Kaip keičiasi pasipriešinimas? Laidininko elektrinė varža. Spyris tiems, kurie neturi laiko viso to perskaityti

  • 1.5. Ostrogradskio-Gausso teorema elektriniam laukui vakuume
  • 1.6. Elektrinio lauko darbas elektros krūviui perkelti. Elektrinio lauko stiprumo vektoriaus cirkuliacija
  • 1.7. Elektros krūvio energija elektriniame lauke
  • 1.8. Elektrinio lauko potencialų ir potencialų skirtumas. Elektrinio lauko stiprio ir jo potencialo ryšys
  • 1.8.1. Elektrinio lauko potencialas ir potencialų skirtumas
  • 1.8.2. Elektrinio lauko stiprio ir jo potencialo ryšys
  • 1.9. Ekvipotencialūs paviršiai
  • 1.10. Pagrindinės elektrostatikos lygtys vakuume
  • 1.11.2. Be galo išplėstos, tolygiai įkrautos plokštumos laukas
  • 1.11.3. Dviejų be galo išplėstų, vienodai įkrautų plokštumų laukas
  • 1.11.4. Įkrauto sferinio paviršiaus laukas
  • 1.11.5. Tūriškai įkrauto rutulio laukas
  • 2 paskaita. Laidininkai elektriniame lauke
  • 2.1. Dirigentai ir jų klasifikacija
  • 2.2. Elektrostatinis laukas idealaus laidininko ertmėje ir jo paviršiuje. Elektrostatinė apsauga. Krūvių pasiskirstymas laidininko tūryje ir jo paviršiuje
  • 2.3. Vienišo laidininko elektrinė talpa ir jos fizikinė reikšmė
  • 2.4. Kondensatoriai ir jų talpa
  • 2.4.1. Lygiagretaus plokštelinio kondensatoriaus talpa
  • 2.4.2. Cilindrinio kondensatoriaus talpa
  • 2.4.3. Sferinio kondensatoriaus talpa
  • 2.5. Kondensatorių jungtys
  • 2.5.1. Kondensatorių nuoseklus jungimas
  • 2.5.2. Lygiagretusis ir mišrus kondensatorių jungtys
  • 2.6. Kondensatorių klasifikacija
  • 3 paskaita. Statinis elektrinis laukas medžiagoje
  • 3.1. Dielektrikai. Polinės ir nepolinės molekulės. Dipolis vienarūšiuose ir nehomogeniniuose elektriniuose laukuose
  • 3.1.1. Dipolis vienodame elektriniame lauke
  • 3.1.2. Dipolis netolygiame išoriniame elektriniame lauke
  • 3.2. Laisvieji ir surištieji (poliarizaciniai) krūviai dielektrikuose. Dielektrikų poliarizacija. Poliarizacijos vektorius (poliarizacija)
  • 3.4. Sąsajos tarp dviejų dielektrikų sąlygos
  • 3.5. Elektrostrikcija. Pjezoelektrinis efektas. Feroelektrikai, jų savybės ir pritaikymas. Elektrokalorinis efektas
  • 3.6. Pagrindinės dielektrikų elektrostatikos lygtys
  • 4 paskaita. Elektrinio lauko energija
  • 4.1. Elektros krūvių sąveikos energija
  • 4.2. Įkrautų laidininkų energija, dipolis išoriniame elektriniame lauke, dielektrinis kūnas išoriniame elektriniame lauke, įkrautas kondensatorius
  • 4.3. Elektrinio lauko energija. Tūrinio elektrinio lauko energijos tankis
  • 4.4. Jėgos, veikiančios makroskopinius įkrautus kūnus, esančius elektriniame lauke
  • 5 paskaita. Nuolatinė elektros srovė
  • 5.1. Nuolatinė elektros srovė. Pagrindiniai veiksmai ir sąlygos nuolatinės srovės egzistavimui
  • 5.2. Pagrindinės nuolatinės elektros srovės charakteristikos: dydis / stiprumas / srovė, srovės tankis. Išorinės jėgos
  • 5.3. Elektrovaros jėga (emf), įtampa ir potencialų skirtumas. Jų fizinė prasmė. Ryšys tarp emf, įtampos ir potencialų skirtumo
  • 6 paskaita. Klasikinė elektroninė metalų laidumo teorija. DC įstatymai
  • 6.1. Klasikinė elektroninė metalų elektrinio laidumo teorija ir jos eksperimentinis pagrindimas. Omo dėsnis diferencialinėmis ir integralinėmis formomis
  • 6.2. Laidininkų elektrinė varža. Laidininkų varžos pokytis nuo temperatūros ir slėgio. Superlaidumas
  • 6.3. Atsparumo jungtys: serijos, lygiagrečios, mišrios. Elektrinių matavimo priemonių manevravimas. Papildomi varžai elektriniams matavimo prietaisams
  • 6.3.1. Nuoseklus varžų sujungimas
  • 6.3.2. Lygiagretus varžų sujungimas
  • 6.3.3. Elektrinių matavimo priemonių manevravimas. Papildomi varžai elektriniams matavimo prietaisams
  • 6.4. Kirchhoffo taisyklės (dėsniai) ir jų taikymas paprastų elektros grandinių skaičiavimui
  • 6.5. Džaulio-Lenco dėsnis diferencialinėmis ir integralinėmis formomis
  • 7 paskaita. Elektros srovė vakuume, dujose ir skysčiuose
  • 7.1. Elektros srovė vakuume. Termioninė emisija
  • 7.2. Antrinė ir lauko emisija
  • 7.3. Elektros srovė dujose. Jonizacijos ir rekombinacijos procesai
  • 7.3.1. Neišlaikomas ir savaiminis dujų laidumas
  • 7.3.2. Pascheno dėsnis
  • 7.3.3. Išmetimų dujose tipai
  • 7.3.3.1. Švytėjimo iškrova
  • 7.3.3.2. Kibirkštinis iškrovimas
  • 7.3.3.3. Koronos iškrova
  • 7.3.3.4. Lanko iškrova
  • 7.4. Plazmos samprata. Plazmos dažnis. Debye ilgis. Plazmos elektrinis laidumas
  • 7.5. elektrolitų. Elektrolizė. Elektrolizės dėsniai
  • 7.6. Elektrocheminiai potencialai
  • 7.7. Elektros srovė per elektrolitus. Omo dėsnis elektrolitams
  • 7.7.1. Elektrolizės taikymas technologijoje
  • 8 paskaita. Elektronai kristaluose
  • 8.1. Metalų elektrinio laidumo kvantinė teorija. Fermi lygis. Kristalų juostos teorijos elementai
  • 8.2. Superlaidumo fenomenas Fermi-Dirako teorijos požiūriu
  • 8.3. Puslaidininkių elektrinis laidumas. Skylės laidumo samprata. Vidiniai ir priemaišiniai puslaidininkiai. P-n sandūros samprata
  • 8.3.1. Puslaidininkių savitasis laidumas
  • 8.3.2. Priemaišiniai puslaidininkiai
  • 8.4. Elektromagnetiniai reiškiniai terpių sąsajoje
  • 8.4.1. P-n – perėjimas
  • 8.4.2. Puslaidininkių fotolaidumas
  • 8.4.3. Medžiagos liuminescencija
  • 8.4.4. Termoelektriniai reiškiniai. Voltos dėsnis
  • 8.4.5. Peltier efektas
  • 8.4.6. Seebecko fenomenas
  • 8.4.7. Tomsono fenomenas
  • Išvada
  • Bibliografija Pagrindinis
  • Papildomas
  • 6.2. Laidininkų elektrinė varža. Laidininkų varžos pokytis nuo temperatūros ir slėgio. Superlaidumas

    Iš posakio aišku, kad laidininkų elektrinis laidumas, taigi ir elektrinė savitoji varža priklauso nuo laidininko medžiagos ir jo būklės. Laidininko būsena gali kisti priklausomai nuo įvairių išorinių slėgio veiksnių (mechaninių įtempių, išorinių jėgų, suspaudimo, įtempimo ir kt., t.y. faktorių, turinčių įtakos metalinių laidininkų kristalinei struktūrai) ir temperatūros.

    Laidininkų elektrinė varža (varža) priklauso nuo laidininko formos, dydžio, medžiagos, slėgio ir temperatūros:

    . (6.21)

    Šiuo atveju laidininkų elektrinės varžos ir laidininkų varžos priklausomybę nuo temperatūros, kaip buvo nustatyta eksperimentiškai, apibūdina tiesiniai dėsniai:

    ; (6.22)

    , (6.23)

    čia  t ir  o, R t ir R o yra atitinkamai savitosios varžos ir laidininkų varžos, kai t = 0 o C;

    arba
    . (6.24)

    Iš (6.23) formulės laidininkų varžos priklausomybę nuo temperatūros nustato ryšiai:

    , (6.25)

    kur T yra termodinaminė temperatūra.

    G Laidininko varžos priklausomybė nuo temperatūros parodyta 6.2 pav. Metalų savitosios varžos priklausomybės nuo absoliučios temperatūros T grafikas pateiktas 6.3 pav.

    SU Pagal klasikinę elektroninę metalų teoriją, idealioje kristalinėje gardelėje (idealiame laidininke) elektronai juda nepatiriant elektrinės varžos ( = 0). Šiuolaikinių sampratų požiūriu, priežastys, lemiančios metalų elektrinės varžos atsiradimą, yra pašalinės priemaišos ir kristalinės gardelės defektai, taip pat metalo atomų terminis judėjimas, kurio amplitudė priklauso nuo temperatūros.

    Matthiesseno taisyklė teigia, kad elektrinės varžos priklausomybė nuo temperatūros (T) yra sudėtinga funkcija, susidedanti iš dviejų nepriklausomų terminų:

    , (6.26)

    kur  ost – liekamoji varža;

     id – idealioji metalo savitoji varža, atitinkanti absoliučiai gryno metalo varžą ir nulemta tik atomų šiluminių virpesių.

    Remiantis (6.25) formulėmis, idealaus metalo savitoji varža turėtų būti lygi nuliui, kai T  0 (1 kreivė 6.3 pav.). Tačiau varža kaip temperatūros funkcija yra nepriklausomų terminų  id ir  ramybės suma. Todėl dėl priemaišų ir kitų defektų metalo kristalinėje gardelėje varža (T) mažėjant temperatūrai linksta į tam tikrą pastovią galutinę vertę res (2 kreivė 6.3 pav.). Kartais peržengiant minimumą, toliau mažėjant temperatūrai jis šiek tiek padidėja (6.3 pav. 3 kreivė). Likutinės varžos vertė priklauso nuo gardelės defektų ir priemaišų kiekio ir didėja didėjant jų koncentracijai. Jei kristalinės gardelės priemaišų ir defektų skaičius sumažinamas iki minimumo, lieka dar vienas veiksnys, turintis įtakos metalų elektrinei varžai - atomų šiluminė vibracija, kuri, anot kvantinės mechanikos, nesustoja net ties absoliučiu nuliu. temperatūros. Dėl šių virpesių gardelė nustoja būti ideali, erdvėje atsiranda kintamos jėgos, kurių veikimas lemia elektronų sklaidą, t.y. pasipriešinimo atsiradimas.

    Vėliau buvo nustatyta, kad kai kurių metalų (Al, Pb, Zn ir kt.) ir jų lydinių atsparumas žemoje temperatūroje T (0,1420 K), vadinamas kritiniu, būdingu kiekvienai medžiagai, staigiai sumažėja iki nulio, t.y. . metalas tampa absoliučiu laidininku. Šį reiškinį, vadinamą superlaidumu, 1911 metais pirmą kartą atrado G. Kamerlinghas Onnesas gyvsidabriui. Nustatyta, kad esant T = 4,2 K gyvsidabris, matyt, visiškai praranda atsparumą elektros srovei. Atsparumas mažėja labai staigiai kelių šimtųjų laipsnių intervale. Vėliau buvo pastebėtas kitų grynų medžiagų ir daugelio lydinių atsparumo praradimas. Perėjimo į superlaidžią būseną temperatūros skiriasi, bet visada yra labai žemos.

    Sužadinus elektros srovę superlaidžios medžiagos žiede (pavyzdžiui, naudojant elektromagnetinę indukciją), galima pastebėti, kad jos stipris nemažėja keletą metų. Tai leidžia rasti viršutinę superlaidininkų savitumo ribą (mažiau nei 10 -25 Ohmm), kuri yra daug mažesnė už vario savitąją varžą žemoje temperatūroje (10 -12 Ohmm). Todėl daroma prielaida, kad superlaidininkų elektrinė varža lygi nuliui. Atsparumas prieš pereinant į superlaidžią būseną gali būti labai įvairus. Daugelis superlaidininkų turi gana didelį atsparumą kambario temperatūroje. Perėjimas į superlaidžią būseną visada įvyksta labai staigiai. Grynuose pavieniuose kristaluose jis užima mažiau nei vieną tūkstantąją laipsnio temperatūros diapazoną.

    SU Iš grynų medžiagų superlaidumą turi aliuminis, kadmis, cinkas, indis ir galis. Tyrimo metu paaiškėjo, kad kristalinės gardelės struktūra, medžiagos homogeniškumas ir grynumas turi didelę įtaką perėjimo į superlaidžią būseną pobūdžiui. Tai matyti, pavyzdžiui, 6.4 paveiksle, kuriame pavaizduotos eksperimentinės įvairaus grynumo alavo perėjimo į superlaidžią būseną kreivės (1 kreivė – vienakristalinė alavo; 2 – polikristalinė alavo; 3 – polikristalinė alavo su priemaišomis).

    1914 metais K. Onnesas atrado, kad superlaidžią būseną sunaikina magnetinis laukas, kai veikia magnetinė indukcija. B viršija tam tikrą kritinę vertę. Kritinė indukcijos vertė priklauso nuo superlaidininko medžiagos ir temperatūros. Kritinį lauką, naikinantį superlaidumą, gali sukurti ir pati superlaidžioji srovė. Todėl yra kritinė srovė, kuriai esant sunaikinamas superlaidumas.

    1933 m. Meissneris ir Ochsenfeldas atrado, kad superlaidžio kūno viduje nėra magnetinio lauko. Atšaldžius superlaidininką, esantį išoriniame pastoviame magnetiniame lauke, perėjimo į superlaidumo būseną momentu magnetinis laukas visiškai pasislenka iš savo tūrio. Tai išskiria superlaidininką nuo idealaus laidininko, kuriame varžai nukritus iki nulio, magnetinio lauko indukcija tūryje turi išlikti nepakitusi. Magnetinio lauko poslinkio nuo laidininko tūrio reiškinys vadinamas Meisnerio efektu. Meisnerio efektas ir elektrinės varžos nebuvimas yra svarbiausios superlaidininko savybės.

    Magnetinio lauko nebuvimas laidininko tūryje leidžia iš bendrųjų magnetinio lauko dėsnių daryti išvadą, kad jame egzistuoja tik paviršiaus srovė. Jis yra fiziškai tikras, todėl šalia paviršiaus užima tam tikrą ploną sluoksnį. Srovės magnetinis laukas sunaikina išorinį magnetinį lauką laidininko viduje. Šiuo atžvilgiu superlaidininkas formaliai elgiasi kaip idealus diamagnetikas. Tačiau jis nėra diamagnetinis, nes jo vidinis įmagnetinimas (įmagnetinimo vektorius) yra lygus nuliui.

    Grynų medžiagų, kuriose stebimas superlaidumo reiškinys, yra nedaug. Superlaidumas dažniausiai pastebimas lydiniuose. Grynose medžiagose atsiranda tik Meisnerio efektas, o lydiniuose magnetinis laukas nėra visiškai išstumiamas iš tūrio (pastebimas dalinis Meisnerio efektas).

    Medžiagos, kuriose stebimas visas Meisnerio efektas, vadinamos pirmosios rūšies superlaidininkais, o dalinės – antros rūšies superlaidininkais.

    Antrojo tipo superlaidininkai turi apskritimo sroves, kurios sukuria magnetinį lauką, kuris neužpildo viso tūrio, o pasiskirsto jame atskirų gijų pavidalu. Kalbant apie varžą, ji yra lygi nuliui, kaip ir I tipo superlaidininkams.

    Pagal savo fizinę prigimtį superlaidumas yra skysčio, susidedančio iš elektronų, supertakumas. Superskystumas atsiranda dėl to, kad nutrūksta energijos mainai tarp skysčio superskysčio komponento ir kitų jo dalių, dėl ko išnyksta trintis. Esminis šiuo atveju yra skystų molekulių „kondensacijos“ galimybė žemiausiame energijos lygyje, atskirta nuo kitų lygių gana dideliu energijos tarpu, kurio sąveikos jėgos nepajėgia įveikti. Tai yra sąveikos išjungimo priežastis. Kad būtų galima rasti daug dalelių žemiausiame lygyje, būtina, kad jos paklustų Bose-Einstein statistikai, t.y. turėjo sveikų skaičių sukimąsi.

    Elektronai paklūsta Fermi-Dirac statistikai, todėl negali „kondensuoti“ esant žemiausiam energijos lygiui ir sudaryti superskysčių elektronų skystį. Atstūmimo jėgas tarp elektronų daugiausia kompensuoja teigiamų kristalinės gardelės jonų traukos jėgos. Tačiau dėl atomų šiluminių virpesių kristalinės gardelės mazguose tarp elektronų gali atsirasti patraukli jėga, kuri vėliau susijungia į poras. Elektronų poros elgiasi kaip dalelės su sveikuoju sukiniu, t.y. paklusti Bose-Einstein statistikai. Jie gali kondensuotis ir sudaryti superskysčio elektronų porų skysčio srovę, kuri sudaro superlaidžią elektros srovę. Virš žemiausio energijos lygio atsiranda energijos tarpas, kurio elektronų pora nepajėgia įveikti dėl sąveikos su kitais krūviais energijos, t.y. negali pakeisti savo energetinės būsenos. Todėl nėra elektros varžos.

    Elektronų porų susidarymo ir jų supertakumo galimybė paaiškinama kvantine teorija.

