Свойства и количественные параметры проводников

ПРОВОДНИКИ

Материалы с высокой проводимостью.

К ним относятся медь, алюминий, никель, серебро и золото. Основные параметры этих материалов приведены в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1

Материалы с высоким удельным сопротивлением

К материалам данной группы относятся сплавы на основе меди - манганин, константан; на основе тройных сплавов Fe -Cr -Ac –фехраль и хромаль, а  на основе Ni -Cr -Fe -нихром. Они предназначены для изготовления резисторов, электронагревательных приборов, нитей ламп накаливания и т.д.

Основными параметрами этих материалов являются удельное сопротивление и его температурный коэффициент, а также предельная температура (Т пред), при которой электронагревательный элемент может длительно работать на воздухе без изменения своих свойств. Количественные параметры  наиболее употребляемых материалов приведены в табл.2.2.

Манганин выпускается в виде проволоки диаметром от 0,02 до 1 мм и применяется для изготовления проволочных сопротивлений и в электроизмерительной технике. Достоинство его - слабая зависимость сопротивления от температуры, что необходимо для обеспечения постоянства сопротивления в электроизмерительных устройствах. Кроме того, манганин имеет малое значение термо-э.д.с. в контакте с медью, благодаря чему снижается погрешность при точных измерениях. Манганиновая проволока выпускается также с эмалевой и шелковой изоляцией и применяется для изготовления образцовых сопротивлений.

Константан обладает весьма малой величиной температурного коэффициента сопротивления, часто принимаемой равной нулю. Однако в паре с медью он создает большую термо-э.д.с, что не позволяет использовать его в точных сопротивлениях и электроизмерительных приборах. Константановая проволока используется для изготовления реостатов и термопар. Образование на поверхности проволоки под действием температуры сплошной оксидной пленки позволяет использовать ее в качестве естественной изоляции между витками в реостатах.

Константановая проволока выпускается также с эмалевой, эмалево-шелковой и эмалево-хлопчатобумажной изоляцией.

Нихром и фехраль являются жаростойкими материалами, применяемыми в электронагревательных приборах и печах, где необходима длительная работа при температурах от 800 до 1200 °С, что обеспечивается стойкостью к окислению при высоких температурах. В процессе работы на поверхности проволоки или ленты образуется плотная защитная оксидная  пленка, предохраняющая материал от дальнейшего окисления и разрушения. Для повышения длительности работы электронагревательных элементов жаростойкий материал помещают в трубку из металла, стойкого к окислению, и заполняют промежуток между проволокой и трубкой диэлектриком с высокой теплопроводностью (MgO). За счет дополнительной протяжки трубки ее внешний диаметр уменьшается, а диэлектрик уплотняется, образуя прочную изоляцию проводника высокого сопротивления. Таким методом изготавливают теплонагревательные элементы печей, элементы бытовых приборов (утюгов, кипятильников).

Таблица 2.2

Резистивные материалы

Для изготовления как дискретных, так и интегральных резисторов применяется достаточно широкий круг материалов. Обычно их используют в пленочном исполнении. Для этой цели применяют пленки  тугоплавких металлов (Та, С r, Re); высокорезистивные сплавы (манганин, константен, нихром); кремнийсодержащие сплавы (С r + Ni + Si, Cr + Fe + Si) типа PC (резистивный сплав); многокомпонентные сплавы (Fe, Сr, Ni, Al, W, Si) типа МЛТ; двухкомпонентные сплавы и химические соединения (Si - Сr, Si - Mo); оксиды металлов (Sn О 2); керметы - смеси порошков металлов (Cr, Ni, Fe) и оксидов (SiO 2, TiO 2), являющих диэлектрической связкой частиц проводящего материала; композиционные смеси на основе серебра, палладия и их оксидов с органической или неорганической диэлектрической связкой; резистивные материалы на основе углерода и его модификаций.

Благодаря широкой номенклатуре и разнообразию свойств существующие резистивные материалы обеспечивают получение различных типов резисторов нужных номиналов с заданной точностью.

