Қатты денелердегі “электр өткізгіштік” бөлімін компьютердің қолдануымен орта мектепте оқыту

Пән: Педагогика
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 52 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ

Физика кафедрасы

БІТІРУ ЖҰМЫСЫ

Тақырыбы: ҚАТТЫ ДЕНЕЛЕРДЕГІ “ЭЛЕКТР ӨТКІЗГІШТІК ” БӨЛІМІН КОМПЬЮТЕРДІҢ ҚОЛДАНУЫМЕН ОРТА МЕКТЕПТЕ ОҚЫТУ

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ 4

ӘРТҮРЛІ ОРТАДАҒЫ ЭЛЕКТР ТОГЫ 5Электр өткізгіштіктің классикалық ілімі және оның қиыншылықтары 5

1. 2 Кристалдардың электр кедергісінің табиғаты 8

1. 3 Қатты денелердің электрлік қасиеттері 12

1. 4 Электр өткізгіштік құбылысы 13

1. 5 Металдардың электрлік кедергісінің температураға тәуелділігі 14

2 АСҚЫН ӨТКІЗГІШТІК 15

2. 1 Асқын өткізгіштіктің ашылу тарихы 15

2. 2 Асқын өткізгіштік құбылысының табиғаты 19

2. 3 Асқын өткізгіштің электрлік және магниттік қасиеттері 24

2. 4 Мейсснер-Оксенфельд эффектісін тәжірибеде байқау 28

2. 5 Асқын өткізгіштіктің бұзылуы 28

2. 6 Фазалық көшу 29 2. 7 Асқын өткізгіштікті есептеу техникасында пайдалану 30

3 МЕКТЕПТЕ 10-СЫНЫПТА “ӘРТҮРЛІ ОРТАДАҒЫ ЭЛЕКТР ТОГЫ” БӨЛІМІНДЕГІ “МЕТАЛДАРДЫҢ ЭЛЕКТР ӨТКІЗГІШТІГІ. ӨТКІЗГІШ КЕДЕРГІСІНІҢ ТЕМПЕРАТУРАҒА ТӘУЕЛДІЛІГІ. АСҚЫН

ӨТКІЗГІШТІК” ТАҚЫРЫБЫН ОҚЫТУ ӘДІСТЕМЕСІ 32

“МЕТАЛДАР ЖӘНЕ БАЛҚЫМАЛАРДЫҢ ЭЛЕКТР

КЕДЕРГІСІН АНЫҚТАУ ТӘСІЛІ”

ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС 39

ҚОРЫТЫНДЫ 45

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 47

ҚОСЫМША А 48

ҚОСЫМША Б 49

ҚОСЫМША В 50

ҚОСЫМША С 53

ҚОСЫМША Д 55

ҚОСЫМША К 57

ҚОСЫМША Е 59

КІРІСПЕ

Дипломдық жұмыстың аты : Қатты денелердегі “Электрөткізгіштік” бөлімін компьютердің қолдануымен орта мектепте оқыту. Оқытудың жаңа әдіс-тәсілдерін пайдалану, үйлесімді тәжірибе ғана мұғалімді табысқа жетелеп, теориялық білімін шыңдай түседі. Осы жұмыста “Әртүрлі ортадағы электр тогы” бөлімінің “Меншікті кедергі. Өткізгіш кедергісінің температураға тәуелділігі. Асқын өткізгіштік” тақырыбының әдістемесін компьютерді қолданып оқытуды мақсат етіп алдық және тақырыпқа сай металдардағы электрлік кедергіні есептеу мақсатында “Металдар мен балқымалардағы электр кедергіні анықтау тәсілі” атты зертханалық жұмыс жасадық. Ең қиыны оқытудың бүкіл әдіс-тәсілдерін белгілі ізге салып, сабақтың құрылысын қазіргі өмір талабына сай қайта құру. Әдістемедегі негізгі мақсатымыз: оқушылардың бұл тақырыпқа бөлінген бір сағат уақытты үнемдеп, көрнекі құрал ретінде компьютерді пайдаланып, тақырыпты түсінікті етіп баяндап, оқушылардың көбірек мағлұмат алуына жағдай жасау.

