有很大的电阻温度系数-材料物理学-西安石油大学.PDF

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有很大的电阻温度系数-材料物理学-西安石油大学

4 材料的电导性能 主讲许天旱 副教授 西安石油大学材料科学与工程学院 主要内容 电导的物理现象 离子电导 电子电导 金属材料的电导 固体材料的电导 半导体陶瓷的物理效应 超导体 4.1 电导的物理现象 4.1.1 电导率和电阻率 (1)电导率和电阻率 对一截均匀导电体,存在 如下关系: Area i 欧姆定律 Length 欧姆定律微分形式 微分式说明导体中某点的电流密度正比于该点的电 场,比例系数为电导率σ 电场强度E-伏特/厘米; 2 电流密度J-安培/厘米 ; 电阻率ρ -欧姆.厘米; -1 -1 -1 电导率σ-欧姆 .厘米 (西门子.厘米 ) 欧姆定律的微分形式,适用于非均匀导体, 比例系数为电导率σ。σ的量纲为S·m-1 (西门子每米)。 由于电导率σ只与材料的本性有关,而与几何尺寸无关,因 此评定材料的导电性常用电导率σ而不用电阻R。导体的电阻 率ρ (1/ σ )10-2 Ω·m,绝缘体的电阻率ρ (1/ σ )1010 Ω·m,半导体的电阻率ρ (1/ σ )=10-2~1010 Ω·m。 电导率σ的大小反映物质输送电流的能力。 (2)体积电阻与体积电阻率 上式表示了总绝缘电阻、体积电阻、表面电阻的关系 4.1.2 电导的物理特性 (1)载流子 载流子有两种,一种是离子,一种是电 子。对应有两种效应,一种是电解效 应,一种是霍尔效应。 电子包括: 负电子、电子空穴; 离子包括: 正离子、负离子、空位。 ①霍尔效应(重点) 电子电导的特征是具有霍尔效应。 沿试样x轴方向通入电流I(电流密度J ),z轴方向上 x 加一磁场H ,那么在y轴方向上将产生一电场E ,这 z y 种现象称霍尔效应。 红色所示为施加的条件:电流和磁场 蓝色所示为产生的结果:电场 E R J H y H x z J -电流密度; x H -磁场强度; z E -产生的电场强度; y RH -为霍尔系数(又称霍尔常数)。 霍尔效应的起源: 源于磁场中运动电荷所产生的洛仑兹力,导致载流子在磁场 中产生洛仑兹偏转。该力所作用的方向即与电荷运动的方向 垂直,也与磁场方向垂直。 霍尔系数R =μ*ρ,即霍尔系数等于霍尔片材料的电阻率 H ρ与电子迁移率μ的乘积。 (电子迁移率μ是指单位电场强度下的载流 子运动速度。 )  R H  霍尔效应产生的原因: 是电子在磁场作用下产生横向移动的结果。 因电子质量小、运动容易,而离子的质量比电子大得多, 磁场作用力不足以使它产生横向位移, 因而纯离子的电 导不呈现霍尔效应。 霍尔

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