    Praktinis superlaidžių medžiagų panaudojimas (superlaidžių magnetų apvijose, kompiuterių atminties sistemose ir kt.) yra sudėtingas dėl žemos kritinės jų temperatūros. Šiuo metu buvo aptiktos ir aktyviai tiriamos keraminės medžiagos, pasižyminčios superlaidumu aukštesnėje nei 100 K temperatūroje (aukštos temperatūros superlaidininkai). Superlaidumo reiškinys paaiškinamas kvantine teorija.

    Laidininko varžos priklausomybė nuo temperatūros ir slėgio technologijoje naudojama temperatūrai (varžos termometrai) ir dideliems, greitai besikeičiantiems slėgiams (elektriniai deformacijų matuokliai) matuoti.

    SI sistemoje laidininkų elektrinė savitoji varža matuojama Ohmm, o varža – Om. Vienas omas – tai laidininko, kuriame teka 1A nuolatinė srovė, esant 1V įtampai, varža.

    Elektros laidumas yra dydis, nustatomas pagal formulę

    . (6.27)

    SI laidumo vienetas yra siemensas. Vienas siemensas (1 cm) – grandinės atkarpos, kurios varža 1 omas, laidumas.

  • 1.5. Ostrogradskio-Gausso teorema elektriniam laukui vakuume
  • 1.6. Elektrinio lauko darbas elektros krūviui perkelti. Elektrinio lauko stiprumo vektoriaus cirkuliacija
  • 1.7. Elektros krūvio energija elektriniame lauke
  • 1.8. Elektrinio lauko potencialų ir potencialų skirtumas. Elektrinio lauko stiprio ir jo potencialo ryšys
  • 1.8.1. Elektrinio lauko potencialas ir potencialų skirtumas
  • 1.8.2. Elektrinio lauko stiprio ir jo potencialo ryšys
  • 1.9. Ekvipotencialūs paviršiai
  • 1.10. Pagrindinės elektrostatikos lygtys vakuume
  • 1.11.2. Be galo išplėstos, tolygiai įkrautos plokštumos laukas
  • 1.11.3. Dviejų be galo išplėstų, vienodai įkrautų plokštumų laukas
  • 1.11.4. Įkrauto sferinio paviršiaus laukas
  • 1.11.5. Tūriškai įkrauto rutulio laukas
  • 2 paskaita. Laidininkai elektriniame lauke
  • 2.1. Dirigentai ir jų klasifikacija
  • 2.2. Elektrostatinis laukas idealaus laidininko ertmėje ir jo paviršiuje. Elektrostatinė apsauga. Krūvių pasiskirstymas laidininko tūryje ir jo paviršiuje
  • 2.3. Vienišo laidininko elektrinė talpa ir jos fizikinė reikšmė
  • 2.4. Kondensatoriai ir jų talpa
  • 2.4.1. Lygiagretaus plokštelinio kondensatoriaus talpa
  • 2.4.2. Cilindrinio kondensatoriaus talpa
  • 2.4.3. Sferinio kondensatoriaus talpa
  • 2.5. Kondensatorių jungtys
  • 2.5.1. Kondensatorių nuoseklus jungimas
  • 2.5.2. Lygiagretusis ir mišrus kondensatorių jungtys
  • 2.6. Kondensatorių klasifikacija
  • 3 paskaita. Statinis elektrinis laukas medžiagoje
  • 3.1. Dielektrikai. Polinės ir nepolinės molekulės. Dipolis vienarūšiuose ir nehomogeniniuose elektriniuose laukuose
  • 3.1.1. Dipolis vienodame elektriniame lauke
  • 3.1.2. Dipolis netolygiame išoriniame elektriniame lauke
  • 3.2. Laisvieji ir surištieji (poliarizaciniai) krūviai dielektrikuose. Dielektrikų poliarizacija. Poliarizacijos vektorius (poliarizacija)
  • 3.4. Sąsajos tarp dviejų dielektrikų sąlygos
  • 3.5. Elektrostrikcija. Pjezoelektrinis efektas. Feroelektrikai, jų savybės ir pritaikymas. Elektrokalorinis efektas
  • 3.6. Pagrindinės dielektrikų elektrostatikos lygtys
  • 4 paskaita. Elektrinio lauko energija
  • 4.1. Elektros krūvių sąveikos energija
  • 4.2. Įkrautų laidininkų energija, dipolis išoriniame elektriniame lauke, dielektrinis kūnas išoriniame elektriniame lauke, įkrautas kondensatorius
  • 4.3. Elektrinio lauko energija. Tūrinio elektrinio lauko energijos tankis
  • 4.4. Jėgos, veikiančios makroskopinius įkrautus kūnus, esančius elektriniame lauke
  • 5 paskaita. Nuolatinė elektros srovė
  • 5.1. Nuolatinė elektros srovė. Pagrindiniai veiksmai ir sąlygos nuolatinės srovės egzistavimui
  • 5.2. Pagrindinės nuolatinės elektros srovės charakteristikos: dydis / stiprumas / srovė, srovės tankis. Išorinės jėgos
  • 5.3. Elektrovaros jėga (emf), įtampa ir potencialų skirtumas. Jų fizinė prasmė. Ryšys tarp emf, įtampos ir potencialų skirtumo
  • 6 paskaita. Klasikinė elektroninė metalų laidumo teorija. DC įstatymai
  • 6.1. Klasikinė elektroninė metalų elektrinio laidumo teorija ir jos eksperimentinis pagrindimas. Omo dėsnis diferencialinėmis ir integralinėmis formomis
  • 6.3. Atsparumo jungtys: serijos, lygiagrečios, mišrios. Elektrinių matavimo priemonių manevravimas. Papildomi varžai elektriniams matavimo prietaisams
  • 6.3.1. Nuoseklus varžų sujungimas
  • 6.3.2. Lygiagretus varžų sujungimas
  • 6.3.3. Elektrinių matavimo priemonių manevravimas. Papildomi varžai elektriniams matavimo prietaisams
  • 6.4. Kirchhoffo taisyklės (dėsniai) ir jų taikymas paprastų elektros grandinių skaičiavimui
  • 6.5. Džaulio-Lenco dėsnis diferencialinėmis ir integralinėmis formomis
  • 7 paskaita. Elektros srovė vakuume, dujose ir skysčiuose
  • 7.1. Elektros srovė vakuume. Termioninė emisija
  • 7.2. Antrinė ir lauko emisija
  • 7.3. Elektros srovė dujose. Jonizacijos ir rekombinacijos procesai
  • 7.3.1. Neišlaikomas ir savaiminis dujų laidumas
  • 7.3.2. Pascheno dėsnis
  • 7.3.3. Išmetimų dujose tipai
  • 7.3.3.1. Švytėjimo iškrova
  • 7.3.3.2. Kibirkštinis iškrovimas
  • 7.3.3.3. Koronos iškrova
  • 7.3.3.4. Lanko iškrova
  • 7.4. Plazmos samprata. Plazmos dažnis. Debye ilgis. Plazmos elektrinis laidumas
  • 7.5. elektrolitų. Elektrolizė. Elektrolizės dėsniai
  • 7.6. Elektrocheminiai potencialai
  • 7.7. Elektros srovė per elektrolitus. Omo dėsnis elektrolitams
  • 7.7.1. Elektrolizės taikymas technologijoje
  • 8 paskaita. Elektronai kristaluose
  • 8.1. Metalų elektrinio laidumo kvantinė teorija. Fermi lygis. Kristalų juostos teorijos elementai
  • 8.2. Superlaidumo fenomenas Fermi-Dirako teorijos požiūriu
  • 8.3. Puslaidininkių elektrinis laidumas. Skylės laidumo samprata. Vidiniai ir priemaišiniai puslaidininkiai. P-n sandūros samprata
  • 8.3.1. Puslaidininkių savitasis laidumas
  • 8.3.2. Priemaišiniai puslaidininkiai
  • 8.4. Elektromagnetiniai reiškiniai terpių sąsajoje
  • 8.4.1. P-n – perėjimas
  • 8.4.2. Puslaidininkių fotolaidumas
  • 8.4.3. Medžiagos liuminescencija
  • 8.4.4. Termoelektriniai reiškiniai. Voltos dėsnis
  • 8.4.5. Peltier efektas
  • 8.4.6. Seebecko fenomenas
  • 8.4.7. Tomsono fenomenas
  • Išvada
  • Bibliografija Pagrindinis
  • Papildomas
  • 6.2. Laidininkų elektrinė varža. Laidininkų varžos pokytis nuo temperatūros ir slėgio. Superlaidumas

    Iš posakio aišku, kad laidininkų elektrinis laidumas, taigi ir elektrinė savitoji varža priklauso nuo laidininko medžiagos ir jo būklės. Laidininko būsena gali kisti priklausomai nuo įvairių išorinių slėgio veiksnių (mechaninių įtempių, išorinių jėgų, suspaudimo, įtempimo ir kt., t.y. faktorių, turinčių įtakos metalinių laidininkų kristalinei struktūrai) ir temperatūros.

    Laidininkų elektrinė varža (varža) priklauso nuo laidininko formos, dydžio, medžiagos, slėgio ir temperatūros:

    Šiuo atveju laidininkų elektrinės varžos ir laidininkų varžos priklausomybę nuo temperatūros, kaip buvo nustatyta eksperimentiškai, apibūdina tiesiniai dėsniai:


    ; (6.22)


    , (6.23)

    čia  t ir  o, R t ir R o yra atitinkamai savitosios varžos ir laidininkų varžos, kai t = 0 o C;


    arba

    . (6.24)

    Iš (6.23) formulės laidininkų varžos priklausomybę nuo temperatūros nustato ryšiai:


    , (6.25)

    kur T yra termodinaminė temperatūra.

    G Laidininko varžos priklausomybė nuo temperatūros parodyta 6.2 pav. Metalų savitosios varžos priklausomybės nuo absoliučios temperatūros T grafikas pateiktas 6.3 pav.

    SU Pagal klasikinę elektroninę metalų teoriją, idealioje kristalinėje gardelėje (idealiame laidininke) elektronai juda nepatiriant elektrinės varžos ( = 0). Šiuolaikinių sampratų požiūriu, priežastys, lemiančios metalų elektrinės varžos atsiradimą, yra pašalinės priemaišos ir kristalinės gardelės defektai, taip pat metalo atomų terminis judėjimas, kurio amplitudė priklauso nuo temperatūros.

    Matthiesseno taisyklė teigia, kad elektrinės varžos priklausomybė nuo temperatūros (T) yra sudėtinga funkcija, susidedanti iš dviejų nepriklausomų terminų:


    , (6.26)

    kur  ost – liekamoji varža;

     id – idealioji metalo savitoji varža, atitinkanti absoliučiai gryno metalo varžą ir nulemta tik atomų šiluminių virpesių.

    Remiantis (6.25) formulėmis, idealaus metalo savitoji varža turėtų būti lygi nuliui, kai T  0 (1 kreivė 6.3 pav.). Tačiau varža kaip temperatūros funkcija yra nepriklausomų terminų  id ir  ramybės suma. Todėl dėl priemaišų ir kitų defektų metalo kristalinėje gardelėje varža (T) mažėjant temperatūrai linksta į tam tikrą pastovią galutinę vertę res (2 kreivė 6.3 pav.). Kartais peržengiant minimumą, toliau mažėjant temperatūrai jis šiek tiek padidėja (6.3 pav. 3 kreivė). Likutinės varžos vertė priklauso nuo gardelės defektų ir priemaišų kiekio ir didėja didėjant jų koncentracijai. Jei kristalinės gardelės priemaišų ir defektų skaičius sumažinamas iki minimumo, lieka dar vienas veiksnys, turintis įtakos metalų elektrinei varžai - atomų šiluminė vibracija, kuri, anot kvantinės mechanikos, nesustoja net ties absoliučiu nuliu. temperatūros. Dėl šių virpesių gardelė nustoja būti ideali, erdvėje atsiranda kintamos jėgos, kurių veikimas lemia elektronų sklaidą, t.y. pasipriešinimo atsiradimas.

    Vėliau buvo nustatyta, kad kai kurių metalų (Al, Pb, Zn ir kt.) ir jų lydinių atsparumas žemoje temperatūroje T (0,1420 K), vadinamas kritiniu, būdingu kiekvienai medžiagai, staigiai sumažėja iki nulio, t.y. . metalas tampa absoliučiu laidininku. Šį reiškinį, vadinamą superlaidumu, 1911 metais pirmą kartą atrado G. Kamerlinghas Onnesas gyvsidabriui. Nustatyta, kad esant T = 4,2 K gyvsidabris, matyt, visiškai praranda atsparumą elektros srovei. Atsparumas mažėja labai staigiai kelių šimtųjų laipsnių intervale. Vėliau buvo pastebėtas kitų grynų medžiagų ir daugelio lydinių atsparumo praradimas. Perėjimo į superlaidžią būseną temperatūros skiriasi, bet visada yra labai žemos.

    Sužadinus elektros srovę superlaidžios medžiagos žiede (pavyzdžiui, naudojant elektromagnetinę indukciją), galima pastebėti, kad jos stipris nemažėja keletą metų. Tai leidžia rasti viršutinę superlaidininkų savitumo ribą (mažiau nei 10 -25 Ohmm), kuri yra daug mažesnė už vario savitąją varžą žemoje temperatūroje (10 -12 Ohmm). Todėl daroma prielaida, kad superlaidininkų elektrinė varža lygi nuliui. Atsparumas prieš pereinant į superlaidžią būseną gali būti labai įvairus. Daugelis superlaidininkų turi gana didelį atsparumą kambario temperatūroje. Perėjimas į superlaidžią būseną visada įvyksta labai staigiai. Grynuose pavieniuose kristaluose jis užima mažiau nei vieną tūkstantąją laipsnio temperatūros diapazoną.

    SU Iš grynų medžiagų superlaidumą turi aliuminis, kadmis, cinkas, indis ir galis. Tyrimo metu paaiškėjo, kad kristalinės gardelės struktūra, medžiagos homogeniškumas ir grynumas turi didelę įtaką perėjimo į superlaidžią būseną pobūdžiui. Tai matyti, pavyzdžiui, 6.4 paveiksle, kuriame pavaizduotos eksperimentinės įvairaus grynumo alavo perėjimo į superlaidžią būseną kreivės (1 kreivė – vienakristalinė alavo; 2 – polikristalinė alavo; 3 – polikristalinė alavo su priemaišomis).

    1914 metais K. Onnesas atrado, kad superlaidžią būseną sunaikina magnetinis laukas, kai veikia magnetinė indukcija. B viršija tam tikrą kritinę vertę. Kritinė indukcijos vertė priklauso nuo superlaidininko medžiagos ir temperatūros. Kritinį lauką, naikinantį superlaidumą, gali sukurti ir pati superlaidžioji srovė. Todėl yra kritinė srovė, kuriai esant sunaikinamas superlaidumas.

    1933 m. Meissneris ir Ochsenfeldas atrado, kad superlaidžio kūno viduje nėra magnetinio lauko. Atšaldžius superlaidininką, esantį išoriniame pastoviame magnetiniame lauke, perėjimo į superlaidumo būseną momentu magnetinis laukas visiškai pasislenka iš savo tūrio. Tai išskiria superlaidininką nuo idealaus laidininko, kuriame varžai nukritus iki nulio, magnetinio lauko indukcija tūryje turi išlikti nepakitusi. Magnetinio lauko poslinkio nuo laidininko tūrio reiškinys vadinamas Meisnerio efektu. Meisnerio efektas ir elektrinės varžos nebuvimas yra svarbiausios superlaidininko savybės.

    Magnetinio lauko nebuvimas laidininko tūryje leidžia iš bendrųjų magnetinio lauko dėsnių daryti išvadą, kad jame egzistuoja tik paviršiaus srovė. Jis yra fiziškai tikras, todėl šalia paviršiaus užima tam tikrą ploną sluoksnį. Srovės magnetinis laukas sunaikina išorinį magnetinį lauką laidininko viduje. Šiuo atžvilgiu superlaidininkas formaliai elgiasi kaip idealus diamagnetikas. Tačiau jis nėra diamagnetinis, nes jo vidinis įmagnetinimas (įmagnetinimo vektorius) yra lygus nuliui.

    Grynų medžiagų, kuriose stebimas superlaidumo reiškinys, yra nedaug. Superlaidumas dažniausiai pastebimas lydiniuose. Grynose medžiagose atsiranda tik Meisnerio efektas, o lydiniuose magnetinis laukas nėra visiškai išstumiamas iš tūrio (pastebimas dalinis Meisnerio efektas).

    Medžiagos, kuriose stebimas visas Meisnerio efektas, vadinamos pirmosios rūšies superlaidininkais, o dalinės – antros rūšies superlaidininkais.

    Antrojo tipo superlaidininkai turi apskritimo sroves, kurios sukuria magnetinį lauką, kuris neužpildo viso tūrio, o pasiskirsto jame atskirų gijų pavidalu. Kalbant apie varžą, ji yra lygi nuliui, kaip ir I tipo superlaidininkams.

    Pagal savo fizinę prigimtį superlaidumas yra skysčio, susidedančio iš elektronų, supertakumas. Superskystumas atsiranda dėl to, kad nutrūksta energijos mainai tarp skysčio superskysčio komponento ir kitų jo dalių, dėl ko išnyksta trintis. Esminis šiuo atveju yra skystų molekulių „kondensacijos“ galimybė žemiausiame energijos lygyje, atskirta nuo kitų lygių gana dideliu energijos tarpu, kurio sąveikos jėgos nepajėgia įveikti. Tai yra sąveikos išjungimo priežastis. Kad būtų galima rasti daug dalelių žemiausiame lygyje, būtina, kad jos paklustų Bose-Einstein statistikai, t.y. turėjo sveikų skaičių sukimąsi.