Оқыту әдістерінің, сабақ түрлерінің молдығы, оқушылардың оқу процесінің элементтеріне ретімен, жүйелі араласып отыруы, оларды шебер пайдалану-әрбір пәнді оқыту процесінің тиімді болуының аса маңызды шарттарының бірі. Сабақтың алдында мынадай міндеттер тұрады:

Оқушыларға терең білім беру, іскерліктері мен дағдыларын жетілдіріп, қалыптастыру.
Өз бетінше оқуға үйрету, шығармашылық қабілетін дамыту, оқуына талдау жасау, алған білімді практикада қолдана білуге баулу, ойын дамыту, оқуға, білімге деген көзқарасын қалыптастыру, жүйелі оқудың қажеттілігін ұғындыру.

Ғылыми-техникалық прогресс заманында білім беруді демократияландыру мен ізгілендірудің басты факторларының бірі-оны информатикаландыру процесі болып табылады. Компьютерді оқу процесінде пайдалану мәселесіне арналған зерттеулерге талдау жасасақ, компьютердің төмендегідей дидактикалық мүмкіндіктерін көруге болады. Ол:

Оқушылардың өз бетімен шығармашылық бағытта жұмыс істеуіне, әсіресе құбылыстарды зерттеуге, басқаруға мүмкіндік береді;
Оқушылардың өзін-өзі бақылауына және өз жұмыс әрекетіне өзінің түзету енгізе білуіне үйретеді;
Басқа пәндерден алған білімдерін бекітуге көмектеседі;
Жалпы танымдық қабілеттердің дамуына әсер етеді;
Өткен материалдардағы негізгі құбылыстар мен заңдылықтарды көре отырып сабақты пысықтауға мүмкіндік береді;
Материалды тез меңгеруге, сонымен бірге уақыт ұтуға, пәндерді интеграциялап оқуға жағдай жасайды, пәннің сапасы мен мазмұнына да түбегейлі өзгерістер енгізеді;
Табиғи жағдайда көзге көрінбейтін кейбір құбылыстарды экранда көруге мүмкіндік береді;

Бұл келтірілген компьютердің дидактикалық мүмкіндіктерінен оны физика сабағының тиімділігін арттыруда да пайдалануға болатындығын көруге болады. Физиканы оқыту жаңа компьютерлік технологиялардың көмегімен терең де толық орындалады. Физика сабағын оқушының қызығушылығын арттырып, түрлендіре жүргізсе жақсы нәтижеге қол жеткізуге болады.

Физиканы оқытуда есептеу техникасын пайдалану оқушыларды ынталандырып, олардың ойындағы қабілеттердің дамып, көрінуіне және пәнге, жаңа техникаға деген қызығушылығын арттырады. Компьютердің оқушылардың танымдық ізденімпаздығын қалыптастырып және дамытуға әсерін айқындау үшін физиканы компьютер көмегімен оқытудағы альтернативті пікірлерді талдау қажет. Компьютерлік оқыту-компьютерді кеңінен қолдану негізінде оның сапасы, интенсивтілігін іске асыру арқылы оқытудың “сұрау-түсіндіру-бекіту-үйге тапсырма” түрінен өз бетінше білім алу қажеттілігі мен жолдарына сүйенетін шығармашыл белсенді, ұтымды түріне көшуге бағытталған.

1ӘРТҮРЛІ ОРТАДАҒЫ ЭЛЕКТР ТОГЫ

1. 1Электр өткізгіштіктің классикалық ілімі және оның қиыншылықтары

Сыртқы электр қозғаушы күшінің әсерінен ортада белгілі бір бағытта заряд тасымалданатын болса, ондай ортаны электр өткізгіш орта дейді. Заттар физикалық қасиеттеріне байланысты қатты, сұйық және газ деп 3-ке бөлінеді. Олар электр тогын өткізеді. Ортада заряд таситын бөлшектер электрондар, иондалған атомдар, молекулалар болуы мүмкін. Заряд сұйықтарда оң және теріс зарядталған иондармен; газдарда иондалған атомдармен, молекулалармен; қатты денелерде негізінен электрондармен тасылады [7] .

Денелерде зарядтың тасымалдануын сипаттау үшін меншікті электр өткізгіштік (

\[\otimes\]

) деген физикалық шама ендіреді. Меншікті электр өткізгіштік тек ортаның қасиетіне байланысты. Кристалдар электр тогын өткізуіне байланысты 3-ке бөлінеді: өткізгіштер-металдар, жартылай өткізгіштер және диэлектриктер. Металл өткізгіштерге тоқталамыз.

