Металлические проводниковые и полупроводниковые материалы

Заключение

В данной работе отражен механизм проводимости и проанализированы различные материалы на предмет их вхождения в группу проводников или полупроводников.
Сегодня, основываясь на экономическом анализе ситуации алюминий не только, как правило, заменил медь для воздушных линий передач, но начинает внедряться и в производство изолированных кабельных изделий.
Отечественная наука и техника полупроводников развивалась собственным путем, обогащая мировую науку своими достижениями и успехами и в то же время, используя все прогрессивное, что давала зарубежная наука и техника, путем творческого освоения практических результатов иностранных работ.
 

...

Содержание

Введение 3
1 Общие сведения о проводимости 4
2 Проводниковые материалы 6
3 Полупроводниковые материалы 9
Заключение 12
Список использованной литературы 13

Введение


В электрических и магнитных полях располагаются электротехнические материалы. К электротехническим материалам так же относят основные электротехнические изделия: изоляторы, конденсаторы, провода и некоторые полупроводниковые элементы. Электротехнические материалы в современной электротехнике занимают одно из главных мест. Надежность работы различных электрических агрегатов, машин и аппаратов практически в первую очередь зависит от правильного выбора электротехнических материалов и их качества. Анализируя поломки в электрических машинах и аппаратах, можно увидеть, что главной причиной поломок является электроизоляция. А она, в свою очередь, состоит из электроизоляционных материалов.
Рациональный выбор электроизоляционных компонентов позволить уменьшить габариты и вес оборудован ия, а главное сделать его надежным. Однако дабы таких качеств добиться, важно иметь представление о свойствах всех групп электротехнических материалов. Все тела, в зависимости от их электрических свойств, могут быть отнесены к группе диэлектриков, проводников или полупроводников.
Целью данной работы является рассмотрение различных металлов, на возможность их применения в электротехнической области. Основными задачами ставятся:
– анализ общих сведений о теории проводимости;
– исследование проводниковых металлов;
– исследование полупроводниковых металлов.
Реферат изложен на 13 страницах и содержит 2 рисунка и 1 таблицу.
 

Рисунок 2 - Энергетическое отличие металлических проводников от полупроводников и диэлектриковВ заполненной зоне, откуда ушел электрон, образовалась «электронная дырка», а потому в полупроводнике начнется другое «эстафетное» движение электронов, заполняющих образовавшуюся дырку, причем под воздействием электрического поля дырка будет двигаться в направлении поля как эквивалентный положительный заряд.Процесс перехода электронов в свободное состояние сопровождается и обратным явлением, т. е. возвратом электронов в нормальное состояние. В результате в веществе наступает равновесие, т. е. количество электронов, переходящих в свободную зону, становится равным количеству электронов, возвращающихся обратно в нормальное состояние.2 Проводниковые материалыЧистые металлы обладают малым удельным сопротивлением. Исключением является ртуть, у которой удельное сопротивление довольно высокое. Сплавы также обладают высоким удельным сопротивлением. Чистые металлы применяются при изготовлении обмоточных и монтажных проводов, кабелей и пр. Проводниковые сплавы в виде проволоки и лент используются в реостатах, потенциометрах, добавочных сопротивлениях и т. д.Металлы относятся к группе твердых проводников. Металлические проводниковые материалы могут быть разделены на материалы высокой проводимости и материалы высокого сопротивления. Металлы с высокой проводимостью используются для проводов, кабелей, обмоток трансформаторов, электрических машин и т. д. Металлы и сплавы высокого сопротивления применяются в электронагревательных приборах, лампах накаливания, реостатах, образцовых сопротивлениях и т. п. К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Как правило, температура плавления металлов высока, за исключением ртути, у которой она составляет около —39° С. Поэтому при нормальной температуре в качестве жидкого металлического проводника может быть использована только ртуть. Другие металлы являются жидкими проводниками при более высоких температурах (например, при плавке металлов токами высокой частоты). Технические данные металлических проводниковых материалов представлены в таблице 1.Таблица 1 - Технические данные металлических проводниковых материалов[1] Бронза - сплав меди с оловом, кадмием, бериллием, фосфором и др. элементами.[2] Латунь - сплав меди и цинка.Свободные электроны протекают по металлам в твердом и жидком состоянии, что вызывает образование электрического тока. В результате, они получили название проводников с электронной проводимостью (проводники первого рода). С другой стороны, имеются электролиты (проводники второго рода). К ним относят кислотные и щелочные растворы, а так же соли. Ток проходит по данным проводникам и вместе с тем переносятся электрические заряды ионов. Постепенно осуществляется изменение состава электролита. Продукты электролиза образуются на электродах.Выделяют два наиболее распространенных материала с высокой проводимостью: медь и алюминий. Согласно таблице 1 можно рассмотреть и другие, но они существенно дороже названных. Рассмотрим плюсы меди, которые позволяют ей добиться широкого использования в роли проводникового материала:– низкая величина удельного сопротивления;– высокий уровень механической прочности;– необходимый уровень стойкости по отношению к коррозии;– хорошая обрабатываемость; – относительная легкость пайки и сварки.Алюминий, являющийся вторым широкораспространенным металлом, представляет собой металл серебристо-белого цвета. Он является главным представителем легких металлов. По весу он легче меди немногим более чем в три раза. Кроме того, медь имеет меньший температурный коэффициент линейного расширения, удельную теплоемкость и теплоту плавления, нежели у алюминия. В результате, из-за высоких величин удельной теплоемкости и теплоты плавления необходимые большие затраты тепла для того, чтобы нагреть алюминий до температуры плавления и перевести его в расплавленное состояние.Пониженные свойства (механические и электрические) алюминия в отличие от меди приводят к ряду факторов. Например, рассмотрим случай в ходе которого возьмем одинаковые сечение и длину алюминиевого провода. В этой ситуации электрическое сопротивление у провода из алюминия будет в 1,63 раза больше (0,028:0,0172). Таким образом, можно сделать вывод, что равенство электрических сопротивлений алюминиевого провода и медного может быть достигнуто в случае большего диаметра сечения у медного провода. На основании представленного можно заключить экономический вывод: в случае производства проводов одинаковой проводимости равной длины, а так же равных условиях передаваемой энергии, выгоднее использовать алюминий, нежели медь. Но правило справедливо при условии, что тонна алюминия дороже тонны меди не более чем в два раза.3 Полупроводниковые материалыПолупроводниковые материалы занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками, если брать в расчёт значение удельного сопротивления. Заметим, что при подаче на них высокого напряжения, ряд полупроводников значительно уменьшает электрическое сопротивление. На первый взгляд, кажется, что данное явление носит исключительно отрицательный характер.