ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ

       
(электрическая проводимость, проводимость), способность тела пропускать электрич. ток под воздействием электрич. поля, а также физ. величина, количественно характеризующая эту способность. Проводники всегда содержат свободные (или квазисвободные) носители заряда — эл-ны, ионы, направленное (упорядоченное) движение к-рых и есть электрич. ток. Э. большинства проводников (металлов, ПП, плазмы) обусловлена наличием в них свободных эл-нов (в плазме небольшой вклад в Э. вносят также ионы). Ионная Э. свойственна электролитам.
Сила электрич. тока I зависит от приложенной к проводнику разности потенциалов U, к-рая определяет напряжённость электрич. поля E внутри проводника. Для изотропного проводника пост. сечения Е= -U/L, где L — длина проводника. Плотность тока j зависит от значения Е в данной точке и в изотропных проводниках совпадает с E по направлению. Эта зависимость выражается Ома законом: j=sE; постоянный (не зависящий от E) коэфф. s и наз. Э. или удельной Э. Величина, обратная о, наз. удельным электрич. сопротивлением: r=1/s. Для проводников разной природы значения s (и r) существенно различны. В общем случае зависимость j от E нелинейна и s зависит от IS; в этом случае вводят дифф. Э. s=dj/dE. Э. измеряют в единицах (Ом•см)-1 или (в СИ) в (Ом•м)-1.
В анизотропных средах, напр. в монокристаллах, а — тензор второго ранга, и Э. для разных направлений в кристалле может быть различной, что приводит к неколлинеарности Е и j.
В зависимости от а все в-ва делятся на проводники: <106 (Ом•м)-1, диэлектрики: s<10-8 (Ом•м)-1 и ПП с промежуточными значениями а. Это деление в значит. мере условно, т. к. Э. меняется в широких пределах при изменении состояния в-ва. Э. зависит от темп-ры, структуры в-ва (агрегатного состояния, дефектов и пр.) и от внеш. воздействий (магн. поля, облучения, напряжённости электрич, поля и т. п.).
Мерой «свободы» носителей заряда в проводнике служит отношение ср. времени свободного пробега (т) к характерному времени столкновения (tст): t/tст->1; чем больше это отношение, тем с большей точностью можно считать ч-цы свободными. Методы молекулярно-кинетич. теории газов позволяют выразить s через концентрацию (n) свободных носителей заряда, их заряд (е) и массу (m) и время свободного пробега:
s=ne2t/m=nem,
где m — подвижность ч-цы (см. ПОДВИЖНОСТЬ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА), равная vcр/E=et/m, vcp — ср. скорость направл. движения (т. н. дрейфовая скорость). Если ток обусловлен i заряж. ч-цами разного сорта, то s=Sinieimi. Подвижность эл-нов (вследствие их малой массы) настолько больше ионной, что ионная Э. существенна только в случае, когда свободные эл-ны практически отсутствуют. Перенос массы под воздействием тока, напротив, связан с движением ионов.
Хар-р зависимости Э. от темп-ры Т различен у разных в-в. У металлов зависимость s(Т) определяется в осн. уменьшением времени свободного пробега эл-нов с ростом темп-ры Т: увеличение темп-ры приводит к возрастанию тепловых колебаний крист. решётки, на к-рых рассеиваются эл-ны, и s уменьшается (на квант. языке говорят о столкновении эл-нов с фононами). При достаточно высоких темп-рах, превышающих Дебая температуру 6д, Э. металлов обратно пропорц. темп-ре: s=1/T; при T<-qД s=7'-5, однако ограничена остаточным сопротивлением (см. МЕТАЛЛЫ). Нек-рые металлы, сплавы и ПП при понижении Т до неск. К переходят в сверхпроводящее состояние с бесконечно большой проводимостью (см. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ). Э. расплавленных металлов того же порядка, что и Э. этих металлов в тв. состоянии.
В ПП s резко возрастает при повышении темп-ры за счёт увеличения числа эл-нов проводимости и положит. носителей заряда — дырок (см. ПОЛУПРОВОДНИКИ). Диэлектрики имеют заметную Э. лишь при очень высоких электрич. напряжениях: при нек-ром (большом) значении Е происходит пробой диэлектриков.
Прохождение тока через частично или полностью ионизов. газы (плазму) обладает своей спецификой (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В ГАЗАХ, ПЛАЗМА); напр., в полностью ионизованной плазме Э. не зависит от плотности и возрастает с ростом темп-ры пропорц. Т3/2, достигая Э. хороших металлов. Об Э. жидкостей (см. ЭЛЕКТРОЛИТЫ, ЭЛЕКТРОЛИЗ).
Отклонение от закона Ома в пост. поле Е наступает, если с ростом Е энергия, приобретаемая ч-цей в этом поле в промежутке между столкновениями, равная еЕl (где l — ср. длина свободного пробега), становится порядка или больше kT. В металлах условию eEl->kT удовлетворить трудно, а в ПП, электролитах и особенно в плазме явления в сильных электрич. полях весьма существенны.
В перем. эл.-магн. поле а зависит от частоты w и от длины волны l электрич. поля (временная и пространств. дисперсии, проявляющиеся при w?t-1, l?l). Характерное св-во хороших проводников в том, что даже при w<-t-1 ток сконцентрирован вблизи поверхности проводника (скин-эффект) .
Измерение Э.— один из важных методов исследования материалов, в частности для металлов и ПП — их чистоты. Кроме того, измерение Э. позволяет выяснить динамику носителей заряда в макроскопич. теле, хар-р их вз-ствия (столкновений) друг с другом и с др. объектами в теле.
Э. металлов и ПП существенно зависит от величины магн. поля, особенно при низких темп-рах (см. ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ

(электрическая проводимость, проводимость) — способность вещества пропускать электрический ток под действием электрич. поля, а также физ. величина, количественно характеризующая эту способность. Э. обусловлена присутствием свободных носителей заряда в твёрдом теле, направленное движение к-рых и есть электрич. ток.

В однородных изотропных проводниках плотность электрического тока j в данной точке связана с напряжённостью электрич. поля в той же точке Ома законом200000589-11.jpg постоянный коэф. пропорциональности а наз. Э. или уд. Э., или проводимостью. Единицей измерения Э. в СИ служит 200000589-12.jpg в физике чаще используется 200000589-13.jpg в системе СГСЭ и в Гаусса системе единиц Э. имеет размерность, обратную времени, и единицей Э. является 200000589-14.jpg

В анизотропных проводниках, напр, в монокристаллах, Э. для разных направлений может быть различной. Это приводит к неколлинеарности векторов 200000589-15.jpgи тензорной связи между ними:200000589-16.jpgЭ. в этом случае описывается тензором второго ранга sik. Тензор Э. удовлетворяет соотношениям Онсагера (см. Онсагера теорема)200000589-17.jpgт. е. является симметричным [при наличии магн. поля 200000589-18.jpgэти соотношения принимают вид:200000589-19.jpgт. е. симметричность тензора Э. нарушается].

Вблизи состояния термодинамич. равновесия гл. значения тензора Э.200000589-20.jpgположительны, что является следствием закона возрастания энтропии (см. Второе начало термодинамики). В общем случае зависимость 200000589-21.jpg нелинейна, т. к.200000589-22.jpgзависит от 200000589-23.jpgв этом случае вводят понятие диффе-ренц. Э.200000589-24.jpg (в случае анизотропного проводника 200000589-25.jpg ). В сильно неравновесных условиях (сильное электрич. поле, интенсивное освещение) дифференц. Э. в нек-рой области электрич. полей может стать отрицательной (см. Отрицательное дифференциальное сопротивление). Теоретич. анализ показывает, что в нек-рых особых неравновесных ситуациях возможна отрицат. полная Э. 200000589-26.jpg (это означает, что векторы электрич. поля и плотности тока антипараллельны, т. е. ток течёт навстречу полю).

В случае диспергирующей среды связь между 200000589-27.jpg не имеет указанного выше простого вида, а носит нелокальный характер: значение плотности тока в данной точке 200000589-28.jpg в момент времени t определяется не одним лишь значением 200000589-29.jpgа значениями 200000589-30.jpgво всех точках проводника во все предшествующие t моменты времени и описывается интегральным соотношением. Если проводящая среда линейна (её свойства не зависят от напряжённости электрич. поля), стационарна (свойства не зависят явно от времени) и пространственно однородна, то существует простая связь между пространственно-временными фурье-образа-ми ф-ций 200000589-31.jpg


200000589-32.jpg


В таком случае говорят об Э., зависящей от частоты 200000589-33.jpg (временная дисперсия) и волнового вектора 200000589-34.jpg (пространственная дисперсия). Величина 200000589-35.jpg в общем случае комплексна, её действительная и мнимая части связаны дисперсионными соотношениями, аналогичными Крамерса Кронига соотношениям. Э. связывается с корреляционными функциями токов Кубо формулами.

Э. связана с подвижностью носителей заряда ц соотношением 200000589-36.jpg где q— заряд носителя, пконцентрация носителей. В случае, когда Э. осуществляется неск. сортами носителей, характеризующимися зарядами 200000589-37.jpgпо-движностями 200000589-38.jpgи концентрациями 200000589-39.jpgполная Э. равна сумме парциальных Э.:


200000589-40.jpg

Физ. механизм, величина и температурная зависимость Э. лежат в основе классификации твёрдых тел на диэлектрики, полупроводники и металлы. Диэлектрики в равновесном состоянии характеризуются отсутствием свободных электронов, Э. в них осуществляется посредством перескоков собств. или примесных ионов между соседними узлами кристаллич. решётки или междоузлиями и носит активац. характер, экспоненциально возрастая при повышении темп-ры по закону

22222000-1.jpg

где Е,— энергия активации Э.; коэф. ст с зависит от темп-ры, но значительно слабее, чем экспоненц. множитель. Э. диэлектриков варьирует в диапазоне от 1(Г 18 до 10"8 Ом"1 -см"1 при комнатной темп-ре. В сильных элек-трич. полях Э. диэлектриков сильно возрастает.

В полупроводниках Э. осуществляется движением электронов проводимости и дырок (см. Зонная теория), подвижность к-рых на много порядков превышает подвижность ионов. В соответствии с этим Э. у полупроводников намного больше, чем у диэлектриков; она составляет при комнатной темп-ре 10~7—103 Ом"1 -см"1 и сильно зависит от хим. состава и наличия примесей. Температурная зависимость Э. полупроводников определяется в осн. быстрым повышением концентрации электронов и дырок с ростом темп-ры, описываемым экспоненц. законом (2); подвижность при этом также меняется, но обычно значительно медленнее, по степенному закону. В неупорядоченных полупроводниках возможна также прыжковая проводимость. Э. полупроводников сильно зависит от внеш. воздействий (магн. поля, освещения, ионизирующего облучения, давления и др.).

Металлы характеризуются высокой (сравнимой с числом атомов в единице объёма) концентрацией носителей заряда, с чем связана их высокая Э. (104—106 Ом"1 -см"1 при комнатной темп-ре). Концентрация носителей в металлах отлична от нуля даже при абс. нуле, температурная зависимость Э. обусловлена изменением (увеличением) длины свободного пробега (и, следовательно, подвижности) носителей при понижении темп-ры. При низких темп-pax Э. многих металлов и сплавов становится бесконечной (см. Сверхпроводимость). Э. металла связана с его теплопроводностью Видемана—Франца законом. Величина Э. определяет глубину проникновения эл.-магн. поля в проводник (см. Скин-эффект )и время релаксации объёмного заряда.

Существует ряд явлений, родственных Э., в к-рых перенос носителей заряда осуществляется не электрич. полем, а градиентом темп-ры (см. Термоэлектрические явления), звуковыми волнами (см. Акустоэлектрический эффект), световым излучением (см. Увлечение электронов фотонами )и т. п. Э. жидкостей, газов и плазмы обладает рядом особенностей, отличающих её от Э. твёрдых тел (см. Электрические разряды в газах, Электрический пробой, Электролиз). Э. М. Эпштейн.


Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Синонимы:

Смотреть что такое "ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ" в других словарях:

  • электропроводность — электропроводность …   Орфографический словарь-справочник

  • ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ — (s), Величина, характеризующая способность веществ проводить электрический ток. Определяется наличием в них подвижных заряженных частиц (носителей заряда) электронов, ионов и др. Измеряется в (Ом?м) 1. Величина 1/s называется удельным… …   Современная энциклопедия

  • Электропроводность — (s), величина, характеризующая способность веществ проводить электрический ток. Определяется наличием в них подвижных заряженных частиц (носителей заряда) электронов, ионов и др. Измеряется в (Ом´м) 1. Величина 1/s называется удельным… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ — (проводимость) способность веществ проводить электрический ток, обусловленная наличием в них подвижных заряженных частиц (носителей заряда) электроионов, ионов и др., а также физическая Величина (v), количественно характеризующая эту способность …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ — ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ, электропроводности, мн. нет, жен. (физ.). Способность проводить, пропускать электричество. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ — ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ, и, ж. Способность тела проводить электрический ток. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

  • электропроводность — сущ., кол во синонимов: 1 • проводность (2) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ — свойство вещества переносить электрические заряды (в г. п., м лах) под действием внешнего электрического поля. Удельная Э. величина, обратная сопротивлению электрическому удельному. Единицей измерения удельной Э. в СГС служит Мом/см; в СИ… …   Геологическая энциклопедия

  • Электропроводность — свойство вещества проводить под действием не изменяющегося во времени электрического поля не изменяющийся во времени электрический ток... Источник: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА . ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ. ГОСТ Р 52002 2003 (утв. Постановлением… …   Официальная терминология

  • ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ — ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ, способность проводить электричество. По своей способности проводить электрический ток все тела делятся на две группы проводники первого и второго рода. Проводники 1 го рода, представленные металлами и потому называемые также… …   Большая медицинская энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»