Факультет
<<  Свойства проводниковых материалов Электроэнергетический факультет  >>
Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и
Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и
ТЕМА № 2 Проводниковые материалы ЛЕКЦИЯ № 3 Температурные
ТЕМА № 2 Проводниковые материалы ЛЕКЦИЯ № 3 Температурные
Учебные цели 1. Знать физическую природу электропроводимости металлов
Учебные цели 1. Знать физическую природу электропроводимости металлов
Учебные вопросы Введение 1. Физическая природа электропроводимости
Учебные вопросы Введение 1. Физическая природа электропроводимости
Список рекомендуемой литературы Привалов Е.Е. Электроматериаловедение:
Список рекомендуемой литературы Привалов Е.Е. Электроматериаловедение:
Введение Твердые проводники электрического тока - металлы, их сплавы и
Введение Твердые проводники электрического тока - металлы, их сплавы и
Проводники с электронной проводимостью
Проводники с электронной проводимостью
Физическая природа электропроводимости металлов В основе электронной
Физическая природа электропроводимости металлов В основе электронной
В медном проводнике удельной плотности J=106А/м2 соответствует
В медном проводнике удельной плотности J=106А/м2 соответствует
Закон Ома для плотности тока в проводнике (5) где l - средняя длина
Закон Ома для плотности тока в проводнике (5) где l - средняя длина
Теплопроводность в проводнике преобладает над другими механизмами
Теплопроводность в проводнике преобладает над другими механизмами
2. Температурная зависимость удельного сопротивления проводников
2. Температурная зависимость удельного сопротивления проводников
Удельное электрическое сопротивление металла (
Удельное электрическое сопротивление металла (
Температура Дебая (
Температура Дебая (
Рисунок 1 - Зависимость сопротивления проводника
Рисунок 1 - Зависимость сопротивления проводника
В области I (Т = 2…5) у ряда металлов бывает состояние
В области I (Т = 2…5) у ряда металлов бывает состояние
Область V. При переходе из жидкого в газообразное состояние
Область V. При переходе из жидкого в газообразное состояние
Сверхпроводимости у меди не обнаружено, но при Т = 20К удельное
Сверхпроводимости у меди не обнаружено, но при Т = 20К удельное
Рисунок 2 – Зависимости удельного сопротивления
Рисунок 2 – Зависимости удельного сопротивления
3. Контактные явления в металлах При соприкосновении двух различных
3. Контактные явления в металлах При соприкосновении двух различных
Рисунок 3 – Энергетические диаграммы двух отдельных (а) и
Рисунок 3 – Энергетические диаграммы двух отдельных (а) и
Работы выхода электронов
Работы выхода электронов
Внутренняя контактная разность потенциалов - разность энергий Ферми от
Внутренняя контактная разность потенциалов - разность энергий Ферми от
Термопара - термоэлемент, составленный из двух различных проводников,
Термопара - термоэлемент, составленный из двух различных проводников,
Термо-ЭДС имеет три составляющие: 1. Обусловлена температурной
Термо-ЭДС имеет три составляющие: 1. Обусловлена температурной
Эффект Зеебека
Эффект Зеебека
3. Возникает между металлами из-за увлечения электронов квантами
3. Возникает между металлами из-за увлечения электронов квантами
Металлические термопары используются для точного измерения температуры
Металлические термопары используются для точного измерения температуры
Для измерения низких температур применяют эталоны - сверхпроводники у
Для измерения низких температур применяют эталоны - сверхпроводники у
Выводы
Выводы
Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и
Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и

Презентация: «Зависимость проводника от температуры физика 10 класс». Автор: Привалов Е.Е.. Файл: «Зависимость проводника от температуры физика 10 класс.ppt». Размер zip-архива: 158 КБ.