    Elektronai paklūsta Fermi-Dirac statistikai, todėl negali „kondensuoti“ esant žemiausiam energijos lygiui ir sudaryti superskysčių elektronų skystį. Atstūmimo jėgas tarp elektronų daugiausia kompensuoja teigiamų kristalinės gardelės jonų traukos jėgos. Tačiau dėl atomų šiluminių virpesių kristalinės gardelės mazguose tarp elektronų gali atsirasti patraukli jėga, kuri vėliau susijungia į poras. Elektronų poros elgiasi kaip dalelės su sveikuoju sukiniu, t.y. paklusti Bose-Einstein statistikai. Jie gali kondensuotis ir sudaryti superskysčio elektronų porų skysčio srovę, kuri sudaro superlaidžią elektros srovę. Virš žemiausio energijos lygio atsiranda energijos tarpas, kurio elektronų pora nepajėgia įveikti dėl sąveikos su kitais krūviais energijos, t.y. negali pakeisti savo energetinės būsenos. Todėl nėra elektros varžos.

    Elektronų porų susidarymo ir jų supertakumo galimybė paaiškinama kvantine teorija.

    Praktinis superlaidžių medžiagų panaudojimas (superlaidžių magnetų apvijose, kompiuterių atminties sistemose ir kt.) yra sudėtingas dėl žemos kritinės jų temperatūros. Šiuo metu buvo aptiktos ir aktyviai tiriamos keraminės medžiagos, pasižyminčios superlaidumu aukštesnėje nei 100 K temperatūroje (aukštos temperatūros superlaidininkai). Superlaidumo reiškinys paaiškinamas kvantine teorija.

    Laidininko varžos priklausomybė nuo temperatūros ir slėgio technologijoje naudojama temperatūrai (varžos termometrai) ir dideliems, greitai besikeičiantiems slėgiams (elektriniai deformacijų matuokliai) matuoti.

    SI sistemoje laidininkų elektrinė savitoji varža matuojama Ohmm, o varža – Om. Vienas omas – tai laidininko, kuriame teka 1A nuolatinė srovė, esant 1V įtampai, varža.

    Elektros laidumas yra dydis, nustatomas pagal formulę


    . (6.27)

    SI laidumo vienetas yra siemensas. Vienas siemensas (1 cm) – grandinės atkarpos, kurios varža 1 omas, laidumas.

    Kaitinamas, jis didėja, nes didėja atomų judėjimo greitis laidininko medžiagoje, didėjant temperatūrai. Elektrolitų ir anglies savitasis atsparumas kaitinant, atvirkščiai, mažėja, nes šiose medžiagose, be atomų ir molekulių judėjimo greičio, didėja laisvųjų elektronų ir jonų skaičius tūrio vienete.

    Kai kurie lydiniai, kuriuose yra daugiau nei juos sudarančių metalų, kaitinant beveik nekeičia savo varžos (konstantanas, manganinas ir kt.). Tai paaiškinama netaisyklinga lydinių struktūra ir trumpu vidutiniu laisvu elektronų keliu.

    Vadinama vertė, rodanti santykinį pasipriešinimo padidėjimą, kai medžiaga įkaista 1° (arba sumažėja, kai atšaldoma 1°).

    Jei temperatūros koeficientas žymimas α, varža ties to = 20 o – ρ o, tai kai medžiaga kaitinama iki temperatūros t1, jos savitoji varža p1 = ρ o + αρ o (t1 - to) = ρ o(1 + (α (t1 – iki))

    ir atitinkamai R1 = Ro (1 + (α (t1 - to))

    Temperatūros koeficientas a variui, aliuminiui, volframui yra 0,004 1/deg. Todėl kaitinant 100° jų varža padidėja 40%. Geležies α = 0,006 1/deg, žalvario α = 0,002 1/deg, fechralinio α = 0,0001 1/deg, nichromo α = 0,0002 1/deg, konstantano α = 0,00001 1/0 deg 0,0 1/deg. Akmens anglis ir elektrolitai turi neigiamą temperatūros atsparumo koeficientą. Daugumos elektrolitų temperatūros koeficientas yra maždaug 0,02 1/deg.

    Naudojama laidininkų savybė keisti savo varžą priklausomai nuo temperatūros varžos termometrai. Matuojant varžą, skaičiuojant nustatoma aplinkos temperatūra.Šuntų ir papildomų varžų matavimo prietaisams gamybai naudojami konstantanas, manganinas ir kiti lydiniai, turintys labai mažą temperatūros atsparumo koeficientą.

    1 pavyzdys. Kaip pasikeis geležinės vielos varža Ro, kai ji įkaista iki 520°? Geležies temperatūros koeficientas a yra 0,006 1/deg. Pagal formulę R1 = Ro + Ro α (t1 - to) = Ro + Ro 0,006 (520 - 20) = 4Ro, tai yra, geležinės vielos varža kaitinant 520° padidės 4 kartus.

    2 pavyzdys. Aliuminio laidai esant -20° temperatūrai turi 5 omų varžą. Būtina nustatyti jų atsparumą 30° temperatūroje.

    R2 = R1 – αR1 (t2 - t1) = 5 + 0,004 x 5 (30 - (-20)) = 6 omai.

    Temperatūroms matuoti naudojama medžiagų savybė keisti savo elektrinę varžą kaitinant arba vėsinant. Taigi, šiluminė varža, kurie yra iš platinos arba gryno nikelio pagaminti laidai, sulydyti į kvarcą, naudojami temperatūrai matuoti nuo -200 iki +600°. Norint tiksliai nustatyti temperatūrą siauresniuose intervaluose, naudojamos puslaidininkių šiluminės varžos su dideliu neigiamu koeficientu.

    Puslaidininkių šiluminės varžos, naudojamos temperatūrai matuoti, vadinamos termistoriais.

    Termistoriai turi aukštą neigiamą temperatūros atsparumo koeficientą, tai yra, kaitinant, jų varža mažėja. pagaminti iš oksidinių (oksiduojančių) puslaidininkinių medžiagų, sudarytų iš dviejų arba trijų metalų oksidų mišinio. Labiausiai paplitę yra vario-mangano ir kobalto-mangano termistoriai. Pastarieji yra jautresni temperatūrai.

    Kalbėdami apie Ohmo dėsnį (§ 1.7), pabrėžėme reikalavimą, kad fizinės sąlygos, tokios kaip temperatūra ir slėgis, išliktų pastovios. Faktas yra tas, kad paprastai laidininkų varža priklauso nuo temperatūros:

    Metalinių laidų varža didėja kaitinant.

    Varinių laidų atveju kas 2,5 °C temperatūros padidėjimas padidina varžą maždaug 1% (viena šimtoji jų pradinės varžos dalis) arba varža padidėja 0,4% kiekvieną 1 °C temperatūros padidėjimą. Aukščiau pateiktos varžos vertės atitinka 20 °C temperatūrą.

    Pavyzdžiui, leiskite nustatyti vario varžą 45 ° temperatūroje.

    Žinome, kad 20 °C temperatūroje jis buvo lygus 0,0178 omo 1 m ilgio, kurio skerspjūvis 1 mm2. Žinome, kad kas 2,5° jis didėja 1%, t.y.

    Naujoji temperatūra viršija 20°C 25°C.

    Tai reiškia, kad norima savitoji varža yra 10 % didesnė nei 0,0178: varža 45° kampu yra lygi omui 1 m, kai skerspjūvis yra 1 mm2.

    Varinių laidų temperatūrai elektros mašinose nustatyti dažnai naudojama varžos priklausomybė nuo temperatūros.

    Ta pati atsparumo priklausomybė nuo temperatūros naudojama projektuojant elektrinius termometrus, pagrįstus vielos gabalo (dažnai suvynioto spiralės pavidalu), esančio patalpoje, kurios temperatūrą norima nustatyti, varžos matavimu.

    Naudojant šį temperatūros matavimo būdą, lengva sutelkti vienoje vietoje skirtingų patalpos dalių (pavyzdžiui, šaldytuvų) ar skirtingų pramoninių įrenginių dalių temperatūros stebėjimą.

    Tokiu atveju galite naudoti vieną rodyklės matavimo prietaisą, perkeldami jungiklį į skirtingas padėtis: su kiekviena nauja padėtimi matavimui įjungiamos vielos spiralės, esančios, pavyzdžiui, skirtinguose šaldytuvo aukštuose.

    2 pavyzdys. Elektrinės mašinos apvijos varža 20 °C temperatūroje buvo lygi 60 omų. Valandą eksploatavus mašiną, apvijos varža padidėjo iki 69,6 omų. Nustatykite, kokia karšta apvija, jei kas 10 °C temperatūros padidėjimo varža padidėja 4%. ,

    Visų pirma, mes ieškome, kiek procentų padidėjo pasipriešinimas:

    Dabar nesunkiai pastebime, kad temperatūra pakilo 40°C, t.y. ji tapo lygi 20 + 40 = 60°C.

    Natūralu, kad dabar turėtų kilti klausimas: ar keičiasi elektros lempų varža, kai jose kaitinamas siūlas? Atsakymas: taip, žinoma, šaltos lempos kaitinimo siūlelio varža yra mažesnė nei varža veikiant. Su tuo susijusi mūsų pastaba, pateikta 1.7 punkte.

    Atkreipiame dėmesį tik į tai, kad labai dažnai charakteristikos netiesiškumas paaiškinamas grynai elektriniais reiškiniais. Taip yra varistoriaus atveju, kurio charakteristikos parodytos fig. 1.14.

    Daugelyje matavimo priemonių ir specialioje įrangoje dažnai reikalaujama, kad jų atsparumas nesikeistų kintant temperatūrai. Tokiems gaminiams buvo sukurti lydiniai, kurių atsparumas praktiškai nepriklauso nuo temperatūros.

    Iš šių lydinių dažniausiai naudojamas manganinas ir konstantanas.

    Daugelis laidininkų pastebimai keičia savo varžą, kai jie yra ištempti ar suspausti. Ši laidininkų savybė taip pat surado svarbų techninį pritaikymą: šiais laikais slėgiai ir nedideli judesiai, atsirandantys, pavyzdžiui, apkrovus sijų, bėgių, mašinų dalių ir pan., dažnai vertinami pagal specialiai pagamintų elementų elektrinės varžos pokyčius.

    Laidininkų dalelės (molekulės, atomai, jonai), kurios nedalyvauja formuojant srovę, yra šiluminiame judėjime, o dalelės, formuojančios srovę, veikiamos elektrinio lauko vienu metu yra šiluminiame ir kryptiniame judėjime. Dėl šios priežasties įvyksta daug susidūrimų tarp dalelių, kurios sudaro srovę, ir dalelių, kurios nedalyvauja jos formavime, kai pirmosios atiduoda dalį energijos, kurią perneša iš srovės šaltinio į pastarąją. Kuo daugiau susidūrimų, tuo mažesnis tvarkingo dalelių, kurios sudaro srovę, judėjimo greitis. Kaip matyti iš formulės I = enνS, greičio sumažėjimas lemia srovės sumažėjimą. Vadinamas skaliarinis dydis, apibūdinantis laidininko savybę sumažinti srovę laidininko varža. Iš Omo dėsnio formulės pasipriešinimas Omas - laidininko, kuriame gaunama stiprio srovė, varža 1 a kurių įtampa laidininko galuose yra 1 V.

    Laidininko varža priklauso nuo jo ilgio l, skerspjūvio S ir medžiagos, kuriai būdinga savitoji varža Kuo ilgesnis laidininkas, tuo daugiau per laiko vienetą srovę formuojančių dalelių susidūrimų su dalelėmis, kurios nedalyvauja jos formavime, taigi, tuo didesnė laidininko varža. Kuo mažesnis laidininko skerspjūvis, tuo tankesnis srovę formuojančių dalelių srautas ir tuo dažniau jos susiduria su dalelėmis, kurios nedalyvauja jos formavime, todėl tuo didesnė laidininko varža.

    Veikiant elektriniam laukui, srovę formuojančios dalelės tarp susidūrimų juda pagreitėjusiu greičiu, padidindamos savo kinetinę energiją dėl lauko energijos. Susidurdamos su dalelėmis, kurios nesudaro srovės, jos perduoda joms dalį savo kinetinės energijos. Dėl to padidėja vidinė laidininko energija, kuri išoriškai pasireiškia jo šildymu. Pasvarstykime, ar kinta laidininko varža jį kaitinant.


    Elektros grandinėje yra plieninės vielos ritė (styga, 81 pav., a). Uždarę grandinę, pradedame šildyti laidą. Kuo daugiau šildome, tuo ampermetras rodo mažesnę srovę. Jo mažėjimas atsiranda todėl, kad kaitinant metalus padidėja jų atsparumas. Taigi elektros lemputės plauko varža, kai ji nedega, yra apytikslė 20 omų, o kai dega (2900° C) – 260 omų. Kaitinant metalą, didėja elektronų šiluminis judėjimas ir jonų virpesių greitis kristalinėje gardelėje, dėl to didėja elektronų, kurie sudaro srovę su jonais, susidūrimų skaičius. Dėl to padidėja laidininko varža *. Metaluose nelaisvieji elektronai yra labai glaudžiai surišti su jonais, todėl kaitinant metalus laisvųjų elektronų skaičius praktiškai nekinta.

    * (Remiantis elektronine teorija, neįmanoma išvesti tikslaus pasipriešinimo priklausomybės nuo temperatūros dėsnio. Tokį dėsnį nustato kvantinė teorija, kurioje elektronas laikomas banginių savybių turinčia dalele, o laidumo elektrono judėjimas per metalą laikomas elektroninių bangų sklidimo procesu, kurio ilgį lemia de Broglie santykis.)

    Eksperimentai rodo, kad iš skirtingų medžiagų pagamintų laidininkų temperatūrai pakitus vienodai laipsnių, jų varža kinta nevienodai. Pavyzdžiui, jei varinis laidininkas turėjo varžą 1 omas, tada po kaitinimo iki 1°C jis turės pasipriešinimą 1,004 omų ir volframas - 1,005 omų. Norint apibūdinti laidininko varžos priklausomybę nuo jo temperatūros, buvo įvestas dydis, vadinamas atsparumo temperatūros koeficientu. Skaliarinė vertė, išmatuota pagal 1 omo laidininko varžos pokytį, paimtą esant 0 ° C, nuo jo temperatūros pokyčio 1 ° C, vadinama pasipriešinimo temperatūros koeficientu α. Taigi volframui šis koeficientas yra lygus 0,005 laipsnis -1, variui - 0,004 laipsnis -1. Temperatūros atsparumo koeficientas priklauso nuo temperatūros. Metalams jis mažai kinta priklausomai nuo temperatūros. Esant nedideliam temperatūros diapazonui, ji laikoma pastovia tam tikrai medžiagai.

    Išveskime formulę, pagal kurią apskaičiuojama laidininko varža, atsižvelgiant į jo temperatūrą. Tarkime, kad R0- laidininko varža ties 0°С, kai pašildomas iki 1°C jis padidės αR 0, o kaitinant iki - įjungta αRt° ir tampa R = R 0 + αR 0 t°, arba

    Į metalų varžos priklausomybę nuo temperatūros atsižvelgiama, pavyzdžiui, gaminant elektrinių šildytuvų, lempų spirales: spiralinio laido ilgis ir leistina srovės stipris apskaičiuojamas pagal jų varžą įkaitintoje būsenoje. Metalų atsparumo priklausomybė nuo temperatūros naudojama varžiniuose termometruose, kuriais matuojama šiluminių variklių, dujų turbinų, metalo aukštakrosnėse temperatūra ir kt. Šis termometras sudarytas iš plonos platinos (nikelio, geležies) spiralės. ant porceliano rėmo ir įdėtas į apsauginį dėklą. Jo galai prijungti prie elektros grandinės su ampermetru, kurios skalė sugraduota temperatūros laipsniais. Kai ritė įkaista, srovė grandinėje mažėja, todėl ampermetro adata pasislenka, o tai rodo temperatūrą.

    Tam tikros sekcijos ar grandinės varžos atvirkštinė vertė vadinama laidininko elektrinis laidumas(elektrinis laidumas). Laidininko elektrinis laidumas Kuo didesnis laidininko laidumas, tuo mažesnė jo varža ir geriau praleidžia srovę. Elektros laidumo vieneto pavadinimas Laidininko laidumo varža 1 omas paskambino Siemens.

    Mažėjant temperatūrai, mažėja metalų atsparumas. Bet yra metalų ir lydinių, kurių varža, esant žemai temperatūrai, nustatytai kiekvienam metalui ir lydiniui, smarkiai sumažėja ir tampa nykstančiai maža – praktiškai lygi nuliui (81 pav., b). Ateina superlaidumas- laidininkas praktiškai neturi varžos, o jame sužadinta srovė egzistuoja ilgą laiką, kol laidininkas yra superlaidžioje temperatūroje (viename iš eksperimentų srovė buvo stebima ilgiau nei metus). Praleidžiant srovės tankį per superlaidininką 1200 a/mm2šilumos išsiskyrimo nepastebėta. Vienavalenčiai metalai, kurie yra geriausi srovės laidininkai, iki itin žemos temperatūros, kurioje buvo atlikti eksperimentai, nevirsta į superlaidžią būseną. Pavyzdžiui, šiuose eksperimentuose varis buvo atšaldytas iki 0,0156°K, aukso – iki 0,0204° K. Jeigu būtų įmanoma gauti superlaidumo lydinius esant įprastoms temperatūroms, tai būtų labai svarbu elektrotechnikai.

    Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, pagrindinė superlaidumo priežastis yra susietų elektronų porų susidarymas. Esant superlaidumo temperatūrai, tarp laisvųjų elektronų pradeda veikti mainų jėgos, todėl elektronai sudaro surištas elektronų poras. Tokios surištų elektronų porų elektronų dujos pasižymi kitokiomis savybėmis nei paprastos elektronų dujos – jos juda superlaidininke be trinties į kristalinės gardelės mazgus.

    24 problema. Elektrinės viryklės spiralėms pagaminti dirbtuvės gavo nichrominės vielos ritę, ant kurios etiketės buvo parašyta: „Svoris 8,2 kg, Λ skersmuo 0,5 mm". Nustatykite, kiek spiralių galima padaryti iš šio laido, jei spiralės, neįtrauktos į tinklą, varža turėtų būti 22 omai. Nichromo tankis 8200 kg/m3.

    Iš čia Kur S = πr2; S = 3,14 * 0,0625 mm 2 ≈ 2 * 10 -7 m 2.

