Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Маттиссена правило
Зависимость общего сопротивления проводника от составляющих, обусловленных рассеянием электронов проводимости на тепловых колебаниях решетки и примесями и дефектами кристалла

Анимация

Описание

 

Правило Маттиссена (установлено Л. Маттиссеном в 1864 г.) – эмпирическое правило, которое состоит в том, что общее сопротивление кристаллического металлического образца ρ(Т) есть сумма сопротивления ρф(Т), обусловленного рассеянием электронов проводимости на тепловых колебаниях решетки (фононах), и сопротивления ρ0, связанного с присутствием в металле примесных атомов и других дефектов кристаллической решетки. Дефекты кристаллической структуры и включения создают не зависящий от температуры вклад в удельное сопротивление, ограничивающий электропроводность металлов.
Величина ρф обращается в 0 при Т=0 К, ρ0 определяет остаточное сопротивление металла при Т=0 К. Сопротивление ρ0 представляет собой столь чувствительную характеристику совершенства образца. Согласно формуле Блоха-Грюнайзена, рассеяние электронов на фононах приводит к зависимости ρф(Т)~Т при Т>>Tд и ρф(Т)~Т5 при, Т<<Tд, где Tдтемпература Дебая.
рис.1
Зависимость удельного сопротивления проводника от температуры
Правило Маттиссена справедливо, если процессы решеточного и примесного рассеяний независимы и изотопны. В действительности необходимо учитывать корреляцию между ними. Значительное отклонение от  правила Маттиссена связано с зависимостью ρ0(Т) в области низких температур. Такие отклонения происходят по нескольким причинам:
1) примесь вносит локальное искажение решетки, что приводит к неупругому рассеянию электронов на квазилокальных и локальных колебаниях решетки;
2) примесь часто влияет на упругие константы, соответственно меняется и колебательный спектр решетки;
3) примесь действует на зонную структуру, сдвигая уровень Ферми, изменяя плотность состояний и эффективную массу носителей заряда;
4) некоторые дефекты, например дислокации, рассеивают анизотронно;
5) неупругость столкновений электронов особенно существенна в металлах с разбавленными магнитными примесями, так как обусловливает Кондо-эффект. Это приводит к минимуму в зависимости ρ(Т) при низких температурах.
 

 

 

Ключевые слова

 

Разделы наук

 

Применение эффекта

Правило Матиссенна является приближённым и может нарушаться вследствие корреляции между процессами рассеяния, а также под влиянием других факторов. Тем не менее, оно используется при приближённых оценках сопротивления металлов.
Правило Маттисена применимо, строго говоря, только к твердым растворам, но известно много случаев, когда оно верно для двуфазных сплавов. Если нанести температурный коэффициент сопротивления в зависимости от состава, кривая обычно имеет ту же форму, что и кривая проводимости, так что фазовое превращение можно обнаружить тем же путем.

 

Реализации эффекта

Удельное сопротивление нормального металла уменьшается с понижением температуры, и результаты говорят, что сопротивление можно рассматривать как сумму обычного сопротивления, обуславливаемого тепловыми колебаниями атовмов и остаточного сопротивления, обусловленного примесными атомами и дефектами кристалической решетки. В первом приближении остаточное сопротивление не зависит от температуры. Это соотношение выполняется для многих разбавленных твердых растворов различных металлов в данном растворителе.(рис.2)
рис.2
Удельное сопротивление разбавленных твердых растовров серебра в золоте
На рис.2 представлены кривые зависимости удельного сопротивления  от температуры в интервале от -253 до 0 градусов Цельсия. Остаточное сопротивления сплавов не зависит от температуры

В спалавах, представляющих собой твердый раствор при малом содержании растворимого элемента, всегда наблюдается снижение проводимости. Падение при большом содержании растворимого элемента делается более пологим. В системах сплавов, образующих непрерывные твердые растворы, кривая проводимости от состава имеет U-образную форму(рис.3), причем максимальное электросопротивление оказывается во много раз больше, чем сопротивление чистых металлов.
рис.3
Кривая зависимости электропроводности от состава

Литература

1. Прохоров А. М Физическая энциклопедия: Научное издательство, том 2, М., 1998. Стр.74.

2. Юм-Розери В. Введение в физическое металловедение:издательство Металлургия, 1965г.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина