Varësia e rrymës nga temperatura. Si varet rezistenca e një përcjellësi nga temperatura? Pse ulet rezistenca e gjysmëpërçuesve me rritjen e temperaturës?
« Fizikë - klasa e 10-të"
Cilin sasi fizike quajtur rezistencë
Nga dhe si varet rezistenca e një përcjellësi metalik?
Substanca të ndryshme kanë rezistencë të ndryshme. A varet rezistenca nga gjendja e përcjellësit? në temperaturën e saj? Përgjigjen duhet ta japë përvoja.
Nëse kaloni rrymë nga bateria përmes një spirale çeliku dhe më pas filloni ta ngrohni atë në flakën e djegësit, ampermetri do të tregojë një rënie të fuqisë së rrymës. Kjo do të thotë se me ndryshimin e temperaturës, rezistenca e përcjellësit ndryshon.
Nëse në një temperaturë prej 0 °C, rezistenca e përcjellësit është e barabartë me R 0, dhe në një temperaturë t është e barabartë me R, atëherë ndryshimi relativ i rezistencës, siç tregon përvoja, është drejtpërdrejt proporcional me ndryshimin e temperaturës. t:
Koeficienti i proporcionalitetit α quhet koeficienti i temperaturës së rezistencës.
Koeficienti i rezistencës së temperaturës- një vlerë e barabartë me raportin e ndryshimit relativ në rezistencën e përcjellësit ndaj ndryshimit të temperaturës së tij.
Karakterizon varësinë e rezistencës së një substance nga temperatura.
Koeficienti i temperaturës së rezistencës është numerikisht i barabartë me ndryshimin relativ në rezistencën e përcjellësit kur nxehet me 1 K (me 1 °C).
Për të gjithë përçuesit metalikë, koeficienti α > 0 dhe ndryshon pak me temperaturën. Nëse diapazoni i ndryshimeve të temperaturës është i vogël, atëherë koeficienti i temperaturës mund të konsiderohet konstant dhe i barabartë me vlerën mesatare të tij në këtë interval të temperaturës. Për metale të pastra
Për zgjidhjet e elektrolitit, rezistenca nuk rritet me rritjen e temperaturës, por zvogëlohet. Për ta α< 0. Например, для 10%-ного раствора kripë tryezëα = -0,02 K -1.
Kur një përcjellës nxehet, dimensionet e tij gjeometrike ndryshojnë pak. Rezistenca e një përcjellësi ndryshon kryesisht për shkak të një ndryshimi në rezistencën e tij. Mund ta gjeni varësinë e kësaj rezistence nga temperatura nëse zëvendësoni vlerat në formulën (16.1) 
Llogaritjet çojnë në rezultatin e mëposhtëm:
ρ = ρ 0 (1 + αt), ose ρ = ρ 0 (1 + αΔΤ), (16.2)
ku ΔT është ndryshimi i temperaturës absolute.
Meqenëse a ndryshon pak me ndryshimet në temperaturën e përcjellësit, mund të supozojmë se rezistenca e përcjellësit varet në mënyrë lineare nga temperatura (Fig. 16.2).
Rritja e rezistencës mund të shpjegohet me faktin se me rritjen e temperaturës, amplituda e dridhjeve të joneve në nyjet e rrjetës kristalore rritet, kështu që elektronet e lira përplasen me ta më shpesh, duke humbur kështu drejtimin e lëvizjes. Edhe pse koeficienti a është mjaft i vogël, duke marrë parasysh varësinë e rezistencës nga temperatura gjatë llogaritjes së parametrave të pajisjeve të ngrohjes është absolutisht e nevojshme. Kështu, rezistenca e filamentit të tungstenit të një llambë inkandeshente rritet me më shumë se 10 herë kur rryma kalon nëpër të për shkak të ngrohjes.
Për disa lidhje, për shembull, një aliazh bakri dhe nikel (Konstantin), koeficienti i temperaturës së rezistencës është shumë i vogël: α ≈ 10 -5 K -1; Rezistenca e Konstantinit është e lartë: ρ ≈ 10 -6 Ohm m Lidhjeve të tilla përdoren për prodhimin e rezistorëve të referencës dhe rezistencave shtesë instrumente matëse, pra në rastet kur kërkohet që rezistenca të mos ndryshojë dukshëm me luhatjet e temperaturës.
Ka edhe metale, për shembull nikeli, kallaji, platini etj., koeficienti i temperaturës së të cilëve është dukshëm më i lartë: α ≈ 10 -3 K -1. Varësia e rezistencës së tyre nga temperatura mund të përdoret për të matur vetë temperaturën, e cila bëhet në termometra rezistence.
Pajisjet e bëra nga materiale gjysmëpërçuese bazohen gjithashtu në varësinë e rezistencës nga temperatura - termistorë. Ato karakterizohen nga një koeficient i madh i temperaturës së rezistencës (dhjetëra herë më i lartë se ai i metaleve) dhe qëndrueshmëria e karakteristikave me kalimin e kohës. Vlerësimet e termistorit janë dukshëm më të larta se termometrat e rezistencës metalike, zakonisht 1, 2, 5, 10, 15 dhe 30 kΩ.
Zakonisht, tela platini merret si elementi kryesor i punës i një termometri rezistent, varësia e rezistencës së të cilit nga temperatura është e njohur mirë. Ndryshimet në temperaturë gjykohen nga ndryshimet në rezistencën e telit, të cilat mund të maten termometra të tillë mund të matin temperatura shumë të ulëta dhe shumë të larta kur janë të zakonshme termometra të lëngshëm i papërshtatshëm.
Superpërçueshmëri.
Rezistenca e metaleve zvogëlohet me uljen e temperaturës. Çfarë ndodh kur temperatura i afrohet zeros absolute?
Në vitin 1911, fizikani holandez H. Kamerlingh-Onnes zbuloi një fenomen të jashtëzakonshëm - superpërcjellshmëri. Ai zbuloi se kur merkuri ftohet në helium të lëngshëm, rezistenca e tij së pari ndryshon gradualisht, dhe më pas në një temperaturë prej 4.1 K bie shumë ashpër në zero (Fig. 16.3).
Dukuria e rënies së rezistencës së një përcjellësi në zero në një temperaturë kritike quhet superpërcjellshmëri.
Zbulimi i Kamerlingh Onnes, për të cilin ai u shpërblye në 1913 Çmimin Nobel, përfshinte studime të vetive të substancave në temperaturat e ulëta Oh. Më vonë, u zbuluan shumë superpërçues të tjerë.
Superpërcjellshmëria e shumë metaleve dhe lidhjeve vërehet në temperatura shumë të ulëta - duke filluar nga rreth 25 K. Tabelat referuese japin temperaturat e kalimit në gjendjen superpërcjellëse të disa substancave.
Temperatura në të cilën një substancë kalon në një gjendje superpërcjellëse quhet temperaturë kritike.
Temperatura kritike varet jo vetëm nga përbërjen kimike substancë, por edhe në strukturën e vetë kristalit. Për shembull, kallaji gri ka strukturën e diamantit me një rrjetë kub kristal dhe është një gjysmëpërçues, dhe kallaji i bardhë ka një qelizë njësi tetragonale dhe është një metal i bardhë-argjendi, i butë, duktil i aftë të kalojë në një gjendje superpërcjellëse në një temperaturë prej 3,72 K.
Për substancat në një gjendje superpërcjellëse, u vunë re anomali të mprehta në magnetike, termike dhe një sërë vetive të tjera, kështu që është më e saktë të flasim jo për një gjendje superpërcjellëse, por për një gjendje të veçantë të materies që vërehet në temperatura të ulëta.
Nëse krijohet një rrymë në një përcjellës unazor që është në gjendje superpërcjellëse, dhe më pas burimi i rrymës hiqet, atëherë forca e kësaj rryme nuk ndryshon për asnjë gjatësi kohore. Në një përcjellës të zakonshëm (jo superpërçues), rryma elektrike ndalon në këtë rast.
Superpërçuesit përdoren gjerësisht. Kështu, ndërtohen elektromagnetë të fuqishëm me një mbështjellje superpërcjellëse, të cilët krijojnë një fushë magnetike për periudha të gjata kohore pa konsumuar energji. Në fund të fundit Nuk ka gjenerim të nxehtësisë në mbështjelljen superpërçuese.
Sidoqoftë, është e pamundur të merret një fushë magnetike arbitrarisht e fortë duke përdorur një magnet superpërçues. Një fushë magnetike shumë e fortë shkatërron gjendjen superpërcjellëse. Një fushë e tillë mund të krijohet edhe nga një rrymë në vetë superpërcjellësin. Prandaj, për çdo përcjellës në gjendje superpërcjellëse, ekziston një vlerë kritike e rrymës, e cila nuk mund të tejkalohet pa cenuar gjendjen superpërcjellëse.
Magnetët superpërçues përdoren në përshpejtuesit e grimcave dhe gjeneratorët magnetohidrodinamikë që konvertojnë energjinë mekanike të një rryme gazi të nxehtë jonizues që lëviz në një fushë magnetike në energji elektrike.
Një shpjegim i superpërcjellshmërisë është i mundur vetëm në bazë të teorisë kuantike. Ajo u dha vetëm në vitin 1957 nga shkencëtarët amerikanë J. Bardin, L. Cooper, J. Schrieffer dhe shkencëtari sovjetik, akademik N. N. Bogolyubov.
Në vitin 1986, u zbulua superpërçueshmëria në temperaturë të lartë. Komponimet komplekse të oksidit të lantanit, bariumit dhe elementëve të tjerë (qeramika) me një temperaturë kalimi në gjendjen superpërcjellëse prej rreth 100 K, kjo është më e lartë se pika e vlimit të azotit të lëngshëm presioni atmosferik(77 K).
Superpërçueshmëria me temperaturë të lartë në të ardhmen e afërt sigurisht që do të çojë në një të re revolucion teknik në të gjitha inxhinierinë elektrike, radioinxhinierinë, projektimin kompjuterik. Aktualisht, përparimi në këtë fushë pengohet nga nevoja për të ftohur përcjellësit deri në pikën e vlimit të heliumit të shtrenjtë të gazit.
Mekanizmi fizik i superpërcjellshmërisë është mjaft kompleks. Mund të shpjegohet shumë thjeshtë si më poshtë: elektronet bashkohen në një vijë të rregullt dhe lëvizin pa u përplasur me një rrjetë kristalore të përbërë nga jone. Kjo lëvizje ndryshon dukshëm nga lëvizja e zakonshme termike, në të cilën një elektron i lirë lëviz në mënyrë kaotike.
Duhet të shpresojmë se do të jetë e mundur të krijohen superpërçues edhe në temperaturën e dhomës. Gjeneratorët dhe motorët elektrikë do të bëhen jashtëzakonisht kompakt (më të vegjël disa herë) dhe ekonomikë. Energjia elektrike mund të transmetohet në çdo distancë pa humbje dhe të grumbullohet në pajisje të thjeshta.
Në një kristal ideal, rruga mesatare e lirë e elektroneve është pafundësia, dhe rezistenca ndaj rrymës elektrike është zero. Ky pozicion konfirmohet nga fakti se rezistenca e metaleve të pastërta të pjekjes tenton në zero kur temperatura i afrohet zeros absolute. Vetia e një elektroni për të lëvizur lirshëm në një rrjetë kristalore ideale nuk ka analoge në mekanikën klasike. Shpërndarja, që çon në shfaqjen e rezistencës, ndodh në rastet kur ka defekte strukturore në grilë.
Dihet se shpërhapja efektive e valëve ndodh kur madhësia e qendrave të shpërndarjes (defekteve) tejkalon një të katërtën e gjatësisë së valës. Në metale, energjia e elektroneve përçuese është 3 – 15 eV. Kjo energji korrespondon me një gjatësi vale 3 – 7. Prandaj, çdo mikro-inhomogjenitet në strukturë pengon përhapjen e valëve elektronike dhe shkakton një rritje të rezistencës së materialit.
Në metalet e pastra me strukturë të përsosur, e vetmja arsye që kufizon rrugën mesatare të lirë të elektroneve është dridhja termike e atomeve në nyjet e rrjetës kristalore. Rezistenca elektrike e metalit, për shkak të faktorit termik, do të shënohet me ρ nxehtësi. Është mjaft e qartë se me rritjen e temperaturës, amplituda e dridhjeve termike të atomeve dhe luhatjet e shoqëruara të fushës periodike të grilës rriten. Dhe kjo, nga ana tjetër, rrit shpërndarjen e elektroneve dhe shkakton një rritje të rezistencës. Për të përcaktuar në mënyrë cilësore natyrën e varësisë nga temperatura e rezistencës, ne do të përdorim modelin e thjeshtuar të mëposhtëm. Intensiteti i shpërndarjes është drejtpërdrejt proporcional me seksionin kryq të vëllimit sferik të zënë nga atomi vibrues, dhe zona e prerjes tërthore është proporcionale me katrorin e amplitudës së dridhjeve termike.
Energjia potenciale e një atomi të devijuar nga ∆a nga një vend rrjetë përcaktohet nga shprehja
,
(9)
ku kontrollohet është koeficienti i bashkimit elastik, i cili tenton ta kthejë atomin në pozicionin e ekuilibrit.
Sipas statistikave klasike, energjia mesatare e një oshilatori harmonik njëdimensional (atom oshilues) është e barabartë me kT.
Mbi këtë bazë, ne shkruajmë barazinë e mëposhtme:
Është e lehtë të vërtetohet se rruga mesatare e lirë e elektroneve në atomet N është në përpjesëtim të zhdrejtë me temperaturën:
(10)
Duhet të theksohet se marrëdhënia që rezulton nuk qëndron në temperatura të ulëta. Fakti është se me një ulje të temperaturës, jo vetëm amplitudat e dridhjeve termike të atomeve mund të ulen, por edhe frekuencat e dridhjeve. Prandaj, në rajonin e temperaturave të ulëta, shpërndarja e elektroneve nga dridhjet termike të vendeve të rrjetës bëhet joefektive. Ndërveprimi i një elektroni me një atom vibrues vetëm pak ndryshon momentin e elektronit. Në teorinë e dridhjeve të atomeve të rrjetës, temperatura vlerësohet në lidhje me një temperaturë të caktuar karakteristike, e cila quhet temperatura e Debye ΘD. Temperatura Debye përcakton frekuencën maksimale të dridhjeve termike që mund të ngacmohen në një kristal:
Kjo temperaturë varet nga forcat e lidhjes ndërmjet nyjeve të rrjetës kristalore dhe është një parametër i rëndësishëm i një trupi të ngurtë.
Në T D Rezistenca e metaleve ndryshon në mënyrë lineare me temperaturën (Figura 6, seksioni III).
Siç tregon eksperimenti, përafrimi linear i varësisë së temperaturës t (T) është gjithashtu i vlefshëm deri në temperatura të rendit të (2/3) D, ku gabimi nuk kalon 10%. Për shumicën e metaleve, temperatura karakteristike e Debye nuk i kalon 400 – 450 K. Prandaj, përafrimi linear është zakonisht i vlefshëm në temperaturat nga temperatura e dhomës e lart. Në rajonin me temperaturë të ulët (T D), ku ulja e rezistencës është për shkak të përjashtimit gradual të gjithnjë e më shumë frekuencave të dridhjeve termike (fononeve), teoria parashikon një varësi nga fuqia-ligji t 5. Në fizikë, kjo marrëdhënie njihet si ligji Bloch-Grüneisen. Gama e temperaturës në të cilën vërehet një varësi e mprehtë nga ligji i fuqisë prej t (T) është zakonisht mjaft i vogël, me vlera eksperimentale të eksponentit që variojnë nga 4 në 6.
Në një rajon të ngushtë I, që arrin në disa kelvins, një numër metalesh mund të hyjnë në një gjendje superpërçueshmërie (më shumë detaje më poshtë) dhe figura tregon një kërcim në rezistencën në një temperaturë T st. Në metalet e pastra me një strukturë të përsosur, pasi temperatura priret në OK, rezistenca gjithashtu priret në 0 (lakorja e ndërprerë), dhe rruga mesatare e lirë priret në pafundësi. Edhe në temperaturat e zakonshme, rruga mesatare e lirë e elektroneve në metale është qindra herë më e madhe se distanca midis atomeve (Tabela 2).
Figura 6 – Varësia e rezistencës së një përcjellësi metalik nga temperatura në një gamë të gjerë temperaturash: a, b, c – opsionet për ndryshimin e rezistencës së metaleve të shkrirë të ndryshëm
Tabela 2 - Rruga mesatare e lirë e elektroneve në 0°C për një numër metalesh
Brenda rajonit të tranzicionit II, ka një rritje të shpejtë të rezistencës ρ(T), ku n mund të jetë deri në 5 dhe gradualisht zvogëlohet me rritjen e temperaturës në 1 në T = D.
Seksioni linear (rajoni III) në varësinë nga temperatura e (T) për shumicën e metaleve shtrihet në temperatura afër pikës së shkrirjes. Një përjashtim nga ky rregull janë metalet ferromagnetike, në të cilat ndodh shpërndarje shtesë e elektroneve për shkak të shkeljeve të rendit të rrotullimit. Pranë pikës së shkrirjes, d.m.th. në rajonin IV, fillimi i të cilit është shënuar në figurën 6 me temperaturën Tnl, dhe në metalet e zakonshme mund të vërehet një devijim nga varësia lineare.
Gjatë kalimit nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të lëngshme, shumica e metaleve përjetojnë një rritje të rezistencës përafërsisht 1,5 - 2 herë, megjithëse ka raste të pazakonta: në substanca me strukturë komplekse kristalore, si bismuti dhe galiumi, shkrirja shoqërohet me një ulje të .
Eksperimenti zbulon modelin e mëposhtëm: nëse shkrirja e një metali shoqërohet me një rritje të vëllimit, atëherë rezistenca rritet befas; për metalet me ndryshim të kundërt në vëllim, ρ zvogëlohet.
Gjatë shkrirjes, nuk ka asnjë ndryshim të rëndësishëm as në numrin e elektroneve të lira dhe as në natyrën e ndërveprimit të tyre. Ndikimi vendimtar në ndryshimin e ρ ushtrohet nga proceset e çrregullimit, një shkelje e rendit të mëtejshëm në rregullimin e atomeve. Anomalitë e vërejtura në sjelljen e disa metaleve (Ga, Bi) mund të shpjegohen me një rritje të modulit të shtypshmërisë gjatë shkrirjes së këtyre substancave, e cila duhet të shoqërohet me një ulje të amplitudës së dridhjeve termike të atomeve.
Ndryshimi relativ i rezistencës me një ndryshim në temperaturën prej një kelvin (shkallë) quhet koeficienti i temperaturës së rezistencës:
(11)
Shenja pozitive e α ρ korrespondon me rastin kur rezistenca në afërsi të një pike të caktuar rritet me rritjen e temperaturës. Vlera e α ρ është gjithashtu një funksion i temperaturës. Në zonë varësia lineareρ(T) shprehja e mëposhtme është e vlefshme:
ku ρ 0 dhe α ρ janë rezistenca dhe koeficienti i temperaturës së rezistencës, referuar fillimit të diapazonit të temperaturës, d.m.th. temperatura T0; ρ-rezistenca në temperaturën T.
Marrëdhënia midis koeficientëve të temperaturës së rezistencës dhe rezistencës është:
(13)
ku α 0 është koeficienti i temperaturës së rezistencës së një rezistence të caktuar; α 1 – koeficienti i temperaturës së zgjerimit të materialit të elementit rezistent.
Metalet e pastra kanë α ρ >>α 1, pra kanë α ρ≈ α R. Megjithatë, për lidhjet metalike të qëndrueshme termike, një përafrim i tillë rezulton të jetë i padrejtë.
3 Ndikimi i papastërtive dhe defekteve të tjera strukturore në rezistencën e metaleve
Siç u përmend, arsyet e shpërndarjes së valëve të elektroneve në një metal nuk janë vetëm dridhjet termike të nyjeve të rrjetës, por edhe defektet statike në strukturë, të cilat gjithashtu shkelin periodicitetin e fushës së mundshme të kristalit. Shpërndarja nga defektet strukturore statike nuk varet nga temperatura. Prandaj, ndërsa temperatura i afrohet zeros absolute, rezistenca e metaleve reale tenton në një vlerë të caktuar konstante, e quajtur rezistencë e mbetur (Figura 6). Kjo nënkupton rregullin e Matthiessen për aditivitetin e rezistencës:
,
(14)
ato. Rezistenca totale e një metali është shuma e rezistencës për shkak të shpërndarjes së elektroneve nga dridhjet termike të nyjeve të rrjetës kristalore dhe rezistenca e mbetur për shkak të shpërndarjes së elektroneve nga defektet statike në strukturë.
Përjashtim nga ky rregull janë metalet superpërçues, në të cilët rezistenca zhduket nën një temperaturë të caktuar kritike.
Kontributi më i rëndësishëm në rezistencën e mbetur jepet nga shpërndarja nga papastërtitë, të cilat janë gjithmonë të pranishme në një përcjellës të vërtetë ose në formën e kontaminimit ose në formën e një elementi aliazh (d.m.th., i futur qëllimisht). Duhet të theksohet se çdo aditiv i papastërtisë çon në një rritje të , edhe nëse ka përçueshmëri të rritur në krahasim me metalin bazë. Kështu, futja e 0.01 në një përcjellës bakri. përqindja e papastërtisë së argjendit shkakton një rritje të rezistencës së bakrit me 0,002 µOhm m. Është vërtetuar eksperimentalisht se në një përmbajtje të ulët papastërtie, rezistenca rritet në proporcion me përqendrimin e atomeve të papastërtive.
Një ilustrim i rregullit të Matthiessen është Figura 7, nga e cila është e qartë se varësitë nga temperatura e rezistencës së bakrit të pastër dhe lidhjeve të tij me sasi të vogla (deri në afërsisht 4 at.%) të indiumit, antimonit, kallajit dhe arsenikut janë reciproke. paralele.
Figura 7 – Varësia nga temperatura e rezistencës së lidhjeve të bakrit të llojit të tretësirës së ngurtë, që ilustron rregullin e Matthiessen: 1 – Cu i pastër;
2 – Cu – 1,03 at.% Në; 3 – Cu – 1,12 at.% Nl
Papastërtitë e ndryshme kanë efekte të ndryshme në rezistencën e mbetur të përçuesve metalikë. Efikasiteti i shpërndarjes së papastërtive përcaktohet nga potenciali shqetësues në rrjetë, vlera e të cilit është më e lartë, aq më shumë ndryshojnë valencat e atomeve të papastërtisë dhe të tretësit metalik (bazës).
Për metalet monovalente, ndryshimi në rezistencën e mbetur për 1% papastërti (koeficienti "papastërti" i rezistencës elektrike) i bindet rregullit të Linde:
,
(15)
ku a dhe b janë konstante në varësi të natyrës së metalit dhe periudhës së zënë nga atomi i papastërtisë në Tabelën Periodike të elementeve; Z– ndryshimi në valencat e atomit të metalit – tretës dhe papastërti.
Nga formula 15 rezulton se ndikimi i papastërtive metaloid në uljen e përçueshmërisë ka një efekt më të fortë se ndikimi i papastërtive të elementeve metalikë.
