tidak teredam bulat timbul di medan magnet superkonduktor yang sepenuhnya mengkompensasikan medan luar dalam sampel. Kedalaman penembusan medan magnet adalah 10 -7 - 10 -8 m - superconductor adalah diamagnetic yang ideal; dikeluarkan dari medan magnet (magnet kekal boleh dibuat untuk menggantung cincin bahan superconducting di mana arus tidak busuk yang disebabkan oleh peredaran magnet).

Keadaan superkonduktiviti dilanggar apabila kekuatan medan magnet lebih besar daripada H st. Mengikut jenis peralihan bahan dari negara superconducting kepada keadaan kekonduksian elektrik biasa di bawah tindakan medan magnet, superkonduktor jenis pertama dan kedua dibezakan. Untuk superkonduktor jenis pertama, peralihan ini berlaku dengan tiba-tiba, untuk superkonduktor, proses peralihan secara beransur-ansur dalam julat H cj1 -

H cor2. Dalam selang, bahan itu berada dalam keadaan heterogen, di mana fasa normal dan superkonduktor wujud bersama, medan magnet secara beransur-ansur menembusi ke superkonduktor, rintangan sifar dikekalkan sehingga intensiti kritikal atas.

Keamatan kritikal bergantung kepada suhu untuk superkonduktor jenis 1:

Dalam jenis 2 superkonduktor, rantau keadaan pertengahan mengembang dengan suhu berkurangan.

Superconductivity boleh dipecahkan oleh semasa melalui superkonduktor jika ia melebihi nilai kritikal I St \u003d 2πHH St (T) - untuk jenis superkonduktor 1 (jenis 2 adalah lebih rumit).

26 logam mempunyai superkonduktiviti (terutamanya jenis 1 dengan suhu kritikal di bawah 4.2K), 13 elemen mempamerkan superkonduktiviti pada tekanan tinggi (silikon, germanium, telurium, antimoni). Tidak memiliki tembaga, emas, perak: rintangan yang rendah menunjukkan interaksi lemah elektron dengan kekisi kristal, dan dalam ferro dan antiferromagnet; Semikonduktor diterjemahkan dengan penambahan kepekatan besar dopan; dalam dielektrik dengan pemalar dielektrik yang tinggi (ferroelektrik), daya penolakan Coulomb antara elektron sangat lemah dan mereka boleh mempamerkan sifat superkonduktiviti. Sebatian dan aloi Intermetallic tergolong dalam jenis 2 superkonduktor, namun bahagian ini tidak mutlak (superconductor jenis 1 boleh bertukar menjadi superkonduktor jenis 2 jika anda mencipta kepekatan kecacatan kekisi yang mencukupi di dalamnya. Pembuatan konduktor superconducting dikaitkan dengan teknologi kesukaran (mereka mempunyai kelembutan, kekonduksian haba yang rendah), mewujudkan komposisi superkonduktor dengan tembaga (kaedah gangsa atau kaedah penyebaran fasa pepejal - menekan dan melukis; kedudukan filamen niobium nipis dalam matriks tembaga timah, tembaga pemanas timah meresap ke dalam Nb untuk membentuk superkonduktor filem stanida niobium).

Soalan ujian

1 Parameter apa yang bergantung kepada kekonduksian elektrik logam.

2 Statistik apa yang menggambarkan pengagihan tenaga elektron dalam teori kuantum kekonduksian logam.

3 Apa yang menentukan tenaga Fermi (tahap Fermi) dalam logam dan apa yang ia bergantung kepada.

4 Apakah potensi elektrokimia logam itu.

5 Apa yang menentukan laluan bebas elektron dalam logam.

6 Pembentukan aloi. Bagaimanakah kehadiran kecacatan pada rintangan logam.

7 Terangkan kebergantungan suhu resistiviti konduktor.

8 NSKurnakova Corak untuk ρ dan TKS dalam aloi jenis penyelesaian pepejal dan campuran mekanikal.

9 Aplikasi dalam teknik bahan konduktif dengan nilai yang berbeza dari resistivity elektrik. Keperluan bahan bergantung pada permohonan.

10 Fenomena superkonduktiviti. Ruang lingkup super dan cryo-konduktor

6 Makmal kerja №2. Kajian sifat aloi konduktif

Objektif: untuk mengkaji corak perubahan dalam sifat elektrik aloi dua komponen, bergantung kepada komposisi mereka.

Di bahagian pertama kerja makmal, dua kumpulan aloi dengan komposisi fasa yang berbeza dipertimbangkan.

Kumpulan pertama termasuk aloi sedemikian yang komponennya A dan B dibubarkan secara tidak teratur antara satu sama lain, secara beransur-ansur menggantikan satu sama lain di tapak kisi-kisi, membentuk siri penyelesaian pepejal yang berterusan dari satu komponen tulen aloi ke yang lain. Mana-mana aloi jenis ini dalam keadaan pepejal adalah fasa tunggal, terdiri daripada butiran penyelesaian pepejal yang sama dengan komposisi yang sama. Satu contoh aloi larutan pepejal ialah tembaga-nikel, Cu-Ni, germanium-silikon, Ge-Si, dan lain-lain. Kumpulan kedua termasuk aloi, komponennya praktikal tidak membubarkan antara satu sama lain, masing-masing komponen membentuk gandum sendiri. Paduan aloi pepejal adalah biphasic; aloi sedemikian dipanggil campuran mekanikal. Contoh-contoh aloi jenis campuran mekanikal ialah sistem tembaga-perak Cu-Ag, Sn-Pb tin-lead system, dan lain-lain.

Semasa pembentukan aloi jenis campuran mekanikal (Rajah 10, a), sifat berubah secara linear (tambahan) dan adalah purata di antara nilai sifat-sifat komponen tulen. Dalam pembentukan aloi jenis penyelesaian pepejal (Rajah 10, b), sifat-sifatnya berbeza dalam lengkung dengan maksimum dan minimum.

Rajah 10 - Corak Kurnakov A.S.. Hubungan antara komposisi fasa aloi dan sifatnya

Ciri-ciri elektrik utama dan aloi ialah: daya rintangan elektrik ρ, μohm; pekali suhu rintangan TKS, darjah -1.

Resistivity konduktor panjang terhingga l dan seksyen silang S dinyatakan oleh ketagihan yang diketahui

(19)

Resistivitas bahan konduktor adalah kecil dan terletak pada julat 0.016-10 μOm.m.

Kerentangan elektrik pelbagai konduktor logam terutamanya bergantung kepada purata purata laluan bebas elektron λ dalam konduktor yang diberikan:

di mana μ \u003d 1 / λ adalah pekali hamburan elektron.

Faktor penyebaran dalam gerakan arah elektrod dalam logam dan aloi adalah ion positif yang terletak di tapak kisi. Di dalam logam tulen dengan kisi kristal yang tidak tetap, yang tidak terbiak, di mana ion-ion positif secara tetap diatur di ruang angkasa, penyebaran elektron adalah kecil dan ditentukan terutamanya oleh amplitud pengayun ion di tapak kisi, untuk logam tulen ρ≈ A · μ adalah panas. di mana μ panas - pekali hamburan elektron pada getaran haba kisi. Mekanisme hamburan elektron ini dipanggil phonon hamburan pada getaran haba kisi.

Dengan peningkatan suhu T, amplitud ayunan ion-ion positif di tapak kisi meningkat, penyebaran elektron bergerak arah di bawah tindakan peningkatan lapangan, laluan bebas λ menurun, dan rintangan bertambah.

Nilai yang menganggarkan pertumbuhan rintangan bahan apabila suhu berubah mengikut satu darjah dipanggil pekali suhu rintangan elektrik TCS:

(20)

di mana R1 - rintangan sampel, diukur pada suhu T1; R 2 - rintangan sampel yang sama, diukur pada suhu T 2.

Kami mengkaji dua sistem aloi: sistem Cu-Ni, di mana komponen-komponen aloi (tembaga dan nikel) memenuhi semua keadaan kelarutan tanpa had di antara satu sama lain dalam keadaan pepejal, maka mana-mana aloi dalam sistem ini selepas penghabluran akan menjadi penyelesaian padu fasa tunggal (Rajah 10, a), dan sistem Cu-Ag, komponennya (tembaga dan perak) tidak memenuhi syarat kelarutan tanpa had, kelarutannya adalah kecil walaupun pada suhu tinggi (tidak melebihi 10%), dan pada suhu di bawah 300 0 C sangat kecil sehingga dapat dipertimbangkan s, ia tidak hadir, dan apa-apa aloi terdiri daripada campuran mekanikal tembaga dan perak bijirin (Rajah 10b).

Pertimbangkan kurva ρ untuk penyelesaian pepejal. Apabila anda menambah kepada mana-mana komponen tulen komponen lain aloi, keseragaman dalam susunan yang ketat bagi ion positif gred yang sama diperhatikan, yang diperhatikan dalam logam tulen di tapak kekisi. Oleh itu, penyebaran elektron dalam aloi seperti larutan pepejal sentiasa lebih besar daripada mana-mana komponen tulen kerana penyimpangan kekisi kristal komponen tulen atau, seperti yang mereka katakan, disebabkan oleh peningkatan kekurangan kisi kristal, kerana setiap atom yang diperkenalkan adalah jenis yang berbeza berbanding dengan komponen tulen kecacatan titik.

Dari sini ternyata bahawa untuk aloi jenis larutan pepejal, satu lagi jenis penyebaran elektron ditambah - berselerak dengan kecacatan titik dan kerintangan elektrik.

(21)

Kerana ia adalah lazim untuk menganggarkan semua nilai ρ pada T \u003d 20 0 C, faktor penentu untuk aloi seperti penyelesaian pepejal adalah berselerak pada kecacatan titik. Pelanggaran terbesar dari ketepatan kekisi kristal diperhatikan di rantau lima puluh peratus kepekatan komponen, lengkung ρ mempunyai nilai maksimum di rantau ini. Daripada hubungan 20, dapat dilihat bahawa pekali suhu rintangan TKS adalah berkadar berbanding dengan rintangan R, dan oleh itu rintangan khusus ρ; lengkung TKS mempunyai min di rantau nisbah lima puluh peratus komponen.

Di bahagian kedua aloi kerja makmal dengan rintangan khusus yang tinggi dipertimbangkan. Bahan-bahan tersebut termasuk aloi yang, dalam keadaan normal, mempunyai rintangan elektrik tertentu sekurang-kurangnya 0.3 μOhm · m. Bahan-bahan ini digunakan secara meluas dalam pembuatan pelbagai pengukur elektrik dan pemanas elektrik, rintangan teladan, perintang, dan sebagainya.

Sebagai peraturan, aloi digunakan untuk menghasilkan instrumen pengukur elektrik, rintangan model, dan rheostat, yang dibezakan oleh kestabilan rintangan spesifik mereka dari masa ke masa dan pekali rintangan suhu rendah. Bahan-bahan ini termasuk manganin, constantan dan nichrome.

Manganin adalah paduan aloi tembaga-nikel yang mengandungi purata 2.5 ... nikel 3.5% (dengan kobalt), 11.5 ... 13.5% mangan, 85.0 ... 89.0% tembaga . Doping dengan mangan, serta menjalankan rawatan haba khas pada suhu 400 ° C, membolehkan menstabilkan resistensi mangan dalam julat suhu dari -100 hingga + 100 ° C. Manganin mempunyai nilai yang sangat kecil thermo-EMF dalam sepasang dengan tembaga, kestabilan yang tinggi dalam masa yang ditentukan, yang membolehkannya digunakan secara meluas dalam pembuatan alat perintang dan instrumen pengukur elektrik kelas ketepatan tertinggi.

Constantan mengandungi komponen yang sama seperti manganin, tetapi dalam nisbah yang berbeza: nikel (dengan kobalt) 39 ... 41%, mangan 1 ... 2%, tembaga 56.1 ... 59.1%. Kerintangan elektriknya tidak bergantung kepada suhu.

Nichromes adalah aloi berasaskan besi yang mengandungi, bergantung kepada gred, 15 ... 25% kromium, 55 ... 78% nikel, mangan 1.5%. Mereka kebanyakannya digunakan untuk pembuatan unsur pemanasan elektrik, kerana mereka mempunyai rintangan yang baik pada suhu udara yang tinggi, kerana nilai-nilai dekat pekali suhu pengembangan alir ini dan filem-filem oksida mereka.

Di antara aloi dengan rintangan yang tinggi, yang (kecuali untuk nichrome) digunakan secara meluas untuk pembuatan pelbagai unsur pemanasan, perlu diperhatikan fehral dan krom aloi tahan panas. Mereka termasuk dalam sistem Fe-Cr-Al dan mengandungi dalam komposisi mereka 0.7% mangan, 0,6% nikel, 12 ... 15% kromium, 3.5 ... aluminium 5.5% dan yang lain adalah besi. Aloi ini sangat tahan terhadap pemusnahan kimia permukaan di bawah pengaruh pelbagai media gas pada suhu tinggi.

6.1 Prosedur untuk melaksanakan kerja makmal No. 2a

Sebelum memulakan, kembangkan diri anda dengan rajah pemasangan yang dibentangkan dalam Rajah 11, dan instrumen yang diperlukan untuk menjalankan pengukuran.

Persediaan makmal terdiri daripada termostat, di mana sampel-sampel di bawah kajian terletak, dan jambatan pengukur MO-62, yang memungkinkan untuk mengukur rintangan sampel dalam masa nyata. Untuk penyejukan sampel terpaksa (di T\u003e 25 ° C) peminat dipasang pada termostat dan terdapat peredam pada permukaan belakang. Di sebelah kanan termostat ialah suis nombor sampel.

Rajah 11 - Skim penampilan dan pengukuran makmal 2a

Sebelum memulakan kerja, tetapkan suis "N multiplier" ke kedudukan 0.1 atau 0.01 (seperti yang ditunjukkan dalam jadual) dan lima suis sepuluh hari - ke kedudukan kiri yang melampau dengan lawan jam dan pastikan termostat dimatikan (suis togol di panel hadapan termostat di kedudukan atas T≤25 ° C), jika tidak, buka peredam dan hidupkan kipas dengan suis togol yang terletak di bawah lampu petunjuk, gerakkannya ke kedudukan yang lebih rendah sehingga suhu normal dicapai, kemudian matikan peminat.

6.1.1 Tetapkan nombor sampel kepada -1, menetapkan suhu di mana pengukuran akan dilakukan menggunakan termometer yang dipasang pada termostat; pindahkan pengganda jambatan pengukur ke kedudukan 0.01, kemudian aktifkan rangkaian menggunakan suis togol yang terletak di kanan atas panel depan, dan penunjuk rangkaian akan menyala. Menggunakan suis dekad, pastikan jarum galvanometer berada di 0 dengan menekan pertama butang pengukuran "tepat".

Pemilihan rintangan bermula dengan dekad tertinggi dengan anggaran berturut-turut, darabkan nilai yang dihasilkan oleh faktor dan tuliskannya dalam jadual 3.

Ulangi pengukuran untuk lima sampel seterusnya, kemudian pindahkan pengganda ke kedudukan 0.1 dan laksanakan pengukuran untuk sampel 7-10.

6.1.2 Kembalikan suis nombor sampel ke kedudukan asalnya, tutup flap di bahagian belakang termostat, hidupkan termostat (suis pada panel depan sepenuhnya turun) dan panaskan sampel ke 50-70 ° C, kemudian matikan termostat, buka flap dan menghasilkan Pengukuran rintangan 10 sampel adalah serupa dengan perenggan 6.1.1, merekodkan suhu yang bersesuaian untuk setiap pengukuran.

Semua data yang dicatatkan dalam jadual 3. Hasil menunjukkan guru.

6.2 Prosedur untuk melaksanakan kerja 2b

Sebelum memulakan, kembangkan diri anda dengan gambarajah pemasangan yang dibentangkan dalam Rajah 12, dan instrumen yang diperlukan untuk pelaksanaannya.

Pemasangan terdiri daripada unit pengukuran (BI), di mana bekalan kuasa + 12V terletak, unit pengukuran suhu (BIT), termostat, dengan sampel yang dipasang di dalamnya,

kipas untuk penyejukan sampel, penunjuk mod operasi dan suhu, kemudahan penukaran (suis nombor sampel, mod operasi, bertukar pada rangkaian, menghidupkan termostat dan penyejukan paksa), serta unit RLC, yang membolehkan untuk mengukur rintangan semua sampel dalam masa nyata, mengikut tugas yang diterima .