    Vielos svoris m = ρ 1 V, arba m = ρ 1 lS, iš čia

    Atsakymas: n = 1250 spiralių.

    25 problema. 20°C temperatūroje elektros lemputės volframo siūlelis turi atsparumą 30 omų; kai prijungiate jį prie nuolatinės srovės tinklo su įtampa 220v srovė teka spirale 0,6 a. Nustatykite kaitrinės lemputės kaitinamojo siūlo temperatūrą ir nejudančio elektrinio lauko intensyvumą lempos kaitinimo siūlelyje, jei jo ilgis 550 mm.



    Spiralės varža, kai lempa dega, nustatoma pagal Omo dėsnio formulę grandinės atkarpai:

    Tada

    Stacionarus lauko stiprumas lempos siūlelyje

    Atsakymas: t 0 Г = 2518 °C; E = 400 v/m.

    Kiekviena medžiaga turi savo varžą. Be to, varža priklausys nuo laidininko temperatūros. Patikrinkite tai atlikdami toliau pateiktą eksperimentą.

    Praleiskime srovę per plieninę spiralę. Grandinėje su spirale nuosekliai sujungiame ampermetrą. Tai parodys tam tikrą vertę. Dabar spiralę šildysime dujinio degiklio liepsnoje. Ampermetro rodoma dabartinė vertė sumažės. Tai yra, srovės stiprumas priklausys nuo laidininko temperatūros.

    Atsparumo pokytis priklausomai nuo temperatūros

    Tegul esant 0 laipsnių temperatūrai laidininko varža yra R0, o esant temperatūrai t varža R, tada santykinis varžos pokytis bus tiesiogiai proporcingas temperatūros pokyčiui t:

    • (R-R0)/R=a*t.

    Šioje formulėje a yra proporcingumo koeficientas, kuris dar vadinamas temperatūros koeficientu. Jis apibūdina medžiagos atsparumo priklausomybę nuo temperatūros.

    Temperatūros pasipriešinimo koeficientas skaitine prasme lygus santykiniam laidininko varžos pokyčiui, kai jis įkaista 1 kelvinu.

    Visiems metalams temperatūros koeficientas Virš nulio. Jis šiek tiek pasikeis keičiantis temperatūrai. Todėl, jei temperatūros pokytis yra mažas, tada temperatūros koeficientas gali būti laikomas pastoviu ir lygus vidutinei vertei iš šio temperatūros diapazono.

    Didėjant temperatūrai, elektrolitų tirpalų varža mažėja. Tai yra, jiems temperatūros koeficientas bus mažiau nei nulis.

    Laidininko varža priklauso nuo laidininko savitosios varžos ir laidininko dydžio. Kadangi kaitinant laidininko matmenys šiek tiek pasikeičia, pagrindinis laidininko varžos pokyčio komponentas yra savitoji varža.

    Laidininko varžos priklausomybė nuo temperatūros

    Pabandykime surasti laidininko savitosios varžos priklausomybę nuo temperatūros.

    Atsparumo reikšmes R=p*l/S R0=p0*l/S pakeisime aukščiau gauta formule.

    Gauname tokią formulę:

    • p=p0(1+a*t).

    Ši priklausomybė parodyta toliau pateiktame paveikslėlyje.

    Pabandykime išsiaiškinti, kodėl pasipriešinimas didėja

    Kai padidiname temperatūrą, jonų virpesių amplitudė kristalinės gardelės mazguose didėja. Todėl laisvieji elektronai su jais susidurs dažniau. Susidūrimo metu jie praras judėjimo kryptį. Dėl to srovė sumažės.

    Dažnai darbuotojai priešinasi pokyčiams be aiškios priežasties. Pasipriešinimas pokyčiams – tai požiūris ar elgesys, rodantis nenorą įgyvendinti ar palaikyti pokyčius. Visų pirma, pokyčiai veikia kiekvieno darbuotojo nuostatas ir sukelia tam tikras reakcijas, nulemtas požiūrio į pokyčius. Vienas iš psichologinių apsaugos mechanizmų tipų yra stereotipai, trukdo teisingai suvokti naujoves. Šių stereotipų formos yra tokios, kad jų nešėjai gali būti nepažeidžiami visuomenės nuomonės:

    "Mes tai jau turime":

    „Mes negalėsime to padaryti“:

    „Tai neišsprendžia pagrindinių mūsų problemų

    „tai reikia tobulinti“:

    „Čia ne viskas lygu“:

    „Yra ir kitų pasiūlymų

    Grupė, nepaisant vykstančių pokyčių, stengiasi bet kokiomis priemonėmis išlaikyti požiūrių ir vertinimų vientisumą. Vadinasi, kiekviena išorinė įtaka sukelia priešpriešą grupės viduje. Ši organizacijų savybė vadinama homeostaze.

    Išvardinkime keletą tipiškesnių frazių:

    „kantrybė ir darbas viską sumals“ (atsisakymas keistis);

    „pirmadienį pradėkime naują gyvenimą“ (atidėti „vėliau“);

    „nežaisčiau žaidimo“ (neapibrėžtumas);

    „naujas šauksmas nutraukė paralyžių“ (įgyvendinimo trūkumas);

    „Kuo daugiau dažų iššvaistome, tuo mažiau tikime pasakomis“ (psl

    neefektyvumas);

    „ko bosas nežino, to jis nekenčia“ (sabotažas);

    „Grįžkime prie tikrojo darbo“ (nukrypimas).

    Atsparumo organizaciniams pokyčiams tipai. Norint suprasti priežastis, kodėl žmonėms sunku priimti pokyčius, būtina išnagrinėti organizacijos pasipriešinimo pokyčiams tipus.

    Darbuotojų pasipriešinimas pokyčiams organizacijoje gali būti loginių racionalių prieštaravimų, psichologinių emocinių nuostatų, sociologinių veiksnių ir grupinių interesų forma.

    Loginis pasipriešinimas- reiškia, kad darbuotojai nesutinka su faktais, racionaliais argumentais ir logika. Atsiranda dėl realaus laiko ir pastangų, reikalingų prisitaikyti prie pokyčių, įskaitant naujų darbo pareigų įsisavinimą. Tai realios išlaidos, kurias patiria darbuotojai, nors ilgalaikėje perspektyvoje kalbame apie jiems palankius pokyčius, vadinasi, vadovybė turi vienaip ar kitaip jas kompensuoti.

    Psichologinis pasipriešinimas– dažniausiai remiasi emocijomis, jausmais ir požiūriais. Yra viduje „logiška“ darbuotojo nuostatų požiūriu Ir jo jausmai apie pokyčius. Darbuotojai gali bijoti nežinomybės, nepasitikėti vadovais, jausti grėsmę savo saugumui. Net jei vadovas mano, kad tokie jausmai yra nepagrįsti, jie yra labai tikri, o tai reiškia, kad jis turi į juos atsižvelgti.

    Sociologinis pasipriešinimas- iššūkio, kurį pokyčiai kelia grupės interesams, normoms ir vertybėms, rezultatas. Kadangi viešieji interesai (politinės koalicijos, profesinių sąjungų ir įvairių bendruomenių vertybės) yra labai reikšmingas išorinės aplinkos veiksnys, vadovybė turi atidžiai įvertinti įvairių koalicijų ir grupių požiūrį į pokyčius. Mažos grupės lygmenyje pokyčiai kelia pavojų draugystės vertybėms ir komandos narių statusui.

    Pokyčių vykdymas suponuoja, kad vadovybė yra pasirengusi įveikti visus tris pasipriešinimo tipus, juolab kad jos psichologinės ir sociologinės formos nėra kažkas neracionalaus ir nelogiško, o, priešingai, atitinka skirtingų vertybių sistemų logiką. Konkrečiose darbo situacijose labiausiai tikėtinas saikingas palaikymas pokyčiams ar prieštaravimas.

    Vadovybės užduotis – sukurti pasitikėjimo vadovybės pasiūlymais aplinką, užtikrinant teigiamą darbuotojų daugumos pokyčių suvokimą ir saugumo jausmą. Priešingu atveju vadovybė yra priversta naudoti galią, kurios per dažnas naudojimas yra kupinas jų „išsekimo“.

    Pokyčių grėsmė gali būti reali arba įsivaizduojama, tiesioginė ar netiesioginė, reikšminga arba nereikšminga. Nepriklausomai nuo pokyčio pobūdžio, darbuotojai siekia apsisaugoti nuo jo pasekmių pasitelkdami skundus, pasyvų pasipriešinimą, kuris gali išsivystyti į neteisėtą neatvykimą į darbo vietą, sabotažą ir darbo intensyvumo mažinimą.

    Priežastys pasipriešinimas gali būti grėsmė darbuotojų saugumo, socialinių santykių, statuso, kompetencijos ar savigarbos poreikiams.

    Trys pagrindinės darbuotojų pasipriešinimo pokyčiams priežastys:

    1) neapibrėžtumas – atsiranda, kai nėra pakankamai informacijos apie pokyčių pasekmes;

    2) praradimo jausmas – kyla iš įsitikinimo, kad naujovės mažina sprendimų priėmimo galias, formalią ar neformalią galią, prieigą prie informacijos;

    3) tikėjimas, kad pokyčiai neatneš laukiamų rezultatų.