Përveç papastërtive, njëfarë kontributi në rezistencën e mbetur japin defektet e brendshme strukturore - boshllëqet, atomet intersticiale, dislokimet, kufijtë e kokrrizave. Përqendrimi i defekteve të pikës rritet në mënyrë eksponenciale me temperaturën dhe mund të arrijë vlera të larta pranë pikës së shkrirjes. Përveç kësaj, boshllëqet dhe atomet intersticiale shfaqen lehtësisht në një material kur ai rrezatohet me grimca me energji të lartë, për shembull, neutrone nga një reaktor ose jone nga një përshpejtues. Bazuar në vlerën e matur të rezistencës, mund të gjykohet shkalla e dëmtimit të rrezatimit në grilë. Në të njëjtën mënyrë, mund të monitorohet rikuperimi (pjekja) e mostrës së rrezatuar.
Ndryshimi i rezistencës së mbetur të bakrit për 1 at.% të defekteve në pikë është: në rastin e vendeve të lira 0,010 – 0,015 μΩ Ohm; në rastin e atomeve intersticiale - 0,005 – 0,010 µOhm Ohm.
Rezistenca e mbetur është një karakteristikë shumë e ndjeshme e pastërtisë kimike dhe përsosmërisë strukturore të metaleve. Në praktikë, kur punoni me metale me pastërti veçanërisht të lartë, për të vlerësuar përmbajtjen e papastërtive, matet raporti i rezistencës në temperaturën e dhomës dhe temperaturën e heliumit të lëngshëm:
Sa më i pastër të jetë metali, aq më e madhe është vlera . Në metalet më të pastra (shkalla e pastërtisë - 99.99999%), parametri ka një vlerë të rendit 10 5.
Shtrembërimet e shkaktuara nga gjendja e stresuar kanë një ndikim të madh në rezistencën e metaleve dhe lidhjeve. Megjithatë, shkalla e këtij ndikimi përcaktohet nga natyra e sforcimeve. Për shembull, me kompresim të gjithanshëm, rezistenca e shumicës së metaleve zvogëlohet. Kjo shpjegohet me bashkimin e atomeve dhe një ulje të amplitudës së dridhjeve termike të grilës.
Deformimi dhe ngurtësimi plastik gjithmonë rrisin rezistencën e metaleve dhe lidhjeve. Megjithatë, kjo rritje, edhe me forcim të konsiderueshëm të ftohtë të metaleve të pastra, arrin në disa përqind.
Forcimi termik çon në një rritje të , e cila shoqërohet me shtrembërime të rrjetës dhe shfaqjen e sforcimeve të brendshme. Gjatë rikristalizimit me trajtim termik (pjekja), rezistenca mund të reduktohet në vlerën e saj origjinale, pasi defektet "shëruar" dhe streset e brendshme lehtësohen.
Specifikimi i tretësirave të ngurta është se mbetja mund të tejkalojë ndjeshëm (shumë herë) përbërësin termik.
Për shumë lidhje me dy përbërës, ndryshimi në res në varësi të përbërjes përshkruhet mirë nga një varësi parabolike e formës
ku C është një konstante në varësi të natyrës së aliazhit; x a dhe x b janë fraksionet atomike të përbërësve në aliazh.
Marrëdhënia 16 quhet ligji i Nordheimit. Nga kjo rrjedh se në tretësirat e ngurta binare A – B, rezistenca e mbetur rritet si kur atomet B i shtohen metalit A (tretësirë e ngurtë ), dhe kur atomet A i shtohen metalit B (tretësirë e ngurtë ), dhe ky ndryshim karakterizohet nga një kurbë simetrike. Në një seri të vazhdueshme tretësish të ngurta, sa më i madh të jetë rezistenca, aq më larg është aliazhi në përbërjen e tij nga përbërësit e pastër. Rezistenca e mbetur arrin vlerën e saj maksimale kur përmbajtja e secilit komponent është e barabartë (x a = x b = 0,5).
Ligji i Nordheimit përshkruan me mjaft saktësi ndryshimin e rezistencës së tretësirave të ngurta të vazhdueshme në rast se nuk vërehen tranzicione fazore kur ndryshon përbërja dhe asnjë nga përbërësit e tyre nuk i përket elementëve të tranzicionit ose të tokës së rrallë. Shembuj të sistemeve të tilla janë lidhjet Au – Ag, Cu – Ag, Cu – Au, W – Mo, etj.
Tretësirat e ngurta përbërësit e të cilave janë metale të grupit kalimtar sillen disi ndryshe (Figura 8). Në këtë rast, në përqendrime të larta të përbërësve, vërehet një vlerë dukshëm më e madhe e rezistencës së mbetur, e cila shoqërohet me kalimin e një pjese të elektroneve të valencës në guaskat e brendshme d të pambushura të atomeve të metaleve në tranzicion. Përveç kësaj, në lidhjet e tilla maksimumi shpesh korrespondon me përqendrime të tjera se 50%.
Figura 8 – Varësia e rezistencës (1) dhe koeficienti i temperaturës së rezistencës (2) të lidhjeve bakër-nikel nga përqindja e përbërësve
Sa më i madh të jetë rezistenca e aliazhit, aq më i ulët është α ρ. Kjo rrjedh nga fakti se në tretësirat e ngurta res, si rregull, tejkalon ndjeshëm t dhe nuk varet nga temperatura. Sipas përcaktimit të koeficientit të temperaturës
(17)
Duke marrë parasysh që α ρ të metaleve të pastër ndryshojnë pak nga njëri-tjetri, shprehja 17 mund të shndërrohet lehtësisht në formën e mëposhtme:
(18)
Në tretësirat e ngurta të përqendruara, res zakonisht tejkalon ρ t me një renditje madhësie ose më shumë, prandaj, α ρ spl mund të jetë dukshëm më e ulët se α ρ e metalit të pastër. Kjo është baza për prodhimin e materialeve përçuese termikisht të qëndrueshme. Në shumë raste, varësia nga temperatura e rezistencës së lidhjeve rezulton të jetë më komplekse se ajo që rrjedh nga një ligj i thjeshtë aditiv. Koeficienti i temperaturës së rezistencës së lidhjeve mund të jetë dukshëm më i vogël se sa parashikohet nga lidhja 18. Anomalitë e vërejtura manifestohen qartë në lidhjet bakër-nikel (Figura 8). Në disa lidhje, në raporte të caktuara të përbërësve, vërehet α ρ negative (për konstantanin).
Ky ndryshim në ρ dhe α ρ në varësi të përqindjes së përbërësve të aliazhit me sa duket mund të shpjegohet me faktin se, me një përbërje dhe strukturë më komplekse në krahasim me metalet e pastra, lidhjet nuk mund të konsiderohen si metalet klasike. Ndryshimi në përçueshmërinë e tyre shkaktohet jo vetëm nga një ndryshim në gjatësinë e rrugës së elektronit të lirë, por edhe, në disa raste, nga një rritje e pjesshme e përqendrimit të bartësve të ngarkesës me rritjen e temperaturës. Një aliazh në të cilin ulja e rrugës së lirë me rritjen e temperaturës kompensohet nga një rritje në përqendrimin e transportuesve të ngarkesës ka një koeficient zero të rezistencës së temperaturës.
Në tretësirat e holluara, kur një nga përbërësit (për shembull, komponenti B) karakterizohet nga një përqendrim shumë i ulët dhe mund të konsiderohet si papastërti, në formulën 16, pa cenuar saktësinë, mund të vendosni (1-x in)1 . Pastaj arrijmë në një marrëdhënie lineare midis rezistencës së mbetur dhe përqendrimit të atomeve të papastërtive në metal:
,
ku konstanta C karakterizon ndryshimet në rezistencën e mbetur pushim për 1 në.% papastërti.
Disa lidhje priren të formojnë struktura të renditura nëse përmasat e caktuara të përbërjes ruhen gjatë prodhimit të tyre. Arsyeja e renditjes është ndërveprimi më i fortë kimik i atomeve të ndryshëm në krahasim me atomet e të njëjtit lloj. Renditja e strukturës ndodh nën një temperaturë të caktuar karakteristike Tcr, e quajtur kritike (ose temperaturë Kurnakov). Për shembull, një aliazh që përmban 50 at. % Cu dhe 50 at. % Zn ( – bronzi) ka një strukturë kubike me qendër trupin. Në T 360C, atomet e bakrit dhe të zinkut shpërndahen në mënyrë të rastësishme dhe statistikisht midis vendeve të rrjetës.
Arsyeja e rezistencës elektrike të trupave të ngurtë nuk është përplasja e elektroneve të lira me atomet e rrjetës, por shpërndarja e tyre në defekte strukturore që janë përgjegjëse për thyerjen e simetrisë përkthimore. Kur porositet një zgjidhje e ngurtë, rikthehet periodiciteti i fushës elektrostatike të përbërjes atomike të grilës, për shkak të së cilës rritet rruga mesatare e lirë e elektroneve dhe rezistenca shtesë e shkaktuar nga shpërndarja në mikroinhomogjenitetet e aliazhit pothuajse plotësisht zhduket.
4 Ndikimi i trashësisë së filmave metalikë në rezistencën specifike të sipërfaqes dhe koeficientin e temperaturës së saj
Në prodhimin e qarqeve të integruara, filmat metalikë përdoren për ndërlidhje, jastëkë kontakti, pllaka kondensator, elementë induktivë, magnetikë dhe rezistues.
Struktura e filmave, në varësi të kushteve të kondensimit, mund të ndryshojë nga kondensata amorf në filmat epitaksial - strukturat e një shtrese perfekte njëkristalore. Përveç kësaj, vetitë e filmave metalikë lidhen me efektet e madhësisë. Pra, kontributi i tyre në përçueshmërinë elektrike është i rëndësishëm nëse trashësia e filmit është proporcionale me l mesatare.
Figura 9 tregon varësinë tipike të rezistencës së sipërfaqes së filmave të hollë ρs dhe koeficientit të saj të temperaturës α ρs në trashësinë e filmit. Meqenëse lidhja midis strukturore (gjatësia l, gjerësia b, trashësia e filmit h) dhe teknologjike
() parametrat e një rezistence të shtresës së hollë (TFR) vendosen nga ekuacioni:
,
ku ρ s = ρ/h është rezistenca katrore (ose rezistenca specifike e sipërfaqes), atëherë do të pranojmë shënimet tradicionale në vend të ρ s dhe ρ në vend të ρ s.
Figura 9 - Karakteri i ndryshimeve në dhe në varësi të trashësisë së filmit h
Rritja e filmave metalikë shoqërohet nga katër faza:
I – formimi dhe rritja e ishujve metalikë (mekanizmat përgjegjës për transferimin e ngarkesës janë emetimi termionik dhe tunelizimi i elektroneve të vendosura mbi nivelin e Fermit. Rezistenca sipërfaqësore e zonave të nënshtresës ku nuk ka film metalik zvogëlohet me rritjen e temperaturës, gjë që shkakton negativ filma me trashësi të vogël );
II – kontakti i ishujve me njëri-tjetrin (momenti i ndryshimit të shenjës së varet nga lloji i metalit, kushtet e formimit të filmit, përqendrimi i papastërtive, gjendja e sipërfaqes së nënshtresës);
III – formimi i një rrjeti përcjellës kur zvogëlohet madhësia dhe numri i hapësirave midis ishujve;
IV – formimi i një filmi përçues të vazhdueshëm, kur përçueshmëria dhe i afrohen vlerës së përçuesve masivë, por gjithsesi rezistenca e filmit është më e madhe se ajo e një kampioni me shumicë për shkak të përqendrimit të lartë të defekteve dhe papastërtive të kapura në film gjatë depozitimit. Prandaj, filmat e oksiduar përgjatë kufijve të kokrrizave janë elektrikisht të ndërprerë, megjithëse fizikisht janë të vazhdueshëm. Kontribuon në rritjen e dhe efektin e madhësisë për shkak të zvogëlimit të rrugës mesatare të lirë të elektroneve kur ato reflektohen nga sipërfaqja e kampionit.