 

Металлические сплавы

Металлическим сплаво м называется материал, полученный сплавлением двух или более металлов или металлов с неметаллами, обладающий металлическими свойствами.

Вещества, которые образуют сплав называются компонентами.

Фазой называют однородную часть сплава, характеризующуюся определенными составом и строением и отделенную от других частей сплава поверхностью раздела.

Под структурой понимают форму размер и характер взаимного расположения фаз в металлах и сплавах.

Структурными составляющими называют обособленные части сплава, имеющие одинаковое строение с присущими им характерными особенностями.

Виды сплавов но структуре

По характеру взаимодействия компонентов все сплавы подразделяются на три основных типа: механические смеси, химические соединения и твердые растворы.

Механическая смесь двух компонентов А и В образуется, если они не способны к взаимодействию или взаимному растворению. Каждый компонент при этом кристаллизуется в свою кристаллическую решетку.

Структура механических смесей неоднородная, состоящая из отдельных зерен компонента А и компонента В.

Свойства механических смесей зависят от количественного соотношения компонентов: чем больше в сплаве данного компонента, тем ближе к его свойствам свойства смеси.

Химическое соединение образуется когда компоненты сплава А и В вступают в химическое взаимодействие. При этом при этом соотношение чисел атомов в соединении соответствует его химической формуле AmBn.

Химическое соединение имеет свою кристаллическую решетку, которая отличается от кристаллических решеток компонентов. Химические соединения имеют однородную структуру, состоящую из одинаковых по составу и свойствам зерен.

При образовании твердого раствора атомы одного компонента входят в кристаллическую решетку другого.

Твердые растворы замещения образуются в результате частичного замещения атомов кристаллической решетки одного компонента атомами второго (рис. 6,6.).

Твердые растворы внедрения образуются когда атомы растворенного компонента внедряются в кристаллическую решетку компонента -растворителя (рис. 6,в.).

Твердый раствор имеет однородную структуру, одну кристаллическую решетку. В отличие от химического соединения твердый раствор существует не при строго определенном соотношении компонентов, а в интервале концентраций. Обозначают твердые растворы строчными буквами греческого алфавита α, δ, β, τ, и т. д.

 

Таблица 2.3

Таблица 2.4

Обмоточные провода

Обмоточные провода предназначены для изготовления обмоток трансформаторов и электрических машин дросселей, реле, катушек индуктивности резонансных контуров и фильтров и т.д. Такие провода изготавливают в виде одной жилы круглого сечения с различным диаметром от 0,02 мм до 2,5 мм. Они могут иметь эмалевое покрытие (изоляцию), пленочное, покрытие из волокнистых материалов, либо комбинационное покрытие из эмали и волокнистых материалов.

Эмалевая изоляция имеет толщину (0,007…0,065) мм, что значительно меньше волокнистой и волокнисто-эмалевой. Это позволяет уменьшить объем  обмотки, либо увеличить число витков в заданном объеме и тем самым увеличить мощность электрической машины или аппарата.

Обмоточные провода изготавливают из меди, алюминия и материалов с высоким удельным сопротивлением: константана, манганина и нихрома.

Наиболее распространенными получили медные обмоточные провода с эмалевой изоляцией типов:

ПЭВ-1 – провод с эмалевой высокопрочной изоляцией в один слой; ПЭВ-2 – провод с эмалевой высокопрочной изоляцией с двумя слоями; ПЭТВ – провод с эмалевой теплостойкой высокопрочной изоляцией; ПЭЛ – провод с эмалевой лакостойкой изоляцией и т.д.

Алюминиевые обмоточные провода с эмалевой изоляцией маркируются аналогично:

ПЭА – провод с эмалевой изоляцией, алюминиевый;

ПЭВА – провод с эмалевой высокопрочной изоляцией, алюминиевый и т.д.

