Электропроводность металлов как определить по таблице менделеева

Свойства металлов

Все чистые (с химической точки зрения) металлы — это простые вещества, состоящие из атомов одного химического элемента. В таблице Менделеева металлические свойства элементов возрастают справа налево. Все чистые металлы (как элементы) — являютя простыми веществами.

Свойства металлов

Различают физические и химические свойства металлов. В общем случае, свойства металлов достаточно разнообразны. Различают металлы щелочные, щелочноземельные, чёрные, цветные, лантаноиды (или редкоземельные — близкие по химическим свойствам к щелочноземельным), актиноиды (большинство из них — радиоактивные элементы), благородные и платиновые металлы. Кроме того, отдельные металлы проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Такие металлы — амфотерные (или как говорят — переходные).

Почему блестят металлы

В узлах кристаллической решётки металлов содержатся атомы. Электроны, движущиеся вокруг атомов, образуют «электронный газ» который свободно может перемещаться в разных направлениях. Это свойство объясняет высокую электропроводность и теплопроводность металлов.

Электронный газ отражает почти все световые лучи. Именно поэтому металлы так сильно блестят и чаще всего имеют серый или белый цвет. Связи между отдельными слоями металла невелики, что позволяет перемещать эти слои под нагрузкой в разных направлениях (по-другому — деформировать металл). Уникальным металлом является чистое золото. С помощью ковки из чистого золота можно сделать фольгу толщиной 0,002 мм! такой тончайший листочек металла полупрозрачен и имеет зелёный оттенок если смотрень через него на солнечный свет.

Электрофизическое свойство металлов

Электрофизическое свойство металлов выражено в его электропроводности. Принято считать, что все металлы имеют высокую электропроводность, то есть хорошо проводят ток! Но это не так, да и к тому же, всё зависит от температуры, при которой замеряют ток. Представим себе кристаллическую решётку металла, в которой ток передаётся с помощью движения электронов. Электроны движутся от одного узла кристаллическрой решётки к другому. Один электрон «выталкивает» из узла решётки другой электрон, который продолжает двигаться к другому узлу решётки и т.д. То есть электропроводность также зависит от того, насколько легко электроны могут перемещаться между узлов решётки. Можно сказать, что электропроводность металла зависит от кристаллического строения решётки и плотности расположения в ней частиц. Частицы в узлах решётки имеют колебания, и эти колебания тем больше, чем выше температура металла. Такие кролебания значительно препятствуют перемещению электронов в кристаллической решётке. Таким образом, чем ниже температура металла, тем выше его способность проводить ток!

Отсюда вытекает понятие сверхпроводимости, которое наступает в металле при температуре близкой к абсолютному нулю! При абсолютном нуле (-273 0 C) колебания частиц в кристаллической решётке металла полностью затухают!

Электрофизическое свойство металлов, связанное с прохождением тока, называют температурным коэффициентом электросопротивления!

Электрофизическое свойство металлов

Установлен интересный факт, что, например у свинца (Pb) и ртути (Hg) при температуре, которая выше абсолютного нуля всего на несколько градусов, почти полностью исчезает электросопротивление, то есть наступает условие сверхпроводимости.

Самую высокую электропроводность имеет серебро (Ag), затем медь (Cu), далее идёт золото (Au) и алюминий (Al). С высокой электропроводностью этих металлов связано их использование в электротехнике. Иногда, для обеспечения химической стойкости и антикоррозионных свойств используют именно золото (позолоченные контакты).

Надо отметить, что электропроводность металлов значительно выше, чем электропроводность неметаллов. Вот например, углерод (С — графит) или кремний (Si) имеют электропроводность в 1000 раз меньше, чем, например, у ртути. Кроме того, неметаллы, в своём большинстве не являются проводниками электричества. Но среди неметаллов встречаются полупроводники: германий (Ge), кремний кристаллический, а также некоторые оксиды, фосфиты (химические соединения металла с фосфором) и сульфиды (химические соединения металла и серы).

Вам, наверное, знакомо явление фотоэффекта — это свойство металлов под действием температуры или света отдавать электроны.

Что касается теплопроводности металлов, то её можно оценить из таблицы Менделеева, — она распределяется точно также, как электроотрицательность металлов. (Металлы, находящиеся слева вверху имеют наибольшую электроотрицательность, например, электроотрицательность натрия Na равна -2,76 В). В вою очередь, теплопроводность металлов объясняется наличием свободных электронов, которые переносят тепловую энергию.

Все виды металлообработки в Москве https://everest-zavod.ru

Листы металлические толстые, оптовый металлопрокат, Труба стальная усиленная.

Перейти на английский
Alloys of pure metals

Электропроводность металлов

Наиболее важным фактором, определяющим проводимость вещества, является количество электронов на конечной орбите его атомов. Свободные электроны в проводниках легко переносят электрический ток из одной точки в другую. Все металлы являются проводниками, каждый из них может иметь по несколько атомов на разных энергетических уровнях. Например, атом меди имеет только один электрон на своей конечной орбите.

Факторы, влияющие на проводимость:

• тип материала
• формула проводимости.
• температура.
• химический состав — состояние легирования.

Чем обеспечивается электрическая проводимость в металлах?

Электрическое поле создается в проводнике, когда источник постоянного тока, такой как батарея, подключается между двумя концами металлического провода. Это электрическое поле заставляет свободные электроны в металле дрейфовать в направлении, противоположном полю. Электроны, движущиеся больше, чем в одном направлении, в среднем, создали бы электрический ток.

Какой лучший проводник в металлах?

Серебро, медь и золото — считаются наилучшими проводниками. Металлы, атомы которых имеют 1 валентный электрон, являются хорошими проводниками. Серебро — лучший проводник, вторым лучшим проводником является медь, следующим — золото.

Как изменяется электропроводность металлов с температурой?

По мере повышения температуры металлов их проводимость уменьшается. Причина этого — вибрация. Когда температура повышается, валентность и полоса проводимости заканчиваются друг с другом, и поскольку электроны вибрируют слишком сильно, они теряют энергию, ударяясь друг о друга, что приводит к снижению проводимости.

Как достигается проводимость электрического тока в металлах?

Металлы — это элементы, которые содержат 1, 2 или 3 электрона в своих конечных слоях и образуют катион (положительный ион). Небольшое количество электронов в конечных слоях металлов создает множество электронов, благодаря чему металлы могут легко проводить электрический ток.

В чем причина электрической проводимости в металлах?

В металлах электропроводность является результатом движения электрически заряженных частиц. Атомы металлических элементов выражаются движением валентных электронов на конечной орбите атома. Именно свободные электроны, находящиеся на конечной орбите атома, позволяют металлам проводить электрический ток.

Таблица удельного сопротивления и проводимости при 20°C

Материал

ρ (Ом•м) при 20 °C
Удельное сопротивление

σ (См/м) при 20 °C
Проводимость

Урок: «Положение металлов в периодической системе Д.И. Менделеева и особенности строения их атомов. Физические свойства металлов»

Тип урока – урок изложения нового материала.

Оборудование. Коллекция из образцов разных металлов. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева (короткопериодный и длиннопериодный варианты). Диаграммы электропроводности, плотности, температур плавления металлов.

Ход урока

I. Организационный этап

Урок начинается с предварительной организации. Он позволяет почувствовать пульс класса, подготовить учащихся к занятию, обеспечить нормальную обстановку для работы.

Приветствие. На этом этапе определяется характер взаимоотношений учителя и ученика.

Проверка готовности учащихся к уроку.

II. Этап подготовки учащихся к активному и сознательному усвоению нового материала.

Учитель сообщает тему изучаемого материала, показывает значимость нового материала, мотивируя тем самым учащихся к его усвоении.

III Этап усвоения новых знаний.

1. Положение металлов в ПСХЭ, строение их атомов.

Как известно, все химические элементы и образуемые ими простые вещества делятся на металлы и неметаллы.

Какие элементы называют металлами? (Металлы — это элементы, атомы которых отдают дают свои внешние электроны и практически не обладают способностью присоединять электроны). А какие химические элементы могут легко отдать свои электроны? (Химические элементы, атомы которых содержат на внешнем электронном слое небольшое количество электронов и сравнительно большой радиус атома).

Особенности атомов металлов — небольшое число (1-3) электронов на внешнем слое и сравнительно большой радиус атомов, а следовательно, и стремление атомов к отдаче внешних электронов и превращение их в положительные ионы, которые и обуславливают два вида химической связи, характерной для металлов: ионную и металлическую. Чем легче атом металла отдает свои электроны, тем сильнее выражены его металлические свойства. В ПСХЭ металлы расположены в начале периодов.

Учитель предлагает учащимся, пользуясь длиннопериодным вариантом Периодической системы провести диагональ от элемента B (№5) до элемента At (№85). Назовите положение металлов в ПСХЭ? (ниже диагонали все элементы являются металлами). Из 110 элементов ПСХЭ 88 относится к металлам.

Теперь учитель предлагает провести диагональ от B — At в короткопериодном варианте ПСХЭ, напечатанном в учебнике. Обратите внимание на четные ряды больших периодов, которые состоят только из металлов, ровно как и все побочные подгруппы ПСХЭ представлены металлами. Элементы, находящиеся вблизи прямой, имеет двойственную природу, иногда их называют металлоидами.

2. Физ. минутка.

В работах профессора М. М. Кольцовой доказано, что тренировка тонких, дифференцированных движений пальцев является стимулом для развития речи, и мощным тонизирующим фактором для коры головного мозга в целом. Поэтому оправдано применение пальчиковых гимнастик в качестве малых форм физической культуры на уроках.

Растирание рук, массаж всех пальцев. Надавливаем на суставы пальцев с боков, а также сверху – снизу.

«Колечко» — поочередно и как можно быстрее ребенок перебирает пальцы рук, соединяя в кольцо с большим пальцем последовательно указательный, средний и т. д. в прямом и обратном порядке.

«Кулак – кольцо» — поочередно: одной рукой кулак, другой большой и указательный пальцы образуют кольцо.

«Вертолет» — перемещаем карандаш между пальцами кисти.

3. Физические свойства металлов.

Какие физические свойства металлов вы можете назвать, используя знания, полученные при изучении физики? (агрегатное состояние, температура плавления и кипения, твердость, плотность, электропроводность, теплопроводность, металлический блеск).

Общие физические свойства металлов определяются металлической связью и металлической кристаллической решеткой.

Что такое металлическая химическая связь? (металлическая связь — это связь между атом-ионами металлов, расположенными в узлах кристаллической решетки, осуществляемая обобществленными внешними электронами). В слитке металлического изделия атомы металлов отдают свои внешние электроны в этот слиток, в общее пространство, превращаясь при этом в положительно заряженные ионы. Электроны, осуществляющие металлическую связь, принадлежат не двум отдельным атомам, свободно перемещаются по всему кристаллу. В куске металла постоянно существуют атомы, ион и свободные электроны. При этом невозможно разобраться, где какие электроны, они все одинаковые, «обобществленные» электроны.

А. Агрегатное состояние.

На демонстрационном столе представлены образцы металлов: медь, цинк, алюминий, железо, натрий, ртуть. Учащиеся делают вывод о том, что все металлы при обычных условиях являются твердыми веществами, кроме ртути (жидкое А.С.). Металлы являются твердыми веществами благодаря свободным электронам, которые связывают атомы и ионы в единое целое.

Вы можете назвать цвет , характерный для металлов? (серый, но золото, медь- другого желто-красного цвета).

По цвету металлы условно называют черными и цветными.

В. Металлический блеск.

Для всех металлов характерен металлический блеск, в основном серый цвет, непрозрачность. При этом в порошкообразном состоянии все металлы теряют свой блеск (демонстрируется порошок цинка). Как вы можете объяснить наличие металлического блеска кусков металлов и металлических изделий? В случае, если учащиеся не могут ответить, вопрос переформулировать: Что в металлической кристаллической решетке может отражать световые лучи? (обобществленные электроны обладают высокой способностью к отражению световых лучей). Электроны, заполняющие пространство, отражают световые лучи, поэтому все металлы в кристаллическом состоянии имеют металлический блеск. Почему не блестит порошок цинкая? (в порошкообразном состоянии не образуется металлическая кристаллическая решетка, следовательно нет обобществленных электронов).

