Температурная зависимость удельного сопротивления чистых металлов

1.

Температурная зависимость удельного
сопротивления чистых металлов
1
T
2
1
Т1
Ткомн
Т2
Тпл
Т
- уменьшается при
росте температуры
2 1 1 (T2 T1 )
В идеальном кристалле электрон движется без столкновений,
т.е. = 0.
Чем больше дефектов – тем больше удельное сопротивление .
При повышении температуры подвижность электронов падает
из-за рассеивания на тепловых колебаниях кристаллической
решетки
1

2.

Электрические свойства металлов с примесями и
сплавов
Металлические сплавы – вещества, получаемые сплавлением
двух или нескольких компонентов
Сплавы
смеси
твердые
растворы
химические
соединения
Двухкомпонентный сплав
xA и xB - содержание компоненты А и В
xA + xB = 1
2

3.

Электрические свойства металлов с примесями и
сплавов
Смеси
A
B
В
В
А
А
0
0,5
1
хВ
Зависимость удельного
сопротивления от содержания
«порошковой» примеси
«Порошковая»
примесь
(нерастворимая)
xA и xB - содержание компоненты А и В
3

4.

Электрические свойства металлов с примесями и
сплавов
Атомарная
примесь
(растворимая)
А
В
Т ост
Т
ост
Любая атомарная примесь
увеличивает удельное
сопротивление металла
правило Маттисена
- полное уд. сопротивление металла с примесными атомами
- уд. сопротивление чистого металла, обусловленное
рассеиванием электронов на тепловых колебаниях
- уд. сопротивление, обусловленное рассеиванием
электронов на атомах примеси
4

5.

Электрические свойства металлов с примесями и
сплавов
Для двухкомпонентного сплава
ост C x A xB C xB 1 xB
В случае низкой концентрации одного из
компонентов (хВ 0)
ост C xB
В
А
хВ
Зависимость удельного
сопротивления от примеси
0
0,5
1
А
В
0
0,5
1
хВ
Зависимость ТКρ от
содержания примеси
Удельное сопротивление сплавов больше, чем чистых металлов,
а температурный коэффициент удельного сопротивления меньше
5

6.

Электрические свойства металлов с примесями и
сплавов
Температурная зависимость удельного сопротивления чистого
металла и сплава
Т ост
1
T
Т
ост
Т
в примесных металлах
меньше, чем в чистых
При Т = 0 удельное сопротивление чистого металла 0,
уд. сопротивление металла с примесями равно ρост
6

7. Сопротивление проводников на высоких частотах

f < 1000 Гц
f > 1 МГц
z
j ( z ) j0 exp
j0
d
j0/e
d 2
S1
4
S 2 d
- при << d
z
Активное сопротивление проводника на высоких частотах выше, чем
при постоянном токе из-за уменьшения площади, по которой протекает
ток
7

8. Сопротивление проводников на высоких частотах

f 0
- удельное сопротивление;
f – частота;
µ0 – магнитная постоянная;
µ - магнитная проницаемость
- глубина проникновения
электрического поля в проводник
, м
Cu
f
50
9 мм
1000
6 мм
100 КГц
0,2 мм
10 МГц
20 мкм
Cu
Fe
f, Гц
8

9. Сопротивление тонких металлических пленок

Размерный эффект (зависимость свойств от
размеров) связан с возрастающей ролью
поверхности по сравнению с объемом.
м
d
Удельное сопротивление тонких пленок
больше, а ТК меньше чем у массивных
образцов
0
d
островковая пленка
подложка
Причины:
высокая дефектность пленки (примеси и
границы)
при малых толщинах – островковая пленка
Виды тонкопленочных резисторов
L
RS S
a
обычный
меандр
9

10. Поверхностное сопротивление тонких слоев

Обозначение: S
(иногда RS)
Удельное поверхностное сопротивление
или сопротивление квадрата поверхности
L
ток
L L
R
a a
a
Сопротивление квадрата поверхности (если L = a)
Полное сопротивление поверхностного слоя
длиной L и шириной a
L
L
a
a
L
a
Размерность: Ом
(иногда Ом/ )
S
L
RS S
a
- число квадратов в
направлении протекания тока
10

11. Термоэлектродвижущая сила

Схема устройства термопары
Показания мВ (термо-э.д.с.)
Т1
Т2
U T T (T2 T1 )
T
мВ
TA
металл
,мкВ/К
Al
-1,3
Cu
+1,8
Ag
+1,5
Ni
-19,3
Cr
+18
TA , TB
-относительная удельная
термо-э.д.с.
T TA TB
-абсолютные удельные термо-э.д.с.
Градуировочная зависимость термопары
UT
T2 - T 1
11

12.