Металдардың электр өткізгіштіктің классикалық электрондық ілімінің негізін салушылар П. К. Друде (1863-1906) мен Х. А. Лоренц (1853-1928) . Олардың ілімі мына тұжырымдарға негізделген:

Кристалл торының ішінде еркін қозғала алатын еркін электрондар бар. Олар ретсіз жылулық қозғалыста болады;
Еркін электрондарды өзаоа әсерлеспейтін электрондардан тұратын электрондық газ деп қарастырып, олар үшін идеал газдың кинетикалық теориясының барлық заңдарын қолдануға болады;
Сыртқы электр өрісінің әсерінен еркін электрондар бағытталған қозғалысқа қатынасып, заряд тасиды-ток туғызады;

Друде металдағы ретсіз жылулық қозғалыстағы электрондар бірдей орташа жылдамдықпен қозғалады деп тұжырымдады. Бұл жағдайда электрондардың

\[{\frac{m\,{\mathcal{N}}^{2}}{2}}={\frac{3\times{\mathcal{T}}}{2}}\]
(1)

мұндағы

\[J/I\]

-электрон массасы,

\[\mathcal{V}\]

-электронның жылдамдығы,

\[{\mathcal{N}}\]

-Больцман

тұрақтысы,

\[{\mathcal{T}}\]

-температура, өрнегін пайдаланып, t=0 ⁰ С-ға тең температурасы үшін анықталған орташа жылдамдығы

\[{\boldsymbol{\nabla}}\]

=110км/сек.

Лоренц “металдағы еркін электрондардың жылдамдық бойынша үлестірілуі Максвелл заңымен анықталады” деп Друде теориясын әрі дамытты.

Друде-Лоренц теориясы металдардың жылу және электр өткізгіштігін жап-жақсы түсіндіргенімен олардың жылу сыйымдылығына еркін электрондардың қатынасын түсіндіре алмады.

Металдардың жылу сыйымдылығы кристалл торының түйіндерінде орналасқан иондардың тербелмелі қозғалысымен толық анықталады. Электрондардың металдардың жылу сыйымдылығына қосатын үлесі жоққа тән. Бұлай болу үшін металдардағы электрондар саны өте аз болуы керек. Ал, электрондар саны өте аз болса, металдың өте жақсы электр және жылу өткізгіштерін түсіндіру қиынға түседі.

Друде мен Лоренцтің металдардың электр өткізгіштігін қалай түсіндіретіндігіне тоқталайық.

Металдардағы еркін электрондар сыртқы электр өрісінің (

\[\overline{{H}}\]

) әсерінен үдей қозғалады. Ток шамасы өседі. Алайда, электрондардың кристалл торының түйіндерінде орналасқан иондармен соқтығысуы нәтижесінде олардың жылдамдығы үздіксіз өспейді. Ол қатар екі соқтығысудың арасында ғана, электрондардың еркін жүру жолы (

\[\mathcal{A}\]

) бойында ғана өседі. Соқтығысу нәтижесінде электрондар өздерінің электр өрісінен алған энергиясын металл иондарына беріп, жылдамдықтарын нөлге дейін азайтады. Электрондар өріс әсерінен жылдамдықтарын иондармен келесі соқтыққанша тағы да көбейте береді. Еркін жүру жолына тең жол жүріп өткеннен кейін, электрондар ионмен соқтығысып, оның жылдамдығы тағы да нөлге дейін азаяды. Бұл құбылыс қайталанып, электрондар біртіндеп секіре қозғалып, заряд тасиды-

ток туғызады.

Металдардағы электр өткізгіштікті есептейік. Еркін жүру кезінде электронның алатын үдеу шамасы:

\[a={\frac{e\cdot E}{m}}\]
(2)

қатынасымен анықталады, мұнда

\[\overline{{H}}\]

-өріс кернеулігі,

\[J/I\]

-электронның массасы,

\[{\mathcal Q}\,\]

-үдеуі,

\[\frac{\partial^{\mathcal{L}}\partial}{\partial r^{\prime}}\]

-электронның заряды. Егер еркін жүру уақытын

\[\overline{{T}}\]

деп белгілесек, әр электронның бағытталған қозғалысының орташа жылдамдығы:

\[J={\frac{1}{2}}\times\!a\times\!a={\frac{e\times E\times\tau}{2\cdot m}}\]

(3)

шамасымен анықталады.

Тізбектің бірлік қимасы арқылы бір өлшем уақыт аралығында ағып өтетін электрондар саны былай анықталады:

\[j=e\times\!\sim\!\langle\]
(4)

мұндағы

\[\stackrel{\circ}{\mathcal{J}}\]

-ток тығыздығы,

\[{\cal J}_{\bar{\cal L}}\]

-концентрация.

Онда (3) және (4) -теңдіктерінен

\[j={\frac{1}{2}}({\frac{e\times E}{m}})\times\chi a\times e={\frac{n\times e^{2}\times E\times\chi}{2\cdot m}}\]
Equation. 3 (5)

өрнегін аламыз. Егер кейінгі теңдікті Омның дифференциал

\[j={\boldsymbol{\sigma}}\cdot E\]
(6)

заңымен салыстырсақ, металдардың электр өткізгіштігі

\[{\mathcal{O}}\]

үшін мына теңдікті аламыз:

\[s\;={\frac{n\times e^{2}\times\chi}{2\cdot m}}\]
(7)

Металдардың қасиеттері, сонымен қатар жоғарғы электр өткізгіштік, Ом заңын және тағы басқа заңдылықтарды Друде еркін электрондарының классикалық теориясы түсіндірді. Алайда, металдардың электр өткізгіштіктерінің классикалық теориясының тұжырымдары кейбір алынған деректерге сәйкес келмейді.

Бос кеңістіктегі электрондар тұрақты электр өрісінің әсерінен тұрақты үдеу алатындықтан, олардың туғызатын тогы шексіз мәнге дейін өсуі мүмкін. Ал, металл өткізгіште тұрақты потенциал айырымының әсерінен тұрақты ток туады, яғни ток шектелген мән қабылдайды. Классикалық теория металдағы токтың шамасының шектеулі болуын электрондардың ілгерімелі қозғалыс кезінде кристалл торының түйіндеріндегі орналасқан иондармен соқтығысуымен байланыстырады. Бұл теория бойынша электрондардың қатарлас екі соқтығысулардың аралығында жүретін жолы-еркін жүру жолы, кристалл тұрақтысымен (а) анықталып, өте аз 10 ^-8 см мәнін қабылдайды. Еркін жүру жолының бұл мәні тәжірибе арқылы анықталған өткізгіштегі электрондардың еркін жүру жолынан мыңдаған есе кіші. Бұл жағдай классикалық теорияның “өткізгіштегі еркін электрондар ұмтылмалы қозғалыс кезінде кристалл торының түйіндерінде орналасқан кез келген ионымен соқтығысып, өздерінің ілгерімелі қозғалысының энергиясын жоғалтады” деген тұжырымына қайшы келеді.

Классикалық теория металдардың электр өткізгіштіктерінің температураға байланысты өзгеру заңдылығын да түсіндіре алмайды. Температура өскенде металдардың меншікті кедергісі жүздеген, мыңдаған есе өсетіндігі тәжірибе арқылы көрсетілген. Меншікті кедергінің өсуін тек заряд тасушылардың еркін жүру жолының азаюымен түсіндіруге болады. Ал, Друде-Лоренц классикалық теориясы бойынша кристалл өткізгіштеріндегі заряд тасушылардың еркін жүру жолы температураға байланысты болмайды, ол кристалл тұрақтысына тең. Яғни, бұл теория металдардың электр өткізгіштігінің температураға байланысты өзгеру заңын түсіндіре алмайды. Бұл теория металдардың жылу сыйымдылығының температуралық түсуін, асқын өткізгіштік құбылысын, диэлектриктер мен жартылай өткізгіштердің бар екендігінің айғақтығын және тағы басқа қасиеттерді түсіндіре алмайды. Бірақ қазірге дейін әртүрлі есептеулерде пайдаланылады [1] .

