Классификация материалов по электрическим свойствам

4 Классификация веществ по электрическим свойствам

Диэлектрики – материалы, у которых запрещенная зона на столько велика, что электронной проводимости в обычных условиях не возникает.

Полупроводники – вещества с более узкой запрещенной зоной. Она может быть преодолена за счет внешних энергетических воздействий.

Проводники – материалы, у которых валентная зона вплотную прилегает к зоне свободных энергетических уровней или даже перекрывается ею. В результате электроны могут переходить из валентной зоны на незанятые уровни.

Энерг. воздействие – тепловое движение др. источники энергии. Свет, поток электронов и ядер частиц, элек. и магн поля мех. воздействие. Элект. св-ва опред. не только св-ва атома, но и видами связи.

Примеси и дефекты кристаллической решетки значительно влияют на свойства веществ.

5 Классификация веществ по магнитным свойствам

По магнитным свойствам делятся на слабо (диамагнетики и парамагнетики) и сильно (ферро- и ферримагнетики).

Слабомагнитные материалы (<1):

Парамагнетики – вещества с >1, которое не зависит от напряженности магнитного поля. Зависимость  от T сильная. К ним относится платина, алюминий, кислород, воздух(=1,000003) , оксид азота и т.д.

В диамагнетике внешнее магнитное поле ослабляется, а в парамагнетике и антиферромагнетике усиливается магнитными моментами атомов. Магнитный момент атомов — образуется геометрически из магнитных моментов всех его электронов. Магнитный момент электрона состоит из магнитных моментов, обусловленных вращением вокруг ядра и вокруг собственной оси. Первый из них называется орбитальным, а второй спиновым магнитным моментом.

Сильномагнитные материалы 1 или магнетики – вещества,  которых в большей степени зависит от напряженности магнитного поля и температуры. В кристаллах магнетика существуют области (домены) и в домене магнитные моменты атомов параллельны друг другу и создают магнитный момент домена. При отсутствии внешнего магнитного поля домены магнитных моментов отдельных атомов различны, при наложении внешнего магнитного поля происходит постепенный рост числа доменов, намагниченность которых совпадает с внешним полем или близка к направлению внешнего поля.

Когда все магнитные моменты доменов сориентированы по полю, то наступает магнитное насыщение. Эти вещества широко используются в электротехнике Fe, Ni, Co и их сплавы, сплавы Cr, Mn, гадолиний.

6 Диэлектрик в электрическом поле

Основным, характерным для любого диэлектрика процессом, возникающим при воздействии на него электрического напряжения, является поляризация — ограниченное смещение связанных заря­дов или ориентация дипольных молекул.

О явлениях, обусловленных поляризацией диэлектрика, можно судить по значению диэлектрической проницаемости, а также угла диэлектрических потерь, если поляризация диэлектрика сопро­вождается рассеянием энергии, вызывающим нагрев диэлектрика. В нагреве технического диэлектрика могут участвовать содержа­щиеся в нем немногочисленные свободные заряды, обусловливаю­щие возникновение под воздействием электрического напряжения малого сквозного тока, проходящего через толщу диэлектрика и по его поверхности. Наличие сквозного тока говорит о явлении электро­проводности технического диэлектрика, численно характеризуемой значениями удельной объемной электрической проводимости и удельной поверхностной электрической проводимости, являющимися обратными соответствующим значениям удельных объемного и по­верхностного электрических сопротивлений.

Любой диэлектрик может быть использован только при напря­жениях, не превышающих предельных значений, характерных для него в определенных условиях. При напряжениях выше этих пре­дельных значений наступает пробой диэлектрика — полная потеря им электроизоляционных свойств. Значение напряжения, при котором происходит пробой ди­электрика, называется пробивным напряжением, а соответствующее значение напряженности внешнего однородного электрического поля — электрической прочностью диэлектрика.

