Электрическая проводимость: Что такое электропроводность?

Содержание

Электрическое сопротивление проводника. Электрическая проводимость

Всякое тело оказывает прохождению электрического тока определенное противодействие. Например, при движении электронов по проводнику они будут сталкиваться с атомами и молекулами вещества, отдавая, им часть своей энергии. Чем больше таких столкновений, тем больше величина противодействия, оказываемого телом движению электрона, и, следовательно, тем меньше ток в проводнике.

Определение: Свойство проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением, или сопротивлением..

Сопротивление обозначается латинскими буквами R или r.

За единицу сопротивления принят ом (сокращенно обозначается Ом или Ω).

Сопротивление проводника равно одному ому, если при напряжении на его концах в один вольт в нем устанавливается ток в один ампер.

В практике сопротивления часто измеряются в килоомах (сокращенно обозначается кОм или кΩ) и мегомах (сокращенно— МОм или МΩ).

1 кОм = 1000 Ом;

1 МОм = 1000 кОм = 1 000 000 Ом.

Для характеристики электрических свойств проводников часто используется величина, обратная сопротивлению, называемая проводимостью.

Определение: Электрической проводимостью (или проводимостью) называется способность вещества пропускать через себя электрический ток.

Чем больше сопротивление проводника, тем меньше его проводимость, и наоборот. Проводимость обозначается латинской буквой G. За единицу проводимости принята проводимость проводника с сопротивлением в 1 ом. Эта единица называется сименс (сим).

Понятия сопротивления и проводимости имеют очень большое значение в электротехнике. Если вещество обладает небольшим сопротивлением (большой проводимостью), то оно называется проводником электрического тока, или проводником. К проводникам относятся большинство металлов (серебро, медь, алюминий, железо, никель, свинец, ртуть), а также сплавы металлов, морская вода, растворы солей и кислот и т. д. Особенно хорошо проводят электрический ток серебро и медь (обладают наилучшей проводимостью). Проводники используются для соединения отдельных элементов электрических схем.

Но есть вещества, которые очень плохо проводят электрический ток, т. е. имеют очень большое сопротивление. Такие вещества называются непроводниками электрического тока, или изоляторами. К изоляторам относятся фарфор, стекло, шерсть, смола, резина, эбонит, слюда, воск, парафин и т. д. Изоляторы широко применяются в электротехнике. Без них нельзя осуществить ни одной электрической цепи.

Следует помнить, что обычно сопротивление изолятора больше сопротивления проводника в несколько миллионов раз.

Кроме проводников и изоляторов, в природе существуют так называемые полупроводники электрического тока. Их проводимость больше, чем изоляторов, но меньше, чем проводников. К полупроводникам относятся: германий, кремний, селен, теллур, многие окислы, карбиды, сульфиды, огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.) и т. д.

Характерная особенность полупроводников состоит в том, что их сопротивление в широких пределах изменяется под действием света, электрических и магнитных полей, радиоактивного излучения и от посторонних примесей.

Из некоторых полупроводников изготовляются термисторы (резисторы, величина которых резко изменяется с изменением температуры) и фоторезисторы (величина их сопротивления зависит от освещенности) .

Полупроводники применяются для изготовления диодов, транзисторов, тиристоров и интегральных схем.

Возможность использования полупроводников для усиления и генерации колебаний была открыта в 1922 г. сотрудником Нижегородской радиолаборатории имени В. И. Ленина радиолюбителем О. В. Лосевым, который назвал изобретенный им прибор кристадином.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Электрическая проводимость электролитов — Справочник химика 21

Электрохимические процессы имеют большое практическое значение. Электролиз используется в металлургии легких и цветных металлов, в химической промышленности, в технологии гальванотехники. Химические источники тока широко применяются в быту и промышленности. Электрохимические процессы лежат в основе многих современных методов научного исследования и анализа. Новая отрасль техники — хемотроника — занимается созданием электрохимических преобразователей информации. Одной из важнейших задач электрохимии является изучение коррозии и разработка эффективных методов защиты металлов. В неравновесных условиях в растворе электролита возникают явления переноса вещества. Основные виды переноса диффузия — перенос вещества, обусловленный неравенством значений химических потенциалов внутри системы или между системой и окружающей средой конвекция — перенос вещества под действием внешних механических сил миграция — перенос заряженных частиц в электрическом поле, обеспечивающий электрическую проводимость электролитов. [c.455]

Электрическая проводимость электролитов. [c.459]

Определение эквивалентной электрической проводимости слабого электролита при бесконечном разведении. Расчет константы диссоциации по методу Фуосса и Брэя. Для многих слабых электролитов, в том числе лекарственных соединений, не имеется справочных таблиц предельных подвижностей ионов и предельной электрической проводимости электролита в целом, а без них невозможен расчет констант и степени диссоциации. Поэтому величины X» определяют экспериментально разными методами. Наиболее простым из них является метод Фуосса и Брэя. Согласно этому методу, уравнение (10.31) приводят к виду [c.153]

Зависимость электрической проводимости электролита от концентрации и других факторов [c.220]

Коррозия в щелях подчиняется тем же закономерностям, что и питтинговая коррозия. Чем выше электрическая проводимость электролита и больше площадь катодной поверхности вне щели, тем выше скорость растворения в щели, которая является анодом. Инициация щелевой коррозии, однако, не связана с достижением критического потенциала питтингообразования. Она зависит только от факторов, влияющих на нарушение пассивности внутри щели. Депассивация может произойти, например, из-за уменьшения концентрации в щели растворенного кислорода вследствие протекания незначительной общей коррозии сплава. Тогда образуется элемент дифференциальной аэрации, и в щели накапливаются кислые продукты коррозии (в результате анодной реакции). Такие изменения в составе электролита существенно способствуют [c.314]

Электрическая проводимость электролитов. Удельная электрическая проводимость [c.458]

Следовательно, эквивалентная электрическая проводимость электролитов при бесконечном разведении равна произведению числа Фарадея на сумму абсолютных скоростей анионов и катионов. Выражение (Х1У.51) удобно для определения абсолютных скоростей движения ионов в растворах. [c.374]

Измерение электрической проводимости электролитов — кондуктометрия — широко применяется в лабораторной практике. Для измерения сопротивления электролитов применяется мостовая схема Уинстона. По экспериментальным данным рассчитывается значение удельной и эквивалентной электрической проводимости электролитов. [c.465]

Утечка тока усиливается по мере повышения температуры из-за возрастания удельной электрической проводимости электролита. Аналогичное влияние оказывает давление, повышение которого уменьшает газонаполнение, что также ведет к возрастанию фактического значения электрической проводимости электролита. [c.162]

Измеряют электрическую проводимость электролита при убывающих концентрациях от 0,1 до 0,0001 г-экв/л. По уравнениям (XIV. 19) и (XIV. 10) находят удельную и эквивалентную электрические проводимости электролита (поправку на электрическую проводимость воды делают при концентрации с = 0,001 г-экв/л и ниже). Из графика Я = /(д/с ) находят (как отрезок на ординате). После этого вычисляют по уравнению (XIV. 16) при веек концентрациях. [c.193]

Дайте объяснение наличию пределов возрастания удельной электрической проводимости растворов и молярной (эквивалентной) электрической проводимости электролитов. [c.205]

Зависимость эквивалентной электрической проводимости электролитов от с и с показана на рис. XIV. 3. Сильные электролиты имеют высокую эквивалентную электрическую проводимость даже в концентрированных растворах. С ростом концентрации последняя уменьшается вследствие уменьшения подвижности ионов. [c.187]

Рассчитайте падение напряжения в электролите межэлектродного пространства одиночного аккумулятора при разряде его током 2,8 А а) в начале процесса, когда плотность электролита-раствора серной кислоты = 1.28 б) в конце разряда, когда н,30 = 1,12. Удельная электрическая проводимость электролита Х1 = 0.707 См-см- > 112 = = 0,607 См.см-1. [c.47]

В процессе хроматографирования на пластинку накладывают высокое напряжение, от 5—8 до 50—60 В на 1 см длины слоя, в зависимости от толщины слоя сорбента, электрической проводимости электролита, расстояния между электродами и других факторов. [c.159]

Классическими исследованиями электрической проводимости электролитов Кольрауш показал, что предельная эквивалентная электрическая проводимость электролита слагается аддитивно из двух членов, связанных с наличием анионов и катионов, независимо от рода электролита [c.373]

Здесь Кг — коэффициент газонаполнения и — удельная электрическая проводимость электролита, См/м г — плотность тока, А/м I — расстояние между электродами, м, [c.156]

Чем выше концентрация раствора, тем значительнее эти эффекты, вызывающие уменьшение подвижности ионов, и, следовательно, эквивалентной электрической проводимости электролитов. [c.186]

После этого тщательно промыть ячейку дистиллированной водой и двух-, трехкратным погружением в воду промыть платиновые электроды. Затем ячейку заполнить дистиллированной водой и измерить ее электрическую проводимость. Для дважды перегнанной воды, хранящейся в кварцевой или серебряной посуде без доступа СО2, при 291 К х = 4,4-10- Ом -см-. В дистиллированной воде в результате растворения в ней СО2 и МНз и выщелачивания стекла и=1-10- Ом -см . Чтобы определить удельную электрическую проводимость электролита, надо определить удельную электрическую проводимость воды и вычесть ее значение из электрической проводимости раствора. Электрическую проводимость воды измерять при Л =10, 20, 30-10 Ом. Трехкратные измерения сопротивлений позволяют достаточно точно оценить удельную электрическую проводимость воды. Расчет производить по уравнению (ХП1.42). Полученные данные записать в таблицу по образцу [c.283]

Удельная электрическая проводимость электролита х представляет собой величину, обратную сопротивлению столба раствора длиной 1 м и площадью сечения 1 м -. В системе СИ единицей электрической проводимости является сименс (обозначаемый сокращенно См), равный электрической проводимости проводника, имеющего сопротивление 1 Ом. Названа в честь Э. В. Сименса. Таким образом, удельную электрическую проводимость растворов определяют в См-м . В табл. 15 приведены значения удельной электрической проводимости для растворов некоторых электро- [c.122]

Исходя из свойств молярной (эквивалентной) электрической проводимости электролитов, закончите выражения lim Хс- и [c.205]

Удельная электрическая проводимость электролитов в водных (и в большинстве неводных) растворах с ростом концентрации раствора сначала увеличивается, проходит через максимум, а затем уменьшается. При постоянной температуре положение макси-3,1% [c.370]

Так как эквивалентная электрическая проводимость электролита при бесконечном разбавлении слагается из подвижностей аниона и катиона, то, зная для некоторых электролитов, можно рассчитать X» для данного электролита, если он состоит из тех же ионов. [c.145]

Железоникелевый аккумулятор. В данном аккумуляторе роль губчатого свинца выполняет спрессованный порошок железа со специальными добавками, а роль диоксида свинца — гидроксид никеля (И ) (или гидратированный оксид никеля Ni Oa Н2О), к которому добавляют чистый графит для увеличения электрической проводимости. Электролитом является 23 %-ный раствор КОН. [c.219]

Пользуясь известными подвижностями ионов, можно вычислить эквивалентную электрическую проводимость электролита при бесконечном разбавлении. [c.144]

Эквивалентная электрическая проводимость растворов возрастает с разбавлением раствора Согласно, закону Кольрауша, эквивалентная электрическая проводимость электролита при бесконечно большом разбавлении X оо рзвнэ сумме подвижностей КйТИОНЭ /к и аниона 1а. [c.140]

Удельная электрическая проводимость электролита цинкования при рабочей температуре равна х. = 0,18 См-см- . Экспериментально измеренная величина катодной поляризации (совместно с падением напряжения в электролите внутри колокола и омическими потерями в катодных токопроводе и контактах) равняется т)к = — 1,4 В. [c.159]

Диафрагменный хлорный электролизер с графитовыми анодами начальной толщиной б, =50 мм работает при анодной плотности тока /а — 1000 А/м с выходом по току щелочи Вт =96%. Выходящие щелока содержат [NaOH] = 130 г/л и [Nao Oal = 0,25 г/л. В высушенном хлор-газе находится хлора рс1, =» 97,0 % (об.) и диоксида углерода p o = 0,90% (об.). Высота рабочей части анодов = 90 см (аноды работают двусторонне). Удельное сопротивление анодов (принимаем неизменным в период работы) при рабочей температуре электролизера ра = 8,0 Ом-мм /м плотность материала анодов da = 1>9 г/см Электрохимическое окисление графитовых анодов составляет р = 40 % от их общего разрушения (электрохимического и механического). Начальное межэлектродное расстояние 1 = 12 мм. Эксплуатация ванны должна быть прекращена при достижении толщины анодов в их рабочей части 62 15 мм. Удельная электрическая проводимость электролита (средняя) при температуре процесса х = 0,60 Смх Хсм Газонаполнение раствора в начале тура работы электролизера Ti = 20 %, конце тура работы = 10 %. Напряжение на ванне в начале тура работы электролизера I/, = = 3,42 В. [c.109]

Средняя электродная плотность тока в хлорном ртутном электролизере равна 5500 А/м межэлектродное расстояние в ванне 4 мм удельная электрическая проводимость электролита 0,52 См см . [c.133]

Ванна декоративного хромирования работает при катодной плотности тока 40 А/дм и анодной плотности тока 30 А/дм со средним межэлектродным расстоянием 12 см. Удельная электрическая проводимость электролита хромирования 0,615 См-СМ» , увеличение его сопротивления за счет газонаполнения составляет 20 %. [c.227]

Отрицательным электродом ЛЭ служит металлический литий. Электролит состоит из апротонного органического (пропилен-карбанат, у-бутнролактои, диметоксиметан и др.) или неорганического (тионилхлорид) растворителя, в котором растворена соль лития (перхлорат, фторборат, гексафторфосфат, гекса-фторарсенат лития). Для улучшения характеристик элементов исиользуют также смесь растворителей, обеспечивающих высокую электрическую проводимость электролита. Оптимальная концентрация растворенной соли составляет, как правило, 1 моль/дм». Устойчивость лития в таких растворителях обусловлена существованием на металле пассивной пленки, препятствующей его самопроизвольному растворению. [c.242]

Межэлектродное расстояние в ванне составляет в среднем 15 см. Удельная электрическая проводимость электролита 0,44 См-см [c.227]

A/am» электродные потенциалы в станнатной ванне лужения составляют катода — 1,52 В и анода — 1,76 В (по нормальному водородному электроду). Среднее межэлектродное расстояние 15 см, удельная электрическая проводимость электролита 0,32 См-см- . Падение напряжения в контактах, катодах и анодах составляет около 15 % от суммарного напряжения катод—анод. Потери напряжения в шинопроводах равны 10 % от напряжения на ванне. [c.228]

Потенциал катода в ванне хромирования — 1,00 В, анодный потенциал t 2,20 В (по нормальному водородному электроду). Электродные плотности тока катодная 30 А/дм , анодная 25 А/дм . Удельная электрическая проводимость электролита 0,615 См-см-i, увеличение сопротивления электролита за счет его газонаполнения 20 % среднее межэлектродное расстояние 12 см. Падение напряжения в электродах и контактах равно 10 % от разности потенциалов катод — анод. Потери напряжения во внешних шинах составляют около 10% от напряжения на ванне. [c.228]

Удельная электрическая проводимость электролита 0,19 См-см-1. Расстояние между анодными штангами 72 см. Транспассивные цинковые аноды эксплуатируются при плотности тока 7,5 А/дм . Анодная поляризация находится в полулогарифмической зависимости от плотности тока (А/см ) 11а = 5,32-[- 1,60 1ц /а. [c.229]

Если мы опустим в эту воду два электрода площадью 1 м , то при расстоянии между электродами 10 м и разности потенциалов 1 сила тока будет равна 5 10- А (при 291 К). Элек-прическая проводимость растворов электролитов зависит от общего числа их ионов в единице объема раствора. Вследствие этого удельная электрическая проводимость электролитов зависит от концентрации раствора по мере увеличения концентрации сначала растет, а затем уменьшается, так как вместе с ростом числа ионов уменьшается скорость их перемещения, а также степень диссоциации вещества. Первый фактор действует в растворах сильных электролитов, второй — в растворах слабых электролитов. При достижении определенной концентрации раствора влияние перечисленных факторов становится настолько значительным, что дальнейшее увеличение концентрации приводит к уменьшению электрической проводимости (рис. 32). [c.122]

Чистый оксид алюминия А12О.-,, свободный от воды, оксидов железа, а также от оксида кремния (IV), получают из боксита и в последние годы из нефелина. Он хорошо растворяется в расплавленном криолите. Добавка фторида кальция способствует поддержке температуры ниже 1000 С, улучшает электрическую проводимость электролита, уменьшает его плотность, что способствует выделению алюминия на дне ванны. [c.182]

Электрическая проводимость и температура — Энциклопедия по машиностроению XXL

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ И ТЕМПЕРАТУРА [c.35]

У неполярных жидких диэлектриков, молекулы которы) не имеют дипольного момента, диэлектрические потери определяются только электропроводностью. В соответствии с этим их диэлектрические потери будут расти с ростом температуры по закону роста электрической проводимости и не будут зависеть от частоты. При изучении диэлектрических потерь в полярных диэлектриках следует помнить, что они складываются из двух составляющих потерь от токов утечки [c.54]

Содержание углерода в поверхностном слое быстро уменьшается с увеличением глубины слоя по закону, близкому к экспоненциальному. Это приводит к увеличению удельной электрической проводимости и магнитной проницаемости поверхностного слоя. При обеднении поверхностных слоев углеродом на поверхности детали появляются опасные растягивающие напряжения. При наклепе имеет место неоднозначность изменения электромагнитных характеристик поверхностного слоя, хотя для большинства сплавов при температуре 20 С удельная электрическая проводимость уменьшается на 2—6 %. [c.155]

Электропроводность порошкообразного карбида кремния зависит от электропроводности зерен исходного материала, крупности помола, степени сжатия частиц, напряженности электрического поля и температуры. Например, если истинная удельная проводимость материала примерно 150 См/м, то при температуре 20 С, размере зерен 63—75 мкм и давлении на порошок 60 МПа в области слабого поля (до 5 В на сантиметр высоты порошка) удельная проводимость порошка будет примерно 2-10 См/м. При увеличении зерна до 85—105 мкм и при всех прежних условиях удельная проводимость порошка возрастает до значений больших 10- См/м. Как видно из рис. 8-22, значения удельной проводимости отличаются большим разбросом, а вся зависимость плотности тока от напряженности электрического поля имеет нелинейный характер, т. е. электропроводность порошков карбида кремния не подчиняется закону Ома. [c.258]

Уменьшение содержания углерода приводит к росту электрической проводимости и магнитной проницаемости. При изменении содержания углерода от 0,3 до 1,5% для сталей, закаленных при температуре 850°С, удельное сопротивление изменяется в 2 раза, а магнитная проницаемость— в 5 раз. [c.133]

Увеличение температуры нагрева приводит к возрастанию электрической проводимости и падению прочности. Систематический контроль за изменением электрической проводимости нагревающихся деталей из алюминиевых сплавов (например, обшивки самолета) позволяет заранее сказать о допустимой потере прочности. Это возможно до температур подкалки металла на воздухе. [c.157]

При нагревании заготовок до 200—250° С пек размягчается, заготовки становятся непрочными, увеличивается их объем без уменьшения массы. В результате дальнейшего нагревания начинается дистилляция легколетучих компонентов пека. При температуре 400° С наблюдаются первые признаки цементации изделий, однако механическая прочность их еще очень низка. Склеивающая способность пека в дальнейшем понижается, и при более высокой температуре (500—600° С) происходит отверждение материала, одновременно отмечаются значительная усадка, рост электрической проводимости и механической прочности. Основная масса летучих веществ выделяется при нагревании до 600° С. При дальнейшем нагревании резко возрастает электропроводность. Черный цвет поверхности заготовок переходит в однородный серый цвет. [c.22]

Отметим, наконец, большой интерес к вопросам движения ионизованных газов, так называемой холодной плазмы (температура до 15 000 К), обладающих электрической проводимостью и повышенной теплопроводностью (движения с малыми числами Прандтля). Особо важное техническое значение имеют задачи движения плазмы в магнитном поле. [c.700]

Формальное определение полной и удельной теплопроводности и полного и удельного термического сопротивления аналогично определению полной и удельной электрической проводимости и полного и удельного объемного электрического сопротивления. Уравнение установившегося процесса передачи тепла через тело с полным термическим сопротивлением при разности температур на горячей и холодной поверхностях ДГ [c.39]

Спектральные и энергетические характеристики импульсных ксеноновых ламп определяются физическими свойствами ксеноновой плазмы — ее излучательной и поглощательной способностью, удельной внутренней энергией, электрической проводимостью и т. д., которые мы рассмотрим ниже. Однако вначале сделаем одно замечание. В большинстве случаев ксеноновые лампы в лазерах используются в режимах (концентрация электронов —10 ° см» , температура Г (10—20)-10 К), когда плазма в них является слабо неидеальной, т. е. кулоновская энергия взаимодействия частиц сравнима с их тепловой энергией. В начальной стадии раз- [c.58]

Магний можно получить электролизом чистого расплавленного безводного хлористого магния, однако высокая температура плавления, низкая электропроводимость и другие неблагоприятные свойства хлористого магния вынуждают прибегать к более сложным электролитам. Практически удобнее вести электролиз карналлита, который обычно содержит в виде примеси и хлористый натрий. Такой электролит обладает более низкой температурой плавления, более высокой электрической проводимостью и меньше растворяет магний. В процессе электролиза идет непрерывное разложение хлористого магния, поэтому для восполнения его расхода в ванну периодически вводят свежие расплавленные хлористые соли. [c.126]

В ПИД-анализаторах используется эффект изменения электрической проводимости водородного пламени при добавлении углеводородов (рис. 8). Пламя химически чистого водорода практически неэлектропроводно. При наличии углеводородов температура пламени становится достаточной для ионизации и увеличения его электрической проводимости, которая пропорциональна количеству введенных атомов углерода С. Таким образом, структура молекул уг- [c.21]

Сверхпроводимость — квантовое явление, возникающее вследствие Бозе-конденсации пар электронов проводимости. Двумя важнейшими макроскопическими признаками возникновения сверхпроводящего состояния являются 1) отсутствие сопротивления протекающему постоянному электрическому току при температуре ниже некоторой критической Тс, 2) выталкивание магнитного поля из объема сверхпроводника (эффект Мейснера). Существуют критическое магнитное поле Не и критическая плотность тока j , при превышении которых сверхпроводимость исчезает. Зависимость критической напряженности магнитного поля от температуры с хорошей точностью описывается формулой [c.448]

Схема термоэлектрического генератора показана на рис. 8.54. На горячем (с температурой Ti) спае двух полупроводниковых материалов (вверху расположен полупроводник р-типа, внизу — полупроводник п-типа) электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости и перемещаются к холодному спаю с температурой Та, а затем переходят в примесную зону полупроводника /э-типа. В результате в цепи протекает электрический ток по направлению часовой стрелки. На стыке полупроводников п- и р-типов развивается термо-ЭДС [c.576]

Полупроводники высокой степени очистки при не слишком низких температурах обладают собственной электрической проводимостью сг,. Поскольку в собственном полупроводнике концентрации свободных электронов и дырок равны (п = р = п ), (3.31) можно переписать в виде [c.63]

Удельная электрическая проводимость твердых диэлектриков, как и полупроводников, растет с ростом температуры по экспоненциальному закону [c. 98]

Электрическая проводимость полупроводников, основанная на перемещении части электронов основной зоны в зону возбужденных уровней, может быть, если под действием внешних или внутренних факторов энергетический разрыв между зонами будет преодолен. К числу таких факторов относятся повышение температуры полупроводника и введение в его состав различных примесей. Проводимость химически чистых полупроводников называется собственной проводимостью, а сами полупроводники — собственными полупроводниками. Примером та- [c.281]

Основным, наиболее разработанным способом нагрева плазмы до необходимой температуры, является омический метод, т. е. метод нагрева плазмы протекающим через нее током. Однако с ростом температуры плазмы ее электрическая проводимость растет пропорционально и поэтому омический метод имеет ограничение по температуре, которая не может быть выше (1 — 2)-10 К. [c.282]

В качестве рабочего тела в рассматриваемом случае могут быть использованы, например, продукты сгорания топлива. Однако, поскольку они и при высоких температурах не обладают достаточной электрической проводимостью, ее приходится увеличивать или, другими словами, повышать степень ионизации газов присадкой к ним небольшого количества ( 1%) щелочных металлов (калия, цезия и др.). Наилучшие результаты можно получить при применении плазмы, являющейся нейтральной смесью ионов, электронов и нейтральных частиц (квази-нейтральной средой) при очень высоких температурах. [c.468]

Рассматривая ползучесть как некоторый вид квазивязкого течения металла, мы должны допустить, что в каждый момент скорость ползучести при данном структурном состоянии определяется однозначно действующим напряжением и температурой. Структурное состояние — это термин, чуждый по существу механике, поэтому применение его в данном контексте должно быть пояснено более детально. Понятие о структурном состоянии связано с теми или иньгаи физическими методами фиксации этого состояния — металлографическими наблюдениями, рентгеноструктурным анализом, измерением электрической проводимости и т. д. Обычно физические методы дают лишь качественную характеристику структуры, выражающуюся, например, в словесном описании картины, наблюдаемой на микрофотографии шлифа. Иногда эта характеристика может быть выражена числом, но это число бывает затруднительно ввести в механические определяющие уравнения. В современной физической литературе, относящейся к описанию процессов пластической деформации и особенно ползучести, в качестве структурного параметра, характеризующего, например, степень упрочнения материала, принимается плотность дислокаций. Понятие плотности дислокаций нуждается в некотором пояснении. Линейная дислокация характеризуется совокупностью двух векторов — направленного вдоль оси дислокации и вектора Бюргерса. Можно заменить приближенно распределение большого числа близко расположенных дискретных дислокаций их непрерывным распределением и определить, таким образом, плотность дислокаций, которая представляет собою тензор. Экспериментальных методов для измерения тензора плотности дислокаций не существует. Однако некоторую относительную оценку можно получить, например, путем подсчета так называемых ямок травления. Когда линия дислокации выходит на поверхность, в окрестности точек выхода имеется концентрация напряжений. При травлении реактивами поверхности кристалла окрестность точки выхода дислокаций растравливается более интенсивно, около этой точки образуется ямка. Таким образом, определяется некоторая скалярная мера плотности дислокаций, которая вводится в определяюпще уравнения как структурный параметр. Условность такого приема очевидна. [c.619]

