В чем состоит различие зависимости сопротивления полупроводников и металлов


Ответы на вопросы к §113

1. Какую связь называют ковалентной?
2. В чем состоит различие зависимости сопротивления полупроводников и металлов от температуры?
3. Какие подвижные носители зарядов имеются в чистом полупроводнике?
4. Что происходит при встрече электрона с дыркой?

Температурная зависимость - электрическое сопротивление полупроводников

    • БЕСПЛАТНАЯ ЗАПИСЬ КЛАСС
    • КОНКУРСНЫЕ ЭКЗАМЕНА
      • BNAT
      • Классы
        • Класс 1-3
        • Класс 4-5
        • Класс 6-10
        • Класс 110003 CBSE
          • Книги NCERT
            • Книги NCERT для класса 5
            • Книги NCERT, класс 6
            • Книги NCERT для класса 7
            • Книги NCERT для класса 8
            • Книги NCERT для класса 9
            • Книги NCERT для класса 10
            • NCERT Книги для класса 11
            • NCERT Книги для класса 12
          • NCERT Exemplar
            • NCERT Exemplar Class 8
            • NCERT Exemplar Class 9
            • NCERT Exemplar Class 10
            • NCERT Exemplar Class 11
            • 9plar
            • RS Aggarwal
              • RS Aggarwal Решения класса 12
              • RS Aggarwal Class 11 Solutions
              • RS Aggarwal Решения класса 10
              • Решения RS Aggarwal класса 9
              • Решения RS Aggarwal класса 8
              • Решения RS Aggarwal класса 7
              • Решения RS Aggarwal класса 6
            • RD Sharma
              • RD Sharma Class 6 Решения
              • RD Sharma Class 7 Решения
              • Решения RD Sharma Class 8
              • Решения RD Sharma Class 9
              • Решения RD Sharma Class 10
              • Решения RD Sharma Class 11
              • Решения RD Sharma Class 12
            • PHYSICS
              • Механика
              • Оптика
              • Термодинамика
              • Электромагнетизм
            • ХИМИЯ
              • Органическая химия
              • Неорганическая химия
              • Периодическая таблица
            • MATHS
              • Статистика
              • Числа
              • Числа Пифагора Тр Игонометрические функции
              • Взаимосвязи и функции
              • Последовательности и серии
              • Таблицы умножения
              • Детерминанты и матрицы
              • Прибыль и убыток
              • Полиномиальные уравнения
              • Разделение фракций
            • Microology
        • FORMULAS
          • Математические формулы
          • Алгебраные формулы
          • Тригонометрические формулы
          • Геометрические формулы
        • КАЛЬКУЛЯТОРЫ
          • Математические калькуляторы
          • 0003000
          • 000
          • 000 Калькуляторы по химии
          • 000
          • 000
          • 000 Образцы документов для класса 6
          • Образцы документов CBSE для класса 7
          • Образцы документов CBSE для класса 8
          • Образцы документов CBSE для класса 9
          • Образцы документов CBSE для класса 10
          • Образцы документов CBSE для класса 1 1
          • Образцы документов CBSE для класса 12
        • Вопросники предыдущего года CBSE
          • Вопросники предыдущего года CBSE, класс 10
          • Вопросники предыдущего года CBSE, класс 12
        • HC Verma Solutions
          • HC Verma Solutions Класс 11 Физика
          • HC Verma Solutions Класс 12 Физика
        • Решения Лакмира Сингха
          • Решения Лахмира Сингха класса 9
          • Решения Лахмира Сингха класса 10
          • Решения Лакмира Сингха класса 8
        • 9000 Класс
        9000BSE 9000 Примечания3 2 6 Примечания CBSE
      • Примечания CBSE класса 7
      • Примечания
      • Примечания CBSE класса 8
      • Примечания CBSE класса 9
      • Примечания CBSE класса 10
      • Примечания CBSE класса 11
      • Примечания 12 CBSE
    • Примечания к редакции 9000 CBSE 9000 Примечания к редакции класса 9
    • CBSE Примечания к редакции класса 10
    • CBSE Примечания к редакции класса 11
    • Примечания к редакции класса 12 CBSE
  • Дополнительные вопросы CBSE
    • Дополнительные вопросы по математике класса 8 CBSE
    • Дополнительные вопросы по науке 8 класса CBSE
    • Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE
    • Дополнительные вопросы по науке
    • CBSE Вопросы
    • CBSE Class 10 Дополнительные вопросы по математике
    • CBSE Class 10 Science Extra questions
  • CBSE Class
    • Class 3
    • Class 4
    • Class 5
    • Class 6
    • Class 7
    • Class 8 Класс 9
    • Класс 10
    • Класс 11
    • Класс 12
  • Учебные решения
  • Решения NCERT
    • Решения NCERT для класса 11
      • Решения NCERT для класса 11 по физике
      • Решения NCERT для класса 11 Химия
      • Решения NCERT для биологии класса 11
      • Решение NCERT s Для класса 11 по математике
      • NCERT Solutions Class 11 Accountancy
      • NCERT Solutions Class 11 Business Studies
      • NCERT Solutions Class 11 Economics
      • NCERT Solutions Class 11 Statistics
      • NCERT Solutions Class 11 Commerce
    • NCERT Solutions for Class 12
      • Решения NCERT для физики класса 12
      • Решения NCERT для химии класса 12
      • Решения NCERT для биологии класса 12
      • Решения NCERT для математики класса 12
      • Решения NCERT, класс 12, бухгалтерский учет
      • Решения NCERT, класс 12, бизнес-исследования
      • NCERT Solutions Class 12 Economics
      • NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 1
      • NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 2
      • NCERT Solutions Class 12 Micro-Economics
      • NCERT Solutions Class 12 Commerce
      • NCERT Solutions Class 12 Macro-Economics
    • NCERT Solut Ионы Для класса 4
      • Решения NCERT для математики класса 4
      • Решения NCERT для класса 4 EVS
    • Решения NCERT для класса 5
      • Решения NCERT для математики класса 5
      • Решения NCERT для класса 5 EVS
    • Решения NCERT для класса 6
      • Решения NCERT для математики класса 6
      • Решения NCERT для науки класса 6
      • Решения NCERT для класса 6 по социальным наукам
      • Решения NCERT для класса 6 Английский язык
    • Решения NCERT для класса 7
      • Решения NCERT для математики класса 7
      • Решения NCERT для науки класса 7
      • Решения NCERT для социальных наук класса 7
      • Решения NCERT для класса 7 Английский язык
    • Решения NCERT для класса 8
      • Решения NCERT для математики класса 8
      • Решения NCERT для науки 8 класса
      • Решения NCERT для социальных наук 8 класса ce
      • Решения NCERT для класса 8 Английский
  • .