Классификация материалов по электрическим и магнитным свойствам

По электрическим свойствам все материалы можно разделить на диэлектрики, проводники и полупроводники. Главной количественной характеристикой этих материалов является удельное сопротивление (проводимость). При нормальной температуре (20 °C) этот показатель лежит в пределах 10 8 — 10 18 Омм для диэлектриков; IO 8 —10′ 5 Омм для проводников; 10′ 5 —10 +8 Ом м для полупроводников. При низких температурах (~0 °К) для металлов возможно особое сверхпроводящее состояние, когда удельное сопротивление близко к нулю.

Современная физика объясняет механизм проводимости твердого тела наличием свободных электронов, которые под воздействием внешнего электрического поля приобретают направленное движение — электрический ток.

Механизм проводимости описывается зонной теорией, согласно которой электрическое состояние электронов определяется не только взаимодействием с ядром своего атома, но и электрическим полем кристаллической решетки, взаимодействием с другими атомами. В изолированном атоме электроны вращаются вокруг ядра по определенным орбитам, каждой из которых соответствует определенное количество энергии, т. е. строго определенный энергетический уровень. На каждой орбите, согласно принципу Паули, может находиться не более двух электронов (рис 1.6, а).

Под воздействием положительного заряда ядра электроны стремятся занять ближайшие к ядру уровни с минимальным значением энергии. Верхние уровни в этом случае могут быть свободными.

В кристаллической решетке твердого тела, состоящей из нескольких атомов, смещаются отдельные энергетические уровни (расщепляются на подуровни), а также снижаются потенциальные барьеры между электронами. В результате образуется энергетическая зона. Количество уровней в зоне определяется количеством атомов в кристалле, а расстояние между соседними уровнями составляет приблизительно 10 22 эВ.

Обменное взаимодействие и связанное с ним расщепление уровней электронов больше всего влияют на энергетическое состояние внешних (валентных) электронов атома. Зона, заполненная связанными электронами, называется валентной (рис 1.6, б).

Рис 1.6. Расположение энергетических уровней: а — уединенного электрона; б — твердого тела;

1 — валентная зона; 2 — запрещенная зона; 3 — зона проводимости

В результате внешнего энергетического воздействия валентные электроны могут терять связь с ядром атома и становиться свободными. Такой процесс называется переходом электрона в зону проводимости.

У диэлектриков и полупроводников между валентной зоной и зоной проводимости находится запрещенная зона, т. е. такие электрические уровни, которые электроны занимать не могут.

Ширина запрещенной зоны А ИИопределяется по формуле

ДРГ = W — W_h, С о 7

где W_c — нижний энергетический уровень зоны проводимости, W_b — верхний энергетический уровень валентной зоны.

У диэлектрических материалов ширина запрещенной зоны велика: AJF > 3 эВ, а у полупроводниковых материалов АРГ= 0,14-0,3 эВ.

У проводников запрещенная зона отсутствует, а валентная вплотную примыкает к зоне проводимости или перекрывает ее, образуя гибридную зону, в которой валентные электроны могут переходить с уровней валентной зоны на свободные уровни зоны проводимости под влиянием слабой напряженности электрического поля.

С точки зрения зонной теории, между диэлектриками и полупроводниками есть только количественные различия (величина ЛИО.

При снижении температуры проводимость диэлектриков и полупроводников уменьшается и при Т= 0 равна нулю.

Что касается проводников, то вследствие отсутствия запрещенной зоны электроны в металле свободны и под воздействием слабого электрического поля могут перемещаться, создавая электронную проводимость. При снижении температуры проводимость металлов возрастает и при Т « 0 является максимальной.

В полупроводниковых материалах переход электронов в свободное состояние (из валентной зоны в зону проводимости) может осуществляться за счет внешнего воздействия (нагрева, излучения, электромагнитного поля и др.), т. е. можно изменить проводимость и на основе этого свойства создать управляемые приборы.

Если в результате внешнего энергетического воздействия электроны в проводнике перешли в зону проводимости, то в валентной зоне образуется незанятая связь — «электрическая дырка». Дырка может быть заполнена другими электронами. При этом под воздействием электрического поля она будет перемещаться в направлении поля, как эквивалентный положительный заряд.

Переход электронов в свободное состояния сопровождается и обратным процессом, т. е. возвратом в нормальное состояние, в результате чего в веществе наступает равновесие.

Электрические свойства вещества определяются условиями взаимодействия атомов, поэтому одни и те же вещества могут быть как проводниками, так и диэлектриками. Например, углерод в виде алмаза является диэлектриком, а в виде графита — проводником.

Электрические свойства твердых тел в значительной степени зависят от дефектов кристаллической решетки.

Магнитные свойства

Все вещества в природе обладают определенными магнитными свойствами и взаимодействуют с внешним магнитным полем. В зависимости от природы микроносителей магнетизма и характера взаимодействия с внешним магнитным полем их можно разделить на слабомагнитные (диамагнетики и парамагнетики) и сильномагнитные (ферромагнетики и ферримагнетики).

Основной характеристикой магнитных свойств вещества является относительная магнитная проницаемость ц_с.

К диамагнетикам относятся вещества, у которых 1 и также не зависит от напряженности внешнего магнитного поля (кислород, окись азота, ряд металлов — щелочные металлы, титан, цирконий).

У магнитных материалов ц_с »1 и существенно зависит от напряженности внешнего магнитного поля (железо, ни кель, кобальт и их сплавы, а также материалы, полученные на основе соединений окиси железа с окисями других металлов). Более подробно их характеристики и свойства рассмотрены в разделе 5.

• (J) Контрольные вопросы
• 1. Перечислите, из каких элементарных частиц состоит атом любого химического элемента.
• 2. Классифицируйте электротехнические материалы по поведению в электромагнитном поле: а) по электрическим свойствам; б) по магнитным свойствам.

Классификация электротехнических материалов

Материал — это объект, обладающий определенным составом, структурой и свойствами, предназначенный для выполнения определенных функций. Материалы могут иметь различное агрегатное состояние: твердое, жидкое, газообразное или плазменное.

Функции, которые выполняют материалы, разнообразны: обеспечение протекания тока (в проводниковых материалах), сохранение определенной формы при механических нагрузках (в конструкционных материалах), обеспечение изоляции (в диэлектрических материалах), превращение электрической энергии в тепловую (в резистивных материалах). Обычно материал выполняет несколько функций. Например, диэлектрик обязательно испытывает какие-то механические нагрузки, то есть является конструкционным материалом.

Материаловедение — наука, занимающаяся изучением состава, структуры, свойств материалов, поведением материалов при различных воздействиях: тепловых, электрических, магнитных и т.д., а также при сочетании этих воздействий.

Электротехническое материаловедение — это раздел материаловедения, который занимается материалами для электротехники и энергетики, т.е. материалами, обладающими специфическими свойствами, необходимыми для конструирования, производства и эксплуатации электротехнического оборудования.

Материалы играют определяющую роль в энергетике. Например, изоляторы высоковольтных линий. Исторически первыми придумали изоляторы из фарфора. Технология их изготовления достаточно сложна, капризна. Изоляторы получаются довольно громоздкими и тяжелыми. Научились работать со стеклом — появились стеклянные изоляторы. Они легче, дешевле, их диагностика несколько проще. И, наконец, последние изобретения — это изоляторы из кремнийорганической резины.

Первые изоляторы из резины были не очень удачны. На их поверхности с течением времени образовывались микротрещины, в которых набивалась грязь, образовывались проводящие треки, затем изоляторы пробивались. Подробное изучение поведения изоляторов в электрическом поле проводов высоковольтных линий (ВЛ) в условиях внешних атмосферных воздействий позволило подобрать ряд добавок, улучшивших атмосферостойкость, стойкость по отношению к загрязнениям и действию электрических разрядов. В результате сейчас создан целый класс легких, прочных изоляторов на различные уровни воздействующего напряжения.

Для сравнения, вес подвесных изоляторов для ВЛ 1150 кВ сопоставим с весом проводов в пролете между опорами и составляет несколько тонн. Это вынуждает ставить дополнительные параллельные гирлянды изоляторов, что увеличивает нагрузку на опору. Требуется использовать более прочные, а значит более массивные опоры. Это увеличивает материалоемкость, большой вес опор значительно поднимает расходы на монтаж. Для справки, стоимость монтажа составляет до 70% стоимости строительства линии электропередач. На примере видно, как один элемент конструкции влияет на конструкцию в целом.

Таким образом, электротехнические материалы (ЭТМ) являются одним из определяющих факторов технико-экономических показателей любой системы электроснабжения.

Основные материалы, которые используются в энергетике, можно разделить на несколько классов — это проводниковые материалы, магнитные материалы и диэлектрические материалы. Общим для них является то, что они эксплуатируются в условиях действия напряжения, а значит и электрического поля.

Проводниковыми называют материалы, основным электрическим свойством которых является сильно выраженная по сравнению с другими электротехническими материалами электропроводность. Их применение в технике обусловлено в основном этим свойством, определяющим высокую удельную электрическую проводимость при нормальной температуре.

В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы.

К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Однако для большинства металлов температура плавления высока, и только ртуть, имеющая температуру плавления около минус 39 °С, может быть использована в качестве жидкого металлического проводника при нормальной температуре. Другие металлы являются жидкими проводниками при повышенных температурах.

Газы и пары, в том числе и пары металлов, при низких напряженностях электрического поля не являются проводниками. Однако, если напряженность поля превзойдет некоторое критическое значение, обеспечивающее начало ударной и фотоионизации, то газ может стать проводником с электронной и ионной электропроводностью. Сильно ионизированный газ при равенстве числа электронов числу положительных ионов в единице объема представляет собой особую проводящую среду, носящую название плазмы.

Важнейшими для электротехники свойствами проводниковых материалов являются их электро- и теплопроводность, а также способность генерации термоЭДС.

Электропроводность характеризует способность вещества проводить электрический ток (смотрите — Электропроводность веществ). Механизм прохождения тока в металлах обусловлен движением свободных электронов под воздействием электрического поля.

Полупроводниковыми называют материалы, которые являются по своей удельной проводимости промежуточными между проводниковыми и диэлектрическими материалами и отличительным свойством которых является исключительно сильная зависимость удельной проводимости от концентрации и вида примесей или других дефектов, а также в большинстве случаев от внешних энергетических воздействий (температуры, освещенности и т. п.).

К полупроводникам относится большая группа веществ с электронной электропроводностью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре больше, чем у проводников, но меньше, чем у диэлектриков, и находится в диапазоне от 10-4 до 1010 Ом•см. В энергетике полупроводники напрямую мало используются, но электронные компоненты на основе полупроводников используются достаточно широко. Это любая электроника на станциях, подстанциях, диспетчерских управлениях, службах и т.п. Выпрямители, усилители, генераторы, преобразователи. Также из полупроводников на основе карбида кремния изготавливают нелинейные ограничители перенапряжений в линиях электропередачи (ОПН).

Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля. Реальный (технический) диэлектрик тем более приближается к идеальному, чем меньше его удельная проводимость и чем слабее у него выражены замедленные механизмы поляризации, связанные с рассеиванием электрической энергии и выделением тепла.

Поляризацией диэлектрика называют возникновение в нем при внесении во внешнее электрическое поле макроскопического собственного электрического поля, обусловленного смещением заряженных частиц, входящих в состав молекул диэлектрика. Диэлектрик, в котором возникло такое поле, называется поляризованным .

Магнитными называют материалы, предназначенные для работы в магнитном поле при непосредственном взаимодействии с этим полем. Магнитные материалы делят на слабомагнитные и сильномагнитные. К слабомагнитным относят диамагнетики и парамагнетики. К сильномагнитным – ферромагнетики, которые, в свою очередь, могут быть магнитомягкими и магнитотвердыми.

Композиционные материалы – это материалы, состоящие из нескольких компонент, выполняющих разные функции, причем между компонентами существуют границы раздела.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Трансформаторные подстанции высочайшего качества

Все вещества в зависимости от их электрических свойств относятся к проводникам, полупроводникам и диэлектрикам . Различия между ними можно показать с помощью энергетических диаграмм, зонной теории твердых тел.
Различным атомам веществ характерны определенные энергетические состояния (уровни).
При переходе газообразного вещества в жидкость, а затем при образовании кристаллической решетки твердого тела все имеющиеся у данного типа атомов электронные уровни несколько смещаются вследствие действия соседних атомов друг на друга. Таким образом из отдельных энергетических уровней уединенных атомов в твердом теле образуется целая полоса — зона энергетических уровней. Часть этих уровней заполнена электронами в нормальном не возбужденном состоянии атома. На других уровнях электроны могут находиться только после того, как атом испытает внешнее энергетическое воздействие, при этом он возбуждается. Стремясь перейти к устойчивому состоянию атом излучает избыток энергии в момент возвращения электронов на уровни при которых энергия атома минимальна.

Энергетические диаграммы

Энергетические диаграммы диэлектриков, полупроводников и проводников различны (см. рис. а, б, в).
Диэлектриками будут такие материалы у которых запрещенная зона настолько велика, что электронной проводимости не наблюдается.
1-зона заполнения электронами
2-запрещенная зона
3-свободная зона
Полупроводниками будут вещества с более узкой запрещенной зоной, которая может быть преодолена за счет внешних энергетических воздействий.
Проводниками будут материалы у которых заполненная электронами зона вплотную прилегает к зоне свободных энергетических уровней или даже перекрывает ее.
Вследствие этого электроны в металле свободны, то есть могут переходить с уровней заполненной зоны на незанятые уровни свободной зоны под влиянием слабой напряженности приложенного к проводнику электрического поля.

При отсутствии в полупроводнике свободных электронов ( при 0 град. Кельвина ) приложенная к нему разность электрических потенциалов не вызовет тока. Если из вне будет подведена энергия, достаточная для переброса электронов через запрещенную зону то, став свободными, электроны смогут перемещаться под действием электрического поля, создавая электронную электропроводность полупроводника. В заполненной зоне, откуда ушел электрон, образовалась « электронная дырка «, а потому в полупроводнике начинается другое « эстафетное » движение электронов, заполняющих образовавшуюся дырку; причем под воздействием электрического поля дырка будет двигаться как эквивалентный положительный заряд. С повышением температуры число свободных электронов в полупроводнике возрастает. Энергию необходимую для перехода электронов в свободное состояние или для образования дырки может доставить не только тепловое движение но и другие источники энергии (свет, поток ядерных частиц, электрические и магнитные поля, механические воздействия и т.д.).
Электрические свойства определяются условиями взаимодействия атомов вещества и не являются непременной особенностью данного атома. Например углерод в виде алмаза является диэлектриком, а в виде графита обладает большой проводимостью. Дефекты и примеси в кристаллической решетке очень сильно влияют на электрические свойства твердых тел.

Классификация проводниковых материалов

Проводниками электрического тока могут быть твердые тела, жидкости, а при соответствующих условиях и газы. Важнейшими практическими применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы. Из металлических проводниковых материалов можно выделить: металлы высокой проводимости, имеющие удельное сопротивление при нормальной температуре не более 0,05 мкОм·м и сплавы высокого сопротивления — более 0,3 мкОм·м. Металлы высокой проводимости используются для проводов, обмоток электрических машин и т.д. Металлы и сплавы высокого сопротивления применяют для изготовления резисторов, электронагревательных приборов и т.д.
К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Для большинства металлов температура плавления высока.

Механизм прохождения тока в металлах обусловлен движением (дрейфом) свободных электронов под воздействием электрического поля. Поэтому металлы называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода. Проводниками второго рода — электролитами являются растворы кислот, щелочей и солей. Прохождение тока через эти вещества связано с переносом вместе с электрическими зарядами ионов, вследствие чего состав электролита постепенно изменяется, а на электродах выделяются продукты электролиза. Ионные кристаллы в расплавленном состоянии также являются проводниками второго рода.

Все газы и пары в том числе, и пары кристаллов при низких напряженностях электрического поля не являются проводниками. Если напряженность поля превзойдет некоторое критическое значение, обеспечивающее начало ударной фотоионизации, то газ может стать проводником с электронной и ионной электропроводностью. Сильно ионизированный газ при равенстве числа электронов числу положительно заряженных ионов в единице объема представляет собой особую проводящую среду — плазма .

Основные свойства проводников

Классическая электронная теория металлов представляет твердый проводник в виде системы состоящей из узлов кристаллической ионной решетки внутри которой находится электронный газ из свободных электронов. От каждого атома металла в свободное состояние переходит 1-2 электрона. При столкновении электронов с узлами кристаллической решетки энергия, накопленная при ускорении электронов в электрическом поле, передается металлической основе проводника. Вследствие чего он нагревается. Электронная теория металлов дает возможность аналитически описать и объяснить основные законы электропроводности и потерь электрической энергии в металлах.

Опыты подтвердили гипотезу о электронном газе в металлах, а именно:
1)При длительном пропускании электрического тока через цепь, состоящую из одних металлических проводников не наблюдается проникновение атомов одного металла в другой.
2)При нагреве металлов до высоких температур скорость теплового движения свободных электронов увеличивается и наиболее быстрые из них могут вылетать из металла преодолевая силы поверхностного потенциального барьера.
3)В момент неожиданной остановки быстро двигавшегося проводника происходит смещение электронного газа по закону инерции в направлении движения. Смещение электронов приводит к появлению разности потенциалов на концах заторможенного проводника и стрелка подключенного к ним измерительного прибора отклоняется по шкале
4)Исследуя поведение металлических проводников в магнитном поле установили, что вследствие искривления траектории электронов в металлической пластине, помещенной в поперечное магнитное поле, появляется ЭДС и изменяется электрическое сопротивление проводника.

Представляя металл как систему, в которой положительные ионы скрепляются посредствам свободно движущихся электронов, легко понять природу всех основных свойств металлов: пластичность, ковкость, теплопроводность, электропроводность.
К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов относятся: удельная проводимость γ или обратная ей величина — удельное сопротивление ρ , температурный коэффициент удельного сопротивления , коэффициент теплопроводности , контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила (термо ЭДС) ε , предел прочности при растяжении и относительное удлинение перед разрывом .
Удельная проводимость металлических проводников согласно классической теории металлов может быть выражена:

где
е — заряд электрона;
_{n 0} — число свободных электронов в единице объема металла;
λ — средняя длина свободного пробега электрона между двумя соударениями с узлами решетки;
m — масса электрона;
υ_T — средняя скорость теплового движения свободного электрона в металле.

Таблица 3-20
Напряжение искрового пробоя Uз в воздухе при различных давлениях р и расстояниях d между электродами
pd, МПа	р, Па	d, м	Uз,кВ
34500			830
			813
			785
20700			528
			515
			502
			487
			473
3330			95
			90
			87
			87
			84
			82
			81

Для разных металлов скорости хаотического теплового движения электронов (при определенной температуры) примерно одинаковы. Незначительно различаются также и концентрация свободных электронов n о . Поэтому значение удельной проводимости в основном зависит от средней длины пробега электронов в данном проводнике , которая в свою очередь определяется структурой проводникового материала. Все чистые металлы с наиболее правильной кристаллической решеткой характеризуются наименьшими значениями коэффициента удельного сопротивления.

Рассеивание движения электронов происходит в местах дефектов кристаллической решетки. Число носителей заряда (концентрация свободных электронов) в металлическом проводнике при повышении температуры практически остается неизменным. Однако вследствие усилений колебаний узлов кристаллической решетки, с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического поля, то есть уменьшается средняя длина свободного пробега электрона, уменьшается подвижность электронов и как следствие этого уменьшается удельная проводимость металлов и увеличивается их удельное сопротивление. Иными словами температурный коэффициент удельного сопротивления металлов положителен.

Коэффициент в учитывает увеличение числа свободных ионов в твердом теле при возрастании температуры. Для большинства ионных кристаллов коэффициент в близок к 100000 К.

Примеси и нарушения правильной структуры металлов увеличивают их удельное сопротивление. Значительное возрастание r наблюдается при сплавлении двух металлов в том случае если они образуют друг с другом твердый раствор. То есть при затвердевании совместно кристаллизуются и атомы одного металла входят в кристаллическую решетку другого. При некотором соотношении между компонентами в сплаве r имеет максимальное значение. Такое изменение r , от содержания компонентов сплава, можно объяснить тем, что вследствие более сложной структуры сплава по сравнению с чистыми металлами, его уже нельзя рассматривать как классический металл, то есть изменение удельной проводимости сплава зависит не только от изменения подвижности носителей заряда но и в некоторых случаях от частичного возрастания концентрации носителей заряда при повышении температуры. Сплав у которого уменьшение подвижности с ростом температуры компенсируется возрастанием концентрации носителей заряда будет иметь нулевой температурный коэффициент удельного сопротивления.
Теплопроводностью называется процесс передачи теплоты вследствие хаотического движения молекул или атомов. Количество теплоты переданной слоем вещества площади S при поддерживании на его плоскостях разности температур T₂ -T₁ за время t:

где
-толщина слоя вещества.

Коэффициентом теплопроводности называется величина, измеряемая количеством теплоты переданной в единицу времени через слой единичной толщины при разности температур поверхностного слоя в 1 °C, если площадь поверхностного слоя равна 1 . За передачу теплоты через металл в основном ответственны те же свободные электроны, которые определяют и электропроводность металла. Очевидно, что при прочих равных условиях, чем больше удельная электрическая проводимость металла, тем больше должен быть и его коэффициент теплопроводности.
При соприкосновении двух различных металлических проводников между ними возникает контактная разность потенциалов. Причина появления этой разности заключается в различии значений работы выхода электронов из различных металлов, а так же в том, что концентрация электронов, а значит и давление электронного газа, в разных металлах и сплавах является неодинаковыми. Согласно электронной теории металлов следует, что контактная разность потенциалов между металлами А и В равна

где
U_A и U_B — потенциалы соприкасающихся металлов
n₀ — концентрация электронов в них

Если температуры спаев одинаковы, то сумма разности потенциалов в замкнутой цепи равна нулю. Если же один из спаев имеет температуру t₁ , а другой t₂ , то между спаями возникает термо-эдс.

где
χ — коэффициент постоянный для данной пары проводников, характеризующий возникающую термо-эдс.

Провод составленный из двух изолированных друг от друга различных металлов или сплавов (термопар) применяют для измерения температур. В термопарах используются проводники, имеющие большой и стабильный коэффициент термо-эдс.
Для обмоток измерительных приборов и резисторов стремятся применять проводниковые материалы и сплавы с возможно меньшим коэффициентом термо-эдс, чтобы избежать ошибки в измерениях.