1. 2 Кристалдардың электр кедергісінің табиғаты

Кристалл-кеңістікте белгілі бір қатаң тәртіппен, заңдылықпен өте тығыз орналасқан не атомдардың, не иондардың, не молекулалардың жиынтығы. Бір бөлшек көлемдегі кристалды құраушы бөлшектердің саны шамамен 10 ²² -10 ²³ см ^-3 . Кристалл құраушы бөлшектер кристалл торының түйіндерінде орналасады. Кристалл торы белгілі бір симметрия заңына бағынады. Мысалы, кристалды құраушы бөлшектер кеңістікте периодты түрде орналасады. Бүкіл кристалды, тұтас өзіне-өзін параллель қалдырып, жылжыту (трансляция) векторымен анықталатын аралыққа көшірсек, ол өзімен-өзі дәл келеді. Кристалды құраушы бөлшектер кеңістікте периодты потенциал өрісін тудырады. Өте тығыз орналасқан атомдардың (көршілес атомдардың ара қашықтығы а~10 ^-8 см шамасына тең) өзара әсерлесуі нәтижесінде олардың сыртқы валенттік электрондары (төл ядроларымен байланысы нашар электрондар) төл ядроларының өрісінен кетіп, басқа кез келген ядролардың өрісінде еркін қозғалуына мүмкіндік алады. Қатты дене физикасында бұл электрондарды “еркін электрондар”, не өткізгіш электрондар дейді. Кванттық механика ілімі, егер кристалдың потенциалдық өрісінің периодтылығы қатаң сақталса, заряд тасуға ешқандай кедергісіз қозғалып қатынаса алатындығын дәлелдеді. Яғни, периодты потенциалдық өрісі бұзылмаған кристалл өткізгіштердің электр кедергісі нөлге тең болады.

Кристалдық потенциалдық өрісінің периодтылығы кез келген бір себептің әсерінен бұзылса, яғни ақаулар (кемістіктер) пайда болса, еркін электрондар олармен соқтығысу нәтижесінде сыртқы электр өрісінен алған энергияларын жоғалтады, қозғалу бағытын өзгертеді. Электрондардың заряд тасуға қосатын үлесі төмендейді. Ток шамасы азаяды. Өткізгіштің электр кедергісі пайда болады.

Кристалдың потенциалдық өрісінің периодтылығының идеалдығы кристалл торына бөгде атомдардың енуі, тор түйіндерінде орналасқан атомдардың, иондардың жылулық тербелмелі қозғалыстарға қатынасуы, кристалдардың шекара беттерінің болуы, зарядталған бөлшектердің әсерінен кристалдың поляризациялануы тағы басқа нәтижесінде бұзылады.

Кванттық механика ілімінің бұл тұжырымдарын пайдаланып жоғарыдағы классикалық теорияның түсіндіре алмаған құбылыстарын былай түсіндіруге болады: температура өсетін болса тор түйіндерінде орналасқан атомдардың тербелістерінің амплитудасы өседі, электрондардың олармен соқтығысу мүмкіндіктері, яғни өткізгіштің электр кедергісі артады, заряд тасушы бөлшектердің еркін жүру жолы кемиді.

Қорытындылай келсек, кристалдың потенциалдық өрісінің периодтылығының идеалдығы-мүлтіксіздігі бұзылмаған болса, онда периодты потенциал өрісінде электрондар ешқандай кедергісіз қозғалады. Металда электр кедергісінің пайда болуының негізгі себебі-оның потенциалдық өрісінің периодтылығының идеалдығының бұзылуы.

Мысалы, кристалл торының түйіндерінде орналасқан атомдардың тербелмелі қозғалысының әсерінен бұзылуы.

Еркін электрондардың кристалл торының түйіндерінде орналасқан атомдардың жылулық тербелістерімен соқтығысу табиғатын егжей-тегжейін қарастырайық.

Гейзенбергтің анықталмаушылық

\[\mathrm{D}x\star\Omega P_{x}\;\geq h\]
(8)

принципін пайдаланып, кристалл түйіндерінде орналасқан атомдар, иондар

\[{\mathcal{T}}\]

=0 болғанда, тербелмелі қозғалысқа қатыспаса да тыныштық күйде бола алмайтындықтарын көрсетейік. Мұнда

\[\Delta x\]

\[\Delta P_{x}\]

-бөлшектің координатын, импульсін анықтағанда жіберілетін қателер.