Г. Электро- и теплопроводность.

Важнейшее свойство металлов электропроводность. Из курса физики, вы можете сказать, что собой представляет электрический ток? (направленное движение заряженных частиц). Объясните,почему металлы хорошо проводят электрический ток? (в металлической кристаллической решетке имеются свободные электроны, которые движутся направленно).

Лучшие проводники электрического тока — серебро, медь, железо, алюминий. Худшие проводники — ртуть, свинец, вольфрам.

Теплопроводность металлов, как правило, соответствует теплопроводности.

Опыт. В 3 стаканчика помещают ложечки одинакового размера и наливают горячую воду (серебряную, алюминиевую, стальную). Ученики определяют, какие ложечки быстрее нагрелись (Aq Fe Al). Как вы можете объяснить то, что металлические изделия нагреваются? (сталкиваясь с колеблющимися в узлах решетки ион-атомами, обобществленные электроны обмениваются с ними энергией).

Д. Температура плавления и кипения.

Учитель предлагает учащимся сравнить температуру плавления и кипения разных металлов по табличным данным. Учащиеся делают вывод о том, что температуры кипения и плавления у металлов разнообразны. Все металлы, которые плавятся при температуре ниже 1000 °С, называются легкоплавкими, если выше 1000 °С — тугоплавким. Назовите легкоплавкие металлы? (галлий, калий, натрий, олово, свинец, цинк, магний, алюминий, кальций, серебро). Назовите самый тугоплавкий металл? (вольфрам, температура плавления 3390 °С). поэтому данный металл используют для изготовления нитей электроламп.

Металлы делятся на легкие (с плотностью до 5 г/cм 3 ) и тяжелые (с плотностью больше 5 г/см 3 ). Используя таблицу плотности назовите легкие металлы (литий, калий, натрий, кальций, магний, алюминий). Назовите тяжелые металлы (цинк, олово, железо, медь, серебро, свинец, ртуть, золото, платина).

Опыт. Проводят несколько ударов молотков по алюминиевой ложке. Что вы наблюдаете? (ложка расплющилась как бы слоями).

Механическое воздействие на кристалл с металлической кристаллической решеткой приводит к смещению слоев ион-атомов относительно друг друга, при этом обобществленные электроны смещаются вместе с ними, поэтому связь не разрушается, а металлическое изделие только деформируется.

З. Магнитные свойства металлов.

Большинство металлов обладают магнитными свойствами.

И. Звон металлов.

Металлы звенят. Самые звонкие металлы — золото, серебро, медь.

Опыт. Взять медное кольцо и золотое кольцо. Подвесить их на женский волос. Ударить по очереди карандашом по медному и золотому кольцам. Отличается ли звук этих колец? (да).

Медь звенит густым, гудящим звоном — малиновым звоном, названный в честь голландского города Малина, в котором изготовлялись церковные колокола. Золото звенит долгим, чистым и высоким звуком.

4. Минутка здоровья. У детей наблюдается цикличность внимания и работоспособности. 10 – 15 минут наблюдается продуктивная работа, 3-7 минут мозг отдыхает, и ребенок может не реагировать на учителя, особенно без двигательных упражнений, неподвижный ребенок не обучается.

Упражнения, способствующие снятию статического напряжения аксиальной мускулатуры, исправлению положения позвоночника

1. Сесть прямо, руками взяться за сидение стула. Потянуть сиденье стула вверх в течение 5-7 с., расслабиться, повторить 3-5 раз.
2. Сесть прямо, руки поднять вверх, локти до конца не разгибать. Потянуться вверх руками, почувствовать, как выпрямляется спина. Потянуться вверх правой рукой, почувствовать, как лопатка перемещается вверх, ослабить напряжение. Повторить левой рукой. Расслабиться. Повторить 3-5 раз.
3. Сидя с прямой спиной, изображаем аптечные весы: медленно поднимаем одно надплечье, опуская другое. Позвоночник и грудина неподвижны.

IV. Этап закрепления знаний.

Самостоятельная работа учащихся с образцами цинка по инструктивной карточке.