    Различия между проводниками, полупроводниками и изоляторами (со сравнительной таблицей)

    Проводники, полупроводники и изоляторы можно различить по их проводимости и другим свойствам. Такие проводники, как металлы, демонстрируют проводимость при комнатной температуре, но с повышением температуры их проводимость снижается.

    Однако полупроводники действуют как изоляторы при низких температурах, но при повышении температуры их проводящие свойства также; однако изоляторы не обладают таким влиянием колебаний температуры, поскольку не обладают проводящими свойствами.

    Изоляторы и проводники могут быть твердыми, жидкими или газовыми, и в некоторых исключениях, например, стекло (твердое тело), ​​которое является изолятором, становится проводником при плавлении при более высокой температуре. С другой стороны, полупроводники существуют в твердой форме.

    Жидкости могут быть проводниками или изоляторами, в зависимости от других свойств. Хотя абсолютная чистая вода является изолятором, жидкие металлы электропроводны. Газы также становятся электропроводными при ионизации, хотя обычно они являются изоляторами.

    Проводимость - это явление передачи чего-то вроде тепла, электричества или звука. Итак, исходя из проводимости любого материала и наличия запрещенной зоны, их (материалы) можно классифицировать как проводники, полупроводники или изоляторы. В статье мы будем различать три термина, касающиеся других пунктов, по которым они различаются.

    Содержание: проводники против полупроводников против изоляторов

    1. Таблица сравнения
    2. Определение
    3. Ключевые отличия
    4. Заключение

    Таблица сравнения

    Основа для сравнения Проводники Полупроводники Изоляторы
    Значение Проводники - это вещества, передающие через них тепло или электричество. Такое вещество или материалы, которые могут действовать как проводники, а также как изоляторы в различных условиях, известны как полупроводники. Изоляторы - это вещества, не пропускающие тепло или электричество через них.
    Электропроводность Высокая. Умеренный. Низкий.
    Запрещенный зазор Запрещенный зазор отсутствует. Малый запрещенный зазор. Большой запрещенный зазор.
    Удельное сопротивление Низкое. Умеренный. Очень высокий.
    Температурный коэффициент Положительный. Отрицательно. Отрицательно.
    Значение электропроводности очень высокое. умеренный. ничтожно мало.
    Проводимость Многочисленные электроны для проводимости. Очень небольшое количество электронов для проводимости. Нейтральное число электронов для проводимости.
    Значение удельного сопротивления Менее Между Более
    Прохождение тока Вызвано наличием свободных электронов. Это вызвано свободными электронами и дырками. Это вызвано незначительным присутствием свободных электронов.
    Валентные электроны Во внешней оболочке есть только один валентный электрон. Во внешней оболочке четыре валентных электрона. Во внешней оболочке восемь валентных электронов.
    Перекрытие зон Валентная зона и зона проводимости перекрываются. Валентная зона и зона проводимости разделены энергетической щелью 1,1 эВ. Обе полосы разделены энергетической щелью 6–10 эВ.
    Тип соединения Проводники образованы металлическим соединением. Полупроводники образованы ковалентной связью. Изоляторы образованы ионными связями.
    Примеры Золото, бронза, серебро, ртуть, медь, латунь и т. Д. Кремний, алюминий. Слюда, резина, дерево, бумага и т. Д.

    Определение проводников

    Материалы или вещества, через которые проходит электричество, известны как проводники. Процесс происходит потому, что проводники позволяют электронам переходить от одного атома к другому за счет приложения напряжения. Явление передачи тепла или электричества в любом веществе известно как проводимость.

    Электропроводниками могут быть металлы, неметаллы (проводящий полимер и графит), металлический сплав и электролит. Золото, алюминий, сталь, медь и латунь - типичные примеры, с которыми мы сталкивались в нашей повседневной жизни, и наиболее распространенным является чистое элементное серебро. Как было сказано выше, проводники в основном представляют собой твердые металлы, которые формуются в проводах или врезаются на печатные платы.

    Меркурий - лучший образец в случае жидкостей в качестве проводника. Газы - плохие проводники, но при ионизации они могут стать хорошими проводниками.Таким образом, мы можем сказать, что земля, животные, тело человека и металлы являются проводниками, которые обеспечивают передачу тепла и электричества из одной точки в другую.

    Применение проводов

    • Железо используется в двигателях транспортных средств для отвода тепла.
    • Стальная пластина изготовлена ​​из стали для поглощения большего количества тепла.
    • Алюминий используется в кухонной посуде, которая поглощает и накапливает тепло, и даже используется для упаковки пищевых продуктов.
    • Ртуть используется для измерения температуры тела и термометра.

    Определение полупроводников

    Материалы, символы которых способны вести себя как проводники, а также как изоляторы в различных условиях, известны как полупроводники. Можно также сказать, что такие материалы, проводимость которых лежит между проводниками и изоляторами (непроводниками).

    Полупроводники используются в производстве различных электронных устройств, таких как транзисторы, интегральные схемы и диоды. Эти устройства надежны, дешевы, просты в использовании, мощны и эффективны.Оксиды германия, кремния, теллура, олова и других металлов - несколько примеров полупроводников.

    Применение полупроводников

    Полупроводники используются в силовых устройствах, излучателях света (в том числе твердотельных лазерах), оптических датчиках. Поскольку у них есть возможности управления напряжением и током, и они рассматриваются как будущие элементы в производстве электронных устройств, таких как промышленное оборудование управления, связь с обработкой данных и т. Д.

    Определение изоляторов

    Изоляторы - это вещества, свойства которых отличаются от проводников, поскольку они не пропускают тепло или электричество через них.Причина, по которой не пропускают тепло или электричество, - это удельное сопротивление вещества, а также у них нет свободных электронов.

    Изоляторы в основном твердые. Стекло, слюда, резина, кварц, дерево, шерсть, пластик - вот некоторые из типичных примеров изоляторов. Одним из значительных преимуществ изоляторов является то, что они действуют как защита от тепла и электричества, а также создают звук.