Зависимость проводника от температуры физика 10 класс

содержание презентации «Зависимость проводника от температуры физика 10 класс.ppt»
СлайдТекст
1 Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и

Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и

эксплуатации электрооборудования Учебная дисциплина ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

2 ТЕМА № 2 Проводниковые материалы ЛЕКЦИЯ № 3 Температурные

ТЕМА № 2 Проводниковые материалы ЛЕКЦИЯ № 3 Температурные

характеристики и явления в проводниках

3 Учебные цели 1. Знать физическую природу электропроводимости металлов

Учебные цели 1. Знать физическую природу электропроводимости металлов

2. Изучить температурную зависимость удельного сопротивления проводников. 3. Знать контактные явления в металлических проводниках.

4 Учебные вопросы Введение 1. Физическая природа электропроводимости

Учебные вопросы Введение 1. Физическая природа электропроводимости

металлов. 2. Температурная зависимость удельного сопротивления проводников. 3. Контактные явления в металлических проводниках. Заключение

5 Список рекомендуемой литературы Привалов Е.Е. Электроматериаловедение:

Список рекомендуемой литературы Привалов Е.Е. Электроматериаловедение:

Пособие. СтГАУ, АГРУС, 2012. – 196с. Привалов Е.Е. , Гальвас А.В. Электротехнические материалы: Пособие. СтГАУ, АГРУС, 2011. – 192с. Привалов Е.Е. Электроматериаловедение: Лабораторный практикум. Тесты. СтГАУ, АГРУС, 2012. – 196с. 4. Справочники по ЭТМ в 3 томах /Под ред. Ю.В. Корицкого – М.: Энергоатомиздат Т.1,1986 – 308с.;Т.2,1987. – 296с.; Т.3,1988 – 728с.

6 Введение Твердые проводники электрического тока - металлы, их сплавы и

Введение Твердые проводники электрического тока - металлы, их сплавы и

модификации углерода. Металлы - пластичные блестящие вещества хорошо проводящие электрический ток и теплоту. Жидкие проводники - расплавленные металлы и электролиты аккумуляторов. Ртуть при Т = 200С – хороший жидкий металлический проводник.

7 Проводники с электронной проводимостью

Проводники с электронной проводимостью

Механизм прохождения тока по металлам обусловлен движением свободных коллективизированных электронов. Проводники с ионной проводимостью. Электролиты - растворы кислот, щелочей и солей. Прохождение тока в растворе связано с переносом электрических зарядов и частей молекул (ионов). Особая проводимость. Ионизированный газ (равенство числа электронов и (+) ионов в единице объема) является плазмой.

8 Физическая природа электропроводимости металлов В основе электронной

Физическая природа электропроводимости металлов В основе электронной

теории металлов, лежит представление об электронном газе из свободных электронов. Внешнее напряжение приводит к увлечению концентрации (n) электронов в проводнике. Электроны с зарядом (e) получают добавочную скорость дрейфа (?). В проводнике возникает электрический ток. Плотность тока в проводнике J = e n ? (1)

9 В медном проводнике удельной плотности J=106А/м2 соответствует

В медном проводнике удельной плотности J=106А/м2 соответствует

скорость ?=10 -4 м/с. Между столкновениями с узлами решетки электрон массой m0 движется с ускорением (2) Максимальная скорость дрейфа электрона (3) где ?о - время свободного пробега. Среднее значение скорости ? за время ? о равно 1/2 от максимальной: (4)

10 Закон Ома для плотности тока в проводнике (5) где l - средняя длина

Закон Ома для плотности тока в проводнике (5) где l - средняя длина

свободного пробега электронов; u - средняя скорость теплового движения электронов. Таким образом, плотность J в проводнике пропорциональна напряженности поля Е, где ? - удельная электрическая проводимость. Электроны переносят электрический заряд и выравнивают в проводнике температуру, обеспечивая высокую теплопроводность.

11 Теплопроводность в проводнике преобладает над другими механизмами

Теплопроводность в проводнике преобладает над другими механизмами

переноса теплоты. Электронная теплопроводность (6) Поделив формулу (6) на удельную проводимость, найденную из (5) получим отношение (7) Известно, что отношение удельных тепло ? Т и электропроводимостей ? металла при температуре Т величина постоянная, независящая от природы проводника. Константа Lo = 3k 2/e 2 - число Лоренца.

12 2. Температурная зависимость удельного сопротивления проводников

2. Температурная зависимость удельного сопротивления проводников

Рассмотрим движение свободных электронов в металле как распространение плоских электронных волн. Рассеяние, приводящее к появлению электрического сопротивления, возникает, когда в кристаллической решетке металла имеются точечные и протяженные дефекты. Неоднородности структуры металла препятствуют распространению электронных волн и вызывают рост удельного электрического сопротивления.

13 Удельное электрическое сопротивление металла (

Удельное электрическое сопротивление металла (

т ) обусловлено тепловым фактором. Длина свободного пробега электронов в металле обратно пропорциональна температуре: (8) где k у п р - коэффициент упругой связи; N - число атомов в единице объема материала; kT - средняя энергия колеблющегося атома

14 Температура Дебая (

Температура Дебая (

D ) определяет максимальную частоту v max тепловых колебаний атомов в кристалле металла (9) где h - постоянная Планка, k – постоянная Больцмана. Температура ?D зависит от сил связи между узлами кристаллической решетки. Для большинства металлов температура ?D не превышает 400 – 450 К. Кривая изменения удельного сопротивления ? от температуры Т показана на рисунке 1.

15 Рисунок 1 - Зависимость сопротивления проводника

Рисунок 1 - Зависимость сопротивления проводника

от температуры Т, где а, б, в – варианты изменения сопротивления у расплавленных металлов

16 В области I (Т = 2…5) у ряда металлов бывает состояние

В области I (Т = 2…5) у ряда металлов бывает состояние

сверхпроводимости (пунктирная линия). Но при некоторой температуре Тс в сопротивление скачком возрастает и проводник переходит в состояние обычной проводимости. В области II происходит быстрый рост сопротивления (до Т = ?D ). Область III (линейный участок) доходит до температуры начала плавления (Т н п). Область IV плавления (Т п л - Т н л ) - нелинейная зависимость при переходе металла в жидкое состояние.

17 Область V. При переходе из жидкого в газообразное состояние

Область V. При переходе из жидкого в газообразное состояние

скачкообразно изменяется удельное сопротивление (примерно в 2 раза). Закономерности: 1. Если плавление идет с увеличением объема металла, то удельное сопротивление ? резко возрастает. 2. При уменьшении объема металла происходит скачкообразное понижение сопротивления ?.

18 Сверхпроводимости у меди не обнаружено, но при Т = 20К удельное

Сверхпроводимости у меди не обнаружено, но при Т = 20К удельное

сопротивление отличается от нормального (Т = 300К) на три порядка. Температурный коэффициент удельного сопротивления - относительное изменение удельного сопротивления при изменении температуры на один кельвин (градус) (10)

19 Рисунок 2 – Зависимости удельного сопротивления

Рисунок 2 – Зависимости удельного сопротивления

от температуры Т для : (а) –меди при обычных и (б) - меди и алюминия при низких температурах

20 3. Контактные явления в металлах При соприкосновении двух различных

3. Контактные явления в металлах При соприкосновении двух различных

металлов между ними возникает контактная разность потенциалов. Это явление открыл итальянский физик А. Вольта в 1797г. Причиной появления разности потенциалов в месте контакта является различная энергия Ферми у сопрягаемых металлов. Электронный газ двух металлов А и В характеризуют энергиями Ферми ЭАF и ЭВF , отсчитываемыми от дна зоны проводимости (рисунок 4,а).

21 Рисунок 3 – Энергетические диаграммы двух отдельных (а) и

Рисунок 3 – Энергетические диаграммы двух отдельных (а) и

контактируемых (б) металлов

22 Работы выхода электронов

Работы выхода электронов

А и ? В в металлах А и В различны. При контакте металлов А и В возникает переход электронов из области с большим значением энергии ЭF в область, где энергия меньше (из металла В ? А). Такой переход является движением электронов на более низкие энергетические уровни. В результате металл В заряжается положительно, а металл А – отрицательно. Между металлами возникает разность потенциалов, препятствующая дальнейшему переходу носителей заряда.

