答:导电材料的主要参数和性能,如下:
(1)电阻系数和电导系数:在截面积为S,长度为L的均匀截面积导体中,其电阻系 数计算式为
式中:ρ——导体材料的电阻系数(或称比电阻)(Ω·mm2/m)。
电阻系数的倒数称为电导系数。
(2)电阻系数的温度系数:当温度升高时,电子自由运动的平均时间要缩短,所以,电 阻系数值要增加,反映这一特性的材料电阻的温度系数为
而电阻系数的温度系数为
式中:t——温度。
一般来说,αR和αρ是比较接近的。合金的电阻系数温度系数比纯金属低。在金属熔 化时,其电阻系数是突然增加的,仅有少数金属,如锑、铷、铋等是例外。
(3)趋表效应和导体的交流电阻:当导体中通过电流时,在导体的四周及其内部产生 磁场,因而有磁通存在。在导体的同一截面积上,其内部电流所交链的磁通量大,而边缘 部分电流所交链的磁通量小。假如电流为直流,电流不变化磁通量不变化,此时导体上不 会产生反电势,故截面上电流密度的分布是均匀的。假若电流为交流,那么因电流变化, 磁通量也变化,则在导体内部与边缘部分,因所交链的磁通量不同,所产生的反电势也将 不同,遂使导体截面上电流密度的分布产生不均匀的现象,其内部的密度小边缘部分的密 度大,这种现象称为趋表效应。
在交流电情况下,趋表效应增加了导体的电阻,设R′为导体在交流电流下的电阻,R 为导体的直流电阻,则
R′=KR
式中:K——趋表系数。K的值与材料的本身性质有关,还与导体的形状有关。
(4)金属与合金的导热系数:若设导体具有均匀一致的截面积S,长度为L,则其热阻 为
其热导为
式中:ρm——热阻系数;
km——导热系数,ρm＝L/km。
金属的导热系数与电导系数的关系为
式中:λ——电导系数;
ρ——电阻系数;
α——常数;
T——绝对温度。
(5)接触电位差和热电势:当两种不同的金属接触时,则在接触处产生电位差。在各 种金属中,其自由电子的密度是不同的,因此,不同的金属内的自由电子,把它比喻成为充 满在金属分子间的自由气体,将受到不同的压力。当两种不同的金属相接触时,电子将有 一种金属向另一种金属扩散,结果,一定数目的电子就有一种金属移至另一种金属中。电 子减少了的金属常带正电,而另一种金属正电子的数目增多了,所以常带负电。此种电子 的移动将一直维持下去,直到接触面上产生适当的电位差和电场为止。
各种不同金属或合金接触制成热电偶时,在接触点不同的温度差下,产生热电势。电 路中的热电势是两接触面温度差的函数。热电势的方向,在冷接点处是使电流从热电偶 名称的前一种合金流向后一种合金;而在热接点处电流的方向则由后一种合金流向前一 种合金。
(6)导电材料的机械性能:导电材料的机械性能在实用上意义很大,在某些应用的场 合,如架空导线等,材料的机械性能与其电性能同样重要。导电材料的机械性能中重要的 为抗张强度σρ及断裂时的相对伸长Δl/l。
(7)金属的氧化作用:金属中除了铂和某些不与氧化合的贵金属外,都有与氧化合而 生成氧化物的特点,各种金属的氧化速度各不相同;温度升高时,氧化速度也增加。氧化 速度用一定时间段内某金属的单位面积上所吸收的氧含量来表示。
形成的金属氧化物的性能,对金属氧化速度的影响很大。若氧化物是挥发性的,则它 们从金属表面消失后,其余的金属仍然要继续氧化。这些金属在流通的氧气中,不能在白 炽状态下工作。若金属氧化物是非挥发性的,那么金属氧化后,氧化物在其表面形成一层 薄膜。当形成的氧化物的容积比原来形成氧化物的容积大时,则所得氧化层是整片的,使 氧气穿过这一层薄膜的扩散作用遭到困难,故氧化层形成后,将能防止内部金属的继续氧 化。当形成氧化物的容积比原来形成氧化物的金属的容积小时,则氧化层将不是整片的, 它不能堵塞氧气通到氧化层深处金属地方去的通路,故氧化作用还在继续进行。
氧化物的容积与原来形成氧化物的金属的容积的比称为氧化容积系数,此系数K可 用下式来计算,即
式中:A——金属原子量;
n——金属变为氧化物分子时所需的原子数;
M——氧化物的分子量;
δ——金属的相对密度;
γ0——氧化物的相对密度。