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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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