Proprietățile Conductoare ale Materialelor

I. Scopul lucrarii

Determinarea dependentei proprietatilor conductoare ale materialelor de câmpurile termice si electromagnetice.

II. Introducere teoretica

Conductia electrica într-un material consta în aparitia unui flux dirijat de purtatori mobili de sarcina la aplicarea unui câmp electric . Aceasta curgere ordonata a purtatorilor de sarcina electrica este un curent electric, iar materialul în care are loc acest fenomen fizic se afla într-o stare electrocinetica. Caracterizarea locala a acestei stari poate fi facuta cu ajutorul vectorului , numit densitatea curentului electric.

Forma locala a legii de conductie electrica:

respectiv (1)

Conform teoriei cuantice conductivitatea electrica a unui material are expresia:

(2)

unde n este concentratia purtatorilor mobili de sarcina din material la echilibru termodinamic, iar qn si mn sunt sarcina, respectiv masa unui purtator mobil de sarcina.

Coeficientul se numeste constanta de timp de relaxare, fiind determinat de interactia dinamica a purtatorilor de sarcina cu diferite cvasiparticule (impuritatile neutre ionizate, fononii retelei cristaline) întâlnite de-a lungul traiectoriei lor dirijate sub actiunea câmpului electric.

În cazul metalelor purtatorii mobili de sarcina sunt electronii de conductie a caror concentratie este practic constanta, dependenta rezistivitatii electrice de temperatura fiind determinata numai de constanta de relaxare.

La temperaturi foarte scazute este predominant mecanismul de interactie cu impuritatile si defectele existente în material, astfel încât metalul prezinta o rezistivitate independenta de temperatura numita rezistivitate reziduala r0.

La temperaturi scazute (T<<TD - temperatura Debye) este predominanta interactia cu fononii acustici rezultând o proportionalitate a rezistivitatii cu T5, iar la temperaturi ridicate (T>>TD) acelasi mecanism conduce la o proportionalitate a rezistivitatii cu T.

În cazul maaterialelor semiconductoare purtatorii mobili de sarcina sunt electronii de conductie si golurile, astfel încât:

(3)

unde este coeficientul de mobilitate:

(4)

iar .

III. Desfasurarea lucrarii

1. Dependenta de temperatura a proprietatilor conductoare ale materialelor

Cu ajutorul unui ohmmetru se va masura rezistenta unei probe semiconductoare intrinseci de Ge (se masoara rezistenta între borna verde galben si cea neagra) si rezistenta unei probe metalice de Ni (se masoara rezistenta intre borna rosie si borna neagra). Aceste probe sunt introduse într-o etuva a carei temperatura variaza suficient de lent pentru ca un set de doua masuratori consecutive sa se faca în aproximativ aceleasi conditii termice. Rezultatele masuratorii se trec în Tabelul 1: