Чем объясняется электропроводность металлов: Что такое электропроводность?

классическая, электронная теории / Справочник :: Бингоскул

Электропроводность металлов и чем она обусловлена: классическая, электронная теории

добавить в закладки удалить из закладок

Содержание:

К. Рикке

К. Рикке в 1901 г. установил, что проводимость электрического тока металлами не связана с переносом вещества в отличие от электролитов, где носители электричества перемещаются. Электронная теория проводимости металла разработана Толменом и Стюартом. Благодаря опытам они поняли, что электричество в металле передаётся посредством отрицательно заряженных частиц – электронов. Открытие дало толчок в развитии новых технологий в области электроники. Рассмотрим, что такое электрическая проводимость или электропроводность металлов, чем она объясняется. 

Совместные работы Толмена и Стюарта продолжил немец Друде – открыл сопротивление металлов прохождению электричества. Благодаря явлению физики классифицировали вещества на проводники, полупроводники, непроводники или диэлектрики.

Электрическая проводимость (электропроводность) металлов – это способность вещества пропускать постоянное электричество под действием электрического поля. Величина обратно пропорциональна электросопротивлению: G = 1/R. Измеряется в сименсах (См) – единицах, противоположных омам (Ом): См = 1/Ом. 

Некоторые диэлектрики могут откликаться на переменный ток, поэтому под проводимостью понимают в первую очередь способность материала пропускать постоянный ток. Способность вещества проводить заряженные частицы почти не зависит от частоты тока в области НЧ, под воздействием ВЧ полей эта зависимость в определённых случаях прослеживается явно.

Основные положения классической теории электропроводности металлов, фундамент которой заложил Друде:

1. Электропроводность зависит от числа свободных носителей заряда.
2. Ток проходит сквозь проводник под воздействием электрического поля.
3. Сила тока вычисляется по закону Ома.
4. Из-за различного числа электронов в решетке кристаллы имеют разное сопротивление.
5. Ток в веществе возникает сразу с воздействием поля на носители заряда.
6. Проводимость металла падает при нагреве. 

Электропроводность среды или тела зависит от способности заряженных элементарных частиц (ионы, дырки, электроны) свободно перемещаться. Она зависит от строения и состояния самого вещества, его агрегатного состояния, температурного режима, разности потенциалов на концах проводника. Атомы, в частности их массивные ядра, препятствуют пропусканию электричества, причём по-разному у различных химических веществ и их соединений. Отсюда и разное сопротивление у веществ.

Золото, медь, серебро и алюминий – лучшие проводники, но применяются драгоценные металлы в исключительных случаях. Контакты многих устройств покрываются золотом, например, разъёмы студийного звукозаписывающего и воспроизводящего звук оборудования и звуковых карт для снижения потерь сигнала.

Обмотки электрических двигателей делают преимущественно из меди, причём количество примесей не должно превышать 0,05-0,1% в зависимости от требований – включения ухудшают электропроводность меди. Она более доступна, чем драгметаллы, отличается долговечностью и надёжностью, выдерживает значительные токи. Алюминий применяют в электросетях с невысокой нагрузкой.

Поделитесь в социальных сетях:

2 августа 2022, 14:44

Физика

Could not load xLike class!

Хорошая электропроводность — металл — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Влияние примеси железа на электропроводность меди.| Электропроводность железа и платины в зависимости от температуры.  [1]

Хорошая электропроводность металлов обусловливается наличием в массе металла свободных электронов.  [2]

Так, хорошая электропроводность металлов, обусловленная наличием свободных электронов, будет наблюдаться не только в кристаллах, но и в расплавленных металлах.  [3]

Электроны могут легко переходить из однс и зоны в другую, что определяет хорошую электропроводность металлов. У полупроводников ( рис. 2, г) ширина запрещенной зоны невелика, и даже под действием тепловой энергии комнатной температуры некоторая часть электронов переходит из валентной зоны в зону проводимости. Характерной особенностью полупроводников является следующее: при повышении температуры увеличивается переход некоторого количества электронов уз валентной зоны в в зону проводимости, и в этом случае они по величине проводимости приближаются к проводникам; при понижении температуры уменьшается указанный переход и при температуре, близкой к абсолютному нулю ( — 273 С), полупроводник обладает свойствами изолятора.  [4]

Так как между отдельными атомами возможен постоянный обмен состояниями ( обусловленный обменом электронами), хорошая электропроводность металлов и их механическая деформируемость этому представлению не противоречат. Однако общность оптических свойств металлов говорит за наличие в них электронного газа.  [5]

Заметим, что наличие свободных электронов, способных под действием электрического поля перемещаться по кристаллу, обеспечивает хорошую электропроводность металлов.

 [6]

Атомы всех металлов имеют эти неустойчивые внешние электроны, которые легко покидают свои орбиты, чем и объясняется хорошая электропроводность металлов.  [7]

Атомы всех металлов имеют эти неустойчивые внешние электроны, которые легко покидают свои орбиты, чем и объясняете; хорошая электропроводность металлов.  [8]

Структура энергетических зон для металла ( а, полупроводника ( б и диэлектрика ( в. Заштрихованные участки соответствуют заполнению всех уровней электронами. ф-электроны. О-дырки.  [9]

Наличие в валентной зоне свободных уровней, на которые беспрепятственно могут переходить электроны с заполненных уровней той же зоны, и обусловливает хорошую электропроводность металлов при любой температуре и при очень малых напряжениях, а также многие другие характерные для металлов свойства.  [10]

Именно наличие в валентной зоне свободных уровней, на которые беспрепятственно могут переходить электроны с заполненных уровней той же зоны, обусловливает хорошую электропроводность металлов при любой температуре и при очень малых напряжениях, а также и многие другие характерные для металлов свойства.  [11]

Опыт показывает хорошую электропроводность металлов.  [12]

Атомы металлов имеют неустойчивые внешние электроны, которые легко покидают свои орбиты. Этим и объясняется хорошая электропроводность металлов.  [13]

Диаграмма относительной теплопроводности металлов.  [14]

С этой особенностью внутренней структуры металлов связаны их характерные физические свойства. Так как электроны в металлах не связаны с определенными ионами, то они легко могут перемещаться под влиянием уже небольшой разности потенциалов, что и обусловливает

хорошую электропроводность металлов. Легкой подвижностью свободных электронов в кристаллах металлов объясняется также и их высокая теплопроводность. Лучшими проводниками являются серебро, медь и алюминий.  [15]

Страницы:      1    2

Кристалл | Определение, типы, структура и факты

кристалл

Просмотреть все средства массовой информации

Ключевые люди:

Николаус Стено Ральф Уолтер Грейстоун Вайкофф Макс фон Лауэ Жорж Фридель Торберн Улоф Бергман

Похожие темы:

жидкокристаллический плеохроизм двойное преломление симметрия полиморфизм

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

Узнайте, как форма кристаллов определяет различные минералы в семейства

Посмотреть все видео к этой статье

кристалл , любой твердый материал, в котором атомы компонентов расположены в определенном порядке и регулярность поверхности которого отражает его внутреннюю симметрию.

Классификация

Определение твердого тела кажется очевидным; твердое тело обычно считается твердым и твердым. Однако после проверки определение становится менее простым. Кусочек сливочного масла, например, после хранения в холодильнике становится твердым и явно твердым. Пролежав сутки на кухонном столе, тот же кубик становится довольно мягким, и неясно, следует ли по-прежнему считать масло твердым. Многие кристаллы ведут себя как масло в том смысле, что они тверды при низких температурах, но мягки при более высоких температурах. Они называются твердыми при всех температурах ниже их точки плавления. Возможное определение твердого тела — это объект, который сохраняет свою форму, если его не трогать. Актуальным вопросом является то, как долго объект сохраняет свою форму. Высоковязкая жидкость сохраняет свою форму в течение часа, но не года. Твердое тело должно дольше сохранять свою форму.

Основные единицы измерения твердых тел

Основными единицами твердых тел являются либо атомы, либо атомы, объединившиеся в молекулы. Электроны атома движутся по орбитам, образующим оболочечную структуру вокруг ядра. Оболочки заполняются в систематическом порядке, причем каждая оболочка содержит лишь небольшое количество электронов. Разные атомы имеют разное количество электронов, которые распределены в характерной электронной структуре заполненных и частично заполненных оболочек. Расположение электронов атома определяет его химические свойства. Свойства твердых тел обычно можно предсказать, исходя из свойств составляющих их атомов и молекул, и поэтому различные оболочечные структуры атомов ответственны за разнообразие твердых тел.

Все занятые оболочки атома аргона (Ar), например, заполнены, что приводит к сферической форме атома. В твердом аргоне атомы расположены в соответствии с плотнейшей упаковкой этих сфер. Атом железа (Fe), напротив, имеет одну электронную оболочку, которая заполнена лишь частично, что придает атому чистый магнитный момент. Таким образом, кристаллическое железо является магнитом. Ковалентная связь между двумя атомами углерода (C) является самой прочной связью в природе. Эта сильная связь делает алмаз самым твердым телом.

Викторина «Британника»

Наука: правда или вымысел?

Твердое тело называется кристаллическим, если оно имеет дальний порядок. Как только положение атома и его соседей известно в одной точке, место каждого атома точно известно во всем кристалле. У большинства жидкостей отсутствует дальний порядок, хотя у многих есть ближний порядок. Ближний радиус определяется как первые или вторые ближайшие соседи атома. Во многих жидкостях первые соседние атомы расположены так же, как и в соответствующей твердой фазе. Однако на расстояниях, которые составляют много атомов, положения атомов становятся некоррелированными. Эти жидкости, такие как вода, имеют ближний порядок, но не имеют дальнего порядка. Некоторые жидкости могут иметь ближний порядок в одном направлении и дальний порядок в другом; эти специальные вещества называются жидкими кристаллами. Твердые кристаллы имеют как ближний, так и дальний порядок.