23 Внутренняя контактная разность потенциалов - разность энергий Ферми от

Внутренняя контактная разность потенциалов - разность энергий Ферми от

дна зоны проводимости для изолированных металлов А и В. В результате, энергетические уровни в металле А, зарядившемся (-), поднимутся, а в металле В, зарядившемся (+), опустятся. Двойной электрический слой d тонок (порядка периода решетки) и не влияет на прохождение тока через контакт. Контактная разность потенциалов между двумя металлами А и В составляет несколько вольт.

24 Термопара - термоэлемент, составленный из двух различных проводников,

Термопара - термоэлемент, составленный из двух различных проводников,

образующих замкнутую электрическую цепь. Рисунок 4 – Схема термопары металлов А и В

25 Термо-ЭДС имеет три составляющие: 1. Обусловлена температурной

Термо-ЭДС имеет три составляющие: 1. Обусловлена температурной

зависимостью контактной разности потенциалов. В металлах с увеличением температуры уровень Ферми, смещается вниз по энергетической шкале. Из-за смещения уровня Ферми возникает контактная составляющая термо-ЭДС. 2. Зависит от диффузии носителей заряда от горячих спаев к холодным. Электроны горячей части Т1 имеют большую кинетическую энергию и скорость движения по сравнению с зарядами холодной части Т2. Диффузионный поток электронов создает между спаями разность потенциалов.

26 Эффект Зеебека

Эффект Зеебека

При различной температуре контактов Т1 и Т2 в замкнутой цепи термопары АВ возникает термоэлектрический ток i, а в разомкнутой цепи появится разность потенциалов – термо-ЭДС. В температурном интервале (Т1 –Т2) термо-ЭДС пропорциональна разности температур контактов: U = ? т ( Т1 –Т2 ), (9) где ? т - удельная термо-ЭДС.

27 3. Возникает между металлами из-за увлечения электронов квантами

3. Возникает между металлами из-за увлечения электронов квантами

тепловой энергии (фононами). Их поток также распространяется к холодной части Т2. Термо-ЭДС металлов А и В имеет небольшую концентрацию электронов, расположенных на энергетических уровнях около уровня Ферми. Удельная термо-ЭДС двух металлов мала. Большую удельную термо-ЭДС получают при использовании металлических сплавов имеющих сложную зонную структуру.

28 Металлические термопары используются для точного измерения температуры

Металлические термопары используются для точного измерения температуры

Для уменьшения влияния паразитных термо-ЭДС в цепях измерительных приборов автоматики ЭУ используют контактирующие материалы с малыми значениями коэффициента ? т. Относительная удельная термо-ЭДС пары: ? т = ? Т А - ? Т В (10) где ? Т А и ? Т В - абсолютные удельные термо-ЭДС контактирующих металлов А и В.

29 Для измерения низких температур применяют эталоны - сверхпроводники у

Для измерения низких температур применяют эталоны - сверхпроводники у

которых абсолютная удельная термо-ЭДС всегда равна нулю. Знак термо-ЭДС считается отрицательным, если горячая часть проводника заряжается положительно. В общем случае абсолютная термо-ЭДС сильно зависит от температуры и может изменять знак в процессе нагревания металлов.

30 Выводы

Выводы

Электропроводимость металлов в ЭТМ определяется в основном средней длиной свободного пробега электронов, которая зависит от строения проводника (химической природы атомов металлов и типа кристаллической решетки). Причиной электрического сопротивления металлических проводников является не столкновение свободных электронов с атомами кристаллической решетки, а рассеяние их на дефектах структуры.

31 Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и
«Зависимость проводника от температуры физика 10 класс»
http://900igr.net/prezentacija/obschestvoznanie/zavisimost-provodnika-ot-temperatury-fizika-10-klass-176763.html
cсылка на страницу

Факультет

11 презентаций о факультете
Урок

Обществознание

85 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по обществознанию > Факультет > Зависимость проводника от температуры физика 10 класс