2.4. ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ И ДРУГИХ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ НА УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ кратко

Привет, Вы узнаете о том , что такое правило матиссена, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое правило матиссена , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Материаловедение и материалы электронных аппаратов.

Причинами рассеяния электронных волн в металле являются не только тепловые колебания узлов решетки, но и статические дефекты кристаллической структуры, которые также нарушают периодичность потенциального поля кристалла. Рассеяние на статических дефектах не зависит от температуры. Поэтому в области низких температур сопротивление металлов стремится к постоянному значению, называемому остаточным сопротивлением. правило матиссена заключается в том, что полное сопротивление металла есть сумма сопротивления, обусловленного рассеянием электронов на тепловых колебаниях узлов решетки, и остаточного сопротивления, обусловленного рассеянием на статических дефектах структуры:

ρ = ρ_т + ρ_ост .

Исключение составляют сверхпроводящие металлы, в которых сопротивление при достижении определенного низкого значения температуры стремится к нулю.

Наиболее существенный вклад в остаточное сопротивление вносит рассеяние на примесях, которые всегда присутствуют в проводниках в виде загрязнения или в виде легирующих элементов. Любая примесь повышает удельное сопротивление, даже если она обладает проводимостью выше, чем основной металл. Например, введение в медный проводник 0,01 атомной доли примеси серебра вызывает увеличение удельного сопротивления меди на 0,002 мкОм⋅м. Как показывает эксперимент, при малом содержании примеси удельное сопротивление возрастает пропорционально концентрации примесных атомов. Это связано с ограничением длины свободного пробега электрона. В реальном проводнике эта величина определяется выражением:

где и – средние значения длин свободного пробега при рассеянии на тепловых колебаниях решетки и на примесях.

Рассматривая примесный атом в виде сферы с поперечным сечением рассеяния S_п , для длины свободного пробега l_п

запишем:

где N_п – число примесных атомов в единице объема.

Различные примеси по-разному влияют на остаточное сопротивление металлических проводников. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Эффективность примесного рассеяния опре-деляется возмущающим потенциалом в решетке, значение которого тем выше, чем сильнее различаются валентности примесных атомов и металла- основы.

Помимо примесей некоторый вклад в остаточное сопротивление вносят собственные дефекты структуры – вакансии, атомы внедрения, дислокации, границы зерен. Концентрация точечных дефектов экспоненциально возрастает с температурой и может достигать высоких значений вблизи точки плавления. Кроме того, вакансии и междоузельные атомы легко возникают в материале при его облучении частицами высокой энергии. По измеренному значению сопротивления можно судить о степени радиационного повреждения решетки. Таким же образом можно проследить и за восстановлением (отжигом) облученного образца.

Большое влияние на удельное сопротивление металлов и сплавов оказывают искажения, вызываемые напряженным состоянием. Степень этого влияния определяется характером напряжений. Например, при всестороннем сжатии у большинства металлов удельное сопротивление уменьшается. Это объясняется сближением атомов и уменьшением амплитуды тепловых колебаний решетки.

При упругом растяжении и кручении межатомные расстояния увеличиваются. Это сопровождается усилением рассеяния электронов и возрастанием ρ. Влияние упругого растяжения или сжатия при условии пропускания тока вдоль действующей силы учитывается формулой:

где – коэффициент удельного сопротивления по давлению; σ – механическое напряжение в сечении образца.

Знак плюс в выражении соответствует деформации при растяжении, а знак минус – при сжатии. Обычно коэффициент ₌ (1−5)10⁻¹¹Па⁻¹.

Пластическая деформация и наклеп всегда повышают удельное сопротивление металлов и сплавов. Однако это повышение даже при значительном наклепе чистых металлов составляет единицы процентов.

Термическая закалка приводит к повышению ρ, что связано с искажениями решетки, появлением внутренних напряжений. При рекристаллизационном отжиге удельное сопротивление может быть снижено до первоначального значения в результате устранения дефектов и снятия напряжений.

Данная статья про правило матиссена подтверждают значимость применения современных методик для изучения данных проблем. Надеюсь, что теперь ты понял что такое правило матиссена и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Материаловедение и материалы электронных аппаратов