Твердые тела, имеющие ближний порядок, но не имеющие дальнего порядка, называются аморфными. Почти любой материал можно сделать аморфным путем быстрого затвердевания из расплава (расплавленное состояние). Это условие нестабильно, и твердое тело со временем кристаллизуется. Если время кристаллизации исчисляется годами, то аморфное состояние оказывается стабильным. Стекла являются примером аморфных твердых тел. В кристаллическом кремнии (Si) каждый атом тетраэдрически связан с четырьмя соседями. В аморфном кремнии (a-Si) существует тот же ближний порядок, но направления связей меняются на более удаленных от любого атома расстояниях. Аморфный кремний — это разновидность стекла. Квазикристаллы — еще один тип твердых тел, в которых отсутствует дальний порядок.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Большинство твердых материалов, встречающихся в природе, существуют в поликристаллической форме, а не в виде монокристалла.

На самом деле они состоят из миллионов зерен (маленьких кристаллов), упакованных вместе, чтобы заполнить все пространство. Каждое отдельное зерно имеет другую ориентацию, чем его соседи. Хотя дальний порядок существует в пределах одного зерна, на границе между зернами упорядочение меняет направление. Типичный кусок железа или меди (Cu) является поликристаллическим. Монокристаллы металлов мягки и пластичны, а поликристаллы тверже и прочнее и более применимы в промышленности. Большинство поликристаллических материалов можно превратить в крупные монокристаллы после длительной термообработки. В прошлом кузнецы нагревали кусок металла, чтобы сделать его ковким: тепло заставляет несколько зерен увеличиваться за счет включения более мелких. Кузнецы сгибали размягченный металл, придавая ему форму, а затем некоторое время растирали его; удары снова сделают его поликристаллическим, увеличив его прочность.

Категории кристаллов

Кристаллы классифицируются по общим категориям, таким как изоляторы, металлы, полупроводники и твердые молекулярные вещества. Монокристалл изолятора обычно прозрачен и напоминает кусок стекла. Металлы блестят, если они не заржавели. Полупроводники иногда блестят, иногда прозрачны, но никогда не ржавеют. Многие кристаллы можно отнести к одному типу твердых тел, в то время как другие имеют промежуточное поведение. Сульфид кадмия (CdS) может быть получен в чистом виде и является отличным изолятором; когда к сульфиду кадмия добавляются примеси, он становится интересным полупроводником. Висмут (Bi) кажется металлом, но количество электронов, доступных для электропроводности, такое же, как и у полупроводников. На самом деле висмут называют полуметаллом. Молекулярные твердые тела обычно представляют собой кристаллы, образованные из молекул или полимеров. Они могут быть изолирующими, полупроводниковыми или металлическими, в зависимости от типа молекул в кристалле. Постоянно синтезируются новые молекулы, и многие из них превращаются в кристаллы. Количество различных кристаллов огромно.

Видео с вопросами: объяснение разницы между металлами и ионными твердыми телами

Металлы, как правило, блестящие и электропроводящие, в то время как ионные твердые вещества матовые и обладают электроизоляционными свойствами. Какая особенность металлов ответственна за это различие? [A] Атомная масса ядер [B] Число нейтронов в ядрах [C] Кристаллическая решетка положительных ионов [D] Делокализованные электроны [E] Заряды положительных ионов

Стенограмма видео

Металлы обычно блестящие и электропроводящие, а ионные твердые тела матовые и электроизолирующие. Какая особенность металлов ответственна за это различие? (A) Атомная масса ядер, (B) число нейтронов в ядрах, (C) кристаллическая решетка положительных ионов, (D) делокализованные электроны или (E) заряды положительных ионов.

В этом вопросе нам предлагается определить свойство металлов, придающее им типичный блеск и электропроводность. Мы должны сравнить это с ионными твердыми телами, которые обычно не имеют блеска и поэтому кажутся тусклыми и не проводят электричество, а скорее изолируют. Давайте подробнее рассмотрим структуру металлов и ионных твердых тел, чтобы мы могли определить особенность, которая вызывает эти различия.

Металлы состоят из решетки положительно заряженных ионов и того, что иногда называют морем делокализованных электронов. Они удерживаются вместе за счет сильного притяжения между положительно заряженными ионами и отрицательно заряженными электронами. Эти электроны очень подвижны внутри решетки. Ионные твердые тела также имеют решетчатую структуру. Однако эта решетка состоит из противоположно заряженных ионов. Эти ионы очень сильно притягиваются друг к другу и в твердом состоянии остаются жестко неподвижными внутри решетки.

Давайте теперь посмотрим на свойства блеска и проводимости. Как правило, чтобы материал сиял, свет должен отражаться на его поверхности. Делокализованные электроны на поверхности металла могут поглощать и отражать свет, что приводит к типичному блестящему внешнему виду металла. Это явление не происходит с ионными твердыми телами. Электропроводность возникает, когда электрические заряды могут протекать через материал. В металлах делокализованные электроны могут легко проходить через решетку положительных ионов.