    Pagrindinė pasipriešinimo pokyčiams priežastis – su jais susiję psichologiniai kaštai. Pokyčiams gali priešintis ir aukščiausi įmonės vadovai, ir tiesioginiai vadovai, tačiau palaipsniui, suvokus naują naudą, ši priešprieša gali nutrūkti. Žinoma, ne visi pokyčiai susiduria su darbuotojų pasipriešinimu, kai kurie iš jų iš anksto suvokiami kaip pageidaujami; kiti pokyčiai gali būti tokie nežymūs ir nepastebimi, kad bus labai mažai pasipriešinimo, jei toks bus. Vadovai turi suvokti, kad požiūrį į pokyčius pirmiausia lemia tai, kaip sumaniai organizacijos vadovai sumažino neišvengiamą pasipriešinimą.

    Pokyčiai ir iš jų sklindantis grėsmės jausmas gali išprovokuoti grandininės reakcijos efektą, t.y. situacija, kai pokytis, tiesiogiai susijęs su asmeniu ar nedidele žmonių grupe, sukelia daugelio tiesioginę ar netiesioginę reakciją dėl to, kad jie visi yra suinteresuoti ta ar kita įvykių raida.

    Pasipriešinimo pokyčiams priežastys dažniausiai yra šios:

    Darbuotojų diskomforto jausmas, kurį sukelia pati gamta

    pasikeičia, kai darbuotojai parodo netikrumą dėl teisingumo

    priimami techniniai sprendimai vertinami neigiamai

    iš to kylantis netikrumas;

    Nežinomybės baimė, grėsmė savo darbo saugumui;

    Metodai, kaip atlikti pakeitimus, kai darbuotojai yra nepatenkinti

    Darbuotojų nesąžiningumo jausmas, atsirandantis dėl to, kad kažkas kitas gauna naudos iš jų atliekamų pokyčių;

    Jausmas, kad pokyčiai atves prie asmeninių netekčių, t.y. mažesnis bet kokio poreikio patenkinimo laipsnis. Taigi darbuotojai gali nuspręsti, kad technologijų naujovės, aukštas automatizavimo lygis sukels atleidimus ar socialinių santykių sutrikimą, sumažins jų sprendimų priėmimo galią, formalią ir neformalią galią, prieigą prie informacijos, savarankiškumą ir pavesto darbo patrauklumą. juos.

    Tikėjimas, kad pokyčiai organizacijai nėra būtini ar pageidautini. Taigi vadovas gali nuspręsti, kad siūloma automatizuota informacijos valdymo sistema vartotojams yra per sudėtinga arba pateiks netinkamo tipo informaciją; jis taip pat gali nuspręsti, kad problema turi įtakos ne tik jo funkcinei sričiai, bet ir kitai – todėl leiskite jiems atlikti pakeitimus tame padalinyje.

    Taigi, pradėdamas įgyvendinti numatytus pokyčius kolektyvo darbe, vadovas pirmiausia turi nustatyti, ar jie sukels pasipriešinimą, koks tai bus pasipriešinimas ir kaip pakeisti savo elgesio liniją, kad ją įveiktų ar pašalintų. Patirtis rodo, kad dažniausiai darbuotojų pasipriešinimas naujovėms pasireiškia tais atvejais, kai:

    1) žmonėms nepaaiškinami pokyčių tikslai. Paslaptis ir dviprasmiškumas visada sukelia netikrumą ir nerimą. Nežinomybės baimė gali paversti darbuotojus priešiškus kažkam naujam, kaip ir naujo dalyko pobūdžiui. Apskritai žmonės daug labiau priešinasi bendroms reformoms nei dažniems darbo proceso pokyčiams;

    2) patys darbuotojai nedalyvavo planuojant šiuos pokyčius. Žmonės linkę palaikyti bet kokias reformas, jei dalyvavo jas rengiant – juk kiekvienas yra pasirengęs vadovautis savo rekomendacijomis;

    3) reformas skatina asmeninės priežastys. Taigi vadovas, prašantis padėti darbuotojui tvarkyti dokumentus, gali būti tikras, kad kitiems iškart kils klausimų, kuo šis darbuotojas gaus naudos ir kodėl jam reikėtų padėti. Solidarumas – nuostabi savybė, tačiau tik nedaugelis dėl šio jausmo sugeba ko nors asmeniškai atsisakyti ir sutikti su naujovėmis. Žmonės turi įsitikinti, kad tai tikrai padeda išspręsti problemą, pasiekti norimą tikslą ir kad tai jiems naudinga;

    4) nepaisoma kolektyvo tradicijų ir jiems įprasto stiliaus bei darbo būdo. Daugelis kitų formalių ir neformalių grupių atkakliai priešinsis naujovėms, kurios kelia grėsmę jų pažįstamiems santykiams;

    5) pavaldiniams atrodo, kad rengiant reformas buvo padaryta klaida. Šis jausmas ypač sustiprėja, jei žmonės įtaria, kad gresia atlyginimo sumažinimas, pažeminimas ar vadovo palankumo praradimas;

    6) perestroika gresia pavaldiniams smarkiai padidėjus darbo apimčiai. Panaši grėsmė kyla, jei vadovas nepasivargino planuoti pokyčių pakankamai iš anksto;

    7) žmonėms atrodo, kad viskas taip gerai, kaip yra („Nereikia iškišti kaklo“, „Kodėl trenkti kaklą“, „Mums dar niekada nebuvo taip gerai“, „Iniciatyva baudžiama, “ ir tt);

    8) reformų iniciatorius negerbiamas ir neturi įgaliojimų. Deja, antipatija projekto autoriui nesąmoningai perkeliama į jo pasiūlymus, nepaisant tikrosios jų vertės;

    9) planuodama reformas komanda nemato galutinio rezultato (ką tai duos komandai?);

    10) darbuotojas nežino, kokia bus jo asmeninė nauda;

    11) pavaldinys nesijaučia pasitikintis ar neįtikintas vadovo;

    12) reformos siūlomos ir įgyvendinamos kategoriškai, taikant administracinius metodus;

    13) naujovės gali lemti darbuotojų mažinimą;

    14) žmonės mano, kad pokyčiai gali lemti socialinio teisingumo principo pažeidimus;

    15) komanda nežino, kiek tai kainuos (išlaidos, pastangos);

    16) reforma neduoda greitų rezultatų;

    17) reformos atneš naudos siauram žmonių ratui;

    18) kolektyve retai aptarinėjama reformos eiga;

    19) kolektyve nėra pasitikėjimo atmosferos;

    20) prisidengdami reforma iš tikrųjų siūlo seną, kuris nepasiteisino;

    21) kolektyvo viduje yra galingos žmonių grupės, kurios patenkintos sena, esama situacija (grupinis egoizmas);

    22) žinomi nesėkmingi tokios reformos pavyzdžiai;

    23) neformalus komandos vadovas prieštarauja pokyčiams.

    Taip pat būtina kalbėti apie pasipriešinimo pokyčiams privalumus. Tam tikrose situacijose vadovybė dar kartą atidžiai išanalizuoja siūlomus planus, įvertina jų adekvatumą realiai situacijai. Darbuotojai veikia kaip sistemos dalis, kuri kontroliuoja planų realumą ir palaiko pusiausvyrą. Pasipriešinimas gali padėti nustatyti konkrečias problemines sritis, suteikti vadovams informacijos apie darbuotojų požiūrį tam tikrais klausimais, suteikti darbuotojams galimybę išlieti emocijas ir paskatinti suprasti pokyčių prigimtį.

    Pasipriešinimo organizacijos pokyčiams įveikimo metodai yra: informacijos teikimas, dalyvavimas ir įtraukimas, derybos ir susitarimai, manipuliavimas, prievarta.

    1) švietimas ir komunikacija – atviras idėjų ir veiklų aptarimas, padėsiantis personalui įsitikinti pokyčių būtinybe prieš juos įgyvendinant;

    2) pavaldinių įtraukimas į sprendimų priėmimą. Leidžia darbuotojams, kurie gali būti atsparūs, laisvai reikšti savo požiūrį į naujoves;

    3) pagalba ir parama – priemonės, padedančios darbuotojams lengviau įsilieti į naują aplinką. Gali būti rengiami papildomi darbuotojų mokymai ir kvalifikacijos kėlimas, kad jie galėtų patenkinti naujus poreikius;

    4) materialinės ir moralinės paskatos. Apima darbo užmokesčio padidinimą, įsipareigojimą neatleisti darbuotojų ir pan.;

    5) kooptacija. Reiškia suteikti asmeniui, kuris priešinasi, vadovaujantį vaidmenį priimant sprendimus dėl naujovių diegimo;

    6) manevravimas – selektyvus darbuotojams teikiamos informacijos panaudojimas, aiškaus veiklos grafiko sudarymas;

    7) laipsniška transformacija, leidžianti palaipsniui priprasti prie naujų sąlygų;

    8) prievarta – grėsmė atimti darbą, paaukštinti pareigose, kelti kvalifikaciją, atlyginti ar paskirti į naujas pareigas.