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求导体--半导体---绝缘体---电阻率----电流,电压,电阻,功率的

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【专家解说】:导体--半导体---绝缘体---电阻率----关于电流,电压,电阻,功率的计算公式2009-10-25 08:27

生活中的金属等一般都是导体,还有的绝缘体如布条、干燥的木棍等被水湿润后会变成导体,还有陶瓷在高温下也会变成导体,生活中一般没有现成的半导体,半导体一般是c族元素的金属...
简单的说生活中导体、半导体、绝缘体的界限是不明显的,他们在一定条件下能互相转化...

半导体不是 金属从物理上定义 就是 禁带 远小于 绝缘体的 材料或者可以理解为 很容易 让不导电的材料 变成导电的材料常用的是硅半导体当然还有金属氧化物 等很多

导体:银、铜、金、铝、锌、铂、锡、铁、铅、汞、石墨、水、酸、碱和盐类的熔化液。
绝缘体:橡胶、塑料、陶瓷、云母、胶木、硅胶、绝缘纸、绝缘油、空气。
半导体:硅、锗、硒。

半导体和超导体有什么区别和相同处?他们分别有什么作用?

顾名思义:导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料,叫做半导体(semiconductor).

用处: 最早的实用“半导体”是「电晶体(Transistor)/ 二极体(Diode)」。
一、在 无 电收音机(Radio)及 电视机(Television)中,作为“讯号放大器 /整流器”用。
二、近来发展「太阳能(Solar Power)」,也用在「光电池(Solar Cell)」中。
三、半导体可以用来测量温度,测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域,有较高的准确度和稳定性,分辨率可达0.1摄氏度,甚至达到0.01度也不是不可能,线性度0.2%,测温范围-100~+300摄氏度,是性价比极高的一种测温元件。



物质存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料,如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等,称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比,半导体材料的发现是最晚的,直到20世纪30年代,当材料的提纯技术改进以后,半导体的存在才真正被学术界认可。
1911年,荷兰科学家卡末林—昂内斯((Heike Kamerlingh-Onnes)用液氦冷却汞,当温度下降到4.2K时,水银的电阻完全消失,这种现象称为超导电性,此温度称为临界温度。根据临界温度的不同,超导材料可以被分为:高温超导材料和低温超导材料。但这里所说的「高温」,其实仍然是远低于冰点摄氏0℃的,对一般人来说算是极低的温度。1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现,如果把超导体放在磁场中冷却,则在材料电阻消失的同时,磁感应线将从超导体中排出,不能通过超导体,这种现象称为抗磁性。经过科学家们的努力,超导材料的磁电障碍已被跨越,下一个难关是突破温度障碍,即寻求高温超导材料。




用处:超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。
由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性,因此只需消耗极少的电能,就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体,要产生这么大的磁场,需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水,投资巨大。
超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。
超导发电机 在电力领域,利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万~6万高斯,并且几乎没有能量损失,这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5~10倍,达1万兆瓦,而体积却减少1/2,整机重量减轻1/3,发电效率提高50%。
磁流体发电机 磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助。磁流体发电发电,是利用高温导电性气体(等离子体)作导体,并高速通过磁场强度为5万~6万高斯的强磁场而发电。磁流体发电机的结构非常简单,用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用。
超导输电线路 超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器,从而把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计,目前的铜或铝导线输电,约有15%的电能损耗在输电线路上,光是在中国,每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电,节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。
广阔的超导应用
高温超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类:大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能;电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等;抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。
超导磁悬浮列车 利用超导材料的抗磁性,将超导材料放在一块永久磁体的上方,由于磁体的磁力线不能穿过超导体,磁体和超导体之间会产生排斥力,使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。
超导计算机 高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列,但密集排列的电路在工作时会发生大量的热,而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路,其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作,不存在散热问题,同时计算机的运算速度大大提高。此外,科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管,甚至完全用超导体来制作晶体管。

什么是电阻率?计算公式是什么?

1)定义或解释

电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻,叫做这种材料的电阻率。公式R=ρL/S

(2)单位

国际单位制中,电阻率的单位是欧姆·米,常用单位是欧姆·平方毫米/米。

(3)说明

①电阻率ρ不仅和导体的材料有关,还和导体的温度有关。在温度变化不大的范围内,:几乎所有金属的电阻率随温度作线性变化,即ρ=ρo(1+at)。式中t是摄氏温度,ρo是O℃时的电阻率,a是电阻率温度系数。

②由于电阻率随温度改变而改变,所以对于某些电器的电阻,必须说明它们所处的物理状态。如一个220 V

1OO W电灯灯丝的电阻,通电时是484欧姆,未通电时只有40欧姆左右。

③电阻率和电阻是两个不同的概念。电阻率是反映物质对电流阻碍作用的属性,电阻是反映物体对电流阻碍作用的属性。
下表是几种金属导体在20℃时的电阻率.
材料电阻率(Ω m)
(1)银 1.6 × 10-8 (5)铂 1.0 × 10-7 (9)康铜 5.0 × 10-7
(2)铜 1.7 × 10-8 (6) 铁 1.0 × 10-7 (10)镍铬合金 1.0 × 10-6
(3)铝 2.9 × 10-8 (7)汞 9.6 × 10-7 (11)铁铬铝合金1.4 × 10-6
(4)钨 5.3 × 10-8 (8)锰铜 4.4 × 10-7 (12) 铝镍铁合金1.6 × 10-6
(13)石墨(8~13)×10-6
可以看出金属的电阻率较小,合金的电阻率较大,非金
属和一些金属氧化物更大,而绝缘体的电阻率极大.锗,硅,硒,氧化
铜,硼等的电阻率比绝缘体小而比金属大,我们把这类材料叫做半导体
(semiconductors).

总结:常态下(由表可知)导电性能最好的依次是银,铜,铝,这三种材料是最常用的,常被用来作为导线等,其中铜用的最为广,几乎现在的导线都是铜的(精密一起,特殊场合除外)铝线由于化学性质不稳定容易氧化已被淘汰.银导电性能最好但由于成本高很少被采用,只有在高要求场合才被使用,如精密仪器,高频震荡器,航天等...顺便说下金,在某些场合仪器上触点也有用金的,那是因为金的化学性质稳定故采用,并不是因为其电阻率小所至.

计算所有关于电流,电压,电阻,功率的计算公式

1、串联电路电流和电压有以下几个规律:(如:R1,R2串联)
①电流:I=I1=I2(串联电路中各处的电流相等)
②电压:U=U1+U2(总电压等于各处电压之和)
③电阻:R=R1+R2(总电阻等于各电阻之和)如果n个阻值相同的电阻串联,则有R总=nR
2、并联电路电流和电压有以下几个规律:(如:R1,R2并联)
①电流:I=I1+I2(干路电流等于各支路电流之和)
②电压:U=U1=U2(干路电压等于各支路电压)
③电阻: (总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数和)或 。
如果n个阻值相同的电阻并联,则有R总= R
注意:并联电路的总电阻比任何一个支路电阻都小。
电功计算公式:W=UIt(式中单位W→焦(J);U→伏(V);I→安(A);t→秒)。
5、利用W=UIt计算电功时注意:①式中的W、U、I和t是在同一段电路;②计算时单位要统一;③已知任意的三个量都可以求出第四个量。
6、计算电功还可用以下公式:W=I2Rt ;W=Pt;W=UQ(Q是电量);


【电 学 部 分】
1电流强度:I=Q电量/t
2电阻:R=ρL/S
3欧姆定律:I=U/R
4焦耳定律:
⑴Q=I2Rt普适公式)
⑵Q=UIt=Pt=UQ电量=U2t/R (纯电阻公式)
5串联电路:
⑴I=I1=I2
⑵U=U1+U2
⑶R=R1+R2
⑷U1/U2=R1/R2 (分压公式)
⑸P1/P2=R1/R2
6并联电路:
⑴I=I1+I2
⑵U=U1=U2
⑶1/R=1/R1+1/R2 [ R=R1R2/(R1+R2)]
⑷I1/I2=R2/R1(分流公式)
⑸P1/P2=R2/R1
7定值电阻:
⑴I1/I2=U1/U2
⑵P1/P2=I12/I22
⑶P1/P2=U12/U22
8电功:
⑴W=UIt=Pt=UQ (普适公式)
⑵W=I^2Rt=U^2t/R (纯电阻公式)
9电功率:
⑴P=W/t=UI (普适公式)
⑵P=I2^R=U^2/R (纯电阻公式)

电流密度的问题:一般说铜线的电流密度取6A/mm²,铝的取4A,考虑到大电流的趋肤效应,越大的电流取的越小一些,100A以上一般只能取到2.5左右,另外还要考虑输电线路的线损,越长取的也要越小一些。

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关键词: 半导体 绝缘体

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