Rajah 12 - Skim penampilan dan pengukuran makmal 2b

Sebelum bertukar kepada pemasangan ke rangkaian, pastikan suis kuasa rangkaian K1, yang terletak di sebelah kanan unit pengukur, dan suis kuasa meter RLC berada dalam kedudukan "Tidak aktif".

6.2.1 Termasuk dalam meter RLC rangkaian dan unit ukuran (BI).

6.2.2. K2 menukar suis pada BI dalam kedudukan yang betul (termostat off), LED merah dimatikan.

6.2.3 Mod operasi BI Suis toggle K4 berada di kedudukan yang lebih rendah.

6.2.4 Togol suis "pengganda" - 1: 100, 1: 1 (kedudukan tengah).

6.2.5 Suis P1 dan P2 (nombor sampel) - ke kedudukan R1.

6.2.6 Suis toggle K3 (peminat) - OFF (kedudukan ke bawah).

6.2.7 Menghidupkan bekalan kuasa BI (suis beralih K1, terletak di sebelah kanan BI, berada di kedudukan "pada", lampu LED hijau), tukar suis "pengganda" bertukar kepada 1: 100, pastikan suhu sampel berada dalam lingkungan 20 25 ° C

setelah sebelumnya menghidupkan paparan suhu dengan menekan butang sebentar pada panel belakang unit, sebaliknya, menaikkan penutup termostat ke atas menggunakan skru pada penutup BI dan menghidupkan kipas, menyejukkan sampel ke had yang ditentukan.

6.2.8 Hidupkan kuasa meter RLC dan pilih mod pengukuran rintangan padanya.

6.2.9 Menggunakan suis "N sampel" pada BI, selalunya mengukur rintangan 10 sampel pada suhu bilik (20-25), kemudian kembalikan ke kedudukan asalnya, masukkan data dalam Jadual 3.

6.2.10 Hidupkan termostat di BI, kedudukan suis K2 "ON" (lampu LED merah) dan memanaskan sehingga 50-60 ° C, angkat kipas penutup pada BI dan hidupkan kipas (K3 - up).

6.2.11 Membuat ukuran rintangan 10 sampel, sama seperti pada perenggan 6.2.9, semasa menetapkan suhu di mana pengukuran dibuat bagi setiap sampel. Data hendaklah dimasukkan dalam jadual 3. Tukar "sampel N" di kedudukan awal, dan pengganda - di kedudukan tengah.

6.2.12 Teruskan memanaskan termostat ke T \u003d 65 ºС, mengurangkan penutup kipas. Matikan termostat, suis K2 pada BI berada di kedudukan yang betul (LED merah dimatikan).

6.2.13 Tukar suis K4 "mod operasi" ke kedudukan 2 ke BI dan pengganda ke kedudukan 1: 1, angkat kipas penutup.

6.2.14 Lakukan secara berganti-ganti mengukur R1, R2, R3, R4 setiap (5-10) ke suhu 25-30 ° C dan masukkan data dalam jadual 4. Apabila suhu mencapai (25-30) ℃ menetapkan suis multiplier - di kedudukan tengah, kemudian matikan rangkaian di kedua-dua peranti. (Sampel 1-tembaga, sampel 2- nikel, sampel 3 konstantan, sampel 4- nichrome).

Laporan ini harus mengandungi:

Tujuan kerja;

Penerangan ringkas tentang skema pemasangan;

Formula kerja, penjelasan, contoh perhitungan;

Keputusan eksperimen adalah dalam bentuk jadual1 (atau jadual 3 dan 4) dan dua graf kebergantungan ρ dan TKS pada komposisi aloi untuk sistem Cu-Ag dan Cu-Ni, dan bagi bahagian 6.2.13-6.2.16 - pergantungan terhadap rintangan (R) pada t ℃ untuk empat sampel;

Kesimpulan berdasarkan hasil eksperimen dan kajian kesusasteraan yang disarankan.

Jadual 3 - Kajian pergantungan ρ dan TKS pada komposisi aloi

Panjang konduktor L \u003d 2m; seksyen S \u003d 0.053 μm.
;
.

Jadual 4 Kajian pergantungan rintangan sampel terhadap suhu

Kesusasteraan

1 Pasynkov V.V., Sorokin A.S. Bahan kejuruteraan elektronik: Buku teks. - ed ed. - M: Tinggi. sekolah, 1986. - 367 ms.

2 Buku panduan bahan elektrik / Ed. Yu.V. Koritsky, V.V. Pasynkova, B.M. Tareeva. - M .: Energoizdat, 1988. v.3.

3 Bahan dalam instrumentasi dan automasi. Buku Panduan / Ed. Yu.M. Pyatina, - M.: Mashinostroenie, 1982.

4 Bondarenko G.G., Kabanova T.A., Rybalko V.V. Sains Bahan.- M.: Yurayt Publishing House, 2012. 359 p.

ρ · 10 2, TKS · 10 3,

μohm · m 1 / hail

Ag 100 80 60 40 20 0

Cu 0 20 40 60 80 100

ρ · 10, TKS,

μohm · m 1 / hail.

Cu 100 80 60 40 20 0

Ni 0 20 40 60 80 100

Jadual untuk guru - Kirshina I.A. - Prof., Ph.D.

Rintangan elektrik hampir semua bahan bergantung kepada suhu. Sifat pergantungan ini berbeza untuk bahan yang berbeza.

Dalam logam dengan struktur kristal, jalur bebas elektron sebagai pembawa caj dihadkan oleh perlanggaran mereka dengan ion yang terletak di tapak kisi kristal. Dalam perlanggaran, tenaga kinetik elektron dipindahkan ke kisi. Selepas setiap perlanggaran, elektron, di bawah tindakan kuasa medan elektrik, mengambil kelajuan sekali lagi dan semasa perlanggaran berikut memberikan tenaga yang diperolehi kepada ion kisi kristal, meningkatkan getaran mereka, yang membawa kepada peningkatan suhu bahan. Oleh itu, elektron boleh dianggap sebagai perantara dalam penukaran tenaga elektrik menjadi panas. Peningkatan suhu disertai dengan peningkatan gerakan termal zarah bahan yang huru-hara, yang membawa kepada peningkatan jumlah pelanggaran elektron dengannya dan menghalang pergerakan elektron teratur.

Bagi kebanyakan logam, dalam suhu operasi, resistiviti meningkat secara linear.

di mana dan - Rintangan spesifik pada suhu awal dan akhir;

- pemalar untuk pekali logam ini, yang disebut pekali rintangan suhu (TKS);

T1i T2 - suhu awal dan akhir.

Untuk konduktor jenis kedua, kenaikan suhu menyebabkan peningkatan pengionannya, oleh itu, TKS jenis konduktor ini adalah negatif.

Nilai resistif bahan dan TKS mereka diberikan dalam buku rujukan. Biasanya, nilai resistiviti biasanya diberikan pada suhu +20 ° C

Rintangan konduktor ditentukan oleh ungkapan

R2 \u003d R1
(2.1.2)

Contoh Petugas 3

Tentukan rintangan wayar penghantaran dua wayar wayar tembaga di + 20 ° C dan +40 ° C, jika dawai salib S \u003d

120 mm dan panjang garisan adalah l \u003d 10 km.

Penyelesaian

Menurut jadual rujukan, kita dapati resistivitas tembaga pada + 20 ° C dan pekali suhu rintangan :

\u003d 0,0175 Ohm mm / m; \u003d 0.004 darjah .

Tentukan rintangan wayar pada T1 \u003d +20 ° C dengan formula R \u003d , memandangkan panjang wayar hadapan dan belakang garisan:

R1 \u003d 0, 0175
2 \u003d 2.917 ohm.

Rintangan wayar pada suhu + 40 ° C kita dapati dengan formula (2.1.2)

R2 \u003d 2.917 \u003d 3.15 ohm.

Tugas

Garis tiga wayar udara dengan panjang L dibuat dengan dawai, tanda yang diberikan dalam jadual 2.1. Adalah perlu untuk mencari nilai yang ditunjukkan oleh "?" Tanda menggunakan contoh yang diberikan dan memilih pilihan dengan data yang dinyatakan di dalamnya dalam Jadual 2.1.

Perlu diingatkan bahawa masalahnya, berbanding dengan contohnya, menyediakan pengiraan yang berkaitan dengan satu talian dawai. Dalam gred wayar yang tidak diminsulasikan, surat itu menunjukkan bahan dawai (A - aluminium; M - tembaga), dan nombor - seksyen rentas dawaimm .

Jadual 2.1

Kajian bahan topik ini berakhir dengan kerja dengan ujian No. 2 (TOE-

ETM / PM "dan nombor 3 (TOE - ETM / IM)

Zarah konduktor (molekul, atom, ion) yang tidak terlibat dalam pembentukan arus adalah dalam gerakan termal, dan zarah-zarah yang membentuk arus secara bersamaan dalam pergerakan haba dan dalam arah di bawah tindakan medan elektrik. Disebabkan ini, di antara zarah-zarah yang membentuk arus, dan zarah-zarah yang tidak terlibat dalam pembentukannya, terdapat banyak perlanggaran, di mana yang pertama memberi sebahagian daripada tenaga sumber semasa yang dipindahkan oleh mereka kepada yang kedua. Lebih banyak perlanggaran, perlahan kelajuan gerakan teratur zarah yang membentuk arus. Seperti yang dapat dilihat dari formula I \u003d envS, penurunan kelajuan membawa kepada pengurangan semasa. Kuantiti skalar yang menandakan sifat konduktor untuk mengurangkan amperage dipanggil rintangan konduktor.  Dari formula undang-undang Ohm, rintangan Ohm - rintangan konduktor, di mana arus diperolehi oleh daya 1 a  pada voltan di hujung konduktor dalam 1 inci.

Rintangan konduktor bergantung pada panjang l, seksyen silang S dan bahan, yang dicirikan oleh resistivitas Semakin panjang konduktor, lebih banyak per unit waktu pelanggaran zarah-zarah yang membentuk arus, dengan zarah-zarah yang tidak terlibat dalam pembentukannya, dan oleh itu semakin besar penentangan konduktor. Lebih kecil konduktor keratan rentas, lebih banyak aliran padat zarah yang membentuk arus, dan lebih sering mereka bertabrakan dengan zarah yang tidak terlibat dalam pembentukannya, dan oleh itu semakin besar penentangan konduktor.

Di bawah tindakan medan elektrik, zarah-zarah yang membentuk arus antara perlanggaran bergerak dengan cepat, meningkatkan tenaga kinetik mereka kerana tenaga medan. Apabila berlanggar dengan zarah-zarah yang tidak membentuk arus, mereka memindahkan sebahagian daripada tenaga kinetik mereka kepada mereka. Akibatnya, tenaga dalaman konduktor bertambah, yang ditunjukkan secara luaran dalam pemanasannya. Pertimbangkan sama ada rintangan konduktor berubah apabila dipanaskan.

Dalam litar elektrik terdapat gegelung dawai keluli (rentetan, Rajah 81, a). Setelah menutup litar, kita akan mula memanaskan dawai. Semakin kita memanaskannya, menunjukkan kurang amperaj. Pengurangannya adalah disebabkan oleh fakta bahawa apabila logam dipanaskan, rintangan bertambah. Oleh itu, rintangan rambut mentol lampu apabila ia adalah kira-kira 20 ohmsemasa membakarnya (2900 ° C) - 260 ohm. Apabila logam dipanaskan, pergerakan termal elektron dan kadar ayunan ion dalam kisi kristal bertambah, hasilnya, bilangan perlanggaran elektron yang membentuk arus dengan peningkatan ion. Ini menyebabkan peningkatan ketahanan konduktor *. Dalam logam, elektron bukan bebas sangat terikat kepada ion, oleh itu, apabila logam dipanaskan, bilangan elektron bebas kekal hampir tidak berubah.

* (Berdasarkan teori elektronik, adalah mustahil untuk memperoleh undang-undang yang tepat dari pergantungan rintangan pada suhu. Undang-undang sedemikian ditubuhkan oleh teori kuantum, di mana elektron dianggap sebagai zarah yang mempunyai sifat gelombang, dan pergerakan elektron pengaliran melalui logam sebagai proses penyebaran gelombang elektron, yang panjangnya ditentukan oleh hubungan de Broglie.)

Eksperimen menunjukkan bahawa apabila suhu konduktor bahan-bahan yang berbeza berubah dengan bilangan darjah yang sama, rintangannya berbeza-beza. Contohnya, jika konduktor tembaga mempunyai rintangan 1 ohmkemudian selepas pemanasan 1 ° C  dia akan mempunyai perlawanan 1,004 ohmdan tungsten - 1,005 ohm Untuk mencirikan pergantungan rintangan konduktor pada suhunya, kuantiti diperkenalkan, yang disebut pekali rintangan suhu. Kuantiti skalar yang diukur dengan perubahan rintangan konduktor dalam 1 ohm, diambil pada 0 ° C, dari perubahan suhunya dengan 1 ° C, dipanggil pekali suhu rintangan α. Jadi, untuk tungsten, pekali ini sama dengan 0.005 darjah -1untuk tembaga - 0.004 darjah -1.  Pekali suhu rintangan bergantung kepada suhu. Untuk logam, ia berbeza sedikit dengan suhu. Dengan julat suhu yang kecil, ia dianggap malar untuk bahan ini.

Kami memperoleh formula yang mengira rintangan konduktor, dengan mengambil kira suhunya. Anggapkan itu R 0  - rintangan konduktor di 0 ° Capabila dipanaskan 1 ° C  ia akan meningkat oleh αR 0, dan apabila dipanaskan t °  - pada αRt °  dan menjadi R \u003d R 0 + αR 0 t °atau

Ketergantungan terhadap rintangan logam pada suhu diambil kira, sebagai contoh, dalam pembuatan spiral untuk pemanas elektrik, lampu: panjang dawai lingkaran dan amperaj yang dibenarkan dikira dari rintangannya dalam keadaan dipanaskan. Ketergantungan terhadap rintangan logam pada suhu digunakan dalam termometer rintangan, yang digunakan untuk mengukur suhu enjin haba, turbin gas, logam dalam relau blast, dan lain-lain. Termometer ini terdiri daripada luka spiral platinum (nikel, besi) nipis pada bingkai yang diperbuat daripada porselin dan diletakkan dalam kes perlindungan. Hujungnya dimasukkan dalam litar elektrik dengan ammeter, skala yang lulus darjah. Apabila heliks dipanaskan, semasa di litar berkurangan, menyebabkan jarum ammeter bergerak, yang menunjukkan suhu.

Kebalikan rintangan kawasan ini, rantai dipanggil pengalir konduktor elektrik  (kekonduksian elektrik). Konduktiviti konduktor Lebih besarnya kekonduksian konduktor, semakin rendah rintangannya dan lebih baik ia mengendalikan arus. Nama Unit Konduktiviti   Rintangan konduktor 1 ohm  dipanggil siemens

Dengan penurunan suhu rintangan logam menurun. Tetapi ada logam dan aloi, rintangan yang pada lompatan rendah ditentukan untuk setiap logam dan aloi, berkurang secara tiba-tiba dan menjadi lenyap kecil - hampir sifar (rajah 81, b). Akan datang superkonduktiviti - konduktor mempunyai rintangan praktikal, dan apabila semasa yang teruja di dalamnya wujud untuk masa yang lama manakala konduktor berada pada suhu superkonduktiviti (dalam salah satu daripada eksperimen yang diamati selama lebih daripada setahun). Apabila arus dilalui melalui superkonduktor 1200 a / mm 2  tiada pelepasan haba diperhatikan. Logam monovalen, yang merupakan konduktor terbaik semasa, tidak lulus ke keadaan superconducting sehingga suhu yang sangat rendah di mana eksperimen dijalankan. Sebagai contoh, dalam eksperimen ini, tembaga telah disejukkan kepada 0,0156 ° K,  emas - untuk 0.0204 ° K.  Sekiranya mungkin untuk mendapatkan aloi dengan superkonduktiviti pada suhu biasa, maka ini amat penting untuk kejuruteraan elektrik.

Menurut konsep moden, penyebab utama superconductivity ialah pembentukan pasangan elektron terikat. Pada suhu superkonduktiviti antara elektron bebas, daya pertukaran mula bertindak, menyebabkan elektron membentuk pasangan elektron terikat. Gas elektron seperti dari pasangan elektron terikat mempunyai sifat berbeza daripada gas elektron biasa - ia bergerak dalam superkonduktor tanpa geseran tentang tapak kisi.