Материалы высокой проводимости
Свойство
Медь
Алюминий
Уд.сопрот.,мкОм м
0,0168
0,0265
ТК , К-1
4,33 10-3
4,1 10-3
Плотность, кг дм-3
8,92
2,7
Т плавл., С
1083
660
Мех.прочность, МПа
215
50
Твердость, МПа
400
150
Уд.сопр.: Ag - 0,015, Pb - 0,190, Au - 0,0225 Fe - 0,1 мкОм м
12

13.

Материалы высокой проводимости
Применение:
Медь
Алюминий
провода, кабели, обмотка,
• провода, кабели
фольгированный текстолит
в гибридных микросхемах
• оксидные (электролитические)
конденсаторы
• в интегральных микросхемах
Окись меди –полупроводник
Е=2,2 эВ
Окись алюминия – диэлектрик
Сплавы
Дюраль
Латунь Сu - Zn
Al - Mn, Al - Mg,
Бронза Cu - Sn (Al, P, Be и др)
13

14.

Сплавы высокого сопротивления
Применение и предъявляемые требования:
Нагреватели
(высокая нагревостойкость)
Резисторы
(низкий ТК )
Основные свойства сплавов высокого сопротивления
предельн.
рабочая
темпер., оС
Состав
, мкОм м
,10 , К
Cu - Mn - Ni
0,42
5 – 30
100 – 200
Константан
Cu - Ni
0,48
(5 – 25)
450 – 500
Нихром
Ni - Cr
1,0
100 200
1000
Сплав
Манганин
Устройство ТЭНа
нихромовая
спираль
6
-1
стальная
оболочка
инертный нагревостойкий
материал
14

15.

Сплавы для термопар
UT, мВ
хромель
копель
алюмель
Mn);
платинородий
ХК
(90% Ni, 10% Cr);
(56% Cu, 44% Ni);
(95% Ni, +Al, Si,
(90% Pt, 10% Rh);
Обозначения термопар
ХА
ХК хромель - копель
ХА хромель – алюмель
ППр
ППр платина –
платинородий
Т, С
15

16.

Припои
Пайка предназначена для создания механического или
электрического контакта.
При пайке места соединений нагревают, припой расплавляется,
растекается и заполняет зазоры между соединяемыми деталями.
Мягкие (Тпл < 300 оС)
ПОС припой оловянно-свинцовый
ПОС 20 (20% олова)
Твердые (Тпл > 300 оС)
ПМЦ припой медно-цинковый
медно - фосфористые
ПСр припой серебряный
Легкоплавкие (Тпл < 145 оС)
вводят в состав припоя индий,
кадмий, висмут
Назначение флюса –
обеспечить смачивание
поверхности припоем и
защиту от окисления
16

17.

Припои
Марка
Содержание элементов, %
Sn
Pb
Sb
ПОСС 4-6
3-4
90-92
5-6
ПОСК 50-18
50
30-34
0,2
33,4
33,3
33,3
130
15,5
32
52,5
95
25
25
50
94
40
52
8
92
25
50
12,5
60
ПОСВ 33
Сплавы
Розе
Сплав Вуда
12,5
Bi
Cd
Т пл. ºC
265
18
222
Sn – олово, Pb – свинец, Sb - сурьма, Bi - висмут, Cd - кадмий
17

18.

Тугоплавкие материалы
Tплавл
Применение
W
3400 ºC
катоды, нити накаливания (в вакууме)
Ta
3000 ºC
Mo
2620 ºC
Nb
2500 ºC
Cr
1900 ºC
Ti
1670 ºC
Зернистая структура вольфрама
18

19.

Неметаллические проводящие материалы
Углеродистые материалы:
графит, сажа
Проводящие окислы:
SnO2
In2O3
двуокись олова,
окись индия
Свойства графита:
• Тпл = 3900 С
Свойства окислов:
• 10 мкОм м
•
• нагревостойкость
• прозрачность
100 мкОм м
•легко обрабатывается
Применение:
• прозрачные проводящие
• нагреватели,
покрытия,
• электроды для дуговых ламп,
• прозрачные электроды
• щетки электр. машин
19

20.

Неметаллические проводящие материалы (композиционные)
проводник диэлектрик
Керметы
Контактолы
Cr – SiO2
Ag - смола
Ag - стекло
графит - клей
Применение:
высокоомные
резисторы
токопроводящие клеи
20