Примерами обмоточных проводов из материалов с высоким удельным сопротивлением материалов могут быть:

ПЭВКМ-1 – провод с одним слоем эмалевой высокопрочной изоляцией, константановый, мягкий;

ПЭК – провод с лакостойкой эмалевой изоляцией, константановый;

ПЭВММ-1 – провод с одним слоем эмалевой высокопрочной изоляцией, манганиновый, мягкий;

ПЭММ – провод с лакостойкой эмалевой изоляцией манганиновый, мягкий; ПЭВНХ-1 - провод с одним слоем эмалевой высокопрочной изоляцией нихромовый;

ПЭНХ – провод с лакостойкой эмалью нихромовый и т.д.

Важнейшими характеристиками обмоточных проводов с эмалевой изоляцией являются эластичность, нагревостойкость и электрическая прочность эмалевых покрытий.

Волокнистая, пленочная и комбинированная изоляция имеет толщину (0,05…0,17) мм. В качестве волокнистой изоляции применяется пряжа из различных материалов: хлопчатобумажная, шелковая, из капроновых, лавсановых,  асбестовых и стеклянных волокон. Последние два вида пряжи подклеиваются к поверхности провода с помощью глифталевых и кремнийорганических лаков. Провода с таким видом изоляции обладают повышенной нагревостойкостью. Для изготовления обмоток трансформаторов с масляной изоляцией применяют провода покрытые бумажными лентами, которые хорошо пропитываются трансформаторным маслом. Благодаря этому обеспечивается высокая электрическая прочность изоляции обмоток трансформаторов.

Примерами обмоточных проводов из меди и алюминия с высокой изоляцией могут быть:

- ПБ – провод (медный), изолированный несколькими слоями  кабельной бумаги;

- ПБО – провод, изолированный одним слоем обмотки из хлопчатобумажной пряжи;

- ПБД – провод, изолированный двумя слоями обмотки из хлопчатобумажной пряжи;

- АПБ – алюминиевый провод круглого или прямоугольного сечения, изолированный несколькими слоями обмотки из лент кабельной бумаги;

- АПБОО – алюминиевый провод круглого или прямоугольного сечения, изолированный обмоткой и оплеткой из хлопчатобумажной ткани и т.д.

Кроме медных и алюминиевых проводов с волокнистой изоляцией, выпускают обмоточные провода из материалов с высоким удельным сопротивлением с такими же видами изоляции.

Монтажные провода

Монтажные провода применяют для электрического соединения деталей, узлов и блоков различных приборов и изделий РЭА, а также частей в электрических аппаратах и машинах.

Токопроводящим элементом монтажных проводов являются однопроволочные провода или жилы из материалов с высокой проводимостью – меди или алюминия. Однопроволочные провода относят к негибким, а многопроволочные (многожильные) – к гибким монтажным проводам, у которых токопроводящие жилы свиты (скручены) из тонких проволок. Монтажные провода выпускаются в резиновой полихлорвиниловой и волокнистой изоляции из хлопчатобумажной, шелковой или капроновой пряжи и из синтетических пленок, в частности, из фторопласта. Для лучшего распознания монтажных проводов их изоляционные покрытия обычно имеют  различную окраску.

Маркировка монтажных проводов аналогична маркировке обмоточных проводов Наиболее распространенными марками медных монтажных проводов являются:

- МР – медный однопроволочный в резиновой изоляции;

- МРГ – медный в резиновой изоляции, гибкий (многопроволочный);

- МГВ – медный, гибкий с (полихлор-) виниловой изоляцией;

- МГШ – медный, гибкий с изоляцией из искусственного щелка;

- МГШВ – медный, гибкий с шелковой и виниловой изоляцией;

- ПМП – провод медный одножильный, изолированный полиэтиленом и и.д.

 

Резисторы

Одним из основных пассивных элементов радиотехнической и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) являются резисторы. Они составляют от 10 до 50% всех компонентов, определяемых принципиальной электрической схемой прибора или устройства.

Резистором называется пассивный компонент электрической цепи, предназначенный для регулирования и перераспределения электрической энергии между ветвями цепи, которая выполняет определенную функцию преобразования информации, представляемой в виде электрических сигналов.

Типовые конструкции пленочных и объемных резисторов представлены на рисунках 2.2 и 2.3.

 

 

 

Рисунок 2.2 – Типовая конструкция пленочного резистора

1 – диэлектрическое цилиндрическое основание; 2 – резистивный токопроводящий элемент;

3 – контактные металлические колпачки; 4 – проволочные выводы;

5 – защитная пленка.

 

 

Рисунок 2.3 – Типовая конструкция объемного резистора

1 – токопроводящий стержень круглого или прямоугольного сечения;

2 – проволочные выводы;

3 – защитная стеклоэмалевая или стеклокерамическая оболочка.

 

Для всех типов резисторов существуют специальные ряды номинальных значений сопротивления и допусков на отклонения от номиналов.

Сопротивление это не единственная характеристика резистора, он также обладает такими параметрами как предельное рабочее напряжение, температурный коэффициент сопротивления и номинальная мощность.

Предельное рабочее напряжение – максимальное напряжение, при котором резистор работает стабильно.

Резисторы

Одним из основных пассивных элементов радиотехнической и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) являются резисторы. Они составляют от 10 до 50% всех компонентов, определяемых принципиальной электрической схемой прибора или устройства.

Резистором называется пассивный компонент электрической цепи, предназначенный для регулирования и перераспределения электрической энергии между ветвями цепи, которая выполняет определенную функцию преобразования информации, представляемой в виде электрических сигналов.

Основные характеристики

 

НЕКОТОРЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ РЕЗИСТОРОВ

Резисторы, применяемые в колебательных контурах, усилителях высокой частоты, аттенюаторах, должны обладать только активным сопротивлением, т. е. не изменяют свое сопротивление в рабочем диапазоне частот. Граничная частота, на которой может работать резистор, зависит от его номинального сопротивления и собственной емкости:

Frp. = 1/4πRC.

Собственные емкости, например, непроволочных резисторов (ВС, МТ, ОМЛТ, С2-6, С2-13, С2-14, С2-23, С2-33) находятся в интервале 0,1... 1,1 пФ. При работе в импульсном режиме средняя мощность не должна превышать номинальную, т.к. через резистор протекают периодические импульсы тока, мгновенные значения которых могут значительно превышать значения в непрерывном режиме.

 

Наборы резисторов.

Набором резисторов называют совокупность резисторов, объединенных в единую конструкцию, как правило в корпусах микросхем или корпусах сопрягающихся с микросхемами, имеющими однорядные, двухрядные или планарно расположенные выводы для печатного монтажа. Наборы резисторов по материалу и конструкции корпуса бывают:

- металлополимерные;

- герметичные металлокерамические;

- герметичные металлостеклянные;

- керамические;

- пластмассовые.

По назначению, типу резистивного элемента и схемотехническому построению деление наборов резисторов совпадает с классификацией традиционных резисторов. Отличие наборов от традиционных резисторов заключается лишь в схемотехническом построении. По этому признаку наборы резисторов делятся на:

- простой набор резисторо в – соединенные или несоединенные в электрическую схему постоянные резисторы, не имеющие функциональной зависимости выходного сигнала от входного;

- функциональный – набор постоянных резисторов, соединенных в определенную электрическую схему, обеспечивающую функциональную зависимость выходного сигнала от входного;

- комбинированный – набор, состоящий из постоянных и переменных резисторов.

По функциональному назначению наборы резисторов используются в электрических схемах в качестве:

- последовательных делителей напряжения;

- прецизионных делителей;

- регулируемых наборов резисторов;

- преобразователей уровня напряжения;

- декодирующих двоичных матриц;

- декодирующих двоично-десятичных матриц.

Рисунок 2.4 – Схема классификации резисторов по материалу токопроводящего элемента

В проволочных резисторах токопроводящими элементами  являются обмоточные провода высокого сопротивления из константана, манганина, нихрома и никелина.

В металлофольговых – токопроводящий резистивный элемент изготавливают из фольги высокоомного материала определенной конфигурации, наносимой на изолированное основание.

Провода могут иметь один или два слоя высокопрочной либо лакостойкой эмали, а также комбинированную изоляцию из эмали и слоя обмотки из хлопчатобумажной или шелковой пряжи.

Диаметр обмоточных проводов для резисторов колеблется от 0,02 до 1 мм. Для малогабаритных высокоомных сопротивлений повышенной  стабильности выпускают провода диаметром (6...10) мкм в сплошной стеклянной изоляции, обладающей высокими электроизоляционными свойствами.

Постоянные проволочные резисторы выполняются намоткой высокоомной проволоки на цилиндрические или плоские каркасы из диэлектрика, что обеспечивает механическую прочность и возможность укрепления на них всех остальных конструктивных элементов.

В реальных резисторах кроме резистивного элемента необходимы металлические выводы для включения в электрическую схему. Они должны иметь надежный электрический контакт с резистивным элементом, а в переменном резисторе также и с подвижным скользящим контактом. Для защиты резистора от влияния окружающей среды и механических повреждений резистивный элемент и часть выводов покрывают защитной пленкой, обладающей хорошей адгезией с металлом выводов и корпусом резистора.

Конструктивное сочетание – токопроводящий элемент и выводы – определяет такие характеристики резистора, как допустимая рассеиваемая мощность, механическая прочность, технологичность изготовления и надежность.

Проволочные резисторы постоянного сопротивления применяются в аппаратуре при высоких требованиях к стабильности, точности, уровню шумов и при значительной (до 100 Вт) допустимой мощности рассеяния. Недостатком проволочных резисторов является ограниченный частотный диапазон из-за большой собственной (паразитной) емкости и индуктивности.

Непроволочные резисторы по толщине токопроводящего элемента подразделяют на тонкопленочные (толщина – доля миллиметра), объемные (толщина – единицы миллиметра). Деление по толщине слоя не существует.

Токопроводящий элемент непроволочных резисторов изготавливается разнообразными технологическими приемами из достаточно широкого спектра резистивных материалов. Он представляет собой тонкую пленку, которая не может служить конструктивным элементом резистора. Поэтому в качестве несущей конструкции таких резисторов используется диэлектрическое основание в виде полых или сплошных цилиндров, квадратных, прямоугольных или дисковых подложек (каркасов).

Основной операцией при создании непроволочных резисторов является нанесение токопроводящей пленки на диэлектрическое основание. Пленка должна иметь хорошую адгезию (сцепление) с основанием и длительно сохранять ее в рабочем темперном диапазоне. Сопротивление резистора определяется конфигурацией, составом пленки, ее толщиной и размерами основания. Состав пленки определяет временную или эксплуатационную стабильность резистора. Размеры основания совместно с выводами определяют отвод тепла, а значит работоспособность и надежность резистора. Чем на большую мощность рассчитан резистор, тем больше должна быть поверхность охлаждения и размеры диэлектрического основания.

Следует отметить, что выпускаются бескорпусные переменные и постоянные резисторы различного назначения.

Тонкопленочные резисторы по материалу токопроводящего слоя подразделяются на углеродистые и бороуглеродистые, металлодиэлектрические, металлооксидные и металлизированные

В углеродистых и бороуглеродистых резисторах токопроводящим элементом является пленка углерода или борорганических соединений, наносимая пиролитическим осаждением на диэлектрическое основание (каркас) резистора.

Металлодиэлектрические, металлооксидные и металлизированные токопроводящие элементы изготавливают в виде микрокомпозиционного слоя из диэлектрика и металла, тонкой пленки оксида металла или сплава металла с различными добавками.

Толстопленочные и объемные резисторы, как и тонкопленочные, используют различные материалы для формирования токопроводящего слоя. К ним относятся лакосажевые, керметные материалы и проводящие пластмассы.

Токопроводящие слои таких резисторов представляют собой гетерогенную (однородную) систему или композицию из нескольких составляющих. Ее получают механическим смешиванием проводящего компонента из графита или сажи, металла или оксида металла. Обязательно добавление в смесь органического или неорганического связующего материала (смолы, стеклоэмали), наполнителя, пластификатора и отвердителя. После соответствующей термообработки смеси образуется однородный монолитный слой с необходимым комплексом резистивных параметров.

Лакосажевые композиции формируются на основе смол в виде лаковых растворов. Проводящим компонентом является сажа. Поэтому резисторы на основе таких композиций называют лакосажевыми, лакопленочными или пленочными композиционными. Для объемных резисторов на основе сажи, в качестве связующего компонента используют органические смолы и стеклоэмали.

В керметных резисторах основным проводящим компонентом являются металлические порошки и их смеси, представляющие собой керамическую, стеклянную или полимерную основу с равномерно распределенными частицами металла.

В резисторах на основе проводящих пластмасс токопроводящий элемент формируется горячим прессованием проводящей композиции в  виде пресспорошков, изготовленных на основе связующих полимеров (смол) и сажи. Возможны металлопластмассовые композиции, проводящим компонентом которых являются металлы.

Обилие разнообразных и достаточно жестких требований к резисторам обеспечивается как подбором необходимого материала токопроводящего элемента, так и большим количеством конструктивных решений. Поэтому номенклатура постоянных и переменных резисторов достаточно широка. Это позволяет обеспечивать решение весьма сложных задач при разработке, производстве и эксплуатации радио- и электротехнических приборов, устройств и систем.

Для более полной информации о резисторах необходимо пользоваться специальной и справочной литературой, а также нормативной документацией на выпускаемую продукцию производителем.

 

Таблица 2.5

ПРОВОДНИКИ

Свойства и количественные параметры проводников

Проводник - вещество, основным электрическим свойством которого является электропроводность.

Проводники являются наиболее широко применяемыми в технике материалами. Из них изготавливают обмоточные и монтажные провода, силовые кабели и линии электропередач, кабели радио, телефонно-телеграфной связи, проводящие дорожки печатных плат и интегральных схем, конструкционные детали приборов и устройств и т.п. Столь широкие области применения проводниковых материалов предполагают различные варианты  их классификации. С точки зрения материаловедения общая классификация представлена на рисунке 1.1.

Существует также классификация по смешанным признакам:

- чистые металлы;

- сплавы (высокого сопротивления, для термопар, припои);

- тугоплавкие металлы с температурой плавления выше 1700 ºС

- благородные металлы.

Для электротехнического применения целесообразно проводниковые материалы подразделить на следующие группы:

- материалы с высокой проводимостью;

- материалы с высоким удельным сопротивлением; - металлы и сплавы различного назначения;

- материалы на основе углерода и его модификаций;

- сверхпроводниковые материалы.

По агрегатному состоянию проводники могут быть твердыми, жидкими и газообразными.

Твердыми проводниками являются металлы и некоторые модификации углерода. К жидким относятся ртуть, расплавленные металлы и электролиты - водные растворы кислот, щелочей и солей, которые обладают электропроводностью.

Пары и газы при низких напряжениях не являются проводниками, однако, при больших внешних полях они становятся проводниками за счет ударнойионизации. Газовая среда при равенстве в единице объема электронов и ионов называется плазмой.

Электрофизические, а также механические свойства проводников весьма разнообразны и характеризуются широким набором параметров:

- удельная проводимость или удельное сопротивление;

- температурный коэффициент удельного сопротивления;

- температурный коэффициент линейного расширения;

- работа выхода;

- теплоемкость;

- удельная теплопроводность; температура плавления; плотность;

- пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе;

- относительное удлинение при разрыве;

При использовании проводников для решения различных задач в области радиотехники и электроники любой из перечисленных параметров может оказаться наиболее значимым.

Основными параметрами проводниковых материалов являются первые четыре свойства.

Удельная проводимость σ является количественной характеристикой способности проводить электрический ток, т.е. электропроводности вещества. Величина ρ = 1/ σ, обратная удельной проводимости, называется удельным сопротивлением и определяется выражением

ρ = RS / l,                                              (2.1)

где R -  сопротивление, [Ом]; S - поперечное  сечение, [м2]; l - длина проводника, [м].

В системе СИ размерность ρ – [Ом·м]. Часто используют внесистемную единицу [Ом·мм2/м]. Связь между ними определяется соотношением

1 [Ом·м] = 106 [мкОм·м] = 106 [Oм·мм2/м].

Диапазон значений ρ для металлов достаточно узок и составляет всего около трех порядков: от 1,6·10-8 [Ом·м] для серебра до 6·10-5 [Ом·м] для материалов на основе углерода.

Температурный коэффициент удельного сопротив ления   ТКρ   характеризует изменение сопротивления материала при изменении  температуры. У металлов с ростом температуры сопротивление увеличивается вследствие уменьшения подвижности электронов за счет рассеяния на  тепловых колебаниях решетки. Количественной мерой изменения удельного сопротивления при изменении температуры является ТК ρ. Он показывает, относительное изменение удельнгое сопротивления ρ при изменении температуры на один градус.

Математически ТК ρ определяется выражением

 

TK q

= 1 d q   [ K -1 ]

q dT

 

(2.2)

 

 

Он может быть как положительным для чистых металлов, так и отрицательным для некоторых сплавов. Для металлов ТК ρ   находится в пределах (2-6)·10-3 К-1.

Температурный коэффициент линейного расширения αl   характеризует изменение линейных размеров образца материала при изменении температуры. Этот коэффициент необходимо особенно учитывать в случаях совместной или сопряженной работы различных материалов, например, металл-стекло, металл- керамика и т.д. Количественные значения α l контактирующих  материалов должны быть близки, чтобы не возникали недопустимые напряжения на стыках, в спаях и т.п., приводящие к разрушению одного из материалов. Величина α l; определяется выражением

a

 

(2.3)

l     l dT

которое показывает относительное изменение линейного размера (длина)

образца материала при изменении температуры на один  градус.

Численные значения α l металлов колеблются в широких пределах, от  4·10-6

К-1 (для вольфрама) до 182·10-6 К-1 для ртути.

Работа выхода φ численно равна энергии, необходимой для удаления электрона из вещества в вакуум без сообщения ему кинетической энергии. На энергетической диаграмме вещества работа выхода φ представляет собой энергетический интервал между уровнем вакуума и уровнем Ферми (Е F) (рисунок 2.1,а). Уровень Ферми, или энергия Ферми, есть максимально возможная энергия электронов в металле при температуре абсолютного нуля. В металлах при Т = 0 К Е F совпадает с потолком валентной зоны. В полупроводниках Е F находится в запрещенной зоне (рисунок 2.1,б) и поэтому является условным уровнем, удобным для описания свойств и расчета количественных  параметров

полупроводников. Тем  не менее, принято считать, что уровень Ферми есть энерге- тический уровень, вероятность заполнения которого электро- нами при температуре, отлич- ной от абсолютного нуля, равна

1/2.

 

Рисунок 2.1 - Энергетические диаграммы материалов, граничащих с вакуумом:

а – металла; б - полупроводника

Работа выхода и ее количественное значение является наиболее важным параметром в  случае контакта различных веществ, например, металл-металл (М-М), металл- полупроводник (М-П), полупроводник-полупроводник (П-П) и т.д. За счет разных значений работ выхода для электронов в месте контакта возникает контактная разность потенциалов, определяющая прохождение тока через этот контакт.

В случае проводящего контакта М—М возникновение разности потенциалов — явление вредное, а для создания термопар необходима наибольшая разница значений работ выхода контактирующих металлов. Для других типов контактов работы выхода контактирующих материалов и соотношения между ними определяют физические принципы работы приборов и устройств, использующих контакты. Таким образом, работа выхода является одним из основных параметров проводниковых и полупроводниковых материалов и должна учитываться при создании и анализе работы различных приборов и устройств.