Егер атом тыныштық күйде болса, оның импульсі нөлге тең, яғни импульсі дәл анықталады-импульсті анықтау кезінде жіберілетін қате нөлге тең болады:

\[\Delta P_{x}\]

=0. Сондықтан, Гейзенбергтің анықталмағандық принципі бойынша, атомның координатын тапқандағы жіберілетін қате шексіздікке тең, яғни

\[\Delta x\]

=∞ болады. Басқаша айтқанда, атомды кристалл торының түйінінің маңынан табу мүмкін емес, ол кристалл алып тұрған кеңістіктің бүкіл өне бойына таралып орналасады. Ал, шындығында.

\[{\mathcal{T}}\]

=0 болса да, атомдар температураға тәуелсіз “нөлдік тербеліске” қатынасады. Температура нөлден жоғары

\[{\mathcal{T}}\]

≠0 болса, атом тор түйінінің маңында тербелмелі қозғалысқа келеді. Кристалдың ішкі энергиясы артады. Кристалл атомдары бір-бірімен өте күшті байланыста болғандықтан, олардың әрқайсысы іргелес көрші орналасқан атомдарды ілестіре тербеледі. Сондықтан, атомдардың тербелмелі қозғалысы таралып кристалда серпімді толқын пайда болады. Сонымен, кристалдың ішкі энергиясының артуы онда серпімді толқынның пайда болуын туғызады.

Егер атомның жиілігін

\[\mathcal{Y}\]

деп белгілесек, кванттық механика ілімінің тұжырымына сәйкес оның элементар қозуының энергиясы

\[\hat{\mathcal{V}}\hat{\mathcal{D}}\underline{{{\supset}}}\ J_{A}\circ\mathcal{V}\]
(9)

теңдігімен анықталады. Бұл серпімді толқынның таситын

\[\ D\]

импульсінің шамасы кванттық бөлшектердегідей Луи де Бройль

\[P={\frac{h}{\lambda}}\]
(10)

қатынасымен анықталады. Мұнда

\[{\mathcal{J}}_{\bar{\boldsymbol{I}}}\]

-Планк тұрақтысы,

\[\mathcal{A}\]

-толқын ұзындығы. Толқынның кристалда таралу жылдамдығы

\[{\boldsymbol{\nabla}}\]

болса (

\[\mathcal{V}\]

-кристалда дыбыстың таралу жылдамдығы)

\[n\ \chi d\ =\vartheta\]
(11)

қатынасы орындалады. (9) -(11) теңдіктерінен кристалдағы серпімді толқын энергиясы үшін

\[W=\frac{h\times J}{l}=\vartheta\cdot P\]
(12)

өрнегін аламыз.

Сонымен мынадай қорытындыға келуге болады:

\[{\mathcal{T}}\]

≠0 болғанда кристалда импульсі мен энергиясы (10), (12) -өрнектерімен анықталатын элементар серпімді толқын пайда болады. Элементар серпімді толқынға энергиясы мен импульсі осы толқынның энергиясы мен импульсіне тең элементар бөлшек сәйкес қоюға болады. Элементар толқынды кейде кристалдың периодты потенциалдық өрісінің элементар қозулары-фонондар деп атайды.

Фононда кәдімгі кванттық бөлшектерге ұқсас, бірақ олардан өзгеше. Кәдімгі кванттық бөлшектер кез келген ортада, тіпті вакуумда да өмір сүреді, ал фонондар тек материалық ортада болады. Сондықтан, фононды кәдімгі бөлшектерден айыру үшін квазибөлшек-кәдімгі бөлшекке ұқсас бөлшек деп атайды. Квазибөлшектердің қатарына спин толқындарын, плазматрондарды тағы басқаларды жатқызуға болады.

Квазибөлшектер кәдімгі бөлшектер тәріздес екі топқа: Бозе квазибөлшектер, Ферми квазибөлшектер бөлінеді. Бозе және Ферми квазибөлшектерді спиндердің белгілі бір бағытқа алынған құраушыларының мәндері арқылы айырады.

Фонондар ұғымы еркін электрондармен кристалл торының түйіндерінде орналасқан атомдардың, иондардың өзара әрекеттесулерін қарастыруды жеңілдетеді. Кристалды еркін электрондар мен фонондардан тұратын газдарға толтырылған қуыс ыдыс ретінде қарастыруға болады. Сонда электрондардың кристалл атомдарының, иондарының тербелістерімен соқтығысуларын, электрон және фонон газдарының өзара әсерлесуі нәтижесінде фонондардың жұтылуы, не шығарылуы ретінде қарастырады.

Кристалдағы еркін электрон газы фонон газымен әсерлескенде электрондар сыртқы электр өрісінен алған энергиясын фонондар жүйесіне беріп кристалдың орташа температурасын көтереді, яғни фонондар саны көбейеді.

Электрондар кристалдағы бөгде қоспа атомдарымен де, кристалдың басқа да ақауларымен соқтығысқанда да өздерінің артық энергияларын оларға береді. Берілген энергия қоспа атомдарының, не басқа ақаудың тербелмелі қозғалысының энергиясына айналады, яғни бұл да қосымша фонондардың тууына әкеледі.

Қорытынды: кристалдағы электрондар әсерлескенде сыртқы электр өрісінен алған энергиясын фонондар жүйесіне беріп энергияларын азайтады. Яғни электрондар мен фонондардың өзара әсерлесуі-металдың кедергісінің пайда болуын туғызатын негізгі құбылыс [11] .

1. 3 Қатты денелердің электрлік қасиеттері

Металдар көптеген керемет қасиеттерге ие. Жоғарғы иілгіштігі мен

беріктігі арқасында оларды констукторлық материалдар ретінде пайдалануға

болады.

Металдардың магниттік қасиеті әртүрлі магниттік элементтер жасауға қолданылады. Бірақ біз олардың электрлік қасиетін бірінші қарастырамыз. Металдарды анағұрлым көбірек сипаттайтын қасиеті ол-жоғарғы электр өткізгіштігі.

Металдар

Электр өткізгіштік, Ом ^-1 см ^-1

Т=77К

T=273К

Металдар:

Li

Na

K

Rb

Cu

Ag

Au

Fe

Zn

Al

Pb

Электр өткізгіштік, Ом-1см-1:

9. 61*10 ⁵

1. 25*10 ⁶

7. 25*10 ⁵

4. 55*105 ⁵

5*10 ⁶

3. 33*10 ⁶

2*10 ⁶

1. 52*10 ⁶

9. 09*10 ⁵

3. 33*10 ⁶

2. 12*10 ⁶

1. 17*10 ⁵

2. 38*10 ⁵

1. 64*10 ⁵

9. 1*10 ⁴

6. 41*10 ⁵

6. 62*10 ⁵

4. 9*10 ⁵

1. 12*10 ⁵

1. 82*10 ⁵

4. 08*10 ⁵

5. 26*10 ⁴

1-кесте Кейбір металдардың электр өткізгіштігі ¹

1. 4 Электр өткізгіштік құбылысы

Ом заңына сәйкес электр өткізгіштік мына қатынаспен анықталады:

\[\sigma={\frac{I}{U}}\]
(13)

Мұндағы

\[\hat{J}\,\]

-ток күші,

\[\textstyle{\mathit{P}}\]

-потенциалдар айырмасы, ал меншікті электр өткізгіштік

¹ Павлов П. В. Физика твердого тела / П. В. Павлов, А. Ф. Хохлов. - М., 2000, 398-стр.

\[d={\frac{l\cdot\sigma}{S}}\]
(14)

Мұндағы

\[\frac{\overline{{{\beta}}}}{\overline{{{\beta}}}}\]

-өткізгіш ұзындығы,

\[\mathbf{\Delta}_{\Delta}^{\mathrm{{C}}}\]

-өткізгіштің көлденең қимасының ауданы, (13) және (14) -теңдеулерден

\[\textstyle{\mathcal{D}}\]

-кедергі мен

\[\mathcal{P}\]

-меншікті кедергі сәйкесінше мынаған тең:

\[R={\frac{U}{I}}\]
(15)

\[\rho={\frac{S\ R}{l}}\]
(16)

1. 5 Металдардың электрлік кедергісінің температураға тәуелділігі

Металдардың электрлік кедергісі температураға пропорционал өзгереді, ал төменгі температурада-температураның бесінші дәрежесіне пропорционал. Температураны жоғарылатқан сайын металл өткізгіштердің кедергілері өсуі керек: температура неғұрлым өссе, соғұрлым кристалл торындағы иондардың қарқындылығы артып, электрондардың олармен соқтығысы жиі болады. Таза металдарда температураны арттырған сайын кедергі

\[R=R_{0}\rtimes(1+a\cdot\infty T)\]
(17)

сызықтық заңмен жуықтап өседі. Мұндағы

\[\textstyle R_{0}\]

-0 ⁰ C температурадағы өткізгіш кедергісі,

\[\Delta T\]

-температура айырмасы,

\[{\mathcal{Q}}\]

-кедергінің температуралық коэффициенті, ол

\[\frac{1}{273}\]

К-ге тең. Орташа және жоғарғы температуралар диапазонында электр кедергісінің температураға тәуелділік мінездемесі электр кедергісінің температуралық коэффициенті болып табылады: