ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Цель работы:
− изучение процессов, протекающих в проводниках в электрическом поле;
− исследование основных свойств проводников по температурным зави-
симостям проводимости.
Теоретическое введение
1. Виды проводников
Проводники электрического тока могут быть твердыми телами, жидко-
стями, а при выполнении ряда условий и газами.
Твердые проводники – металлы и некоторые модификации углерода.
По величине удельного сопротивления ρ металлические проводники де-
лятся на следующие группы:
– сверхпроводники;
– криопроводники;
– металлы и сплавы с высокой удельной проводимостью γ;
– металлы
и сплавы со средним значением ρ;
– металлы и сплавы с высоким значением ρ.
За исключением Cu, Ag, Au, Pt, щелочных, щелочноземельных и фер-
ромагнитных металлов большая часть остальных металлов является
сверхпроводниками [1]. К сверхпроводникам относятся интерметалличе-
ские соединения Nb
3
X или V
3
X, где X – переходный металл; тройные
сверхпроводники (фазы Шевреля RMO
6
Z
8
, где R – катион, Z – атом халь-
когена). Существуют экзотические сверхпроводники: сверхпроводники с
тяжелыми фермионами, например:
– CeCu
2
Si
2
(Tc = 0,5K) открыт в 1979 г.,
– с низкой электронной концентрацией: Ba (Bi
1-x
Pb
x
)O
3
при 13K;
– неорганические сверхпроводники с низкой размерностью: трихаль-
когениды ниобия и тантала (NbSe
3
, TaSe
3
);
– органические сверхпроводники: соли тетрацианохинодиметана
(TCNO), соли Бехгорда (TMTSF)
2
X, где X = PF
6
, ClO
4
, ReO
4
, FSO
3
;
– невоспроизводимые сверхпроводники: CuCl, CdS, NbSi
Особую группу составляют высокотемпературные сверхпроводники с
точками перехода 17K – 105K – 133K: Yba
2
Cu
3
O
7±δ
; Bi
2
Sr
3-x
Cd
x
Cu
2
O
g-δ
;
Ba
0,2
La
1,8
CuO
4
; YBa
2
Cu
3
O
6+x
; La
2-x
Sr
x
CuO
4
; Ba
2
Sr
2
CaCuO
4
и др.
Подробнее с механизмами высокотемпературной сверхпроводимости
можно познакомиться в [2].
Криопроводники имеют ρ на два порядка выше, чем сверхпроводники,
при более высоких температурах, чем сверхпроводимость. Например, при
температуре жидкого азота Al, Be – криопроводники.
Представители материалов с высоким удельным сопротивлением ρ и
высокой удельной проводимостью γ, их области применения далее рас-
смотрим отдельно.
Переключение между отчетом и приложением лабораторной работы
легко осуществляется при помощи панели задач Windows.
После того, как отчет сформирован, его можно распечатать. Закрыть
отчет можно с помощью команды меню.
После выбора этой команды, закрывается соответствующее приложе-
ние редактора и пропадают кнопки
на окнах лабораторной работы.
Контрольные вопросы
1. Электропроводность и теплопроводность металлов являются:
зависимыми величинами;
независимыми величинами.
2. Отношение удельной теплопроводности к удельной проводимости в
металлах при комнатной и более высоких температурах является:
постоянной величиной;
непостоянной величиной.
3. В квантовой теории проводимости металлов используется:
статистика электронов Максвелла-Больцмана;
статистика электронов Ферми.
4.
Энергия Ферми (уровень Ферми) определяет:
максимальную энергию, которую может иметь электрон при 0К;
среднюю энергию, которую может иметь электрон при 0К;
минимальную энергию, которую может иметь электрон при 0К.
5. Электрохимический потенциал металла:
зависит от уровня Ферми;
не зависит от уровня Ферми.
6. Избыток энергии, получаемый электронами за счет теплового дви-
жения
, составляет:
сотни электронвольт;
единицы электронвольт;
сотые доли электронвольта.
7. Распределение электронов по энергиям определяется:
только вероятностью заполнения уровней;
только плотностью квантовых состояний в зоне;
и тем, и другим.
8. В процессе электропроводности в металлах принимают участие:
все свободные электроны;
небольшая часть их, имеющая энергию, близкую к энергии
Ферми.
3 30
Переключение между отчетом и приложением лабораторной работы Цель работы:
легко осуществляется при помощи панели задач Windows. − изучение процессов, протекающих в проводниках в электрическом поле;
После того, как отчет сформирован, его можно распечатать. Закрыть − исследование основных свойств проводников по температурным зави-
отчет можно с помощью команды меню. симостям проводимости.
Теоретическое введение
1. Виды проводников
Проводники электрического тока могут быть твердыми телами, жидко-
стями, а при выполнении ряда условий и газами.
После выбора этой команды, закрывается соответствующее приложе- Твердые проводники – металлы и некоторые модификации углерода.
По величине удельного сопротивления ρ металлические проводники де-
ние редактора и пропадают кнопки на окнах лабораторной работы.
лятся на следующие группы:
– сверхпроводники;
Контрольные вопросы
– криопроводники;
1. Электропроводность и теплопроводность металлов являются: – металлы и сплавы с высокой удельной проводимостью γ;
зависимыми величинами; – металлы и сплавы со средним значением ρ;
независимыми величинами. – металлы и сплавы с высоким значением ρ.
2. Отношение удельной теплопроводности к удельной проводимости в За исключением Cu, Ag, Au, Pt, щелочных, щелочноземельных и фер-
металлах при комнатной и более высоких температурах является: ромагнитных металлов большая часть остальных металлов является
постоянной величиной; сверхпроводниками [1]. К сверхпроводникам относятся интерметалличе-
непостоянной величиной. ские соединения Nb3X или V3X, где X – переходный металл; тройные
3. В квантовой теории проводимости металлов используется: сверхпроводники (фазы Шевреля RMO6Z8, где R – катион, Z – атом халь-
статистика электронов Максвелла-Больцмана; когена). Существуют экзотические сверхпроводники: сверхпроводники с
статистика электронов Ферми. тяжелыми фермионами, например:
4. Энергия Ферми (уровень Ферми) определяет: – CeCu2Si2 (Tc = 0,5K) открыт в 1979 г.,
максимальную энергию, которую может иметь электрон при 0К; – с низкой электронной концентрацией: Ba (Bi1-x Pbx)O3 при 13K;
среднюю энергию, которую может иметь электрон при 0К; – неорганические сверхпроводники с низкой размерностью: трихаль-
минимальную энергию, которую может иметь электрон при 0К. когениды ниобия и тантала (NbSe3, TaSe3);
5. Электрохимический потенциал металла: – органические сверхпроводники: соли тетрацианохинодиметана
зависит от уровня Ферми; (TCNO), соли Бехгорда (TMTSF)2X, где X = PF6, ClO4, ReO4, FSO3;
не зависит от уровня Ферми. – невоспроизводимые сверхпроводники: CuCl, CdS, NbSi
6. Избыток энергии, получаемый электронами за счет теплового дви- Особую группу составляют высокотемпературные сверхпроводники с
жения, составляет: точками перехода 17K – 105K – 133K: Yba2Cu3O7±δ; Bi2Sr3-x CdxCu2Og-δ;
сотни электронвольт; Ba0,2La1,8CuO4; YBa2Cu3O6+x; La2-x SrxCuO4; Ba2Sr2CaCuO4 и др.
единицы электронвольт; Подробнее с механизмами высокотемпературной сверхпроводимости
сотые доли электронвольта. можно познакомиться в [2].
7. Распределение электронов по энергиям определяется: Криопроводники имеют ρ на два порядка выше, чем сверхпроводники,
только вероятностью заполнения уровней; при более высоких температурах, чем сверхпроводимость. Например, при
только плотностью квантовых состояний в зоне; температуре жидкого азота Al, Be – криопроводники.
и тем, и другим. Представители материалов с высоким удельным сопротивлением ρ и
8. В процессе электропроводности в металлах принимают участие: высокой удельной проводимостью γ, их области применения далее рас-
все свободные электроны; смотрим отдельно.
небольшая часть их, имеющая энергию, близкую к энергии
Ферми.
30 3
