Температурная зависимость сопротивления различных веществ

Под словом «сопротивление» мы будем иметь в виду удельное электрическое сопротивление, т.е. электрическое сопротивление образца единичной длины и единичного поперечного сечения (иначе надо будет учитывать размеры каждого куска вещества). Удельное сопротивление r (Ом×м/м² = Ом/м×) связано обратной

зависимостью с удельной электропроводностью s (проводимостью, м/Ом). Чем меньше сопротивление, тем больше проводимость.

Металлы. Концентрация свободных электронов в металлах порядка 10^28-29 1/м³,

у собственных полупроводников ~ 10¹⁹ 1/м³, поэтому проводимость металлов существенно больше, чем полупроводников.

На рисунках показана характерная зависимость сопротивления обычных, не сверхпроводящих металлов от температуры. При умеренных температурах сопротивление прямо пропорционально температуре (см. левый график). При очень низких температурах (правый график) сопротивление сначала резко уменьшается, а затем стремится к некоторой постоянной величине, называемой остаточным сопротивлением. [xxiv]

На сопротивление металлов оказывают влияние два фактора: 1) тепловые колебания ионов в узлах решетки и 2) наличие дефектов решетки, главным образом, присутствие чужеродных атомов – примесей. С уменьшением температуры колебания ионов становятся менее интенсивными и сопротивление уменьшается. Но количество примесей при этом остается постоянным. Поэтому при очень низких температурах сопротивление перестает уменьшаться, стремясь к некоторой постоянной величине r _ост . Отношение сопротивлений, измеренных при температурах 300 К и 4,2 К (кипящий гелий) зависит от концентрации примесей. Существуют таблицы, в которых даны эти отношения для различных металлов и различных примесей. Это наиболее точный метод определения чистоты металлов.

Если бы кристаллическая решетка была идеальной, т.е. не было бы нарушений в ее структуре, не было бы чужеродных атомов, протяженность ее была не ограничена поверхностями образца, не было бы тепловых колебаний ионов в узлах решетки, то сопротивление было бы равно нулю.