    Применение изоляторов

    • Резина обычно используется в качестве огнестойкой одежды, шин, тапочек, поскольку они являются хорошими изоляторами.
    • Электрические изоляторы используются в системах высокого напряжения, платах электрических цепей, поскольку они (изоляционные материалы) препятствуют прохождению электронов, а также тока через них.
    • Изоляционные материалы также покрывают электрические кабели и провода.
    • Шерстяная одежда и одеяла, используемые зимой для согрева тела.

    Ключевые различия между проводниками, полупроводниками и изоляторами

    Приведенные ниже пункты выделяют общие, но существенные различия между проводниками, полупроводниками и изоляторами:

    1. Проводники - это вещество или материал, передающий через них тепло или электричество.Такие элементы или материалы, которые могут действовать как проводники, а также изоляторы в различных условиях, известны как полупроводники, тогда как изоляторы - это вещества или материалы, которые не передают тепло или электричество через них.
    2. У проводников высокая проводимость , у полупроводников - умеренная, а у изоляторов низкая (незначительная) проводимость .
    3. Запрещенная щель (щель между валентной зоной и зоной проводимости) не обнаруживается в проводниках, в то время как в полупроводниках имеется небольшая запрещенная зона, а в изоляторах наблюдается большая запрещенная зона.
    4. Удельное сопротивление (свойство сопротивления для измерения электропроводности), которое является низким или незначительным для проводников и очень высоким для изоляторов и умеренным для полупроводников.
    5. Значение проводимости (выше значение проводимости, ниже удельное сопротивление вещества) составляет 10 -7 мГо / м (очень высокое) проводников, тогда как полупроводники имеют значение между 10 -7 mho / m до 10 -13 mho / m , а изоляторы имеют 10 -13 mho / m (незначительно).
    6. Значение удельного сопротивления проводников меньше 10 -5 Ом-м , в то время как полупроводники имеют значение между 10 -5 Ом-м до 10 5 Ом и изоляторы имеют более 10 5 Ом .
    7. В проводниках есть только один валентный электрон во внешней оболочке, хотя есть четыре валентных электрона во внешней оболочке полупроводников и восемь валентных электронов во внешней оболочке изоляторов.
    8. Проводники образованы металлическим скреплением; Полупроводники образуются ковалентной связью; Изоляторы образованы ионными связями.
    9. Золото, бронза, серебро, ртуть, медь, латунь и т. Д. Являются немногими обычно используемыми проводниками, тогда как кремний, алюминий, олово, германий являются полупроводниками; Слюда, резина, дерево, шерсть, бумага и т. Д. - широко используемые изоляторы.

    Заключение

    В этой статье мы обсудили три типа материалов - проводники, полупроводники и изоляторы.Они в основном различаются по электропроводности и другим связанным свойствам. Очень важно знать о них, поскольку эти элементы используются в нашей повседневной жизни, а такие материалы, как сверхпроводники, имеют широкий спектр применения в производстве электронных устройств будущего.

    .

    В чем разница между полупроводниками, проводниками и изоляторами в зависимости от их энергетических зон?

    Металлы - хорошие проводники электричества. Изоляторы - плохие проводники электричества. Точно так же полупроводниковые устройства являются частичными проводниками электричества, что означает, что их проводимость лежит между проводниками и изоляторами.

    Давайте сначала обсудим уровень Ферми. Уровень Ферми - это уровень энергии, занимаемый электроном в диапазоне температур от нуля Кельвина.Таким образом, при температуре ноль Кельвина уровни энергии ниже, чем уровень Ферми, полностью заполнены электронами. Когда мы будем передавать энергию электронам, они будут поглощать энергию один за другим и переходить на более высокие энергетические уровни. Ясно, что электроны, находящиеся на больших расстояниях от ядра, не будут сильно затронуты более сильными ядерными силами. Другими словами, мы можем сказать, что эти электроны относительно свободны по сравнению с другими электронами.Эти материалы классифицируются как твердые тела, металлы и изоляторы согласно расположению проводимости, а также валентных зон.

