Жұмыстың тақырыбы: «Өткізгіштік материалдар»
Мамандығы: Электро энергетика
Орындаған: Боранбай Азамат
Тобы:ЭЭк-21-5
Тексерген: Тасыбаева Ж. Алматы 2022
4.1 Жұмыстың мақсаты Өткізгіш материалдардың физикалық құбылыстарын зерттеу және олардың негізгі мінездемелерінің меншікті кедергісін, кедергінің температуралық коэффициенттін, термо эқк –ін эксперименттік жолмен анықтау.
1.1 Қысқаша теориялық кіріспе Өткізгіш материалдарға меншікті кедергісі 10-5 Ом.м – ден аз болатын заттар жатады. Металдар мен олардың қоспалары электротехникада кеңінен қолданылатын өткізгіш материалдар болып келеді. Металдардың ішіндегі айырықша кезде түсетіндер, меншікті кедергісі қалыпты температурада 0,1 мкОм.м аспайтын мен қалыпты температурада меншікті кедергісі 0,3 мкОм.м – ден аспайтын метал қоспалары. Жоғары өткізу қабілеті бар металлдар кабельдер, электр машиналары мен трансформаторлардың орамдары қолданылады. Жоғары кедергілі қоспалар резисторлар мен электр жылыту элементтерінде қолданылады.
Металлдардың классикалық электрондық теориясы бойынша, қатты өткізгіш кристаллдық иондық тордың түйіндері ретінде қарауға болады. Түйіндердің арасында еркін электрондар орналасқан. Металдардағы тоқтың тууы электр өрісінің әсерінен еркін электрондардың бағытталған қозғалысы болғандықтан, металдарды электрондық электр өткізгіштер деп немесе бірінші түрлі өткізгіштер д.а деп атайды.
Өткізгіш материалдардың қасиеттерін көрсететін негізгі параметрлерге:
- меншікті кедергі /ρ/ немесе оған кері шама меншікті өткізгіштік / /;
- меншікті кедергінің температуралық коэффициенті /ТКρ/;
- контакталық потенциалдар айырмасы мен Термо ЭҚК (ТЭДС) жатады. Кедергісі – R, ұзындығы - және көлденең қимасының ауданы – S – қа тең өткізгіштің кедергісін мына формуламен анықтауға болады
ρ – ны өлшеу үшін СИ системасындағы Ом.м бірлігінен басқа CU жүйесінен тыс Ом.мм2 /м бірлігінде жиі қолданылады.
1Ом.м =106 мкОм.м =106 Ом.мм2 /м .
Өткізгіштердің меншікті өткізгіштігі - γ , ρ – ға кері шама См/м – берлігімен өлшенеді; См жиі кездесетін өткізгіштер мыс пен алюминий меншікті кедергілері мыналарға тең: 0,0172 және 0,028 мкОм.м.
Металдардың классикалық теориясы бойынша металл өткізгіштердің меншікті кедергісін былай анықтауға болады
мұнда m – электронның массасы;
VT – электронның жылулық қозғалуының орташа жылдамдылығы;
– электронның заряды;
Ν– электронның шоғырлануы (концентрация);
λ - электронның еркін жүріс орташа ұзындығы.
Әр түрлі металдардың бейтарап жылулық қозғалуының жылдамдығы (қалыпты температурада) бірдей деуге болады. Еркін электрондардың концентрациясының да өзгеруі онша емес, сондықтан меншікті кедергі ρ - ның мағынасы негізінде берілген өткізгіштің электронның еркін жүрісінің орташа ұзындығы мен байланысты. λ - өткізгіш материалдың құрамымен анықталады. Дұрыс кристалдық торлы таза металдардың ρ -сы аз болады да, ал қоспалардың, торлары дұрыс емес металдардың, ρ -сы көп болады.
Өткізгіштер үшін кедергінің температуралық коэффициенті деген түсінік бар
мұнда - заттың ұзындығы
Осы коэффицентердің ұлғаюын, мысалы ТКR, мынадай жазуға болады
мұндағы R1 – Т1 температурасындағы кедергі;
R2 – Т2 температурасындағы кедергі.
ТКR кедергінің температуралық коэффициенті - кедергінің температураға байланыстылығын, яғни кедергінің өткізгішті 1 градусқа қыздырғанда алғашқы кедергісіне қарағанда қанша есе өзгеретінін нақты сан түрінде көрсетеді. Барлық ТКлар температура өлшеміне кері, сондықтан (К-1 ) мен өлшенеді. Классикалық теория бойынша қатты күйдегі металдардың ТК – і идеал газ көлемінің ТК-ге жақын болады яғни 1/273= 0.00367 К-1 . Өткізгіштердің ТК-лері өзара байланысты болады
Әдетте таза металдар үшін ТК << ТК ρ болады, сондықтан шамамен ТКR ТК ρ - ден алуға болады. Мыс пен алюминий үшін ТК-лер 0,0043 және 0,0042 К-1 тең ал ТК - 0,000016 және 0,000024 К-1 . Таза металдардан жасалған өткізгіштердің температурасын көтерген кезде заряд тасымалдаушылар саны /еркін электрондар концентрациясы/ іс жүзінде өзгермейді.
Бірақ та температура көтерілген кезде, кристалдық тор түйінділерінің /узел/ тербелістерінің үлғаюына байланысты, электр өрісінің әсерінен бағытталып қозғалған еркін электрондар алдында бөгеттер көбее түседі, яғни орташа еркін жүріс ұзындығы / λ / азаяды, осының әсерінен металдардың меншікті кедергісі көбееді (1.1 – сурет).
Басқаша айтқанда ТК ρ металдар үшін оң сан. Бірақ қоспалар үшін теріс мәнге де ие болуы мүкін.
4.1 – сурет. Мыстың меншікті кедергісінің температураға байланыстылығы
Іс жүзінде температура кішкене диапазонда өзгергенде ρ=f(Tо) байланысын сызықты
– кесек апроксимациясы етіп алуға болады, бұл жағдайда
мұндағы ρ2 мен ρ1 - өткізгіштердің T2 және T1 температураларындағы меншікті кедергілері (Т2Т1)
TКR – T1 – ден T2 – ге дейінгі температуралардың меншікті кедергісінің орташа коэффициенті.
Әр аттас металлдар бір-бірімен жанасқан кезде олардың арасында контактілік потенциалдар айырмасы пайда болады, бұған себеп жанасқан металдардың электрондарының шығу жұмысы мен еркін электрондар концентрациясының әр түрлі болуы. Егер бір дәнекердің температурасы Т1 ал екіншісі T2 сонымен қатар Т1 ≠T2 болмаса дәнекерлер арасында Термо ЭҚК пайда болады
мұндағы k – екі өткізгіштің «Термо ЭҚК коэффициенті»