При разработке методики выявления такого рода нарушений структуры опираются на связь между электрической проводимостью и прочностью. Удачным средством обнаружения зон разупрочнения является выявление разницы электрической цроводимости материала неповрежденного и проверяемого участков. Методика такого контроля разрабатывалась на основе исследования изменения электрической проводимости нагретых образцов. Так, разупрочнение искусственно состаренных образцов из сплавов В93 и В95, нагретых в селитровой ванне при различных температурах с выдержкой 20 шн, наступает при температурах нагрева, превышающих 200°С. 68 [c.68]

Исследование диаграмм фазового состояния [13]. В первом приближении зависимость электросопротивления от состава в области твердых растворов описывается параболическим законом, а в двухфазной области — линейным. Исследуя изменение сопротивления в зависимости от состава сплавов при различных температурах, можно установить положение границ однофазных и двухфазных областей на диаграмме состояния. Для иллюстрации сказанного на рис. 17.40 приведена наряду с диаграммой состояния Аи—Сй зависимость электрической проводимости и температурного коэффициента сопротивления от состава сплавов при различных температурах. В области существования граничных растворов а и 6 электропроводность изменяется по кривым, близким к параболе. Промежуточные фазы 01, 02, Р и V максимально упорядочены при стехиометрических составах АизСй, АиСй и АизСё соответственно, поэтому имеют высокую электрическую проводимость и высокий температурный коэффициент сопротивления. По мере повышения температуры проводимость этих сплавов приближается к значениям проводимости сплавов нестехиометрического состава из-за уменьшения степени дальнего порядка, В двухфазных областях а+р, Р+у и [c. 302]

Для исследования межмолекулярных взаимодействий и межфазовых переходов используют не только зависимости вязкости, диэлектрической проницаемости и электрической проводимости от температуры (см. уравнения 16, 17, 18), но и закономерности, связывающие эти величины [22]. Для этих целей использовали правило Писаржевского — Вальдена [c.68]

Стекло является изолятором электрического тока, хотя некоторая проводимость и возможна благодаря диффузии ионов (например, ионов натрия). Проводимость быстро увеличивается с ростом температуры. Диэлектрическая постоянная стекла зависит от природы модификатора. Например, введение оксида свинца в стекло повышает это значение с 4 до 10. Большое влияние на аксплуатационную долговечность оказывает термостойкость стекол. Термостойкость определяется разностью температур, которую стекло может выдержать без разрушения при его резком охлажцении в воде (0°С). Для большинства видов стекол термостойкость колеблется от 90 до 170 0, а для кварцевого стекла она составляет 800-1000 С. [c.14]

Кеезом и др. [124] исследовали влияние облучения нейтронами в реакторе на теплоемкость. В образце, подвергнутом общей дозе облучения, равной 5-10 нейтронов на 1 обнаружились два эффекта а) величина 0 уменьшилась примерно на 3% и б) в пределах погрешности эксперимента линейный член в теплоемкости исчез. Последующий отжиг до 500° С не вызвал существенных изменений в низкотемпературной теплоемкости, отжиг до 780° С привел к появлению линейного электронного члена, не изменив, однако, пониженной облучением величины вд. Эти эффекты можно объяснить в рамках существующих представлений о влиянии облучения нейтронами на электрические свойства кремния (ссылки на соответствующие работы см. в [124]). Под действием облучения возникают нерегулярности решетки (свободные места и смещенные атомы), что приводит, по-видимому, к появлению новых уровней в запрещенной зоне между валентными электронами и зоной электронов проводимости. При низких температурах эти новые уровни являются ловушками для электронов проводимости и дырок, что вызывает исчезновение линейного члена в теплоемкости, появление которого связано с носителями тока (в нашем случае с дырками, так как до облучения образец принадлежал к дырочному типу). Отжиг при достаточно высокой температуре устраняет нарушения, вызванные облучением, и уменьшает количество новых уровней, что приводит снова к появлению линейной добавки к теплоемкости. [c.347]

Стационарные двумерные поля температуры и электрического потенциала в однородной среде с постоянным коэффициентом теплопроводности (Я,= onst) и в токопроводящей среде с постоянной электрической проводимостью (а = onst) описываются дифференциальным уравнением Лапласа [c.76]

Газы в слабых электрических полях и при не очень высоких температурах обладают весьма малой удельной проводимостью. При этих условиях весьма немногочисленные свободные носители заряда — электроны и ионы — образуются лишь под действием внешних ионизаторов невысокой интенсивности—космических лучей и естественного ионизирующего излучения. Поэтому при указанных условиях газы являются отличными диэлектриками с удельным сопротивлением порядка 10 Ом-м, практически не имеющим диэлектрических потерь (tg б порядка 10 ). Повышение электропроводности газов происходит при высоких температурах, начиная с 10 — Ю К, когда энергия теплового движения частиц газа велика и при столкновении они могут ионизовать друг друга (происходит термическая ионизация). Термоионизация воздуха нарастает, начиная с температуры 8000 К. При 20 ООО К воздух ионизуется практически полностью [c.545]

При заданной температуре концентращы носителей заряда и электрическая проводимость собственного полупроводника определяются шириной его запрещенной зоны Wg. [c.63]

При создании электрических моделей применяются два способа. По первому способу, согласно которому электрические модели должны повторять геометрию исследуемой системы, их изготавливают из материала с непрерывной проводимостью (электропроводная бумага, фольга, электролит и т. д.) — это модели с непрерывными параметрами процесса. Вырезав из электропроводной бумаги фигуру, соответствующую поперечному сечению тела, и создав на ее контурах граничные условия, можно, измеряя и (х, у), найти температурное поле I х, у). Граничные условия первого рода задаются некоторым потенциалом и, второго — плотностью тока, третьего — электрическим потенциалом и , соответствующим температуре окружающей среды и добавочным электрическим сопротивлением Яа, имитирующим термическоб сопротивление теплоотдачи 1/а. [c.192]

Общим требованием к большинству керамических высокочастотных материалов, по сравнению с обычным электротехническим фарфором, является независимость е,- от частоты и низкое значение tg О не только при комнатной, но и гри повышенной температуре. В известной мере это достигается уменьшением содержания менее чистой пластичной глинй, введением окиси бария и повышением содержания глинозема. Ионы бария в известной мер нейтрализуют повышение электрической проводимости за счет легкоподвижных ионов калия, содержащихся в полевошпатовом стекле и способствуют снижению tg б. За счет повышенного содержания глинозема масса имеет пониженную формуемость и более узкий интервал спекания. Дальнейшее развитие высокочастотной керамики пошло по пути создания масс с использованием различных окислов металлов, иногда специально синтезируемых. Таким путем удалось получить материалы с весьма высокими значениями z,. (для конденсаторов) и разными значениями ТК е , в том числе положительного знака. [c.238]

Терморезистивная керамика янляется полупроводником с большим положительным значением температурного коэффициента сопротивления. Ее изготовляют на основе твердых растворов титанатов бария и стронция, титаната и станната бария, у которых точка Кюри по сравнению с титанатом бария смещена в сторону низких температур. Вводимые добавки некоторых окислов (ниобия, сурьмы и др.) действуют в этой систше как доноры, способствующие появлению электронной электропроводности. При переходе температуры через точку Кюри происходит существенное изменение структуры материала, вызывающее сильное падение электрической проводимости. Применяются эти материалы в различных устройствах стабилизации тока, ограничения и регулирования температуры и др. [c.242]

Криопроводники. К их числу относятся материалы, которые при глубоком охлаждении (ниже —173 °С) приобретают высокую электрическую проводимость, но не переходят в сверхпроводящее состояние. Это объясняется тем, что при низкой температуре удельное сопротивление проводника обусловлено, как правило, наличием примесей и физическими дефектами решетки. Поскольку составляющая удельного сопротивления, обусловленная рассеиванием энергии за счет тепловых колебаний решетки, пренебрежимо мала, для криопроводников необходимо применять хорошо отожженный металл высокой чистоты, который обладает минимальным удельным сопротивлением в рабочем диапазоне температур от —240 [c.125]

При низких температурах вязкость диэлектрика так велика, что диполи заморожены , не ориентируются в электрическом поле и дипольная поляризация не происходит. Проводимость диэлектрика при низких температурах мала, а поэтому невелики /ск и вызываемые им диэлектрИческйе потери. Поэтому tg б жидкого полярного диэлектрика при низких температурах имеет небольшое значение (рис. 5.21, а, пунктирная линия). С ростом температуры вязкость диэлектрика уменьи1ается. время релаксации полярных молеку.-i становится меньше и они вовлекаются в процесс поляризации. Ориентация (поворот молекул в поле в результате преодоления межмо-лекулярных сил) происходит с трением . На работу против сил трения затрачивается энергия электрического поля, которая и рассеивается в диэлектрике, активная составляющая /да тока абсорбции /аос увеличивается и tgfi диэлектрика растет (рис. 5.21, а). При температуре вязкость диэлектрика уменьшается до такого значения, что время релаксации И полупериод T 2 — i2f) приложенного напряжения становятся одинаковыми Полярные молекулы в течение одного полупериода поворачиваются на максималь- [c.162]

К.Ю.Богданов. §43 учебника ФИЗИКА-10

§ 43. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ
ВЕЩЕСТВ. ЗАВИСИМОСТЬ ПРОВОДИМОСТИ МЕТАЛЛОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.

Электрическая проводимость вещества зависит
концентрации в нём свободных зарядов, их вида, а также от условий внешней
среды, в которой вещество находится.

Электрический
ток может протекать через все тела – твёрдые, жидкие газообразные и даже через
вакуум. Электрической проводимостью вещества называют его способность проводить
электрический ток под действием электрического поля. Чем больше концентрация
свободных зарядов в веществе, тем меньше величина его удельного сопротивления и
тем больше его электрическая проводимость. Вещества, обладающие большой
проводимостью называют проводниками, а вещества с малой электрической
проводимостью – диэлектриками.

Однако такое
деление веществ на проводники и диэлектрики весьма условно, т.к. изменение
напряжённости электрического поля, температуры, давления и других факторов может
значительно изменять проводимость веществ. Например, воздух, являющийся диэлектриком
в обычных условиях, становится проводником, когда между грозовым облаком и
землёй напряжённость электрического поля увеличивается до 3000 кВ/м, в результате
чего и происходит разряд молнии.

Носителями
свободных зарядов в металлах являются свободные электроны, и поэтому такую проводимость называют электронной.
Металлы имеют наибольшую проводимость среди проводников. Так как работа тока
пропорциональна сопротивлению проводника, то для минимизации потерь при передаче
электрической энергии всегда используют металлические провода. По той же
причине из металлической проволоки изготовляют обмотки различных электромоторов,
генераторов, трансформаторов и электроизмерительных
приборов.

Сопротивление
металлических проводников увеличивается с ростом температуры. Это явление можно
объяснить тем, что при нагреве возрастает амплитуда хаотических (тепловых) колебаний
атомов, а значит, увеличивается число столкновений этих атомов со свободными
электронами, которые упорядоченно движутся под действием электрического поля. Зависимость
сопротивления R проводника от температуры имеет следующий
вид (см. рис. 43а):

R
= R₀^.{1+a(T—T₀)} , (43.1)

где R и R₀ – сопротивление проводника при температурах T
и T₀, соответственно, а a — постоянная,
называемая температурным коэффициентом сопротивления данного вещества. Если
в качестве R₀ взять сопротивление проводника при T₀ =273 К, то у всех чистых металлов a » 1/273 K^-1. Например, у вольфрама a = 4,8^.10^-3K^-1. Это значит, что сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания,
раскалённой до 2700 К, более чем в 10 раз превышает её
сопротивление при комнатной температуре.

При очень
низких температурах наблюдается замечательное явление – сопротивление многих
металлов скачком обращается в нуль. Это явление, названное сверхпроводимостью,
было открыто голландским физиком Камерлинг-Оннесом в
1911 году, когда он измерял сопротивление ртути при охлаждении её в жидком
гелии. Оказалось, что сопротивление ртути при охлаждении сначала плавно уменьшалось,
но когда её температура достигала 4 К, сопротивление
скачком падало до нуля (рис. 43б). Температура, при которой сопротивление
резко падает до нуля, называют критической. В настоящее время известно
много сверхпроводников с самыми разными критическими температурами – от долей
градуса К до примерно 100 К.

Объяснение
физических процессов, лежащих в основе сверхпроводимости, было дано советским
учёным Н.Н. Боголюбовым и американскими учёными Д. Бардиным, Л. Купером и Д. Шриффером на основе квантовой теории. Большой вклад в развитие теории
сверхпроводников внесли также российские учёные А.А. Абрикосов и В.Л. Гинзбург.

Очевидно, что в будущем
применение сверхпроводников позволит передавать электроэнергию на большие
расстояния с гораздо меньшими потерями или вообще без них. Кроме того, использование
сверхпроводящих материалов даст возможность создавать
огромные магнитные поля в генераторах и электромоторах, благодаря чему эти
устройства станут значительно более мощными, чем сейчас. Колоссальные магнитные
поля, созданные с помощью сверхпроводников, позволят конструировать поезда на
магнитной подвеске, двигающиеся плавно, без трения и с огромными скоростями.

Вопросы для повторения:

·
Что такое электрическая проводимость?

·
Какой проводимостью обладают металлы?

·
Как изменяется сопротивление сверхпроводника вблизи
критической температуры?

·
Где планируется использовать сверхпроводники?

Рис. 43. (а) – зависимость сопротивления металлического проводника
от температуры; (б) – зависимость сопротивления ртути вблизи критической
температуры.

Электропроводимость (электрическая проводимость) | Физика.

Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Тема:

Электричество

Важной физической величиной, наряду с электрическим сопротивлением, является электропроводимость.

Электропроводимость (электрическая проводимость, проводимость) — способность тела проводить электрический ток, а также физическая величина, количественно характеризующая эту способность.

Электропроводимость — величина, обратная сопротивлению:

G = 1 / R.

Единицей электропроводимости в СИ является 1/Ом = А/В. Эта единица называется сименсом (См) в честь немецкого изобретателя в области электротехники и предпринимателя Сименса Эрнеста Вернера (1816—1892).

Сименс Эрнест Вернер (1816 — 1892) — немецкий изобретатель и предприниматель в области электротехники, член Берлинской АН с 1874. В 1847 г. получил патент на усовершенствованный телеграфный аппарат. Принимал участие в сооружении телеграфных линий, в частности линии Петербург — Севастополь. В 1879 г. руководил строительством первой опытной трамвайной линии в Берлине. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Если в законе Ома для однородного участка цепи вместо сопротивления взять электропроводимость, то формула для закона будет иметь вид:

I = UG

и закон Ома может быть сформулирован таким образом:

сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и электропроводимости этого участка.

На этой странице материал по темам:

Единица электропроводимости
Формула на проводимость в физике
Электрическая проводимость доклад
Физические основы электропроводимости материалов
Что такое электропроводимость в химии

Вопросы по этому материалу:

Что такое электропроводимость проводников и какими единицами она измеряется?

24 Электрическая проводимость растворов электролитов

Электрическая проводимость растворов электролитов.

Для всех агрегатных состояний вещества различают 4 типа электрической проводимости:

1. металлическая проводимость, обусловленная подвижностью электронов как носителей заряда. Это проводники 1 рода.

2. электрическая проводимость жидкостей, обусловленная подвижностью ионов – катионов и анионов. Это проводники 2 рода.

3. проводимость полупроводниковых твердых тел, обусловленная переходом электронов с полностью заселенных электронных зон в не полностью заполненные электронные зоны

4. электрическая проводимость газов, обусловленная ионизацией последнего на ионы и электроны.

Проводимость электролитов как и в случае металлов обусловлена направленным передвижением носителей зарядов – ионов. Ионы находятся в постоянном тепловом движении, поэтому скоростью движения ионов называется скорость его продвижения в направлении одного из элктеродов, выраженная в м/с. Т.к. ионы бывают различных размеров и зарядов, вводят понятие абсолютной скорости движения иона, т. е. отношение скорости движения иона в электрическом поле к напряженности электрического поля (Е). Напряжённость электрического поля (Е) имеет размерность [В/м], скорость движения иона – [м/с], таким образом размерностью абсолютной скорости движения иона является: [В/м]/ [м/с]=[м²/(В*с)].

Подвижности ионов в растворах значительно ниже (в 10⁸ раз меньше чем подвижность ионов в газах), тчо обусловлено наличием плотной среды и наличием процессов сольватации.

Таблица 32. Абсолютные скорости движения ионов при 298 К [м²/(В с)]

Рекомендуемые файлы Ион	u 10^-8	Ион	U•10^-8
Н₃0+ К+	36,3 7,62	Ва²+ Са²⁺	6,60 6,16
Nh5+	7,60	Sr2+	6,16
Аg+	6,42	Мg2+	5,50
Na+	5,20	ОН-	20,5
Li+	4,01	Вг-	8,12

Среди ионов выделяются ионы гидроксония и гидроксил-ионы своей аномально высокой подвижностью, которая обусловлена особым механизмом их передвижения, наблюдающимся только в водных растворах и растворах низших спиртов. Механизм заключается в эстафетной передаче иона водорода от одной молекулы воды к другой, связанной с ней водородной связью.

Носителями зарядов в растворах являются как катионы, так и анионы, поэтому общее количество перенесенного электричества равно сумме количества электричества, перенесенного катионами и анионам и зависит от концентрации ионов и скорости их движения. Степень участия ионов того или иного рода в переносе электричества характеризуется числом переноса иона.

Число переноса иона – отношение количества электричества, перенесённого ионами данного вида, к общему количеству электричества. Прошедшего через электролит, т.е. числа переноса показывают долю электричества, переносимую данным видом ионов. Таким образом

t_a = U_a/(U_a+U_k)

t_k = U_k/(U_a+U_k)

где U_a и U_k – абсолютные скорости движения ионов.

Причем сумма чисел переноса ионов вещества всегда равна 1.

Как правило, с ростом температуры величина чисел переноса приближается к 0,5.

Электропроводность электролитов рассчитывается аналогично для металлических проводников. При этом используют величину удельной электрической проводимости электролита:

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта — Цель и стратегия проекта.

R=rl/S= l/cS

Где l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения; r и c — удельные сопротивление и электрическая проводимость соответственно.

c-[См/м] См-сименс

Общая электрическая проводимость раствора L – выражается:

L=cS/l

Удельная электрическая проводимость растворов зависит от нескольких факторов: концентрации раствора, скорости движения ионов, заряда ионов, температуры.

Закон Ома. Электрическое сопротивление. Электрическая проводимость

Рассмотрим участок В — Г замкнутой электрической цепи, содержащей источник э. д. с. (см. рис. 1).

Рис. 1

Пусть потенциал в точке В равен φ_В, а в точке Г — φ_Г. Разность потенциалов между этими точками φ_В — φ_Г равна U_ВГ — напряжению между ними, а расстояние между точками В и Г равно l. Поле внутри проводника однородное. Напряженность поля внутри проводника:

Чем больше напряженность поля внутри проводника, тем больший ток возникает в проводнике. Естественно, что величина тока I в проводнике пропорциональна напряженности поля и площади поперечного сечения s. Величина тока I может быть подсчитана по формуле:

в которой γ (гамма) — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств материала проводника.

Так как в однородном поле (для любого участка цепи), то:

Обозначив — l/γs буквой r, получим формулу:

Величина r, равная — l/γs, называется сопротивлением проводника, а величина l/γ — называется удельным сопротивлением материала и обозначается буквой р (ро).

Удельное сопротивление представляет собой сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм². Наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро, медь, платина, золото, алюминий.

Сопротивление проводника, длина которого существенно больше диаметра сечения, может быть подсчитано по формуле:

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью и обозначается буквой g:

Полученное выражение для тока I = U/r показывает, что величина тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению между его концами и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Это соотношение называется законом Ома.

Формулу I = U/r можно написать в виде U=Ir, откуда следует, что падение напряжения в проводнике равно произведению тока на сопротивление проводника.

Вследствие падения напряжения в соединительных проводах любой электрической цепи напряжение на зажимах потребителя всегда меньше, чем на зажимах источника тока. При длинной соединительной линии, когда сопротивление проводов становится достаточно большим, напряжение на зажимах потребителя может снизиться настолько, что нормальная работа нарушится. Так, например, при чрезмерном падении напряжения на зажимах электрической лампы сила ее света значительно уменьшится.

Из основной формулы закона Ома следует также, что r = U/I, т. е. что сопротивление равно частному от деления напряжения на зажимах участка цепи на ток, протекающий в этом участке.

Единицей сопротивления служит Ом, равный сопротивлению линейного проводника, в котором устанавливается ток в 1 а при напряжении 1 в.

Величина сопротивления любого тела зависит от температуры. С повышением температуры металлических проводников их сопротивление увеличивается.

Это увеличение сопротивления связано с усилением хаотического теплового движения элементарных частиц, затрудняющего направленное движение электронов.

В диэлектриках увеличение температуры приводит к уменьшению сопротивления вследствие увеличения количества свободных зарядов при нагреве.
Зависимость сопротивления проводника от температуры может быть представлена приближенной формулой:

в которой r₁ — сопротивление проводника при температуре t₁ нагрева;
r₀ — сопротивление проводника при начальной температуре t^оС;
а (альфа) — температурный коэффициент сопротивления; у всех чистых металлов температурный коэффициент сопротивления приблизительно равен 0,004 1/1^оС.
В некоторых приборах и измерительных схемах применяются сплавы, имеющие весьма малые температурные коэффициенты: манганин, константан и др. Температурный коэффициент сопротивления константана равен +0,000003 1/1^оС.

Следует отметить, что сопротивление угля и диэлектриков при нагреве уменьшается, т. е. они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

Электропроводность – обзор

14.1 Введение

Электропроводность – это одно из свойств почвы, которое связано с характером состава почвы (т.е. гранулометрическим составом, минералогией), структурой почвы (т.е. пористостью, распределением пор по размерам ), влажности и температуры. Обычно его определяют с помощью закона Арчи (Арчи, 1942), который на основе лабораторных измерений в осадочных породах установил эмпирическую зависимость между электропроводностью, пористостью и насыщенностью пород рассолом.Применение закона Арчи к глинистым грунтам сомнительно, поскольку на электропроводность влияют другие параметры, такие как емкость катионного обмена, удельная поверхность, плотность электрического заряда и природа поровой жидкости.

Электропроводность зависит от распределения электрического тока в почвах, которое зависит от количества влаги и концентрации ионных частиц в порах почвы, природы ионных частиц, являющихся неорганическими или органическими, распределения пустот, геометрии пор, связности, и пористость.Кроме того, поскольку температура может возбуждать и изменять вязкость жидкости, она влияет на электропроводность.

Электрическая проводимость обычно определяется в лаборатории и в полевых условиях (на месте) с использованием электрогеофизических методов, которые позволяют быстро измерять электрические свойства почвы, такие как удельное сопротивление и потенциал, непосредственно от поверхности почвы до любой глубины без нарушения почвы. Методы электропроводности in situ (например, четырехэлектродный зонд и электромагнитная (ЭМ) индукция) обычно используются для оценки засоленности почвы в сельском хозяйстве (Nadler et al., 1984). Кроме того, некоторые электрогеофизические методы используются для картографирования уровней грунтовых вод, предпочтительных путей течения воды и расположения водоемов, для определения местоположения свалок и для оценки содержания влаги в почве, температуры, гранулометрического состава и структуры почв. Однако взаимосвязь между электрическими свойствами и химическими и физическими свойствами почвы очень сложна, поскольку свойства почвы влияют на измеренные на месте электрические параметры.

Электропроводность – обзор

Электропроводность

Электропроводность (EC), σ, является мерой способности материала проводить электрический ток.Его значение колеблется от 10 ^-18 до 10 ⁷ см ^-1 (сименс на метр) в зависимости от материала. ЕС нормального цельного молока составляет около 0,460 См м ^-1 .

Электропроводность проще всего измерить, приложив известное постоянное напряжение к паре параллельных электродов, погруженных в образец, измерив производимый ток и вычислив сопротивление образца (объем, ограниченный электродами):

(20) σ=1RlA=GlA(S·м-1)

, где R – сопротивление (Ом), G – проводимость (См), l – расстояние между электродами (м) и A – площадь электрода (м ² ).

Уравнение [20] показывает, что EC и электрическая проводимость (обратная величина сопротивления) связаны через размеры образца.

Электропроводность обычно измеряется на практике с помощью импедансной (или адмиттансной) спектроскопии, при которой к образцу прикладывается переменное, а не постоянное напряжение. Импеданс и адмиттанс (обратные значения импеданса) являются комплексными свойствами, действительными частями которых являются, соответственно, сопротивление и проводимость. Измерения лучше всего проводить на частотах >10 кГц; на этой частоте и выше измеренное значение является свойством объема молока, а не поверхности раздела молоко-электрод.

EC молока определяется в основном присутствующими заряженными веществами, особенно солями. Вклад лактозы очень мал; казеин также вносит гораздо меньший вклад, чем молочные соли. Основное действие белков молока в целом заключается в том, что они препятствуют миграции ионов и, таким образом, снижают ЭК. Однако высвобождение ионов кальция из мицелл казеина в результате снижения pH, вызванного либо преднамеренным подкислением, либо ростом бактерий, приводит к увеличению ЕС. Падение рН молока примерно до 5 вызывает растворение всего коллоидного фосфата кальция и изменение равновесия буферных систем молока, что приводит к насыщению ЕС до постоянного максимального значения. Это явление лежит в основе автоматического контроля роста молочнокислых бактерий кондуктометрическими методами.

Мастит в четверти коровьего вымени приводит к снижению концентрации лактозы и К ⁺ в секретируемом молоке и соответствующему увеличению концентрации Na ⁺ и Cl ^—, что сохраняет изоосмоляльность молока с коровья кровь.Чистым эффектом является увеличение ЕС молока. Это явление привело к многочисленным исследованиям за последние 60 лет, направленным на поиск надежного способа использования встроенного измерения ЕС при доении для выявления как субклинического, так и клинического мастита в четвертях отдельных коров. Хотя ЭК молока от отдельных четвертей можно легко и точно контролировать, достижению этой цели препятствует тот факт, что вариации ЭК зависят не только от уровня заражения, но и от многих других факторов, таких как порода, паритет, течка. период лактации, наличие других заболеваний, интервал доения, время суток, состав молока.В 1998 году обширный анализ опубликованных данных, проведенный Международной молочной федерацией, пришел к выводу, что измерение ЕС не может идентифицировать маститные четвертины или маститных коров, а также выявить субклинический мастит с достаточной точностью, чтобы быть полезным. В настоящее время большинство автоматических доильных систем и некоторые ручные системы включают в себя датчики для измерения ЕС четверти молока и программное обеспечение для обработки полученных данных. Развитие сложного статистического моделирования данных, включающего сравнение четвертей каждой коровы при последовательных доениях, привело к повышению чувствительности обнаружения субклинического и клинического мастита.В случае автоматических доильных систем фермер зависит от измерения ЕС для выявления маститных коров.

ЕС свежего молока и сливок снижается с увеличением содержания жира, поскольку шарики жира (сами по себе непроводящие) занимают объем, который в противном случае был бы заполнен проводящей водной фазой продукта, тем самым препятствуя подвижности проводящих ионов и увеличивая расстояние что мигрирующие ионы должны путешествовать. Для содержания жира в диапазоне 0,15–51% (масс./масс.) ЕС молока и сливок связана с объемной долей жира, φ _жира , следующим образом:

(21)σ=σобезжир.(1 -φfat)δ(1+qφfat2)δ

, где δ = 1.56 ± 0,04, а q колеблется от 3,0 до 3,5 в зависимости от партии молока.

Измерение допуска молока может позволить оценить содержание жира в молоке, если известно содержание воды в молоке, и наоборот. Последняя полезность измерения может обеспечить средство обнаружения фальсификации молока водой.

EC хранимого цельного молока достигает более высокого значения насыщения, чем у хранимого обезжиренного молока, потому что для цельного молока подавляющий EC эффект присутствия жира более чем компенсируется образованием свободных жирных кислот и высвобождением ионы фосфата из оболочки жировых шариков молока.

Электропроводность молока заметно увеличивается с температурой, что иллюстрируется следующей эмпирической зависимостью для буйволиного молока, справедливой для диапазона температур 5–70 °C:

(22)σ=1,71×10-1+6,32×10- 3θ+9,01×10-6θ2(См·м-1)

Было показано, что ЕС и вязкость молока связаны. Считается, что эта взаимосвязь связана с тем, что содержание ионов в молоке влияет как на ЕС, так и на конформацию молочных белков, последняя влияет на вязкость.

Электропроводность — Энергетическое образование

Рисунок 1.Линии электропередач высокого напряжения сделаны из алюминия из-за его высокой электропроводности. ^[1]

Электропроводность — это свойство материалов, которое определяет, насколько хорошо данный материал будет проводить электричество. Электропроводность тесно связана с удельным сопротивлением (которое используется чаще):

[математика]\sigma = \frac{1}{\rho}[/math]

, где [math]{\sigma}[/math] — проводимость (в м/Ом), а [math]\rho[/math] — удельное сопротивление (в Ом/м).Чтобы определить сопротивление провода (который может быть сделан практически из чего угодно: меди, алюминия; это уравнение работает даже для дерева!), используйте:

[math]R = \rho \frac{A}{l}= \frac{A}{\sigma l}[/math]

, где [math]A[/math] — площадь поперечного сечения провода (в м ² ), а [math]l[/math] — его длина (в м).

Электропроводность тесно связана с электропроводностью. Электропроводность — это свойство самого материала (например, серебра), а электропроводность — это свойство определенного электрического компонента (например, определенного провода).

Электрическая проводимость может быть определена как напряжение, необходимое для протекания определенного количества электрического тока. Это во многом определяется количеством электронов на самой внешней оболочке; эти электроны определяют легкость генерации мобильных электронов. Другой фактор, но менее важный, — это количество атомов в единице объема, которое определяет количество электронов, которые легко перемещаются в ответ на электрическое поле. Материалы с высокой проводимостью, такие как медь и алюминий, называются проводниками.Материалы с низкой проводимостью, такие как резина и стекло, называются электрическими изоляторами (или просто изоляторами, если их нельзя спутать с теплоизоляцией). Другой особый класс материалов, таких как кремний и германий, находится между ними и называется полупроводниками.

Как правило, большинство металлов обладают высокой проводимостью (это еще один способ сказать, что металлы склонны быть проводниками), потому что электроны в их самой внешней оболочке могут легко двигаться. Неметаллы, как правило, имеют низкую проводимость.^[2]

Чтобы узнать о физике проводимости, см. Гиперфизику.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

Ссылки

Электропроводность – Элементы и другие материалы

Проводники представляют собой материалы со слабо присоединенными валентными электронами – электроны могут свободно дрейфовать между атомами
Изоляторы имеют структуры, в которых электроны связаны с атомами ионными или ковалентными связями – ток почти не может поток
Полупроводники представляют собой изоляционные материалы, связи в которых могут быть разорваны под действием приложенного напряжения — электроны могут высвобождаться и перемещаться из одного освободившегося валентного центра в другой.

Электропроводность

Электропроводность или удельная проводимость — это мера способности материала проводить электрический ток. Проводимость обратна (обратна) удельному электрическому сопротивлению.

Электрическая проводимость определяется как отношение плотности тока до напряженности электрического поля и может быть выражена как

σ = J / E (1)
, где
Σ = электрическая проводимость (1/Ом·м, 1/ Ом м, Сименс/м, См/м, мОм/м)
Дж = плотность тока (Ампер/м ² )
E 22 = электрический напряженность поля (Вольт/м)

Один сименс — S — равен обратной величине один ом и также упоминается как один мхо.

Электрическая проводимость некоторых распространенных материалов

⁶

⁵4

⁶

⁵

⁶

⁵

^{9 63 10 ⁶}

⁶4

Материал	Электрическая проводимость — Σ — (1 / Ω m, s / m, mho / m)
Алюминий	37. 7 10 ⁶
Beryllium	31.3 10 ⁶	⁵
Cadmium	13.8 10 ⁶
Кальций	29.8 10 ⁶
Chromium	70180 ⁶	⁹	Cobalt	17.2 10 ⁶
Медь	59.6 10 ⁶
Медь — отжига	58.0 10 ⁶
Gallium	6	6.78 10 ⁶
Gold	45.2 10 ⁶
Iridium	19.7 10 ⁶
Iron	9.93 10 ⁶ 9.93 ⁵
INDIUM	11.6 10 ⁶
Литий	10.8 10 ⁶
Magnesium	22.6 10 ⁶
MolyBdenum	18. 7 10 ⁶
Никель	14.3 10 ⁶
Niobium	6.93 10 ⁶
Osmium	10.9 10 ⁶	⁹	⁹ 9.59 9 ⁶
Platinum	9.66 10 ⁶
Калий	13.9 10 ⁶
Reenium	5.42 10 ⁶	⁵
Rhodium	21.1 10 ⁶
Rubidium	7.79 10 ⁶
Ruthenium	13.7 10 ⁶
серебро
натрий	21 10 ⁶
Strontium	7.62 10 ⁶
Tantalum	70180	7.61 10 ⁶	Technetium	6. 7 10 ⁶
Thallium	6.17 10 ⁶
Ториум
6 0	6.53 10 ⁶ ⁵
TIN 0 ^{9 9.17 10 ⁶}	⁵
Tungsten	18.9 10 ⁶
Zinc	16.6 10 ⁶
Seawater	4,5 — 5.5
Вода — питье	0,0005 — 0,05
Вода — деионизированные	5.5 10 ^-6

Электрическая электропроводность элементов относительно серебра

91.7

Element	Электрическая проводимость относительно серебра
серебро	1000
Медь	94,6
Gold	71.7	71.7
Алюминий	59. 8	59,8
Бериллий	49.7
Кальций	47.3
магния	35,9
родий	33,5
натрия	33,0
Барий	30,6
Вольфрам	30,0
Молибден	29,7
Cobalt	29.0	27.0
Zinc	26,3	26.3
Никель	22.6
Cadmium	21.9
рутений	21,7
Цезий	20,0
индий	18,4
осмий	17,3
литий	17,1
Уран	16,5
Manganse	15.8	15.8
Iron	15.8
Platinum	15. 3
Палладий	15.1
Олово	14,6
титана	13,7
Иридий	13,5
рубидий	12,4
Хром	12,3
Тантал	12,1
Сталь	12.0	12.0
Thallium	9.8	9.8
Ведущий	80180	8.4
Columbium	5.1
Ванадий	5,0
Мышьяк	4,9
Сурьма	3,6
Ртуть	1,8
Висмут	1,4
Теллур	0,0

Электропроводность высокоочищенной воды

Удельное электрическое сопротивление

Электропроводность обратна (обратна) удельному электрическому сопротивлению. Электрическое сопротивление может быть выражено как

ρ = 1/ Σ (2)

, где

ρ = электрическое удельное сопротивление (Ом M ² / м, Ом м)

Сопротивление проводника

Сопротивление для проводника может быть выражена как

R = ρ l / A (3)

, где

R = сопротивление (Ом, Ω)

l = длина проводника (м)

A = площадь поперечного сечения проводника (м ² )

10 с сечением 5.26 мм ² рассчитывается как

R = (1,724 x 10 ^-8 Ом·м ² /м) (1000 м) / (( 5,26 мм

1 2 9003) 6 м ² / мм ² / мм ²))

= 3.2 Ом

Удельное сопротивление и проводимость преобразования проводимости

_{PPM
AS CACO ₃}

180

Trans / Gal AS CACO ₃	ppm NaCl	Проводимость мкмо/см	Удельное сопротивление МОм/см
99. 3	1700	2000	3860	0,00026
74,5	1275	1500	2930	0,00034
49,6	850	1000	1990	0,00050
24.8	425	525	500	1020	1020	0,00099
9.93	170	200	415	0.0024
7,45	127	150	315	0,0032
4,96	85,0	100	210	0,0048
2,48	42,5	50	105	0,0095
0,
0,990	17.0	20	42,7	42,7	0,023
0.742	12.7	15	32.1	0,031
0,496	8,50	10	21,4	0,047
0,248	4,25	5,0	10,8	0,093
0,099	1,70	2. 0	4.35	0.23	0.23
0.074	1.27	1.27	1.5	3.28	0.30
0.048	0.85	1,00	2,21	0,45
0,025	0,42	0,50	1,13	0,88
0,0099	0,17	0,20	0,49	2,05
0,0076	0.13	0.15	0.15	0.38	2.65		0.0050	0.085	0.085	0,10	0.27	3.70
0,0025	0,042	0,05	0,16	6,15
0,00099	0,017	0,02	0,098	10,2
0,00070	0,012	0,015	0,087	11.5
0.00047	0.008	0.010	0. 010	0,076	13.1
0,00023	0.004	0.005	0.005	0.066	15.2
0.002	0.002	0.059	0,059	16.9

Trans / Gal = 17,1 PPM CACO ₃

Электрическая проводимость водного Решения

Электрическая проводимость водных растворов, таких как

NaOH ₄ — каустическая сода
NH ₄ CL — аммониевый хлорид, SAL аммиака
8
NaCl ₂ — общая соль
Nano ₃ — нитрат натрия , Чилийская соли _{2
CaCl ₂
— хлорид кальция
7 ZNCL
₂ — цинк-хлорид ₂ — цинк-хлорид ₂ Nahco ₃ — бикарконат натрия, пищевая сода
Na ₂ CO ₃ — карбонат натрия, SAB}
CuSO ₄ — Сульфат меди, медный купорос

Использование электричества al Измерители проводимости и общего содержания растворенных твердых частиц для полевых испытаний качества воды — публикации

<noscript><img src='/800/600/https/s1.slide-share.ru/s_slide/37d7da6d0919c445463d5f4ace878d33/4f953a9e-f474-418a-aef0-bb4ff8d3e944.jpeg' /></noscript> youtube.com/embed/jClmfIeZL18″>

Вода всегда содержит некоторые растворенные минералы, которые обычно называют общим количеством растворенных твердых веществ (TDS) или иногда общим количеством растворенных солей.Некоторые из этих минералов могут быть токсичными, если присутствуют в достаточно высоких концентрациях.

В лаборатории стандартным методом измерения TDS является выпаривание всей воды из 0,1-литрового образца и взвешивание оставшихся в сосуде минералов. Однако сбор образца и ожидание лабораторного анализа может занять некоторое время.

Измеритель электропроводности (EC) или TDS – это быстрый метод оценки TDS. Вода проводит электричество, но растворенные в воде минералы (ионы) на самом деле проводят электричество.Чистая (дистиллированная) вода является очень плохим проводником электричества, поэтому чем больше растворенных в воде минералов, тем более проводящей становится вода.

Единицы для TDS обычно выражаются в миллиграммах на литр (мг/л), что совпадает с частями на миллион (ppm). Некоторые измерители показывают TDS как части на тысячу (ppt), что равно 1000 ppm.

EC — это вспомогательное измерение для определения TDS в воде. Некоторая путаница с использованием EC заключается в том, что его можно выразить в разных единицах.Единицы могут обозначаться как микромос на сантиметр (мкмос/см) и миллимос на сантиметр (ммос/см) или микросименс на сантиметр (мкСм/см) и миллисименс на сантиметр (мСм/см). Таким образом, 1 ммгос/см = 1 мСм/см = 1000 мкмгос/см = 1000 мкСм/см.

Большинство измерителей EC могут изменять режимы для считывания солености в граммах на литр, EC в мкСм и TDS в мг/л или ppt. Измеритель вычисляет оценку TDS путем умножения показаний EC на коэффициент преобразования. На приведенной ниже диаграмме обратите внимание на то, что коэффициент преобразования изменяется по мере увеличения показаний EC.

Для обеспечения точных показаний счетчики ЕС необходимо регулярно калибровать. Точность измерителя электропроводности следует проверять с помощью калибровочного раствора ежегодно весной перед отбором проб. Повторите калибровку после установки новых батарей или после падения глюкометра на твердую поверхность.

Мы рекомендуем вам использовать калибровочную смесь и процедуру, предоставленные производителем, но вы можете приготовить свой собственный калибровочный раствор, используя поваренную соль (NaCl). Следуйте этим инструкциям, чтобы создать известный калибровочный раствор.

Приготовление калибровочных смесей из поваренной соли (NaCl) для проверки электропроводности и/или TDS-метров

Что вам нужно:

Соль поваренная (небольшая)
Мерная ложка ¼ чайной ложки
Мерный стакан, вмещающий не менее 2 чашек воды
Контейнер для смешивания, вмещающий не менее 4 чашек воды и ополаскиваемый дистиллированной водой
1 галлон дистиллированной воды
EC-метр

Мерная ложка ¼ чайной ложки имеет объем около 1.25 миллилитров (мл). Выровненная ¼ чайной ложки соли весит около 1,7 грамма или 1700 миллиграммов. Одна чашка воды равна 0,236 литра или 236 миллилитров, а 4 чашки равны 0,94 литра. Мы приготовим калибровочную соляную смесь с TDS около 2600 мг/л, потому что это уровень, который начинает оказывать неблагоприятное воздействие на скот.

№

Аккуратно насыпьте соль в мерную ложку ¼ чайной ложки и выровняйте ее линейкой. Положите соль в сухую емкость. Установите мерный стакан на ровную поверхность и как можно точнее отмерьте 4 стакана дистиллированной воды; добавить в контейнер.Перемешивайте, пока соль не растворится. Дайте ему постоять около пяти минут, чтобы убедиться, что соль полностью растворилась.

Соленость этой смеси будет около 1,8 грамма на литр, а ЕС может быть от 3200 до 3600 мкСм/см в зависимости от качества поваренной соли. Теперь измените коэффициент преобразования на измерителе ЕС на 0,76 (см. таблицу выше). Установите режим на измерителе EC для измерения TDS. Вставьте зонд в воду и осторожно повращайте.

Показания ЕС-метра должны быть в пределах от 2400 до 2700 мг/л. Если счетчик показывает части на тысячу (ppt), он должен показывать от 2,4 до 2,7. Готовьте новую смесь каждый раз, когда проверяете точность измерителя ЕС.

Обратите внимание на диаграмму, что коэффициент преобразования не сильно меняется выше 2700 мг/л, поэтому откалиброванный измеритель EC теперь будет давать надежные показания для концентраций природной воды, превышающих 2700 мг/л (ppm).

Полевые испытания

После того, как ваш измеритель откалиброван, вы готовы начать тестирование.

Соберите образец в проблемной зоне, например, в зоне, где поит домашний скот.
Соберите образец в чистый пластиковый или стеклянный контейнер, чтобы получить репрезентативный образец водяного столба.
Промойте контейнер несколько раз отбираемой водой.
Наполните контейнер, убедившись, что вода собирается как из глубины, так и с поверхности.
Проверка воды с помощью измерителя EC или TDS.
Отправьте образец на лабораторный анализ, если EC больше 6000 или TDS больше 4500 ppm.
При подаче образца следуйте «Руководству NDSU Extension по тестированию воды для домашнего скота».См. https://tinyurl.com/WaterQualityTesting-NDSU для получения дополнительной информации.

Для получения дополнительной информации по этой и другим темам посетите сайт www.ag.ndsu.edu.

Характеристика воды и почвы – рН и электропроводность

Автор Моника З. Брукнер, Университет штата Монтана, Бозман

Что такое pH и электропроводность?

Шахта Дэвис изначально использовалась для добычи пирита. Воды выходящего ручья кислые и богаты соединениями железа, которые затем используются различными бактериями, производящими окисленные соединения железа типичного оранжево-коричневого цвета.Изображение сайта было предоставлено Кристин Баррето с веб-сайта микроскопа.

Часто бывает полезно охарактеризовать окружающую среду, например водоем, путем измерения его pH и электропроводности (EC). pH является мерой кислотности воды или почвы на основе концентрации ионов водорода и математически определяется как отрицательный логарифм концентрации ионов водорода, или

pH = -log[H ⁺ ], где скобки вокруг H ⁺ символизируют «концентрацию»

pH материала колеблется по логарифмической шкале от 1 до 14, где pH 1-6 соответствует кислой среде, pH 7 — нейтральной, а pH 8-14 — щелочной. Более низкое значение pH соответствует более высокому [H ⁺], тогда как более высокое значение pH связано с более низким [H ⁺].

Электропроводность (EC) — это измерение растворенного вещества в водном растворе, которое относится к способности материала проводить через него электрический ток. Электропроводность измеряется в единицах, называемых сейменами на единицу площади (например, мСм/см или миллисименс на сантиметр), и чем выше растворенный материал в образце воды или почвы, тем выше будет электропроводность этого материала.

Как измеряют pH и электропроводность?

Измеритель и зонд или лакмусовая бумажка могут использоваться для измерения pH образца. Более точным, но дорогим из этих методов является измеритель и зонд. pH-метры калибруются с использованием специальных растворов или буферов с известным значением pH. Протоколы калибровки можно найти в инструкциях производителя, но можно найти и упрощенный протокол.

Использование лакмусовой или рН-бумаги является более простым и менее дорогим способом измерения рН.В этом методе используются специальные полоски бумаги, которые меняют цвет в зависимости от pH раствора пробы. Полоски поставляются с различными разрешениями, от простого сравнения кислот и оснований до узкого разрешения значений pH. Эти полоски бумаги могут измерять разницу рН 0,2-0,3 в образце. Лакмусовая бумажка меняет цвет в зависимости от того, является раствор пробы кислотным или щелочным, становясь красной или синей соответственно. Полоски pH указывают pH образца, также изменяя цвет; эти цвета указаны на упаковке и различаются для разных диапазонов рН и производителей.

Электропроводность также можно измерить с помощью измерителя и зонда. Зонд состоит из двух металлических электродов, расположенных на расстоянии 1 см друг от друга (таким образом, единицей измерения является микросименс или миллисименс на сантиметр ). На электроды подается постоянное напряжение, в результате чего через водный образец протекает электрический ток. Поскольку ток, протекающий через воду, пропорционален концентрации растворенных в воде ионов, можно измерить электрическую проводимость.Чем выше концентрация растворенных солей/ионов, тем более электропроводный образец и, следовательно, тем выше показания электропроводности.

How To – Protocols and Concerns for pH and EC Measurements

Ниже приведены общие протоколы измерения pH и EC. Следует следовать инструкциям и рекомендациям производителя, если таковые имеются.

Эти полоски pH могут измерять pH в ряде диапазонов, помещая образец на полоску и сравнивая изменение его цвета с цветами на коробке, которые соответствуют определенному pH.Полоса слева измеряет pH 0-7 и показывает результаты образца сильной кислоты; центральная полоса соответствует диапазону pH 5-10 и показывает результаты образца буферного раствора 6,97; полоска справа измеряет широкий диапазон (рН 1-14) и показывает результаты образца 10% раствора хлорной извести. Это изображение можно увеличить, нажав на него. Фото Моники Брукнер.

Измерение pH с помощью лакмусовой бумаги или pH-полосок:

Поместите каплю образца на бумагу — убедитесь, что вы капаете или выливаете образец на бумагу, а не погружаете бумагу в образец, так как последний может загрязнить образец.
Обратите внимание на изменение цвета бумаги. При использовании лакмусовой бумаги бумага станет красной или розовой, если образец кислый, а синяя бумага указывает на щелочной образец. При использовании рН-полосок цвета, соответствующие значениям рН, должны быть указаны на упаковке.

Измерение pH жидкости с помощью pH-метра и зонда:

Включите рН-метр и откалибруйте датчик, используя два стандартных раствора (рекомендуются буферы с рН 4, 7 и 10, в зависимости от измеряемого диапазона).Процедуры калибровки различаются в зависимости от прибора, поэтому настоятельно рекомендуется следовать инструкциям производителя. ОБЯЗАТЕЛЬНО ОБЯЗАТЕЛЬНО ПРОМЫВАЙТЕ ДАТЧИК МЕЖДУ БУФЕРАМИ, ИСПОЛЬЗУЯ ДЕИОНИЗИРОВАННУЮ ВОДУ, И ТЩАТЕЛЬНО ПРОДУВАЙТЕ ДАТЧИК НА СУХУ С ПОМОЩЬЮ KIM WIPE. pH-метры следует калибровать перед каждым использованием (перед каждой серией образцов, а не между каждым образцом) или при измерении pH в большом диапазоне.
Проверьте калибровку, измерив pH стандартных растворов в режиме измерения, а не в режиме калибровки.
Соберите пробу воды в стеклянный или пластиковый контейнер. Наберите достаточно, чтобы кончик зонда можно было погрузить в образец; либо промойте зонд деионизированной водой (и промокните насухо) или образцом перед помещением зонда в сосуд для сбора.
Погрузите зонд в образец и подождите, пока показания рН-метра не стабилизируются. Многие измерители имеют автоматическую коррекцию температуры (ATC), которая вычисляет pH с учетом температуры. Если в вашем измерителе нет этой функции, вам может потребоваться отрегулировать ручку на измерителе, чтобы скорректировать pH в зависимости от температуры. Запишите измерение, когда показания pH стабилизируются.

Измерение электропроводности жидкого образца с помощью измерителя и зонда:

Эти три измерителя и зонды могут измерять pH (слева) и электрическую проводимость (в центре и справа). Изображение можно увеличить, если нажать на него. Фото Моники Брукнер.

Включите измеритель электропроводности и откалибруйте датчик, используя стандартный раствор с известной электропроводностью (выберите стандарт, близкий к тому, что, по вашему мнению, представляет собой образец).Процедуры калибровки различаются в зависимости от прибора, поэтому настоятельно рекомендуется следовать инструкциям производителя. ОБЯЗАТЕЛЬНО ОБЯЗАТЕЛЬНО ПРОМЫВАЙТЕ ДАТЧИК ДО И ПОСЛЕ КАЛИБРОВКИ, ИСПОЛЬЗУЯ ДЕИОНИЗИРОВАННУЮ ВОДУ, И ТЩАТЕЛЬНО ПРОДУВАЙТЕ ДАТЧИК НА СУХОЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ KIM WIPE. Измерители ЕС следует калибровать перед каждым использованием (перед каждой серией образцов, а не между каждым образцом) или при измерении большого диапазона значений ЕС.
Проверьте калибровку, измерив ЕС стандартных растворов в режиме измерения, а не в режиме калибровки.
Соберите пробу воды в стеклянный или пластиковый контейнер. Наберите достаточно, чтобы кончик зонда можно было погрузить в образец; либо промойте зонд деионизированной водой (и промокните насухо) или образцом перед помещением зонда в сосуд для сбора.
Погрузите зонд в образец и подождите, пока показания ЕС на измерителе не стабилизируются. Многие измерители имеют автоматическую температурную коррекцию (ATC), которая вычисляет ЕС с учетом температуры. Если ваш измеритель не имеет этой функции, вам может потребоваться отрегулировать ручку на измерителе, чтобы скорректировать ЕС в зависимости от температуры.Запишите измерение, когда показания EC стабилизируются.

Измерение рН почвы:

рН почвы можно измерить с помощью рН-метра (обычно смешивая образец почвы с водой или раствором соли) или путем добавления в почву красителя и наблюдения за изменением цвета, которое можно сравнить с таблицей для определения рН. Последний способ можно осуществить с помощью набора, содержащего необходимые химические вещества. Для получения дополнительной информации об измерении рН почвы и о том, почему рН почвы имеет значение, посетите веб-сайт pH почвы NRCS.

Измерение почвы ЕС:

Электропроводность почвы можно измерить с помощью электродов, вставленных непосредственно в землю, или путем извлечения почвенной воды с помощью лизиметра (прибор, который использует всасывание для извлечения почвы или грунтовых вод из земли. Электропроводность грунтовых вод также можно измерить с помощью зонда, вставленного в колодец (перфорированная трубка, вставленная в землю, которая может измерять высоту грунтовых вод) или пьезометр (трубка, открытая только снизу, которая измеряет водный потенциал на глубине, где расположено отверстие).В электродном методе используется специальный набор датчиков, два из которых посылают электрический ток через почву, а два из них измеряют падение напряжения. Для измерения ЕС почвенной воды вода берется из лизиметра, колодца или пьезометра и измеряется. В качестве альтернативы зонд, прикрепленный к измерителю, можно опустить в скважину или пьезометр, и таким образом можно измерить электропроводность жидкости.