    Металлы: В случае металлов электроны частично заполняют зону проводимости. Также имеет место перекрытие обеих зон, то есть валентной зоны и зоны проводимости. Это показывает, что запрещенная энергетическая щель отсутствует. Схема представлена ​​ниже:

    Электроны, находящиеся ниже уровня Ферми, способны получать энергию от какого-либо внешнего источника и могут переходить на более высокие энергетические уровни выше уровня Ферми i.е. в зоне проводимости. Тогда эти электроны будут вести себя как свободные электроны. Благодаря наличию этих свободных электронов металлы ведут себя как хорошие проводники электричества. Когда к металлам прикладывается небольшое электрическое поле, движение электронов начинается в направлении, противоположном направлению электрического поля. Это движение электронов приводит к генерации тока.

    Изоляторы: В случае изоляторов запрещенный энергетический зазор чрезвычайно высок по сравнению с проводниками.С другой стороны, его валентная зона полностью заполнена электронами, а зона проводимости пуста. Возьмем, к примеру, алмаз. Приблизительное значение запрещенной запрещенной зоны для алмаза составляет около 6 эВ. Как мы уже говорили выше, валентная зона полностью заполнена электронами. Используя концепцию принципа исключения Паули, никакие электроны не будут свободными. Итак, электроны не смогут добраться до зоны проводимости. Следовательно, эти материалы действуют как изоляторы из-за отсутствия электропроводности.

    Полупроводники: В случае полупроводников зона проводимости пуста, а валентная зона полностью заполнена электронами. Как и у изоляторов, в случае полупроводников запрещенный энергетический зазор не так велик. Энергетическая щель очень мала. Эта энергетическая щель составляет почти 1 эВ. Для разных продуктов этот энергетический разрыв различен. Например. Для кремния и германия эта запрещенная зона составляет около 1,1 и 0,72 эВ соответственно.

    Если температура будет равна нулю по Кельвину, то электроны не смогут покрыть этот энергетический зазор в 1 эВ.Ни один электрон не перескочит в зону проводимости. Следовательно, проводимости не будет. Понятно, что в интервале температур от нуля Кельвина эти вещества действуют как изоляторы. Но если эти вещества поместить при комнатной температуре, электроны получат некоторое количество тепловой энергии и перейдут в зону проводимости. Когда эти электроны достигают зоны проводимости, они могут свободно перемещаться. Тогда они начнут показывать проводимость при приложении некоторого электрического поля. Другими словами, мы можем сказать, что при комнатной температуре эти вещества будут проявлять некоторую проводимость.

    .

    9.3 Удельное сопротивление и сопротивление - University Physics Volume 2

    Задачи обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Различия между сопротивлением и удельным сопротивлением
    • Определите термин проводимость
    • Опишите электрический компонент, известный как резистор
    • Укажите взаимосвязь между сопротивлением резистора и его длиной, площадью поперечного сечения и удельным сопротивлением
    • Укажите взаимосвязь между удельным сопротивлением и температурой

    Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока.Все такие устройства создают разность потенциалов и называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он прикладывает разность потенциалов В, , которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на свободные заряды, вызывая ток. Величина тока зависит не только от величины напряжения, но и от характеристик материала, через который протекает ток. Материал может сопротивляться потоку зарядов, и мера того, насколько материал сопротивляется потоку зарядов, известна как удельное сопротивление .Это удельное сопротивление грубо аналогично трению между двумя материалами, которые сопротивляются движению.

    Удельное сопротивление

    Когда к проводнику прикладывается напряжение, создается электрическое поле E → E →, и заряды в проводнике ощущают силу, создаваемую электрическим полем. Полученная плотность тока J → J → зависит от электрического поля и свойств материала. Эта зависимость может быть очень сложной. В некоторых материалах, включая металлы при данной температуре, плотность тока приблизительно пропорциональна электрическому полю.В этих случаях плотность тока можно смоделировать как

    где σσ - удельная электропроводность. Электропроводность аналогична теплопроводности и является мерой способности материала проводить или передавать электричество. Проводники имеют более высокую электропроводность, чем изоляторы. Так как удельная электропроводность σ = J / Eσ = J / E, единицы равны

    σ = [Дж] [Э] = А / м2В / м = АВ · м. σ = [Дж] [Э] = А / м2В / м = АВ · м.

    Здесь мы определяем единицу измерения, называемую ом, с греческим символом омега в верхнем регистре, ΩΩ.Устройство названо в честь Георга Симона Ома, которого мы обсудим позже в этой главе. ΩΩ используется, чтобы избежать путаницы с числом 0. Один Ом равен одному вольту на ампер: 1Ω = 1V / A1Ω = 1V / A. Следовательно, единицы электропроводности равны (Ом · м) −1 (Ом · м) −1.

