ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Список литературы
1. Лахтин, Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – М. : Машино-
строение, 1976. – С. 71 – 73.
2. Лившиц, Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов / Б.Г. Лившиц. – М. : Металлургия, 1980. – С. 155 – 157, 177 –
179.
Лабораторная работа 3
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТВЁРДЫХ ТЕЛ
Цель работы: изучить температурную зависимость электропроводности кристаллических материалов.
Приборы и принадлежности: электрическая печь с масляным термостатом, омметр, милливольтметр, термопара, образ-
цы материалов.
Методические указания
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. При движении под действием электрического
поля E они будут менять свою скорость, а значит и энергию. Поэтому высокую проводимость (это величина, обратная
удельному электрическому сопротивлению) будут иметь лишь такие твёрдые тела, в которых:
а – есть большая концентрация заряженных частиц n
i
, способных ускоряться под действием поля E;
б – частицы могут направленно двигаться в поле с большой скоростью
i
:
.
1
∑
=
=
µ=σ
Ni
i
ii
n
Известно деление всех кристаллов по величине удельного электрического сопротивления на три группы – проводники
(металлы), полупроводники и изоляторы. Однако такой признак не очень строг и весьма условен. Так, алмаз всегда считался
изолятором, но оказывается, что если в природе он окрашен (в голубой или жёлтый цвет), он ведёт себя как полупроводник.
Встречаются металлические сплавы с очень большим сопротивлением.
Более надёжный способ классификации – изучение температурной зависимости электропроводности кристаллов – здесь
наблюдается не количественное, а качественное различие между проводниками и непроводниками (диэлектриками). Элек-
тропроводность проводников (металлы) уменьшается с увеличением температуры (электросопротивление растёт). Электро-
проводность непроводников (к ним относятся полупроводники и изоляторы) возрастает с увеличением температуры.
Как объяснить такое разное поведение этих кристаллических материалов? Для этого необходимо разобраться с законо-
мерностями движения электронов в материалах различного строения.
Если мы рассматриваем так называемый свободный электрон (летит где-то в космосе – под действием случайных сило-
вых полей), то он может иметь любые значения энергии (любая точка на оси энергии, как показано на рис. 3.1, а).
В изолированном атоме электрон может иметь лишь дискретные уровни энергии E
i
, все остальные значения – запреще-
ны (рис. 3.1, б). Это объясняется волновыми свойствами движущейся частицы и условиями устойчивости его орбиты. Ста-
ционарной орбитой является лишь та, в периметр которой укладывается целое число длин волн электрона. Тогда электрон на
такой орбите можно рассматривать как стоячую волну, которая не передаёт энергии. Считается, что эти уровни зависят от
главного n и орбитального l квантовых чисел. Энергетические уровни, соответствующие различным значениям магнитного m
и спинового числа m
S
, совпадают.
При образовании кристалла атомы сближаются и их ядра начинают заметно влиять на электроны других атомов, меняя
их энергию. При этом происходит расщепление дискретных энергетических уровней в
разре-
Рис. 3.1. Изменение энергии электронов:
а – изолированный электрон; б – электрон в отдельном атоме;
в – расщепление энергетических уровней при сближении атомов и
образовании кристалла
шённые зоны. Расстояние и тип кристаллической решётки влияют на зонную структуру материала. Позициями I и II на рис.
3.1, в показаны варианты зонной структуры полиморфного материала с разным расстоянием между атомами в кристалличе-
ской решётке (в положении II две зоны перекрываются, образуя гибридную E
р
*
, как, например, в графите).
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- …
- следующая ›
- последняя »