Në prodhimin e rezistorëve me shtresë të hollë, përdoren tre grupe materialesh: metale, lidhje metalike dhe qermeta.
5 Natyra fizike e superpërcjellshmërisë
Fenomeni i superpërçueshmërisë, i shpjeguar nga teoria kuantike, ndodh kur elektronet në një metal tërheqin njëri-tjetrin. Tërheqja është e mundur në një mjedis që përmban jone të ngarkuar pozitivisht, fusha e së cilës dobëson forcat e shtyrjes së Kulombit midis elektroneve. Mund të tërhiqen vetëm ato elektrone që marrin pjesë në përcjellshmërinë elektrike, d.m.th. ndodhet pranë nivelit të Fermit. Elektronet me rrotullim të kundërt lidhen në çifte të quajtura çifte Cooper.
Në formimin e çifteve Cooper, rolin vendimtar luajnë ndërveprimet e elektroneve me dridhjet termike të grilës - fononeve, të cilat mund t'i thithë dhe gjenerojë. Një nga elektronet ndërvepron me rrjetën - e ngacmon atë dhe ndryshon vrullin e saj; një elektron tjetër, duke bashkëvepruar, e transferon atë në një gjendje normale dhe gjithashtu ndryshon momentin e tij. Si rezultat, gjendja e grilës nuk ndryshon, dhe elektronet shkëmbejnë kuantet e energjisë termike - fonone. Ndërveprimi i shkëmbimit të fononeve shkakton forca tërheqëse midis elektroneve që tejkalojnë zmbrapsjen e Kulombit. Shkëmbimi i fononeve ndodh vazhdimisht.
Një elektron që lëviz nëpër rrjetë e polarizon atë, d.m.th. tërheq jonet pranë vetes, densiteti i ngarkesës pozitive rritet pranë trajektores së elektroneve. Elektroni i dytë tërhiqet nga një rajon me një ngarkesë pozitive të tepërt, si rezultat, për shkak të ndërveprimit me rrjetën, forcat tërheqëse lindin midis elektroneve (çifti Cooper). Këto formacione të çiftëzuara mbivendosen me njëri-tjetrin në hapësirë, shpërbëhen dhe krijohen përsëri, duke formuar një kondensatë elektronike, energjia e së cilës, për shkak të ndërveprimit të brendshëm, është më e vogël se ajo e një koleksioni elektronesh të izoluara. Një hendek energjetik shfaqet në spektrin energjetik të një superpërçuesi - një rajon i gjendjeve të ndaluara të energjisë.
Elektronet e çiftëzuara janë të vendosura në fund të hendekut të energjisë. Madhësia e hendekut të energjisë varet nga temperatura, duke arritur një maksimum në zero absolute dhe duke u zhdukur plotësisht në Tb. Për shumicën e superpërçuesve, hendeku i energjisë është 10 -4 – 10 -3 eV.
Shpërndarja e elektroneve ndodh në dridhjet termike dhe në papastërtitë, por kur
Në prani të një hendeku energjetik, kalimi i elektroneve nga gjendja bazë në gjendjen e ngacmuar kërkon një pjesë të mjaftueshme të energjisë termike, e cila nuk është e disponueshme në temperatura të ulëta, kështu që elektronet e çiftuara nuk shpërndahen nga defektet strukturore. E veçanta e çifteve Cooper është se ato nuk mund t'i ndryshojnë gjendjet e tyre në mënyrë të pavarur nga njëra-tjetra, valët e elektroneve kanë të njëjtën gjatësi dhe fazë, d.m.th. ato mund të konsiderohen si një valë që rrjedh rreth defekteve strukturore, të gjitha elektronet janë të lidhura në çifte me një rritje, disa çifte prishen dhe gjerësia e hendekut zvogëlohet, të gjitha çiftet bëhen zero , dhe superpërcjellshmëria është ndërprerë.
Kalimi në gjendjen superpërcjellëse ndodh në një gamë shumë të ngushtë të temperaturës, duke shkaktuar zgjerimin e diapazonit.
Vetia më e rëndësishme e superpërçuesve është se fusha magnetike nuk depërton fare në trashësinë e materialit, linjat e energjisë përkulem rreth superpërçuesit (efekti Meissner) - për shkak të faktit se në shtresa sipërfaqësore superpërçues në një fushë magnetike, lind një rrymë rrethore e pamposhtur, e cila kompenson plotësisht fushën e jashtme në trashësinë e mostrës. Thellësia e depërtimit të fushës magnetike 10 -7 – 10 -8 m – superpërçues – diamagnetik ideal; shtyhet nga fusha magnetike (mund të bëni një magnet të përhershëm të varet mbi një unazë të materialit superpërçues në të cilin qarkullojnë rrymat e përhershme të nxitura nga magneti).
Gjendja e superpërçueshmërisë shkelet kur forca e fushës magnetike tejkalon H St. Bazuar në natyrën e kalimit të një materiali nga një gjendje superpërcjellëse në një gjendje të përçueshmërisë elektrike të zakonshme nën ndikimin e një fushe magnetike, dallohen superpërçuesit e tipit 1 dhe të tipit 2. Në superpërcjellësit e tipit 1, ky tranzicion ndodh befas në superpërçuesit, procesi i tranzicionit është gradual në rangun Нсв1;
N sv2. Në intervalin, materiali është në një gjendje heterogjene në të cilën bashkëjetojnë fazat normale dhe superpërcjellëse, fusha magnetike depërton gradualisht në superpërçues, rezistenca zero ruhet deri në forcën e sipërme kritike.
Tensioni kritik varet nga temperatura për superpërçuesit e tipit 1:
Në superpërçuesit e tipit 2, rajoni i gjendjes së ndërmjetme zgjerohet me uljen e temperaturës.
Superpërcjellshmëria mund të ndërpritet nga rryma që kalon nëpër një superpërçues nëse tejkalon vlerën kritike Ist = 2πrHst (T) - për superpërçuesit e tipit 1 (për tipin 2 është më kompleks).
26 metale kanë superpërçueshmëri (kryesisht tipi 1 me temperatura kritike nën 4,2 K), 13 elementë shfaqin superpërçueshmëri në presione të larta(silicon, germanium, telurium, antimoni). Bakri, ari dhe argjendi nuk kanë: rezistenca e ulët tregon ndërveprim të dobët të elektroneve me rrjetën kristalore, si në ferro ashtu edhe në antiferromagnet; gjysmëpërçuesit konvertohen duke shtuar një përqendrim të lartë të papastërtive të papastërtive; Në dielektrikët me një konstante të lartë dielektrike (ferroelektrike), forcat e shtyrjes së Kulombit ndërmjet elektroneve janë dobësuar ndjeshëm dhe ato mund të shfaqin vetinë e superpërçueshmërisë. Përbërjet dhe lidhjet ndërmetalike i përkasin superpërcjellësve të tipit 2, megjithatë, kjo ndarje nuk është absolute (një superpërçues i tipit 1 mund të shndërrohet në një superpërçues të tipit 2 nëse në të krijohet një përqendrim i mjaftueshëm i defekteve të rrjetës kristalore. Është i lidhur prodhimi i përçuesve superpërçues me vështirësi teknologjike (kanë brishtësi, përçueshmëri të ulët termike), krijojnë kompozime superpërçuese me bakër (metoda e bronzit ose metoda e difuzionit në fazë të ngurtë - shtypje dhe vizatim; krijohet një përbërje nga fijet e holla të niobiumit në një matricë bronzi kallaji; kur nxehet, kallaji nga bronzi shpërndahet në niobium, duke formuar një film stanide niobiumi superpërçues).
Pyetje sigurie
1 Nga cilat parametra varet përçueshmëria elektrike e metaleve?
2 Cilat statistika përshkruajnë shpërndarjen e energjisë së elektroneve në teorinë kuantike të përcjellshmërisë së metaleve.
3 Çfarë e përcakton energjinë e Fermit (niveli i Fermit) në metale dhe nga çfarë varet.
4 Cili është potenciali elektrokimik i një metali.
5 Çfarë përcakton rrugën mesatare të lirë të elektroneve në një metal.
6 Formimi i lidhjeve. Si ndikon prania e defekteve në rezistencën e metaleve.
7 Shpjegoni varësinë nga temperatura e rezistencës së përçuesve.
8 Rregullat e N.S. Kurnakov për ρ dhe TCS në lidhje të tilla si tretësirat e ngurta dhe përzierjet mekanike.
9 Aplikimi në teknologji i materialeve përcjellëse me vlera të ndryshme të rezistencës elektrike. Kërkesat për materiale në varësi të zonës së aplikimit.
10 Fenomeni i superpërcjellshmërisë. Fushat e aplikimit të super- dhe kriopërçuesve
6 Puna laboratorike nr 2. Studimi i vetive të lidhjeve përcjellëse
Qëllimi i punës: të studiojë modelet e ndryshimeve në vetitë elektrike të lidhjeve me dy përbërës në varësi të përbërjes së tyre.
Në pjesën e parë të punës laboratorike merren parasysh dy grupe lidhjesh me përbërje të ndryshme fazore.
Grupi i parë përfshin ato lidhje, përbërësit e të cilave A dhe B treten pafundësisht në njëri-tjetrin, duke zëvendësuar gradualisht njëri-tjetrin në nyjet e rrjetës kristalore, duke formuar një seri të vazhdueshme tretësish të ngurta nga një përbërës i pastër i aliazhit në tjetrin. Çdo aliazh i këtij lloji në gjendje të ngurtë është njëfazor dhe përbëhet nga kokrriza të një tretësire të caktuar të ngurtë që janë identike në përbërje. Shembuj të lidhjeve me tretësirë të ngurtë janë sistemet bakër-nikel Cu-Ni, germanium-silicon Ge-Si, etj. Grupi i dytë përfshin lidhjet, përbërësit e të cilëve praktikisht nuk treten në njëri-tjetrin, secili përbërës formon kokrrën e vet. Lidhja në gjendje të ngurtë është dyfazore; Lidhjet e tilla quhen përzierje mekanike. Shembuj të lidhjeve të llojit të përzierjeve mekanike janë sistemet bakër-argjend Cu-Ag, kallaj-plumb Sn-Pb, etj.
Kur formohen lidhje të tilla si përzierjet mekanike (Figura 10, a), vetitë ndryshojnë në mënyrë lineare (në mënyrë shtesë) dhe janë mesatare midis vlerave të vetive të përbërësve të pastër. Kur formohen lidhjet e llojit të tretësirës së ngurtë (Figura 10b), vetitë ndryshojnë përgjatë kthesave me një maksimum dhe një minimum.
Figura 10 - Modelet e N.S. Marrëdhënia midis përbërjes fazore të lidhjeve dhe vetive të saj
Vetitë kryesore elektrike të metaleve dhe lidhjeve janë: rezistenca elektrike ρ, μOhm; koeficienti i temperaturës së rezistencës së TKS, deg -1.
Rezistenca elektrike e një përcjellësi me gjatësi të kufizuar 
l dhe seksion kryq S 
shprehet me një varësi të njohur
(19)
Rezistenca e materialeve përcjellëse është e ulët dhe shtrihet në intervalin 0,016-10 μOhm.m.
Rezistenca elektrike e përçuesve të ndryshëm metalikë varet kryesisht nga rruga mesatare e lirë e një elektroni λ në një përcjellës të caktuar:
ku μ= 1/λ është koeficienti i shpërndarjes së elektroneve.
Faktorët e shpërndarjes gjatë lëvizjes së drejtuar të elektrodave në metale dhe lidhje janë jonet pozitive të vendosura në nyjet e rrjetës kristalore. Në metalet e pastra me rrjetën kristalore më të rregullt dhe të pashtrembëruar, ku jonet pozitive ndodhen rregullisht në hapësirë, shpërndarja e elektroneve është e vogël dhe përcaktohet kryesisht nga amplituda e dridhjeve jonike në vendet e rrjetës për nxehtësinë ρ≈ A·µ.
ku μ ngrohje. - koeficienti i shpërndarjes së elektroneve në dridhjet termike të rrjetës. Ky mekanizëm i shpërndarjes së elektroneve quhet shpërhapje fononi nga dridhjet termike të rrjetës.
Me rritjen e temperaturës T, amplituda e lëkundjeve të joneve pozitive në nyjet e rrjetës rritet, shpërndarja e elektroneve që lëvizin në drejtim nën ndikimin e fushës rritet, rruga mesatare e lirë λ zvogëlohet dhe rezistenca rritet.
(20)
Vlera që vlerëson rritjen e rezistencës së një materiali me një ndryshim të temperaturës me një shkallë quhet koeficienti i temperaturës së rezistencës elektrike TKS:
ku R1 është rezistenca e mostrës e matur në temperaturën T1; R 2 është rezistenca e të njëjtës mostër e matur në temperaturën T 2 .
Në këtë punim studiohen dy sisteme aliazhi: sistemi Cu-Ni, ku përbërësit e aliazheve (bakri dhe nikeli) plotësojnë të gjitha kushtet e tretshmërisë së pakufizuar në njëri-tjetrin në gjendje të ngurtë, pra ndonjë prej lidhjeve në këtë sistem. pas përfundimit të kristalizimit do të jetë një tretësirë e ngurtë njëfazore (Figura 10, a), dhe sistemi Cu-Ag, përbërësit e të cilit (bakri dhe argjendi) nuk i plotësojnë kushtet e tretshmërisë së pakufizuar; në temperatura të larta (nuk kalon 10%), dhe në temperatura nën 300 0 C është aq i ulët sa mund të konsiderohet se mungon dhe çdo aliazh përbëhet nga një përzierje mekanike e kokrrave të bakrit dhe argjendit (Figura 10, b ).
Nga kjo rezulton se për lidhjet e llojit të tretësirës së ngurtë shtohet një lloj tjetër i shpërndarjes së elektroneve - shpërndarja sipas defekteve pika dhe rezistenca elektrike
(21)
Meqenëse të gjitha vlerat e ρ vlerësohen zakonisht në T = 20 0 C, faktori përcaktues për lidhjet e llojit të tretësirës së ngurtë është shpërndarja në defekte në pikë. Shkeljet më të mëdha të rregullsisë së rrjetës kristalore vërehen në rajonin e përqendrimit pesëdhjetë për qind të komponentëve, kurba ρ ka një vlerë maksimale në këtë rajon. Nga lidhja 20 është e qartë se koeficienti i temperaturës së rezistencës së TCS është në përpjesëtim të zhdrejtë me rezistencën R, dhe rrjedhimisht rezistencën ρ; kurba TKS ka një min në zonën e raportit të komponentëve pesëdhjetë për qind.
Pjesa e dytë e laboratorit mbulon lidhjet me rezistencë të lartë. Materialet e tilla përfshijnë lidhjet që, në kushte normale, kanë një rezistencë elektrike prej të paktën 0.3 μOhm m. Këto materiale përdoren mjaft gjerësisht në prodhimin e pajisjeve të ndryshme matëse elektrike dhe ngrohje elektrike, rezistenca standarde, reostate etj.
Për prodhimin e instrumenteve matëse elektrike, rezistenca standarde dhe reostate, si rregull, përdoren lidhjet që karakterizohen nga qëndrueshmëria e lartë e rezistencës me kalimin e kohës dhe një koeficient i ulët i temperaturës së rezistencës. Materiale të tilla përfshijnë manganin, konstantan dhe nikrom.
Manganina është një aliazh bakër-nikel që përmban mesatarisht 2,5... 3,5% nikel (me kobalt), 11,5... 13,5% mangan, 85,0... 89,0% bakër. Lidhja me mangan, si dhe trajtimi special termik në një temperaturë prej 400°C, bën të mundur stabilizimin e rezistencës së manganinës në intervalin e temperaturës nga -100 në +100°C. Manganin ka një vlerë shumë të ulët termo-EMF kur shoqërohet me bakër, dhe qëndrueshmëri të lartë të rezistencës me kalimin e kohës, gjë që e lejon atë të përdoret gjerësisht në prodhimin e rezistorëve dhe instrumenteve matëse elektrike të klasave më të larta të saktësisë.
Constantan përmban të njëjtat përbërës si manganina, por në përmasa të ndryshme: nikel (me kobalt) 39...41%, mangan 1...2%, bakër 56.1...59.1%. Rezistenca e tij elektrike nuk varet nga temperatura.
Nikromet janë lidhje me bazë hekuri që përmbajnë, në varësi të klasës, 15...25% krom, 55...78% nikel, 1.5% mangan. Ato përdoren kryesisht për prodhimin e elementeve të ngrohjes elektrike, pasi kanë rezistencë të mirë ndaj tyre temperaturë të lartë në një mjedis ajri, i cili është për shkak të vlerave të ngjashme të koeficientëve të temperaturës së zgjerimit linear të këtyre lidhjeve dhe filmave të tyre oksid.
Ndër lidhjet me rezistencë të lartë, të cilat (përveç nikromit) përdoren gjerësisht për prodhimin e elementëve të ndryshëm të ngrohjes, është e nevojshme të theksohen lidhjet rezistente ndaj nxehtësisë të fekralit dhe kromit. I përkasin sistemit Fe-Cr-Al dhe përmbajnë 0,7% mangan, 0,6% nikel, 12...15% krom, 3,5...5,5% alumin dhe pjesa tjetër është hekur. Këto lidhje janë shumë rezistente ndaj shkatërrimit kimik të sipërfaqes nën ndikimin e mediave të ndryshme të gazta në temperatura të larta.
6.1 Procedura e kryerjes së punës laboratorike nr. 2a
Para fillimit të punës, njihuni me diagramin e instalimit të paraqitur në Figurën 11 dhe instrumentet e nevojshme për kryerjen e matjeve.
Konfigurimi i laboratorit përbëhet nga një termostat në të cilin janë vendosur mostrat në studim dhe një urë matëse MO-62, e cila lejon matjen e rezistencës së kampionit në kohë reale. Për ftohjen e detyruar të mostrave (në T>25°C), një ventilator është instaluar në termostat dhe ka një damper në sipërfaqen e pasme. Aktiv anën e djathtë Ndërprerësi i numrit të mostrës ndodhet në termostat.
Figura 11 - Diagrami i pamjes dhe matjes së punës laboratorike 2a
Përpara se të filloni punën, vendosni çelësat "N shumëzues" në pozicionin 0.1 ose 0.01 (siç tregohet në tabelë), dhe pesë dekada kalon në pozicionin ekstrem të majtë në të kundërt të akrepave të orës dhe sigurohuni që termostati të jetë i fikur (çelësi i ndërrimit i ndezur paneli i përparmë i termostatit në pozicionin e sipërm T≤25°C), në të kundërt hapni damperin dhe ndizni ventilatorin me çelësin e ndërrimit të vendosur poshtë dritës treguese, duke e zhvendosur në pozicionin e poshtëm derisa të arrihet temperatura normale; pastaj fikni ventilatorin.
6.1.1 Vendosni numrin e mostrës -1, duke regjistruar temperaturën në të cilën do të kryhen matjet duke përdorur një termometër të instaluar në termostat; vendosni shumëzuesin e urës matëse në pozicionin 0.01, më pas ndizni rrjetin duke përdorur çelësin e ndërrimit të vendosur në pjesën e sipërme djathtas të panelit të përparmë dhe treguesi i rrjetit do të ndizet. Duke përdorur çelësat e dekadës, sigurohuni që gjilpëra e galvanometrit të jetë në 0, pasi fillimisht të keni shtypur butonin e matjes "të saktë".
Filloni të zgjidhni rezistencën nga dekada më e lartë me përafrim të njëpasnjëshëm, shumëzojeni vlerën që rezulton me një faktor dhe shkruajeni në tabelën 3.
Përsëritni matjet për pesë mostrat e ardhshme, pas së cilës shumëzuesi vendoset në 0.1 dhe vazhdoni matjet për mostrat 7-10.
6.1.2 Kthejeni çelësin e numrit të kampionit në pozicionin e tij origjinal, mbyllni damperin në anën e pasme të termostatit, ndizni termostatin (çelësi në panelin e përparmë është deri në fund) dhe ngrohni mostrat në një temperaturë prej 50 -70°C, më pas fikni termostatin, hapni pak damperin dhe kryeni matjen e rezistencës së 10 mostrave të ngjashme me paragrafin 6.1.1, duke regjistruar temperaturën përkatëse për çdo matje.
Futni të gjitha të dhënat e marra në tabelën 3. Tregojini rezultatet mësuesit.
6.2 Urdhri i punës 2b
Para fillimit të punës, njihuni me diagramin e instalimit të paraqitur në Figurën 12 dhe instrumentet e nevojshme për zbatimin e tij.
Instalimi përbëhet nga një njësi matës (MU), ku ndodhet një furnizim me energji +12 V, një njësi matëse e temperaturës (TMU), një termostat, me mostra të instaluara në të,
një tifoz për ftohjen e detyruar të mostrave, tregues të mënyrave të funksionimit dhe temperaturave, mjeteve të ndërrimit (çelsat për numrin e mostrës, mënyrën e funksionimit, ndërrimin e rrjetit, ndërrimin e termostatit dhe ftohjen e detyruar), si dhe një njësi RLC që ju lejon të matni rezistencën e të gjitha mostrat në kohë reale, sipas detyrës së marrë.
Figura 12 - Diagrami i pamjes dhe matjes së punës laboratorike 2b
Përpara se të lidhni njësinë me rrjetin, sigurohuni që çelësi i energjisë K1, i vendosur në anën e djathtë njësi matëse, dhe çelësi i kyçjes për ndezjen e njehsorit RLC është në pozicionin "Off".
6.2.1 Lidhni njehsorin RLC dhe njësinë matëse (MU) me rrjetin.
6.2.2 Ndërprerësi K2 në BI është në pozicionin e duhur (termostati është i fikur), LED i kuq nuk ndizet.
6.2.3 Modaliteti i funksionimit në çelësin e ndërrimit BI K4 është në pozicionin poshtë.
6.2.4 Ndërprerësi "Multiplier" - 1:100, 1:1 (pozicioni i mesëm).
6.2.5 Ndërron P1 dhe P2 (numrat e mostrës) – në pozicionin R1.
6.2.6 Ndërprerësi K3 (tifoz i ndezur) - OFF (pozicioni i poshtëm).
6.2.7 Ndizni fuqinë BI (kyçeni çelësin K1, i vendosur në anën e djathtë të BI, në pozicionin "on", LED jeshil ndizet), kaloni çelësin "shumëzues" në pozicionin 1:100, sigurohuni që temperatura e mostrave të jetë brenda 20-25°С,
pasi të keni ndezur më parë treguesin e temperaturës duke shtypur shkurtimisht butonin në panelin e pasmë të njësisë, përndryshe, ngrini mbulesën e termostatit duke përdorur vidën në kapakun BI dhe ndizni ventilatorin, duke ftohur mostrat në kufijtë e specifikuar.
6.2.8 Ndizni fuqinë e njehsorit RLC dhe zgjidhni mënyrën e matjes së rezistencës në të.
6.2.9 Duke përdorur çelësin "Sample N" në BI, matni rezistencën e 10 mostrave një nga një në temperaturën e dhomës (20-25)℃, më pas kthejeni atë në pozicionin e tij origjinal, futni të dhënat në Tabelën 3.
6.2.10 Ndizni termostatin në BI, pozicioni i çelësit K2 është "ON" (LED-ja e kuqe ndizet) dhe ngroheni deri në 50-60°C, ngrini kapakun e ventilatorit në BI dhe ndizni ventilatorin (K3 - lart).
6.2.11 Kryen matje të rezistencës së 10 mostrave, të ngjashme me paragrafin 6.2.9, duke regjistruar temperaturën në të cilën është bërë matja për secilën mostër. Futni të dhënat në tabelën 3. Ndërprerësi "Sample N" është në pozicionin fillestar dhe shumëzuesi është në pozicionin e mesëm.
6.2.12 Vazhdoni të ngrohni termostatin në T = 65 ºС, duke ulur kapakun e ventilatorit. Fikni termostatin, çelësi K2 në BI është në pozicionin e duhur (LED-ja e kuqe nuk ndizet).
6.2.13 Kaloni çelësin BI K4 "modaliteti i funksionimit" në pozicionin 2 dhe shumëzuesin në pozicionin 1:1, ngrini kapakun e ventilatorit.
6.2.14 Merrni matje alternative të R1, R2, R3, R4 çdo (5-10)℃ në një temperaturë prej (25-30)˚С dhe vendosni të dhënat në tabelën 4. Kur të arrihet temperatura (25-30) ℃, vendosni çelësin e shumëzuesit - në pozicionin e mesëm, më pas fikni energjinë për të dy pajisjet. (Mostra 1 është bakër, kampioni 2 është nikel, kampioni 3 është konstantan, kampioni 4 është nikrom).
Raporti duhet të përmbajë:
Qëllimi i punës;
Përshkrim i shkurtër i diagramit të instalimit;
Formulat e punës, shpjegimet, shembujt e llogaritjes;
Rezultatet eksperimentale në formën e tabelës 1 (ose tabelave 3 dhe 4) dhe dy grafikëve të varësisë së ρ dhe TCR në përbërjen e lidhjeve për sistemet Cu-Ag dhe Cu-Ni, dhe për pikën 6.2.13-6.2. .16 - varësia e rezistencës (R) nga t℃ për katër mostra;
Përfundime të formuluara në bazë të rezultateve eksperimentale dhe studimit të literaturës së rekomanduar.
Tabela 3 - Studimi i varësisë së ρ dhe TCR nga përbërja e aliazhit
|
Mostra Nr. |
% përbërje AgCuNi |
TKS, 1/deg. |
|||||
Gjatësia e përcjellësit L=2m; seksion kryq S=0.053 μm. 
;
.
Tabela 4 Studimi i varësisë së rezistencës së mostrës nga temperatura
|
Mostra Nr. | |||||||||
Letërsia
1 Pasynkov V.V., Sorokin V.S. Materialet e teknologjisë elektronike: Teksti mësimor. - botimi i 2-të. - M.: Më e lartë. shkollë, 1986. – 367 f.
2 Manual i materialeve elektrike / Ed. Yu.V. Koritsky, V.V. Pasynkova, B.M. Tareeva. – M.: Energoizdat, 1988. vëll.3.
3 Materiale në prodhimin dhe automatizimin e instrumenteve. Manual / Ed. Yu.M. Pyatina, - M.: Inxhinieri Mekanike, 1982.
4 Bondarenko G.G., Kabanova T.A., Rybalko V.V. Shkenca e Materialeve - M.: Shtëpia Botuese Yurayt, 2012. 359 f.
ρ·10 2, TKS·10 3,
µOhm m 1/deg
Ag 100 80 60 40 20 0
Cu 0 20 40 60 80 100
ρ·10, TKS,
µOhm m 1/deg.
Cu 100 80 60 40 20 0
Ni 0 20 40 60 80 100
Orari për mësuesin - Kirshina I.A. - Profesor i Asociuar, Ph.D.
Grimcat përcjellëse (molekulat, atomet, jonet) që nuk përfshihen në formimin e rrymës janë në lëvizje termike, dhe grimcat që formojnë rrymën janë njëkohësisht në lëvizje termike dhe të drejtimit nën ndikimin e fushë elektrike. Për shkak të kësaj, ndodhin përplasje të shumta midis grimcave që formojnë rrymën dhe grimcave që nuk marrin pjesë në formimin e saj, në të cilat të parat heqin dorë nga një pjesë e energjisë që bartin nga burimi aktual tek i dyti. Sa më shumë përplasje, aq më e ulët është shpejtësia e lëvizjes së renditur të grimcave që formojnë rrymën. Siç shihet nga formula I = enνS, një ulje e shpejtësisë çon në një ulje të rrymës. Quhet një sasi skalare që karakterizon vetinë e një përcjellësi për të reduktuar rrymën rezistenca e përcjellësit. Nga formula e ligjit të Ohm-it, rezistenca 
Ohm - rezistenca e përcjellësit në të cilin fitohet një rrymë fuqie 1 a me një tension në skajet e përcjellësit prej 1 V.
Rezistenca e një përcjellësi varet nga gjatësia e tij l, seksioni kryq S dhe materiali, i cili karakterizohet nga rezistenca 
Sa më i gjatë të jetë përcjellësi, aq më shumë përplasje për njësi të kohës së grimcave që formojnë rrymën me grimcat që nuk marrin pjesë në formimin e tij, dhe për rrjedhojë aq më e madhe është rezistenca e përcjellësit. Sa më pak prerje tërthore përcjellësi, aq më i dendur është rrjedha e grimcave që formojnë rrymën dhe aq më shpesh ato përplasen me grimcat që nuk marrin pjesë në formimin e tij, dhe për rrjedhojë aq më e madhe është rezistenca e përcjellësit.
Nën ndikimin e një fushe elektrike, grimcat që formojnë rrymën lëvizin me një ritëm të përshpejtuar midis përplasjeve, duke rritur energjinë e tyre kinetike për shkak të energjisë së fushës. Kur përplasen me grimcat që nuk prodhojnë rrymë, ato transferojnë një pjesë të energjisë së tyre kinetike tek ato. Si rezultat, rritet energjia e brendshme e përcjellësit, e cila manifestohet nga jashtë në ngrohjen e tij. Le të shqyrtojmë nëse rezistenca e një përcjellësi ndryshon kur nxehet.
Qarku elektrik përmban një spirale prej teli çeliku (vargu, Fig. 81, a). Pasi të kemi mbyllur qarkun, fillojmë të ngrohim telin. Sa më shumë ta ngrohim, aq më pak rrymë tregon ampermetri. Zvogëlimi i tij ndodh sepse kur metalet nxehen rritet rezistenca e tyre. Kështu, rezistenca e një fije floku të një llambë elektrike kur ajo nuk është e ndezur është afërsisht 20 ohm, dhe kur digjet (2900° C) - 260 ohm. Kur një metal nxehet, lëvizja termike e elektroneve dhe shkalla e dridhjes së joneve në rrjetën kristalore rritet, si rezultat i së cilës rritet numri i përplasjeve të elektroneve që formojnë një rrymë me jonet. Kjo shkakton një rritje të rezistencës së përcjellësit *. Në metale, elektronet jo të lira janë shumë të lidhur ngushtë me jonet, kështu që kur metalet nxehen, numri i elektroneve të lira praktikisht nuk ndryshon.
* (Bazuar në teorinë elektronike, është e pamundur të nxirret një ligj i saktë për varësinë e rezistencës nga temperatura. Një ligj i tillë përcaktohet nga teoria kuantike, në të cilën një elektron konsiderohet si një grimcë me veti valore, dhe lëvizja e një elektroni përçues përmes një metali konsiderohet si një proces i përhapjes së valëve elektronike, gjatësia e së cilës përcaktohet nga relacioni de Broglie.)
Eksperimentet tregojnë se kur temperatura e përçuesve të përbërë nga substanca të ndryshme ndryshon me të njëjtin numër gradësh, rezistenca e tyre ndryshon në mënyrë të pabarabartë. Për shembull, nëse një përcjellës bakri kishte një rezistencë 1 om, pastaj pas ngrohjes në 1°C ai do të ketë rezistencë 1.004 ohm, dhe tungsten - 1.005 ohm. Për të karakterizuar varësinë e rezistencës së një përcjellësi nga temperatura e tij, u prezantua një sasi e quajtur koeficienti i temperaturës së rezistencës. Një sasi skalare e matur me ndryshimin e rezistencës së një përcjellësi në 1 ohm, e marrë në 0 ° C, nga një ndryshim në temperaturën e tij me 1 ° C, quhet koeficienti i temperaturës së rezistencës α.. Pra, për tungsten ky koeficient është i barabartë me 0,005 gradë -1, për bakër - 0,004 gradë -1. Koeficienti i rezistencës së temperaturës varet nga temperatura. Për metalet, ajo ndryshon pak me temperaturën. Për një gamë të vogël të temperaturës, ajo konsiderohet konstante për një material të caktuar.
Le të nxjerrim një formulë që llogarit rezistencën e një përcjellësi duke marrë parasysh temperaturën e tij. Le të supozojmë se R0- rezistenca e përcjellësit në 0°C, kur nxehet në 1°C do të rritet me αR 0, dhe kur nxehet në t°- në αRt° dhe bëhet R = R 0 + αR 0 t°, ose
Varësia e rezistencës së metaleve nga temperatura merret parasysh, për shembull, në prodhimin e spiraleve për pajisjet e ngrohjes elektrike dhe llambat: gjatësia e telit spirale dhe rryma e lejuar llogariten nga rezistenca e tyre në gjendje të nxehtë. Varësia e rezistencës së metalit nga temperatura përdoret në termometrat e rezistencës, të cilët përdoren për të matur temperaturën e motorëve me nxehtësi, turbinat me gaz, metal në furrat e zjarrit, etj. Ky termometër përbëhet nga një spirale e hollë platini (nikel, hekur) rreth një kornize porcelani dhe e vendosur në një kuti mbrojtëse. Skajet e tij janë të lidhura me një qark elektrik me një ampermetër, shkalla e të cilit është e graduar në gradë të temperaturës. Kur spiralja nxehet, rryma në qark zvogëlohet, kjo bën që gjilpëra e ampermetrit të lëvizë, e cila tregon temperaturën.
Reciprociteti i rezistencës së një seksioni ose qarku të caktuar quhet përçueshmëria elektrike e përcjellësit(përçueshmëria elektrike). Përçueshmëria elektrike e një përcjellësi Sa më e madhe të jetë përçueshmëria e një përcjellësi, aq më e ulët është rezistenca e tij dhe aq më mirë përçon rrymën. Emri i njësisë së përçueshmërisë elektrike 
Rezistenca e përcjellshmërisë së përcjellësit 1 om thirrur Siemens.
Me uljen e temperaturës, rezistenca e metaleve zvogëlohet. Por ka metale dhe lidhje, rezistenca e të cilave, në një temperaturë të ulët specifike për secilin metal dhe aliazh, zvogëlohet ndjeshëm dhe bëhet shumë e vogël - pothuajse e barabartë me zero (Fig. 81, b). Duke ardhur superpërcjellshmëri- përcjellësi praktikisht nuk ka rezistencë, dhe meqenëse rryma e ngacmuar në të ekziston për një kohë të gjatë, ndërsa përcjellësi është në temperaturën e superpërcjellësit (në një nga eksperimentet, rryma u vëzhgua për më shumë se një vit). Kur kalon një densitet të rrymës nëpër një superpërçues 1200 a/mm 2 nuk është vërejtur lëshim i nxehtësisë. Metalet monovalente, të cilat janë përcjellësit më të mirë të rrymës, nuk shndërrohen në një gjendje superpërcjellëse deri në temperaturat jashtëzakonisht të ulëta në të cilat u kryen eksperimentet. Për shembull, në këto eksperimente bakri u ftoh në 0,0156°K, ari - deri në 0,0204° K. Nëse do të ishte e mundur të përftoheshin lidhjet me superpërçueshmëri në temperatura të zakonshme, kjo do të kishte një rëndësi të madhe për inxhinierinë elektrike.
Sipas koncepteve moderne, arsyeja kryesore e superpërçueshmërisë është formimi i çifteve të elektroneve të lidhura. Në temperaturën e superpërcjellshmërisë, forcat e shkëmbimit fillojnë të veprojnë midis elektroneve të lira, duke bërë që elektronet të formojnë çifte elektronike të lidhura. Një gaz i tillë elektronik i çifteve elektronike të lidhura ka veti të ndryshme nga gazi elektronik i zakonshëm - ai lëviz në një superpërçues pa fërkim kundër nyjeve të rrjetës kristalore.
Varësia e rezistencës nga temperatura
Materiali nga Wikipedia - enciklopedia e lirë
Shko te: navigimi, kërkimi
Rezistenca R e një përcjellësi homogjen prerje tërthore konstante varet nga vetitë e substancës përcjellëse, gjatësia dhe seksioni i saj kryq si më poshtë:
Ku ρ është rezistenca e substancës përcjellëse, L është gjatësia e përcjellësit dhe S është zona e prerjes tërthore. Reciprociteti i rezistencës quhet përçueshmëri. Kjo sasi lidhet me temperaturën me formulën Nernst-Einstein:
T - temperatura e përcjellësit;
D është koeficienti i difuzionit të bartësve të ngarkesës;
Z është numri i ngarkesave elektrike të transportuesit;
e - ngarkesa elektrike elementare;
C - Përqendrimi i bartësit të ngarkesës;
konstante e Boltzmann-it.
Prandaj, rezistenca e përcjellësit lidhet me temperaturën si më poshtë:
Rezistenca mund të varet edhe nga parametrat S dhe I pasi seksioni kryq dhe gjatësia e përcjellësit varen gjithashtu nga temperatura.
2) Gazi ideal - modeli matematikor i gazit, në të cilin supozohet se: 1) energjia potenciale e bashkëveprimit të molekulave mund të neglizhohet në krahasim me energjinë e tyre kinetike; 2) vëllimi i përgjithshëm i molekulave të gazit është i papërfillshëm; 3) nuk ka forca tërheqëse ose zmbrapsëse midis molekulave, përplasjet e grimcave me njëra-tjetrën dhe me muret e enës janë absolutisht elastike; 4) koha e ndërveprimit ndërmjet molekulave është e papërfillshme në krahasim me kohën mesatare ndërmjet përplasjeve. Në modelin e zgjeruar të një gazi ideal, grimcat nga të cilat ai përbëhet janë në formën e sferave elastike ose elipsoideve, gjë që bën të mundur marrjen parasysh të energjisë së lëvizjes jo vetëm përkthimore, por edhe rrotulluese-lëkundëse, si dhe jo vetëm përplasjet qendrore, por edhe joqendrore të grimcave.
Presioni i gazit:
Gazi gjithmonë mbush një vëllim të kufizuar nga mure që janë të padepërtueshme për të. Kështu, për shembull, cilindër gazi ose kamera goma e makinës mbushur pothuajse në mënyrë uniforme me gaz.
Duke u përpjekur të zgjerohet, gazi ushtron presion në muret e cilindrit, tubat e gomave ose çdo trup tjetër, të ngurtë ose të lëngët, me të cilin bie në kontakt. Nëse nuk marrim parasysh veprimin e fushës gravitacionale të Tokës, e cila me madhësitë e zakonshme të enëve vetëm e ndryshon presionin në mënyrë të parëndësishme, atëherë kur presioni i gazit në enë është në ekuilibër, na duket se është plotësisht i njëtrajtshëm. Kjo vërejtje vlen për makrokozmosin. Nëse imagjinojmë se çfarë ndodh në mikrokozmosin e molekulave që përbëjnë gazin në enë, atëherë nuk mund të flitet për ndonjë shpërndarje uniforme të presionit. Në disa vende në sipërfaqen e murit, molekulat e gazit godasin muret, ndërsa në vende të tjera nuk ka ndikime. Kjo foto ndryshon gjatë gjithë kohës në mënyrë kaotike. Molekulat e gazit godasin muret e enëve dhe më pas fluturojnë larg me një shpejtësi pothuajse të barabartë me shpejtësinë e molekulës përpara goditjes.
Gaz ideal. Për të shpjeguar vetitë e materies në gjendje të gaztë, përdoret modeli ideal i gazit. Modeli ideal i gazit supozon si vijon: molekulat kanë një vëllim të papërfillshëm në krahasim me vëllimin e enës, nuk ka forca tërheqëse midis molekulave dhe kur molekulat përplasen me njëra-tjetrën dhe me muret e enës, veprojnë forcat refuzuese.
Problem për biletën nr. 16
1) Puna është e barabartë me fuqinë * kohë = (tensioni në katror) / rezistencë * kohë
Rezistenca = 220 volt * 220 volt * 600 sekonda / 66000 xhaul = 440 ohms
1. Rryma alternative. Vlera efektive e rrymës dhe tensionit.
2. Efekti fotoelektrik. Ligjet e efektit fotoelektrik. ekuacioni i Ajnshtajnit.
3. Përcaktoni shpejtësinë e dritës së kuqe = 671 nm në xhami me indeks thyerjeje 1,64.
Përgjigjet e biletës nr. 17
Rryma alternative është një rrymë elektrike që ndryshon në madhësi dhe drejtim me kalimin e kohës ose, në një rast të veçantë, ndryshon në madhësi duke ruajtur drejtimin e saj në qark elektrik të pandryshuar.
Vlera efektive (efektive) e rrymës alternative është madhësia e rrymës së drejtpërdrejtë, veprimi i së cilës do të prodhojë të njëjtën punë (efekt termik ose elektrodinamik) si ajo në shqyrtim. AC gjatë një periudhe. Në literaturën moderne, përkufizimi matematikor i kësaj sasie përdoret më shpesh - rrënja e vlerës mesatare katrore të rrymës alternative.
Me fjalë të tjera, vlera aktuale efektive mund të përcaktohet me formulën:
Për lëkundjet e rrymës harmonike, vlerat efektive të EMF dhe tensionit përcaktohen në mënyrë të ngjashme.
Efekti fotoelektrik, Efekti fotoelektrik - emetimi i elektroneve nga një substancë nën ndikimin e dritës (ose ndonjë rrezatimi tjetër elektromagnetik). Në substancat e kondensuara (të ngurta dhe të lëngshme), ekziston një efekt fotoelektrik i jashtëm dhe i brendshëm.
Ligjet e Stoletov për efektin fotoelektrik:
Formulimi i ligjit 1 të efektit fotoelektrik: Forca e fotorrymës është drejtpërdrejt proporcionale me densitetin e fluksit të dritës.
Sipas ligjit të 2-të të efektit fotoelektrik, energjia maksimale kinetike e elektroneve të nxjerra nga drita rritet në mënyrë lineare me frekuencën e dritës dhe nuk varet nga intensiteti i saj.
Ligji i tretë i efektit fotoelektrik: për secilën substancë ekziston një kufi i kuq i efektit fotoelektrik, domethënë frekuenca minimale e dritës (ose gjatësia maksimale vala λ0), në të cilën efekti fotoelektrik është ende i mundur, dhe nëse atëherë efekti fotoelektrik nuk ndodh më. Shpjegimi teorik i këtyre ligjeve u dha në vitin 1905 nga Ajnshtajni. Sipas tij, rrezatimi elektromagnetik është një rrjedhë kuantesh individuale (fotone) me energji hν secila, ku h është konstanta e Planck-ut. Me efektin fotoelektrik, një pjesë e rrezatimit elektromagnetik të rënë reflektohet nga sipërfaqja metalike, dhe një pjesë depërton në shtresën sipërfaqësore të metalit dhe përthithet atje. Pasi ka thithur një foton, elektroni merr energji prej tij dhe, duke kryer funksionin e punës φ, largohet nga metali: energjia kinetike maksimale që elektroni ka kur largohet nga metali.
Ligjet e efektit të jashtëm fotoelektrik
Ligji i Stoletovit: me një përbërje konstante spektrale të rrezatimit elektromagnetik që bie në fotokatodë, fotorryma e ngopjes është proporcionale me ndriçimin e energjisë së katodës (me fjalë të tjera: numri i fotoelektroneve të rrëzuara nga katoda në 1 s është drejtpërdrejt proporcional me intensiteti i rrezatimit):
Dhe shpejtësia maksimale fillestare e fotoelektroneve nuk varet nga intensiteti i dritës së rënë, por përcaktohet vetëm nga frekuenca e saj.
Për secilën substancë ekziston një kufi i kuq i efektit fotoelektrik, domethënë një frekuencë minimale e dritës (në varësi të natyrës kimike të substancës dhe gjendjes së sipërfaqes), nën të cilin efekti fotoelektrik është i pamundur.
Ekuacionet e Ajnshtajnit (ndonjëherë të quajtura "ekuacionet Ajnshtajn-Hilbert") janë ekuacionet e fushës gravitacionale në teorinë e përgjithshme të relativitetit, që lidhin metrikën e hapësirës-kohës së lakuar me vetitë e materies që e mbush atë. Termi përdoret gjithashtu në njëjës: "ekuacioni i Ajnshtajnit", pasi në shënimin tensor është një ekuacion, megjithëse në përbërësit e tij është një sistem ekuacionesh diferenciale të pjesshme.
Ekuacionet duken kështu:
Ku është tensori Ricci, i marrë nga tensori i lakimit hapësirë-kohë duke e përmbytur mbi një palë indeksesh, R është lakimi skalar, domethënë tensori i ndërlikuar Ricci, tensori metrikë, o
konstante kozmologjike dhe përfaqëson tensorin energji-moment të materies, (π është numri pi, c është shpejtësia e dritës në vakum, G është konstanta gravitacionale e Njutonit).
Problem për biletën nr. 17
k = 10 * 10 në 4 = 10 në 5 n/m = 100000 n/m
F=k*delta L
delta L = mg/k
përgjigje 2 cm
1. Ekuacioni Mendeleev-Klapeyron. Shkalla termodinamike e temperaturës. Zero absolute.
2. Rryma elektrike në metale. Parimet themelore të teorisë elektronike të metaleve.
3. Çfarë shpejtësie fiton raketa në 1 minutë duke lëvizur nga prehja me nxitim 60 m/s2?
Përgjigjet e biletës nr. 18
1) Ekuacioni i gjendjes së një gazi ideal (nganjëherë ekuacioni Clapeyron ose ekuacioni Mendeleev-Clapeyron) është një formulë që vendos marrëdhënien midis presionit, vëllimit molar dhe temperaturës absolute të një gazi ideal. Ekuacioni duket si ky:
P-presioni
Vm- vëllimi molar
R - konstante universale e gazit
T - temperatura absolute, K.
Kjo formë regjistrimi quhet ekuacioni (ligji) Mendeleev-Klapeyron.
Ekuacioni i nxjerrë nga Clapeyron përmbante një konstante të caktuar jo universale të gazit r, vlera e së cilës duhej të matej për çdo gaz:
Mendelejevi zbuloi se r është drejtpërdrejt proporcional me u, ai e quajti koeficientin e proporcionalitetit R konstante të gazit universal.
Shkalla e TEMPERATURËS TERMODINAMIKE (shkalla Kelvin) është një shkallë absolute e temperaturës që nuk varet nga vetitë e substancës termometrike (pika e referencës është temperatura zero absolute). Ndërtimi i një shkalle termodinamike të temperaturës bazohet në ligjin e dytë të termodinamikës dhe, në veçanti, në pavarësinë e efikasitetit të ciklit Carnot nga natyra e lëngut punues. Njësia e temperaturës termodinamike, kelvini (K), përcaktohet si 1/273.16 e temperaturës termodinamike të pikës së trefishtë të ujit.
