Контрольная по математике Дизайн Конспект лекций по электротехнике Теоретическая механика Электротехнические материалы Атомная энергетика Энергетический реактор

Вторым по значению резистивным материалом является графит.

Из металлических материалов для резисторов наибольшее распространение получили материалы на основе никеля, хрома и железа, т.н нихромы, и родственные им материалы на основе железа, хрома и алюминия, т.н. фехрали. В обозначении марки буква Х означает хром, буква Н-никель, буква Ю - алюминий.

Электропроводящие полимеры

Материал «ЭКОМ» для резисторов и обогревателей

Материалы с нелинейной проводимостью очень важны для энергетики. Дело в том, что с их помощью подавляются паразитные волны перенапряжений в линиях и на подстанциях

Электропроводность полупроводников и слабопроводящих материалов.

          В любом теле при приложении напряжения должен протекать ток в соответствии с выражением, определяющим плотность тока

                                            (7.1)

          Здесь ni - концентрация носителей заряда i-ого сорта, qi - значение заряда, vi - скорость заряда.  Определяющий параметр в этом выражении - ni. Как уже упоминалось во второй лекции ni велико для металлов, т.к. нет энергетического барьера для выхода электронов, ni - очень мало для диэлектриков, т.к. энергетический барьер (ширина запрещенной зоны) составляет порядка 10 Эв. Полупроводники и слабопроводящие материалы являются промежуточным звеном. Их ширина запрещенной зоны составляет обычно от доли  эВ до нескольких эВ.  Удельное сопротивление полупроводников меняется в диапазоне от микроом на метр до десятков мегаом на метр.

          Большой интерес к полупроводникам вызван возможностью управления их свойствами путем добавления небольших количеств других веществ, т.н. легирования. Если добавлять легко ионизирующиеся вещества, т.е. вещества легко отдающие электроны, их еще называют веществами-донорами электронов,  (например к германию добавить мышьяк) то можно создать полупроводник с электронной проводимостью. В этом случае существует некоторое количество свободных электронов, за счет которых осуществляется проводимость. Такой полупроводник называется полупроводником n-типа.

          Если добавлять вещества с большим сродством к электрону, т.е. вещества, легко захватывающие электроны, например к германию добавить индий, то создается полупроводник с т.н. "дырочной" проводимостью. В этом случае существует некоторое количество свободных электронных вакансий, за счет которых осуществляется проводимость.    Это как бы эквивалентно появлению в полупроводнике положительных носителей заряда с примерно такими же свойствами, что и электроны, но противоположно заряженных. Такой полупроводник называется полупроводником р-типа.  За счет комбинации полупроводников р- и n- типа созданы различные электронные приборы: диоды, транзисторы, тиристоры и т.п.  В энергетике полупроводники напрямую мало используются, но электронные компоненты на основе полупроводников используются достаточно широко.  Это любая электроника на станциях, подстанциях, диспетчерских управлениях, службах и т.п. Выпрямители, усилители, генераторы, преобразователи.

          Из полупроводниковых материалов отметим германий (он исторически был первым полупроводником наряду с окисью меди) и кремний. Последний в настоящее время является полупроводником № 1.

          Рассмотрим некоторые характеристики кремния:

Плотность, кГ/м3                                    2300

Т плавления,°С                                         1400

Теплоемкость, кДж/(кг×К)                       0.8

Теплопроводность, Вт/( м×К)                   167

Энергия активации 

(ширина запрещенной зоны) , эВ             1,1

Концентрация собственных носителей,   0.04/мкм3.  

 

  Из других видов полупроводников можно отметить арсенид галлия, селен (фоторезисторы). 

 

          Электропроводность технических материалов также определяется аналогично выражению (1).  Отметим, что электропроводность растет с ростом температуры. Это связано с тем, что с ростом температуры  электроны имеют повышенную энергию и они легче могут ионизоваться.

          В металлах, как указывалось ранее, электропроводность падает с ростом температуры. Это связано с тем, что в металлах количество носителей заряда велико и не зависит от температуры, но их движение может затрудниться при взаимодействии с тепловыми колебаниями молекул металла.  Если снова обратиться к формуле (7.1), то скорость V (и подвижность) должна падать с ростом температуры из-за участившихся столкновений электронов с колебаниями решетки.

Электротехнические материалы Теория конструктивных материалов


На главную