    Электропроводность - это внутреннее свойство материала. Еще одним неотъемлемым свойством материала является удельное сопротивление или удельное электрическое сопротивление. Удельное сопротивление материала - это мера того, насколько сильно материал препятствует прохождению электрического тока.Символ удельного сопротивления - строчная греческая буква ро, ρρ, а удельное сопротивление - величина, обратная удельной электропроводности:

    .

    Единицей измерения удельного сопротивления в системе СИ является ом-метр (Ом · м) (Ом · м). Мы можем определить удельное сопротивление через электрическое поле и плотность тока,

    Чем больше удельное сопротивление, тем большее поле необходимо для создания заданной плотности тока. Чем ниже удельное сопротивление, тем больше плотность тока, создаваемого данным электрическим полем. Хорошие проводники обладают высокой проводимостью и низким удельным сопротивлением.Хорошие изоляторы обладают низкой проводимостью и высоким удельным сопротивлением. В таблице 9.1 приведены значения удельного сопротивления и проводимости для различных материалов.

    Материал Электропроводность, σσ
    (Ом · м) −1 (Ом · м) −1
    Удельное сопротивление, ρρ
    (Ом · м) (Ом · м)
    Температура
    Коэффициент, αα
    (° C) -1 (° C) -1
    Проводники
    Серебро 6.29 × 1076,29 × 107 1,59 × 10–81,59 × 10–8 0,0038
    Медь 5,95 × 1075,95 × 107 1,68 × 10–81,68 × 10–8 0,0039
    Золото 4,10 × 1074,10 × 107 2,44 × 10–82,44 × 10–8 0,0034
    Алюминий 3,77 × 1073,77 × 107 2,65 × 10–82,65 × 10–8 0,0039
    Вольфрам 1,79 × 1071,79 × 107 5.60 × 10–85,60 × 10–8 0,0045
    Утюг 1,03 × 1071,03 × 107 9,71 × 10–89,71 × 10–8 0,0065
    Платина 0,94 × 1070,94 × 107 10,60 × 10-8 10,60 × 10-8 0,0039
    Сталь 0,50 × 1070,50 × 107 20,00 × 10–820,00 × 10–8
    Свинец 0,45 × 1070,45 × 107 22,00 × 10–822,00 × 10–8
    Манганин (сплав Cu, Mn, Ni) 0.21 × 1070,21 × 107 48,20 × 10-848,20 × 10-8 0,000002
    Константан (сплав Cu, Ni) 0,20 × 1070,20 × 107 49,00 × 10–849,00 × 10–8 0,00003
    Меркурий 0,10 × 1070,10 × 107 98,00 × 10–898,00 × 10–8 0,0009
    Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) 0,10 × 1070,10 × 107 100,00 × 10–8100,00 × 10–8 0,0004
    Полупроводники [1]
    Углерод (чистый) 2.86 × 1042,86 × 104 3,50 × 10–53,50 × 10–5 -0,0005
    Углерод (2,86–1,67) × 10–6 (2,86–1,67) × 10–6 (3,5–60) × 10–5 (3,5–60) × 10–5 -0,0005
    Германий (чистый) 600 × 10–3600 × 10–3 -0,048
    Германий (1−600) × 10−3 (1−600) × 10−3 -0,050
    Кремний (чистый) 2300 −0.075
    Кремний 0,1−23000,1−2300 -0,07
    Изоляторы
    Янтарь 2,00 × 10–152,00 × 10–15 5 × 10145 × 1014
    Стекло 10−9−10−1410−9−10−14 109−1014109−1014
    Люсит <10-13 <10-13 > 1013> 1013
    Слюда 10-11-10-15 10-11-10-15 1011−10151011−1015
    Кварц (плавленый) 1.33 × 10–181,33 × 10–18 75 × 101675 × 1016
    Резина (твердая) 10−13−10−1610−13−10−16 1013−10161013−1016
    Сера 10-15 10-15 10151015
    Тефлон TM <10-13 <10-13 > 1013> 1013
    Дерево 10−8−10−1110−8−10−11 108−1011108−1011

    Таблица 9.1 Удельное сопротивление и проводимость различных материалов при 20 ° C [1] Значения сильно зависят от количества и типов примесей.

    Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельного сопротивления. У проводников наименьшее удельное сопротивление, а у изоляторов наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют различную, но большую плотность свободных зарядов, тогда как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут двигаться.Полупроводники являются промежуточными, имеют гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладают свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике. Эти уникальные свойства полупроводников находят применение в современной электронике, о чем мы поговорим в следующих главах.

    Проверьте свое понимание 9,5

    Медные провода обычно используются для удлинителей и домашней электропроводки по нескольким причинам. Медь имеет самый высокий рейтинг электропроводности и, следовательно, самый низкий рейтинг удельного сопротивления среди всех недрагоценных металлов.Также важна прочность на разрыв, где прочность на разрыв является мерой силы, необходимой для того, чтобы подтянуть объект к точке, где он сломается. Прочность материала на разрыв - это максимальная величина растягивающего напряжения, которое он может выдержать перед разрушением. Медь имеет высокий предел прочности на разрыв, 2 × 108 Нм22 × 108 Нм2. Третья важная характеристика - пластичность. Пластичность - это мера способности материала вытягиваться в проволоку и мера гибкости материала, а медь обладает высокой пластичностью.Подводя итог, можно сказать, что проводник является подходящим кандидатом для изготовления проволоки, по крайней мере, с тремя важными характеристиками: низким удельным сопротивлением, высокой прочностью на разрыв и высокой пластичностью. Какие еще материалы используются для электромонтажа и в чем их преимущества и недостатки?

    Температурная зависимость удельного сопротивления

    Вернувшись к таблице 9.1, вы увидите столбец «Температурный коэффициент». Удельное сопротивление некоторых материалов сильно зависит от температуры. В некоторых материалах, таких как медь, удельное сопротивление увеличивается с увеличением температуры.Фактически, в большинстве проводящих металлов удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Повышение температуры вызывает повышенные колебания атомов в структуре решетки металлов, которые препятствуют движению электронов. В других материалах, таких как углерод, удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Во многих материалах зависимость является приблизительно линейной и может быть смоделирована с помощью линейного уравнения:

    ρ≈ρ0 [1 + α (T − T0)], ρ≈ρ0 [1 + α (T − T0)],

    9,7

    , где ρρ - удельное сопротивление материала при температуре T , αα - температурный коэффициент материала, а ρ0ρ0 - удельное сопротивление при T0T0, обычно принимаемое как T0 = 20.00 ° CT0 = 20,00 ° C.

    Обратите внимание, что температурный коэффициент αα для полупроводников, перечисленных в Таблице 9.1, отрицательный, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высоких температурах, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшения ρρ с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.

    Сопротивление

    Теперь рассмотрим сопротивление провода или компонента.Сопротивление - это мера того, насколько сложно провести ток через провод или компонент. Сопротивление зависит от удельного сопротивления. Удельное сопротивление - это характеристика материала, используемого для изготовления провода или другого электрического компонента, тогда как сопротивление - это характеристика провода или компонента.

    Для расчета сопротивления рассмотрим сечение токопроводящего провода с площадью поперечного сечения A , длиной L и удельным сопротивлением ρ.ρ. Батарея подключается к проводнику, обеспечивая на нем разность потенциалов ΔVΔV (Рисунок 9.13). Разность потенциалов создает электрическое поле, которое пропорционально плотности тока, согласно E → = ρJ → E → = ρJ →.

    Рис. 9.13 Потенциал, обеспечиваемый батареей, прикладывается к сегменту проводника с площадью поперечного сечения A и длиной L .

    Величина электрического поля на участке проводника равна напряжению, деленному на длину, E = V / LE = V / L, а величина плотности тока равна току, деленному на поперечную площадь сечения, J = I / A.J = I / A. Используя эту информацию и вспоминая, что электрическое поле пропорционально удельному сопротивлению и плотности тока, мы можем видеть, что напряжение пропорционально току:

    E = ρJVL = ρIAV = (ρLA) I.E = ρJVL = ρIAV = (ρLA) I.

    Сопротивление

    Отношение напряжения к току определяется как сопротивление R :

    Сопротивление цилиндрического сегмента проводника равно удельному сопротивлению материала, умноженному на длину, разделенную на площадь:

    .

    Смотрите также