Определение физических свойств железа.

1. Агрегатное состояние.

3. Плотность железа (диаграмма плотности металлов прилагается)

4. Твердость железа.

Испытайте твердость меди экспериментальным путем: режется ли ножом железный гвоздь, можно ли нанести царапины ножом.

Пользуясь табличными данными определите относительную твердость меди.

5. Пластичность железа.

Осуществите механическое воздействие на железный гвоздь.

Нагрейте в стакане воду до 80-70 градусов С. Опустите в нее железный гвоздь. Нагрелась ли она?

Пользуясь табличными данными определите относительную теплопроводность железа.

7. Магнитные свойства железа.

Испытайте действие магнита на железный гвоздь.

8. Электропроводность железа.

Провести испытание на электропроводность, используя прибор для определения электропроводности.

9. Используя табличные данные определите температуру плавления железа.

После выполнения самостоятельной работы учащиеся сообщают полученные данные.

Учитель обобщает. Железо тяжелый металл серого цвета с металлическим блеском. Плотность — 7,87, твердость – 4, пластичный, обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью, обладает магнитными свойствами, температура плавления – 1539°С.

V. Домашнее задание.

Используя справочные материалы, учебник, личный опыт назвать металлы, которые не обладают магнитными свойствами.

Электропроводность металлов: от чего зависит и как используется в производстве

Электропроводность металлов и сплавов – физическое свойство, которое учитывается при производстве разных видов изделий. Например, для изготовления электрических кабелей, микросхем используют металлы с высокими показателями электропроводности.

Данный параметр зависит от факторов окружающей среды: температуры, давления, агрегатного состояния, наличия магнитных полей и т. д. Если говорить о чистых металлах и влиянии температуры на их электропроводность, то с ростом она падает. Подробнее о том, что собой представляет электропроводность металлов, вы узнаете из нашего материала.

Природа электропроводности металлов

Электропроводностью называют способность тела, вещества проводить ток. Кроме того, этим термином обозначается физическая величина, которая численно характеризует данную способность. Электропроводность металла определяется числом свободных ионов в проводнике – их движение и является электрическим током. Данный показатель исчисляется в сименсах, а в международной системе единиц для его обозначения используется буква «S».

В зависимости от того, какой электропроводностью обладают металлы и иные вещества, среди них выделяют проводники, диэлектрики и полупроводники. Правда, между данными группами практически не существует четкого разграничения.

Чем обусловлена высокая электропроводность металлов-проводников? Они имеют большое количество свободных ионов. Среди веществ этой группы выделяют два рода, исходя из физической природы протекания тока. К первому относятся металлы с электронной проводимостью, по которым ток проходит благодаря движению свободных электронов.

Ко второму причисляют растворы кислот, щелочей, солей или электролиты, имеющие ионную проводимость. Иными словами, здесь интересующий нас процесс связан с движением положительных и отрицательных ионов. Уровень электропроводности проводников превышает 106(Ом·м)-1.

Диэлектрики обладают малым числом свободных ионов, поэтому отличаются низкой электропроводностью, практически не проводят ток. Такими материалами являются дерево, смолы, пластмассы, стекло, пр. Для них данный показатель составляет менее 106(Ом·м)-1.

По своим проводящим свойствам полупроводники занимают промежуточное положение между материалами описанных выше групп. К ним относятся германий, кремний, селен, прочие соединения, получаемые искусственно.

Существует зависимость электропроводности металлов и иных веществ от температуры, но она является индивидуальной для каждого материала. Повышение степени нагрева металлов приводит к сокращению времени свободного пробега электронов. Увеличение температуры влечет за собой возрастание тепловых колебаний кристаллической решетки, на которой рассеиваются электроны, что вызывает уменьшение электропроводности.

Полупроводникам свойственна другая зависимость электропроводности металлов от температуры: ее повышение провоцирует рост электропроводности, поскольку увеличивается число электронов проводимости и положительных носителей заряда. У диэлектриков электропроводность тоже может возрастать, однако для этого требуется очень высокое электрическое напряжение.

Металлы способны проводить ток, поскольку воздействие электромагнитного поля вызывает потерю связи между электроном и атомом из-за высокой степени ускорения.

Электрическое сопротивление металлов

Электрическое сопротивление является частью закона Ома и исчисляется в омах (Ом). Нужно понимать, что электрическое и удельное сопротивление являются разными явлениями. Если первое представляет собой свойство объекта, то второе характеризует материал.

Так, электрическое сопротивление резистора зависит от формы и удельного сопротивления материала, использованного для изготовления данного элемента электрической цепи.

Допустим, проволочный резистор состоит из длинной тонкой проволоки и обладает более высоким сопротивлением, чем аналогичный элемент, но выполненный из короткой и толстой проволоки. При этом оба они сделаны из одного металла.

Если сравнить два резистора из проволоки одинаковой длины и диаметра, то большим электрическим сопротивлением будет обладать тот, который состоит из материала с высоким удельным сопротивлением. А его аналогу из материала с низким удельным сопротивлением будет свойственно меньшее электрическое сопротивление.

В этом случае работает тот же принцип, что и в гидравлической системе, прокачивающей воду по трубам:

• Чем больше длина трубы и меньше ее толщина, тем с более высоким сопротивлением сталкивается жидкость.
• Вода будет испытывать на себе меньшее сопротивление в пустой трубе, чем в заполненной песком.

Под удельным сопротивлением понимают способность материала препятствовать прохождению электрического тока. В физике существует и обратная величина, известная как проводимость. Она выглядит таким образом:

Σ = 1/ρ, где ρ – удельное сопротивление вещества.

Электропроводность металлов и других веществ зависит от свойств носителей зарядов. В металлах присутствуют свободные электроны – на внешней оболочке их число доходит до трех. Во время химических реакций с элементами из правой части таблицы Менделеева атом металла отдает их. С электропроводностью чистых металлов все несколько иначе. В их кристаллической структуре эти наружные электроны общие и переносят заряд под действием электрического поля.

В случае с растворами в качестве носителей заряда выступают ионы.

Степень электропроводности разных металлов и сплавов

Развитием электронной теории электропроводности металлов занимался немецкий физик Пауль Друде. Именно благодаря его исследованиям стало известно о сопротивлении, наблюдаемом при прохождении электрического тока через проводник. В результате удалось разделить вещества на группы, исходя из степени их проводимости.

Данная информация необходима, например, чтобы выбрать наиболее подходящий металл для производства кабеля, обладающего определенным набором свойств. Ошибка в этом случае чревата перегревом под действием тока избыточного напряжения и последующим возгоранием.

Серебро – это металл, обладающий самой высокой электропроводностью. При +20 °C этот показатель равен 63,3×104 см-1. Тем не менее, производство серебряной проводки является нерентабельным, поскольку речь идет о достаточно редком металле. В большинстве случаев он идет на изготовление ювелирных изделий, украшений, монет.

Среди неблагородных цветных металлов самая высокая электропроводность характеризует медь – она составляет 57×104 см-1 при +20 °C. Помимо этого, медь хорошо справляется с постоянными электрическими нагрузками, долговечна, надежна, имеет высокую температуру плавления, поэтому может долго работать в нагретом состоянии. Все названные свойства позволяют активно применять данный металл для бытовых целей и на производстве.

Не реже меди используется алюминий, ведь по электропроводности он уступает только серебру, меди и золоту. Его температура плавления практически в два раза ниже, чем у меди, из-за чего алюминий не может выдерживать предельные нагрузки. По этой причине его применяют в сетях с невысоким напряжением. Узнать электропроводность остальных металлов можно в соответствующей таблице.

По проводимости любой сплав значительно уступает чистому металлу, что объясняется слиянием структурной сетки, вызывающим нарушение нормального функционирования электронов. Так, медные провода изготавливают только из металла с максимальной долей примесей 0,1 % или даже 0,05 %, если речь идет об отдельных разновидностях кабеля.

Приведенные показатели – это удельная электропроводность металлов, которая представляет собой отношение плотности тока к величине электрического поля в проводнике.

