Электропроводность металлов

Металлы обычно определяются как вещества пластичные, с характерным блеском, хорошо проводящие электрический ток и теплоту.

Для электропроводности металлов типичны:

а) низкое значение удельного сопротивления при комнатной температуре (от сотых долей до единиц мкОм∙м);

б) значительный рост сопротивления при повышении температуры, близкий к прямой пропорциональной сопротивление уменьшается до очень малого значения, составляющего для наиболее чистых металлов 10^-5 или даже меньшую долю сопротивления при комнатой температуре.

Электропроводность γ металлов зависит от концентрации свободных электронов n и их подвижности μ

, (4.1)

где e – заряд электрона, m – масса носителей заряда, – среднее время свободного пробега носителей заряда.

Концентрация свободных электронов в металле составляет примерно n ≈ 10²⁸м^-3, т.е. того же порядка, что и число атомов в 1м³. В проводимости принимают участие валентные электроны. Они обобществляются кристаллической решеткой металла при очень низких абсолютных температурах. Другие электроны очень прочно связаны с атомами и не становятся свободными даже при очень высоких температурах. Из этого следует, что концентрация носителей заряда в металлах не зависит от температуры. Среднее время свободного пробега носителей заряда при повышении температуры металлов уменьшается по закону , что объясняется рассеянием их на фононах. Сделанное утверждение не относится к области очень низких температур, при которых основным становится рассеяние на примесях и других дефектах кристаллической решетки. Поскольку электропроводность обратно пропорциональна удельному электрическому сопротивлению вещества γ = 1/ρ, то сопротивление металла R₁ линейно растет с повышением его абсолютной температуры Т₁ по закону

R₁ = R₀ (1+αΔT), (4.2)

где R₀ – сопротивление при некоторой условной температуре T₀ (обычно при 273К), ΔT=(Т₁-Т₀), α – температурный коэффициент сопротивления, показывающий относительное изменение величины сопротивления при изменении температуры на один градус.

, (4.3)

где ΔR=(R₁-R₀).

Коэффициент α для металлов положителен, почти не меняется с температурой и мал по абсолютной величине по сравнению с α для полупроводников. В таблице 4.1 приведены значения температурных коэффициентов сопротивления для некоторых металлов.

Таблица 4.1

Металл	Медь	Вольфрам	Платина	Хром	Никель	Палладий	Серебро
α, К-1 ×10-3	4,3	5,0	3,9	2,4	6,7	3,6	4,1

Стоит отметить, что зависимость (4.2) нельзя экстраполировать до абсолютного нуля температур, при стремлении к которому сопротивление обычных металлов (не сверхпроводников) стремится к некоторой конечной величине, обусловленной наличием примесей и дефектов решетки.