Нихромовой проволоки. (в фактически действовавших ценах; миллионов долларов США) Экспорт Импорт
(в фактически действовавших ценах; миллионов долларов США)
Источник: Российский статистический ежегодник. 2013: Стат.сб./Росстат. – М., 2013. С.622
Приложение 7 Платежный баланс Российской Федерации (основные агрегаты)
Источник: Российский статистический ежегодник. 2013: Стат.сб./Росстат. – М., 2013. С.619.
Определение удельного сопротивления нихромовой проволоки Цель работы:Усвоение основ классической теории электропроводности металлов. Задача:определить удельное сопротивление нихромовой проволоки. Краткая теория: Электропроводимость является физической величиной, которая имеет для разных материалов громадный интервал изменения - на 25 порядков. Она зависит от множества факторов. Классическая электронная теория металлов Друде и Лоренца предполагает, что совокупность свободных электронов, так называемый электронный газ, можно рассматривать как идеальный газ. Движение электронов подчиняется законам классической статистики. При однократной ионизации атомов металла концентрация свободных электронов n должна быть равна концентрации атомов и может быть рассчитана по формуле: (1) где d— плотность материала; A – масса атома элемента; N0 – число Авогадро. Согласно молекулярно-кинетической теории средняя кинетическая энергия электронов зависит от температуры: (2) где me — масса электрона; – средняя скорость электронов, k — постоянная Больцмана. Температуре 300 К соответствует средняя скорость порядка 105 м/с. При включении внешнего поля электронный газ начинает дрейфовать по направлению поля – идет электрический ток. Скорость дрейфа v определяет плотность тока J: J = en (3). При плотности тока в меди 106 А/м2 скорость дрейфа будет порядка 10-4м/с. Таким образом, скорость дрейфа электронного газа намного меньше (в миллиарды раз) скорости теплового движения. При токе электрон движется вдоль силовых линий внешнего поля, время от времени сталкиваясь с атомами, теряя при этом (до нуля) скорость, а в промежутке между столкновениями разгоняется. Учет средней длины свободного пробега приводит к аналитическому выражению закона Ома: (4) где γ – удельная электропроводимость. Однако учет коллективности дрейфа дает в 2 раза большее значение дрейфовой скорости. Поэтому: (5) Электропроводимость металлов практически полностью определяется подвижностью электронного газа. Эта же подвижность электронов объясняет и высокую удельную теплопроводность металлов λТ, который согласно атомно-кинетической теории идеального газа (6) Видно, что электропроводимость γ и удельная теплопроводность металлов λТ при данной температуре связаны постоянным коэффициентом, так называемым числом Лоренца Lo: (7) Классическая теория электропроводности объяснила многие закономерности поведения электрического тока в металлах, в том числе температурную зависимость электропроводности металлов. Однако многие вещи могут быть объяснены только с применением теории поля и квантовой статистики. Проводники:Лучшими проводниками являются чистые металлы, наименьшее удельное объемное электрическое сопротивление ρv имеет серебро, равное 1,5 *10 – 8 Ом*м. Второе место у меди -- 1,68 *10 – 8 Ом*м. Чистое железо имеет среднее омическое сопротивление 9,7 *10 – 8 Ом*м. Даже при небольшой концентрации примесей сопротивление резко возрастает. Так, при внесении 0,01 ат.д. доли серебра в медь ее сопротивление возрастает на 0,2 *10 – 8 Ом*м. Объяснение – сильное рассеяние на статических дефектах структуры сплавов. Проводник считается с высоким омическим сопротивлением, если его сопротивление в несколько десятков и сотни раз превышает сопротивление серебра. Для токопроводов используют чистые медь и алюминий, а сплавы с высоким омическим сопротивлением -- в качестве активной нагрузки (например в качестве тепловыделяющих элементов в бытовой технике: плитках, чайниках и т.д.). Изоляторы имеют удельное объемное электрическое сопротивление ρv выше 10 8 Ом*м. Лучшие изоляторы, например фторопласт-4, имеют 1017 Ом*м. Промышленные изоляторы – ПВХ-пластик (монтажные провода, телефонные шнуры и т.д.) 1011…1014 Ом*м. Керамика, стекло имеют 1012…1015 Ом*м. Полупроводники:удельное объемное электрическое сопротивление ρv от 10--5 … 10 8 Ом*м. (интервал в 13 порядков!)
Задача:определить удельное сопротивление нихромовой* проволоки. * Нихромы – это сплавы железа с содержанием никеля от 55 до 75%, хрома от 15 до 23% и марганца 1,5% с высоким омическим сопротивлением, используются для изготовления нагревательных элементов, электрических печей, плиток, паяльников и т.д.
|