Temperatura zero absolute (më rrallë, temperatura zero absolute) është kufiri minimal i temperaturës që mund të ketë një trup fizik në Univers. Zero absolute shërben si origjina e një shkalle absolute të temperaturës, siç është shkalla Kelvin. Në vitin 1954, Konferenca e Përgjithshme X mbi Peshat dhe Masat krijoi një shkallë të temperaturës termodinamike me një pikë referimi - pikën e trefishtë të ujit, temperatura e së cilës u mor të ishte 273,16 K (e saktë), që korrespondon me 0,01 °C, në mënyrë që në shkallën Celsius temperatura korrespondon me zero absolute -273,15 °C.
Rryma elektrike është lëvizja e drejtuar (e porositur) e grimcave të ngarkuara. Grimca të tilla mund të jenë: në metale - elektrone, në elektrolite - jone (katione dhe anione), në gaze - jone dhe elektrone, në vakum në kushte të caktuara - elektrone, në gjysmëpërçues - elektrone dhe vrima (përçueshmëria e vrimave elektronike). Ndonjëherë rryma elektrike quhet edhe rryma zhvendosëse, e cila lind si rezultat i një ndryshimi në fushën elektrike me kalimin e kohës.
Rryma elektrike ka këto manifestime:
ngrohja e përçuesve (nuk lëshohet nxehtësi në superpërçuesit);
ndryshimi në përbërjen kimike të përçuesve (vërejtur kryesisht në elektrolite);
krijimi i një fushe magnetike (shfaqet në të gjithë përçuesit pa përjashtim)
Teoritë e acideve dhe bazave janë një grup konceptesh themelore fizike dhe kimike që përshkruajnë natyrën dhe vetitë e acideve dhe bazave. Ata të gjithë prezantojnë përkufizimet e acideve dhe bazave - dy klasa substancash që reagojnë me njëra-tjetrën. Detyra e teorisë është të parashikojë produktet e reaksionit midis një acidi dhe një baze dhe mundësinë e shfaqjes së tij, për të cilat përdoren karakteristikat sasiore të forcës së acidit dhe bazës. Dallimet midis teorive qëndrojnë në përkufizimet e acideve dhe bazave, karakteristikat e forcës së tyre dhe, si pasojë, në rregullat për parashikimin e produkteve të reaksionit ndërmjet tyre. Ata të gjithë kanë zonën e tyre të zbatueshmërisë, të cilat zona mbivendosen pjesërisht.
Parimet themelore të teorisë elektronike të ndërveprimeve të metaleve janë jashtëzakonisht të zakonshme në natyrë dhe përdoren gjerësisht në praktikën shkencore dhe industriale. Idetë teorike për acidet dhe bazat janë të rëndësishme në formimin e të gjitha sistemeve konceptuale të kimisë dhe kanë një ndikim të larmishëm në zhvillimin e shumë koncepteve teorike në të gjitha disiplinat kryesore kimike. Bazuar në teori moderne acidet dhe bazat, degë të tilla të shkencave kimike si kimia e tretësirave ujore dhe jo ujore të elektroliteve, pH-metria në mjediset jo ujore, kataliza acid-bazike homo- dhe heterogjene, teoria e funksioneve të aciditetit dhe shumë të tjera janë zhvilluar. .
Problem për biletën nr. 18
v=at=60m/s2*60s=3600m/s
Përgjigje: 3600 m/s
1. Rryma në vakum. Tub me rreze katodë.
2. Hipoteza kuantike e Planck-ut. Natyra kuantike e dritës.
3. Ngurtësia e telit të çelikut është 10000 N/m. Sa do të zgjasë kablloja nëse një ngarkesë me peshë 20 kg pezullohet prej saj?
Përgjigjet e biletës nr. 19
1) Për të marrë rrymë elektrike në vakum është e nevojshme prania e bartësve të lirë. Ato mund të merren përmes emetimit të elektroneve nga metalet - emetimi i elektroneve (nga latinishtja emissio - çlirim).
Siç dihet, në temperatura të zakonshme elektronet mbahen brenda metalit, pavarësisht se ato i nënshtrohen lëvizjes termike. Rrjedhimisht, pranë sipërfaqes ka forca që veprojnë në elektrone dhe drejtohen në metal. Këto janë forca që rezultojnë nga tërheqja midis elektroneve dhe joneve pozitive në rrjetën kristalore. Si rezultat, në shtresën sipërfaqësore të metaleve shfaqet fushë elektrike, dhe potenciali kur lëviz nga hapësira e jashtme në metal rritet me një sasi të caktuar Dj. Prandaj, energjia potenciale e elektronit zvogëlohet me eDj.
Një kineskop është një pajisje me rreze katodike që konverton sinjalet elektrike në dritë. Përdorur gjerësisht në televizorë deri në vitet 1990, u përdorën televizorë të bazuar ekskluzivisht në kineskopë. Emri i pajisjes pasqyron fjalën "kinetikë", e cila shoqërohet me figura lëvizëse në ekran.
Pjesët kryesore:
armë elektronike, të projektuara për të formuar një rreze elektronike, në tubat e pikturës me ngjyra dhe tubat oshilografikë me shumë rreze ato kombinohen në një qendër të vëmendjes elektron-optike;
një ekran i mbuluar me fosfor - një substancë që shkëlqen kur një rreze elektronesh e godet atë;
sistemi i devijimit kontrollon rrezen në atë mënyrë që të formojë imazhin e kërkuar.
2) Hipoteza e Planck - një hipotezë e paraqitur më 14 dhjetor 1900 nga Max Planck dhe e cila thotë se gjatë rrezatimit termik energjia emetohet dhe absorbohet jo vazhdimisht, por në kuanta (porcione të veçanta). Çdo pjesë e tillë kuantike ka energji E, proporcionale me frekuencën ν të rrezatimit:
ku h ose koeficienti i proporcionalitetit, i quajtur më vonë konstanta e Planck-ut. Bazuar në këtë hipotezë, ai propozoi një derivim teorik të marrëdhënies midis temperaturës së një trupi dhe rrezatimit të emetuar nga ky trup - formula e Planck-ut.
Hipoteza e Planck-ut u konfirmua më vonë në mënyrë eksperimentale.
Formulimi i kësaj hipoteze konsiderohet momenti i lindjes së mekanikës kuantike.
Natyra kuantike e dritës - grimcë elementare, kuantike e rrezatimit elektromagnetik (në kuptimin e ngushtë - dritë). Është një grimcë pa masë, e aftë të ekzistojë në vakum vetëm duke lëvizur me shpejtësinë e dritës. Ngarkesa elektrike e një fotoni është gjithashtu zero. Një foton mund të jetë vetëm në dy gjendje rrotullimi me një projeksion të rrotullimit në drejtimin e lëvizjes (heliciteti) ±1. Në fizikë, fotonet simbolizohen me shkronjën γ.
Elektrodinamika klasike përshkruan një foton si një valë elektromagnetike me polarizim rrethor të djathtë ose të majtë. Nga pikëpamja e mekanikës kuantike klasike, fotoni si grimcë kuantike karakterizohet nga dualiteti valë-grimcë ai shfaq njëkohësisht vetitë e një grimce dhe një vale.
Problemi për biletën nr. 19
F=k*delta L
delta L = mg/k
delta L = 20 kg*10000n/kg / 100000n/m = 2 cm
përgjigje 2 cm
1. Rryma elektrike në gjysmëpërçuesit. Përçueshmëria e brendshme e gjysmëpërçuesve duke përdorur shembullin e silikonit.
2. Ligjet e reflektimit dhe thyerjes së dritës.
3. Çfarë pune bën fusha elektrike për të lëvizur 5x10 18 elektrone në një seksion të qarkut me diferencë potenciale 20 V.
Përgjigjet e biletës nr. 20
Rryma elektrike në gjysmëpërçues është një material që, në përçueshmërinë e tij specifike, zë një pozicion të ndërmjetëm midis përçuesve dhe dielektrikëve dhe ndryshon nga përçuesit në varësinë e fortë të përçueshmërisë specifike nga përqendrimi i papastërtive, temperatura dhe ekspozimi. lloje të ndryshme rrezatimi. Vetia kryesore e një gjysmëpërçuesi është rritja e përçueshmërisë elektrike me rritjen e temperaturës.
Gjysmëpërçuesit janë substanca, hendeku i brezit të të cilëve është në rendin e disa elektron volt (eV). Për shembull, diamanti mund të klasifikohet si një gjysmëpërçues me boshllëk të gjerë, dhe arsenidi i indiumit mund të klasifikohet si një gjysmëpërçues me boshllëk të ngushtë. Gjysmëpërçuesit përfshijnë shumë elementet kimike(germanium, silikon, selen, telur, arseniku dhe të tjerë), një numër i madh lidhjesh dhe komponimet kimike(arsenidi i galiumit, etj.). Pothuajse të gjitha substancat inorganike në botën përreth nesh janë gjysmëpërçues. Gjysmëpërçuesi më i zakonshëm në natyrë është silikoni, i cili përbën pothuajse 30% të kores së tokës.
Shumë metale, si bakri, alumini dhe argjendi, kanë vetinë e përcjelljes së rrymës elektrike për shkak të pranisë së elektroneve të lira në strukturën e tyre. Gjithashtu, metalet kanë njëfarë rezistence ndaj rrymës, dhe secili ka të vetin. Rezistenca e një metali varet shumë nga temperatura e tij.
Ju mund të kuptoni se si rezistenca e një metali varet nga temperatura nëse rritni temperaturën e përcjellësit, për shembull, në zonën nga 0 në t2 °C. Me rritjen e temperaturës së një përcjellësi, rritet edhe rezistenca e tij. Për më tepër, kjo varësi është pothuajse lineare.
Nga pikëpamja fizike, rritja e rezistencës me rritjen e temperaturës mund të shpjegohet me një rritje të amplitudës së dridhjeve të nyjeve të rrjetës kristalore, e cila nga ana tjetër e bën të vështirë kalimin e elektroneve, domethënë rezistencën. te rritet rryma elektrike.
Duke parë grafikun, mund të shihni se në t1 metali ka shumë më pak rezistencë sesa, për shembull, në t2. Me një ulje të mëtejshme të temperaturës, mund të arrini pikën t0, ku rezistenca e përcjellësit do të jetë pothuajse zero. Natyrisht, rezistenca e tij nuk mund të jetë zero, por vetëm priret drejt tij. Në këtë pikë përçuesi bëhet një superpërçues. Superpërçuesit përdoren në magnete të fortë si mbështjellje. Në praktikë, kjo pikë shtrihet shumë më tej, në zonën e zeros absolute dhe është e pamundur të përcaktohet nga ky grafik.
Për këtë grafik mund të shkruajmë ekuacionin
Duke përdorur këtë ekuacion, mund të gjeni rezistencën e një përcjellësi në çdo temperaturë. Këtu na duhet pika t0 e marrë më herët në grafik. Duke ditur vlerën e temperaturës në këtë pikë për një material specifik dhe temperaturat t1 dhe t2, mund të gjejmë rezistencën.
Ndryshimi i rezistencës me temperaturën përdoret në çdo makinë elektrike, ku qasja e drejtpërdrejtë në dredha-dredha nuk është e mundur. Për shembull, në një motor asinkron mjafton të dihet rezistenca e statorit në momentin fillestar të kohës dhe në momentin kur motori është në punë. Duke përdorur llogaritjet e thjeshta, mund të përcaktoni temperaturën e motorit, e cila bëhet automatikisht në prodhim.