Опасность металлов с высокой электропроводностью

Щелочные металлы имеют крайне высокую электропроводность, объясняют этот факт тем, что в них электроны практические не привязаны к ядру и могут быть без труда выстроены в требуемой последовательности. Еще одна особенность этих металлов состоит в низкой температуре плавления в сочетании со значительной химической активностью, что обычно не позволяет использовать их в качестве материалов для кабелей.

Находясь в незащищенном виде, металлы с высокой электропроводностью несут в себе большую опасность. Прикосновение к оголенным проводам вызывает электрический ожог, разряд воздействует на внутренние органы, что нередко становится причиной мгновенной смерти человека.

Поэтому металл закрывают специальными изоляционными материалами, которые могут быть жидкими, твердыми, газообразными – конкретный тип подбирается в соответствии со сферой использования изделия. Вне зависимости от агрегатного состояния защиты она призвана изолировать электрический ток в цепи, чтобы не допустить его воздействия на окружающую среду.

Зависимость электропроводности металлов от факторов внешней среды

Проводимость не является постоянной величиной. В таблицах приведены сведения, характерные для нормальных условий или при температуре +20 °С. В реальной жизни сложно обеспечить идеальные условия для работы цепи. Удельное сопротивление, а значит, и проводимость, определяется такими характеристиками:

• температурой;
• давлением;
• наличием магнитных полей;
• светом;
• агрегатным состоянием вещества.

Изменения интересующего нас параметра зависят от условий среды и свойств конкретного материала. Электропроводность ферромагнетиков, в число которых входят железо и никель, увеличивается при совпадении направления тока с направлением силовых линий магнитного поля. Зависимость электропроводности от теплопроводности металлов и окружающей температуры практически линейная, даже есть понятие температурного коэффициента сопротивления – данную величину можно уточнить в таблицах.

Правда, направление зависимости определяется конкретным веществом: у металлов оно при увеличении температуры повышается, у редкоземельных элементов и растворов электролитов увеличивается в пределах одного агрегатного состояния.

Полупроводники характеризуются гиперболической и обратной зависимостью электропроводности от температуры: рост степени нагрева приводит к повышению электропроводности металлов. Данная особенность качественно отличает проводники от полупроводников. Зависимость ρ проводников от температуры выглядит следующим образом:

На графике отображено удельное сопротивление меди, платины, железа. Некоторые металлы характеризуются иначе: ртуть при понижении температуры до 4°K становится сверхпроводимой, почти полностью теряя удельное сопротивление.

У полупроводников зависимость будет представлена так:

Когда металл переходит в жидкое агрегатное состояние, его ρ повышается, а дальнейшее изменение свойств может быть разным. Так, висмут в расплавленном виде имеет более низкое удельное сопротивление, чем при комнатной температуре, а у жидкой меди оно повышается в десять раз. Никелю свойственно выходить из линейного графика уже при достижении температуры +400 °C, но далее ρ падает.

Температурная зависимость вольфрама так высока, что приводит к перегоранию ламп накаливания: ток нагревает спираль, из-за чего ее сопротивление многократно возрастает.

Удельное сопротивление сплавов зависит от задействованной при производстве технологии. Данное свойство простой механической смеси определяется как средний показатель ее компонентов. Тогда как для сплава замещения оно окажется иным и обычно отличается в большую сторону.

Рекомендуем статьи

• Сплав железа и меди: область применения
• Углерод в металле и его влияние на свойства материала
• Легированные конструкционные стали: характеристики и применение

Стоит пояснить, что под сплавом замещения понимают такой, в котором несколько элементов формируют одну кристаллическую решетку. Данная особенность прослеживается у нихрома, используемого для изготовления спиралей электроплит. Удельное сопротивление, а значит, и электропроводность этого металла совпадает с показателем проводников, а при подключении к сети он нагревается до красноты.

Выше были представлены только основные теории, касающиеся физических свойств металлов, а именно электропроводности, сопротивления. Например, не была затронута квантовая теория проводимости Зоммерфельда. Этого краткого знакомства вполне достаточно, чтобы понять, что сопротивление является сложным и комплексным понятием, которое невозможно полностью разобрать на основе простейшего закона Ома.

Автор статьи

Руководитель отдела продаж