Анализ результатов

Измерения pH и EC могут сильно различаться и зависят от нескольких факторов окружающей среды, включая климат, местную биоту (растения и животные), коренные породы и поверхностную геологию, а также воздействие человека на землю.Общие значения pH и EC для конкретных сред можно найти в литературе, например, в рецензируемых журнальных статьях или учебниках. Как правило, значения pH от 1 до 6 считаются кислыми, 7 — нейтральными, а 8-14 — щелочными. Относительно разбавленные воды, такие как дистиллированная вода или талая ледниковая вода, имеют низкую электрическую проводимость, в диапазоне от нуля до диапазона микросейменов, тогда как ручьи и озера умеренного пояса, особенно со значительным вкладом подземных вод, обычно имеют более высокую электрическую проводимость.

Связанные ссылки

LakeAccess.org Информация об электропроводности (ссылка вниз) — на этом сайте представлена общая информация об электропроводности, в том числе о том, что это такое, что влияет на электропроводность и как ее измеряют.
LakeAccess.org Информация о рН (ссылка вниз) — на этом сайте представлена общая информация о рН, в том числе о том, что это такое, что влияет на рН и как он измеряется.
Протокол рН Вашингтонского университета — на этом сайте Вашингтонского университета представлен протокол измерения рН.
Измерения таксономии почвы NRCS — на этом веб-сайте NRCS представлена информация об измерении рН почвы.

Преподавательская деятельность

Измерение pH в жидких образцах и Измерение pH в образцах почвы — эти мероприятия от GLOBE.gov обеспечивают лабораторные работы по измерению pH в образцах почвы и жидкости соответственно.
Ресурсы для обучения учителей Waterwatch — на этом веб-сайте представлена разнообразная информация и ссылки на дополнительную информацию, включая учебные материалы, компакт-диски и онлайн-ресурсы, руководства Waterwatch, оборудование, информационные бюллетени и видеоролики.
«Изменения в проводимости». Руководство для учителя. Это руководство для учителя в формате PDF от UIUC содержит лабораторную работу (с справочной информацией), включающую измерение электропроводности пресноводных систем. Занятие предназначено для 10-12 классов.
Лабораторные методы полевых методов — этот ресурс Техасского университета в Далласе предоставляет ряд лабораторных мероприятий/протоколов, которые включают измерение различных параметров, таких как температура воды, pH, электропроводность, растворенный кислород и мутность.

Электропроводность | Encyclopedia.com

История

Материалы

Металлы

Полупроводники

Неомические проводники

Ресурсы

Проводимость — это способность материальной среды пропускать заряженные частицы или тепловую энергию. Теплопроводность — это способность материала передавать тепловую энергию, а электропроводность — его способность пропускать ток (движение заряженных частиц, чаще всего электронов).Вместе они являются наиболее значительными примерами более широкой классификации явлений, известных как процессы переноса. В металлах электропроводность и теплопроводность связаны, поскольку оба связаны с аспектами движения электронов.

Первые исследования электропроводности металлов проводились в восемнадцатом и начале девятнадцатого веков. Бенджамин Франклин (1706–1790) в своих экспериментах с молнией (приведших к его изобретению громоотвода) пришел к выводу, что заряд будет перемещаться по металлическому стержню.Алессандро Вольта (1745–1827) вывел понятие электрического потенциала из своих исследований статического электричества, а затем открыл принцип работы батареи в своих экспериментах с разнородными металлами, находящимися в обычном контакте с влагой. Как только батареи стали доступны для контакта с металлами, стали производиться и изучаться электрические токи. Георг Симон Ом (1787–1854) нашел прямую зависимость между током и разностью потенциалов, которая стала мерой способности различных металлов проводить электричество.Обширные теоретические исследования токов провел Андре Мари Ампер (1775–1836).

В честь этих ученых в Международной системе единиц (SI) используются их имена. Единицей разности потенциалов является вольт, а разность потенциалов чаще называют напряжением. Единицей электрического сопротивления является ом, а единицей тока — ампер. Связь между этими функциями известна как закон Ома.

Франклин запомнился своей неудачной ошибкой. Он постулировал, что в явлениях, известных в его дни, существует только один тип электричества, а не два, как думали другие.Одну форму статического электрического заряда он произвольно назвал положительным, а противоположный заряд приписал отсутствию положительного. Все последующие исследования продолжали установленную им условность. В конце девятнадцатого века, когда достижения как в электрических, так и в вакуумных технологиях привели к открытию катодных лучей, потоков частиц, исходящих от отрицательного электрода в вакуумной трубке, сэр Джозеф Джон Томсон (1856–1940) определил эти частицы как обычные для все металлы используются в качестве катодов и заряжены отрицательно. Историческая концепция положительного тока, выходящего из анода, математически непротиворечива и не приводит к аналитическим ошибкам, поэтому условность сохраняется, но понимается как удобство.

Электропроводность может иметь место в различных веществах. Наиболее известными проводящими веществами являются металлы, у многих из которых внешние электроны атомов могут легко перемещаться в межатомных пространствах. Другие проводящие материалы включают полупроводники, электролиты и ионизированные газы, которые обсуждаются далее в этой статье.

Металлы — это прежде всего элементы, характеризующиеся атомами, у которых на самой внешней орбитальной оболочке мало электронов. Наивысшая проводимость наблюдается у металлов, в которых только один электрон занимает состояние на самой внешней оболочке. Серебро, медь и золото являются примерами металлов с высокой проводимостью. Металлы находятся в основном в левой части периодической таблицы элементов и в переходных столбцах. Электроны, вносящие вклад в их проводимость, также являются электронами, определяющими их химическую валентность в образующихся соединениях. Некоторые металлические проводники представляют собой сплавы двух или более металлических элементов, таких как сталь, латунь, бронза и олово.

Кусок металла представляет собой блок металлических атомов. В отдельных атомах валентные электроны слабо связаны со своими ядрами. В блоке при комнатной температуре эти электроны обладают достаточной кинетической энергией, чтобы позволить им отойти от своих первоначальных местоположений. Однако этой энергии недостаточно, чтобы полностью удалить их из блока из-за потенциальной энергии поверхности, самого внешнего слоя атомов.Таким образом, в своих местах атомы ионизируются, то есть остаются с чистым положительным зарядом, и называются ионными ядрами. В целом металл электрически нейтрален, так как заряды электронов и ионных остовов равны и противоположны. Электроны проводимости связаны с блоком в целом, а не с ядрами.

Эти электроны движутся как облако через пространства, разделяющие ионные ядра. Их движение хаотично, имеет некоторое сходство с молекулами газа, особенно рассеяние, но природа рассеяния иная. Электроны не подчиняются классическим газовым законам; их движение в деталях должно быть проанализировано квантово-механически. Однако большая часть информации о проводимости может быть понята классически.

Конкретный образец металла может иметь удобную правильную форму, такую как цилиндр (проволока) или призма (стержень). Когда батарея подключена к концам провода, электрохимическая энергия батареи создает разность потенциалов или напряжение между концами. Эта разность электрических потенциалов аналогична холму в гравитационной системе.Затем заряженные частицы будут двигаться в направлении, аналогичном нисходящему. В металле доступные электроны будут двигаться к положительной клемме или аноду батареи. Когда они достигают анода, батарея впрыскивает электроны в провод в равных количествах, тем самым сохраняя провод электрически нейтральным. Эта циркуляция заряженных частиц называется током, а замкнутый путь называется цепью. Аккумулятор действует как электрический аналог насоса. В отличие от гравитационной аналогии, в которой объекты могут падать и приземляться, перенос заряженных частиц требует замкнутого контура.

Ток определяется с точки зрения переноса заряда:

I = q/t

где I — ток, q — заряд, t — время. Таким образом, q/t — это скорость переноса заряда по проводу. В металле, пока его температура остается постоянной, ток прямо пропорционален напряжению. Эта прямая пропорция в математических терминах называется линейной, потому что ее можно описать простым линейным алгебраическим уравнением:

I=GV

не зависит от V и остается постоянным при постоянной температуре.Это уравнение является одной из форм закона Ома, принципа, применимого только к материалам с линейной электропроводностью. В свою очередь, такие материалы называются омиками.

Более известная форма закона Ома:

I = V/R

, где R равно 1/G и называется сопротивлением.

Концептуально идея сопротивления прохождению тока в историческом развитии предшествовала идее переноса заряда.

Сравнение разности электрических потенциалов с холмом в гравитационных системах приводит к идее градиента или уклона.Скорость изменения напряжения по длине провода, измеренная относительно любого конца, называется электрическим полем:

E = –(В/л)

Поле E прямо пропорционально V и обратно L в линейном или омическом проводнике. Это поле совпадает с электростатическим полем, определенным в статье по электростатике. Знак минус связан с необходимостью отрицательного градиента для обозначения «спуска». Электрическое поле в этом описании концептуально аналогично гравитационному полю у поверхности Земли.

Экспериментальные измерения тока и напряжения в металлических проводах различных размеров при постоянной температуре показывают, что сопротивление увеличивается прямо пропорционально длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения. Эти вариации позволяют рассматривать сам металл отдельно от размеров образца. Использование константы пропорциональности для свойства материала дает соотношение:

R = ρ(L/A)

, где ρ называется удельным сопротивлением металла. При инвертировании этого уравнения на первое место ставится проводимость, а не сопротивление:

G = ζ(A/L)

, где ζ — проводимость, величина, обратная (1/ρ) удельного сопротивления.

Этот анализ может быть расширен заменой эквивалентных выражений:

G = I/V

ζ(A/L) = I/EL

ζ = I/AE

Введение понятия плотности тока или тока расход на единицу площади поперечного сечения:

J = I/A

дает выражение, свободное от всех внешних измерений, необходимых для его фактического расчета:

ζ = J/E

Это уравнение называется полевой формой уравнения Ома. закона, и является первым из двух физических определений проводимости, а не математическим.

Природа проводимости в металлах может быть изучена более глубоко, если рассматривать электроны в объеме металла. Такой подход называется микроскопическим, в отличие от макроскопических свойств металлического образца. Под влиянием внутреннего электрического поля в материале электронное облако будет дрейфовать к аноду батареи. Этот дрейф очень медленный по сравнению со случайными тепловыми движениями отдельных электронов. Облако можно охарактеризовать концентрацией электронов, определяемой как общее количество электронов в единице объема:

n = N/U

, где n — концентрация, N — общее количество, а U — объем металла (здесь используется U для объема вместо V, который в качестве алгебраического символа зарезервирован для напряжения).Тогда общий дрейфующий заряд равен:

q = Ne = nUe

, где e — заряд каждого электрона.

N слишком велико для перечисления; однако, если в первом приближении считать, что каждый атом вносит в облако один валентный электрон, число атомов можно оценить по объему образца, плотности металла и атомной массе. Вычисленное таким образом значение n не совсем точно даже для одновалентного металла, но по порядку величины согласуется. (Поправки носят квантово-механический характер; для металлов более высокой валентности и сплавов требуются более сложные квантовые поправки. ) Средняя скорость дрейфа облака — это отношение длины проволоки к среднему времени, необходимому электрону для прохождения этой длины. Алгебраические замены, подобные показанным ранее, покажут, что плотность тока пропорциональна дрейфовой скорости:

J = nev _d

Дрейфовая скорость накладывается на тепловое движение электронов. Эта комбинация движений, при которой электроны отскакивают от металла, приводит к микроскопическому описанию электрического сопротивления, которое включает в себя идею предела поступательного движения.Предел выражается термином подвижность:

, так что подвижность, отношение скорости дрейфа к электрическому полю, является конечной и характерной для конкретного металла.

Объединение этих двух последних уравнений дает второе физическое определение проводимости:

ζ = J/E = nev _d /E = neu

Движение электронов между вибрирующими ионными ядрами можно проанализировать с помощью второго закона Ньютона. , в котором говорится, что результирующая сила, действующая на массу, создает ускорение:

F = ma

Ускорение, в свою очередь, приводит к увеличению скорости.Если бы не было противодействия движению электрона в пространстве между ионными ядрами, подключение батареи к концам провода произвело бы ток, увеличивающийся со временем пропорционально такому увеличению скорости. Эксперимент показывает, что ток стабилен, так что результирующего ускорения нет.

Однако батарея создает электрическое поле в проводе, которое, в свою очередь, создает электрическую силу, действующую на каждый электрон:

F = eE

Таким образом, должна существовать равная и противоположная сила, связанная с поведением ионных ядер.Аналогией здесь является воздействие молекул воздуха на объект, падающий в атмосферу, например на каплю дождя. Это жидкостное трение создает силу, пропорциональную скорости, которая достигает предельного значения, когда сила трения становится равной весу. Это устойчивое состояние, для которого результирующая сила равна нулю, соответствует дрейфовой скорости электронов в проводнике. Подобно тому, как капля дождя быстро достигает постоянной скорости падения, электроны в металле гораздо быстрее достигают постоянной скорости дрейфа, проявляющейся в постоянном токе.

До сих пор это обсуждение требовало поддержания постоянной температуры. Для металлов экспериментальные измерения показывают, что проводимость уменьшается с повышением температуры. Исследование показывает, что для металла с фиксированными n и e уменьшение подвижности объясняет это уменьшение проводимости. Для умеренных повышений температуры экспериментальное изменение соответствует линейной зависимости:

ρ = ρ ₀ [1 + α(T – T ₀ )]

Здесь индекс «0» относится к начальным значениям а называется температурным коэффициентом удельного сопротивления.Установлено, что этот коэффициент меняется при больших изменениях температуры.

Для изучения взаимосвязи между температурой и подвижностью электронов в металле необходимо учитывать поведение ионных остовов. Ионные ядра расположены в трехмерной кристаллической решетке. В большинстве распространенных металлов структура кубическая, и транспортные функции не сильно зависят от направления. Тогда металл можно рассматривать как изотропный, то есть не зависящий от направления, и все предыдущие уравнения применяются так, как написано.Для анизотропных материалов ориентационная зависимость переноса в кристаллах приводит к семействам уравнений с наборами коэффициентов направления, заменяющих используемые здесь простые константы.

Температура связана с колебательной кинетической энергией ионных ядер, находящихся в движении относительно своего положения равновесия. Их можно уподобить массам, соединенным между собой пружинами в трех измерениях, причем их связи действуют как пружины. Электроны, пытающиеся двигаться среди них, будут случайным образом отклоняться или рассеиваться этими колебаниями решетки, которые квантуются.Колебательные кванты называются фононами по аналогии с фотонами. Усовершенствованная теория проводимости основана на анализе рассеяния электронов фононами.

С увеличением энергии колебаний при повышении температуры рассеяние увеличивается, так что дрейфовое движение подвергается большему нарушению. Таким образом, для поддержания данного тока потребуется более сильное поле при более высокой температуре.

Если бы ионные ядра определенного металла были идентичными и стационарными в своих точных равновесных узлах решетки, электронное облако могло бы дрейфовать между ними без сопротивления, то есть без сопротивления.Таким образом, можно выделить три фактора сопротивления: (а) колебания решетки, (б) смещение ионного ядра из узлов решетки и (в) химические примеси, которые являются неправильными ионными ядрами. Факторы (а) и (б) зависят от температуры, и посторонние атомы вносят свой вклад в их тепловое движение, а также в их неправильность. Кроме того, места, где отсутствуют ионы или вакансии, также являются неправильными и способствуют рассеянию. Смещения, вакансии и примеси относятся к дефектам решетки.

Прямое распространение теплового поведения вниз к абсолютному нулю температуры предполагает, что сопротивление должно монотонно падать до нуля. Этого не происходит, потому что дефекты решетки остаются неправильными, а колебательная энергия не падает до нуля. Квантовая механика объясняет остаточную энергию нулевой точки. Однако во многих металлах и многих других веществах при температуре, близкой к нулю, наблюдается совершенно новое явление — внезапное падение удельного сопротивления до нуля. Это называется сверхпроводимостью.

Полупроводники — это материалы, у которых проводимость намного ниже, чем у металлов, и она широко варьируется за счет контроля их состава.Теперь известно, что эти вещества являются плохими изоляторами, а не плохими проводниками, с точки зрения их атомной структуры. Хотя некоторые полупроводниковые вещества были идентифицированы и изучены во второй половине девятнадцатого века, их свойства не могли быть объяснены на основе классической физики. Только в середине двадцатого века, когда современные принципы квантовой механики были применены к анализу как металлов, так и полупроводников, теоретические расчеты значений проводимости согласовывались с результатами экспериментальных измерений.

В хорошем изоляторе электроны не могут двигаться, потому что почти все разрешенные орбитальные состояния заняты. Затем необходимо подать энергию, чтобы перевести электрон из крайнего связанного положения в более высокое разрешенное состояние. При этом остается вакансия, в которую может перескочить другой связанный электрон под действием электрического поля. Таким образом, и возбужденный электрон, и его вакансия становятся подвижными. Вакансия действует как положительный заряд, называемый дыркой, и дрейфует в направлении, противоположном электронам.Электроны и дырки обычно называют носителями заряда.

В хороших изоляторах энергия активации носителей заряда высока, и для их наличия требуется соответственно высокая температура. В плохих изоляторах, то есть в полупроводниках, активация происходит при температурах немного выше 80,6°F (27°C). Каждое вещество имеет характеристическое значение.

Существует гораздо больше соединений, чем элементов, которые можно отнести к полупроводникам. Некоторые элементы из столбца IV периодической таблицы имеют ковалентные связи: углерод (C), германий (Ge) и кремний (Si).Для углерода только форма графита является полупроводниковой; алмаз является отличным изолятором. Следующий элемент в этой колонке, олово (Sn), претерпевает переход от полупроводника к металлу при 59°F (15°C), ниже комнатной температуры, что свидетельствует о бесполезно низкой энергии активации. Другие элементы, проявляющие полупроводниковые свойства, находятся в нижней части столбца VI, в частности, селен (Se) и теллур (Te).

Существуют две основные группы соединений с полупроводниковыми свойствами, названные по столбцам таблицы Менделеева, из которых они состоят: III-V, включая, среди прочих, арсенид галлия (GaAs) и антимонид индия (InSb); и II-VI, включая сульфид цинка (ZnS), селениды, теллуриды и некоторые оксиды.Эти соединения во многом имитируют поведение элементов IV столбца. Их химические связи смешанные ковалентные и ионные. Существуют также некоторые органические полупроводниковые соединения, но их анализ выходит за рамки данной статьи.

Полупроводник называется собственным, если его проводимость является результатом равных вкладов его собственных электронов и дырок. Затем уравнение необходимо расширить:

σ = n _e e μ _e + n _h e μ _h

одно и то же числовое значение для электрона (-) и оставленной дырки (+).Подвижности обычно разные. Эти члены добавляются, потому что противоположные заряды движутся в противоположных направлениях, что приводит к паре одинаковых знаков в каждом произведении.

Для применения в устройствах полупроводники редко используются в чистом виде или в собственном составе. В тщательно контролируемых условиях вводятся примеси, которые вносят свой вклад либо в избыток, либо в недостаток электронов. Избыточные электроны нейтрализуют дырки, так что для проводимости доступны только электроны. Полученный материал называется n-типом, где n означает отрицательный носитель.Примером материала n-типа является Si с Sb, элементом столбца IV с примесью столбца V, известной как донор. В материале n-типа атомы доноров остаются фиксированными и положительно ионизированными. Когда примесь столбца III вливается в элемент столбца IV, электроны связываются, а дырки становятся доступными. Этот материал называется p-типом, p для положительного носителя. Примеси колонки III известны как акцепторы; в материале акцепторные атомы остаются фиксированными и отрицательно ионизированными. Примером материала p-типа является Si с Ga.Полупроводники как n-типа, так и p-типа называются внешними.

Тепловая кинетическая энергия — не единственный механизм высвобождения носителей заряда в полупроводниках. Фотоны с энергией, равной энергии активации, могут поглощаться связанным электроном, который в собственном полупроводнике добавляет и себя, и дырку в качестве подвижных носителей. Эти фотоны могут находиться в видимом диапазоне или в ближнем инфракрасном диапазоне, в зависимости от E _G . Во внешних полупроводниках фотоны гораздо более низких энергий могут вносить вклад в пул преобладающего типа носителей при условии, что материал охлаждается до криогенных температур, чтобы уменьшить количество термически активированных носителей. Это поведение известно как фотопроводимость.

Каждая отдельная разновидность полупроводника является омической, с постоянной проводимостью при постоянной температуре. Однако при повышении температуры проводимость очень быстро возрастает. Концентрация доступных носителей изменяется в соответствии с экспоненциальной функцией:

n α exp[—(E _G /kT)]

где E _G — щель или энергия активации, k — постоянная Больцмана (1,38 ← × 10 ²³ джоулей/кельвин), T – абсолютная температура (в градусах Кельвина), а произведение kT – это тепловая энергия, соответствующая температуре T.Увеличение количества доступных носителей заряда перевешивает любое уменьшение подвижности, и это приводит к отрицательному значению a. Действительно, уменьшение сопротивления при повышении температуры является надежным признаком того, что вещество является полупроводником, а не металлом. Графит является примером проводника, который выглядит металлическим во многих отношениях, за исключением отрицательного значения α. Обратное, положительное α, не является таким отчетливым критерием металлической проводимости.

Уровень Ферми, E _F , может быть показан по-разному для собственных, n-типа и p-полупроводников.Однако для материалов, физически связанных, E _F должно быть одинаковым для теплового равновесия. Это следствие законов термодинамики и сохранения энергии. Таким образом, поведение различных переходов, в которых внутренние энергетические уровни смещаются в соответствии с выравниванием уровня Ферми, чрезвычайно важно для полупроводниковых устройств.

Неомическая проводимость характеризуется нелинейными графиками зависимости тока от напряжения. Это происходит в полупроводниковых переходах, растворах электролитов, некоторых ионных твердых телах, не находящихся в растворе, ионизированных газах и электронных лампах.Соответствующие примеры включают полупроводниковые p-n-диоды, аккумуляторные кислотные или щелочные растворы, кристаллы галогенидов щелочных металлов, ионизированные пары ртути в люминесцентных лампах и электронно-лучевые трубки.

Ионная проводимость намного ниже электронной, потому что массы и диаметры ионов делают их гораздо менее подвижными. В то время как ионы могут медленно дрейфовать в газе или жидкости, их движение через пустоты твердой решетки гораздо более ограничено. Тем не менее, благодаря своей тепловой кинетической энергии ионы будут диффундировать через решетку и в присутствии электрического поля будут блуждать к соответствующему электроду.В большинстве случаев в зависимости от примесей будет иметь место как ионная, так и электронная проводимость. Таким образом, для исследования ионной проводимости материал должен быть очень чистым твердым телом.

В газах атомы газа должны быть ионизированы электрическим полем, достаточным для обеспечения энергии ионизации газа в трубке. Для стабильных течений основным параметром является отношение поля к давлению газа, E/P. Электроны, возвращаясь в связанные состояния, создают характерный спектр газа, качественно связанный с цветом, т.е.г., красный для неона, желто-оранжевый для паров натрия или сине-белый для паров ртути.

Основное определение плазмы в физике включает все материальные проводники, омические и неомические. Плазма — это среда, в которой присутствует примерно равное количество противоположных зарядов, так что среда является нейтральной или почти нейтральной. В металле отрицательные электроны отделены от равного числа остовов положительных ионов. В полупроводнике могут быть дырки и электроны (собственные), дырки и ионизированные акцепторы (р-тип) или электроны и ионизированные доноры (n-тип).В растворе электролита и в ионном твердом теле есть положительные и отрицательные ионы. Ионизированный газ содержит электроны и положительные ионы. Небольшое различие между ними может быть сделано в зависимости от того, имеет ли среда одну или две мобильные несущие.

В современном использовании термин плазма обычно относится к очень горячим газам, таким как те, которые используются в токамаке для экспериментов по ядерному синтезу. Высокоэнергетическая плазма обсуждается в статье о термоядерном синтезе как способе получения электроэнергии.

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Решетка — Строение атомов в твердом теле.В проводящем материале ионные ядра составляют решетку.

Разность потенциалов— В проводнике, по которому течет электрический ток, это разность потенциальной энергии на единицу заряда.

Остальной категорией неомической проводимости является электровакуумная лампа, в которой пучок электронов испускается либо из нагретого катода (термоэлектронный), либо из соответствующим образом освещенного катода (фотоэлектрический) и движется через вакуумированное пространство к аноду. Луч при своем прохождении подвергается воздействию электростатических или магнитных полей для контроля.Откачанное пространство нельзя отнести ни к материалу с определимой проводимостью, ни к плазме, поскольку в нем присутствуют только электроны. Однако есть соотношения тока и напряжения, которые необходимо проанализировать. Эти графики, как правило, нелинейны или линейны в ограниченном диапазоне. Но электронные лампы не называются омическими даже в их линейных диапазонах, потому что нет материала, подвергающегося решетчатому поведению, ранее описанному как основа омического сопротивления.

Электрическое сопротивление проводника. Электрическая проводимость

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Электрическая проводимость электролитов — Справочник химика 21

Электрическая проводимость и температура — Энциклопедия по машиностроению XXL

К.Ю.Богданов. §43 учебника ФИЗИКА-10

Электропроводимость (электрическая проводимость) | Физика.

Электричество

Единица электропроводимости

Формула на проводимость в физике

Электрическая проводимость доклад

Физические основы электропроводимости материалов

Что такое электропроводимость в химии

Что такое электропроводимость проводников и какими единицами она измеряется?

24 Электрическая проводимость растворов электролитов

Рекомендуемые файлы

Закон Ома. Электрическое сопротивление. Электрическая проводимость

Электропроводность – обзор

14.1 Введение

Электропроводность – обзор

Электропроводность

Электропроводность — Энергетическое образование

Для дальнейшего чтения

Ссылки

Электропроводность – Элементы и другие материалы

Электропроводность

Электрическая проводимость некоторых распространенных материалов

Электрическая электропроводность элементов относительно серебра

Электропроводность высокоочищенной воды

Удельное электрическое сопротивление

Сопротивление проводника

Удельное сопротивление и проводимость преобразования проводимости

Электрическая проводимость водного Решения

8

7 ZNCL

Использование электричества al Измерители проводимости и общего содержания растворенных твердых частиц для полевых испытаний качества воды — публикации

Приготовление калибровочных смесей из поваренной соли (NaCl) для проверки электропроводности и/или TDS-метров

Полевые испытания

Характеристика воды и почвы – рН и электропроводность

Электропроводность | Encyclopedia.com

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

alexxlab

Вам также может понравиться

Как самостоятельно установить спутниковую антенну мтс: Настройка и установка спутниковой антенны и ТВ МТС самостоятельно

Состав припоя: Припой для пайки: виды, марки, характеристики

Что делать если разбилась бактерицидная лампа: Разбила ультрафиолетовую лампу — BabyPlan

Добавить комментарий Отменить ответ