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金属材料的导电性与电阻率实验测定导言金属材料的导电性与电阻率是材料科学中重要的物性参数。
通过实验测定金属材料的导电性和电阻率，可以评估材料的导电能力和电阻性能，为材料选择和应用提供依据。
本实验旨在利用简单的实验装置和方法，测定金属材料的导电性和电阻率，并探讨影响导电性与电阻率的相关因素。
实验步骤1. 实验材料和仪器准备本实验所需材料包括金属导线、电源、电流表、电压表和导电金属样品。
确保实验仪器的准确性和稳定性，如电流表和电压表的刻度准确、样品接触良好等。
2. 测量电路搭建使用导线将电流表、电压表和电源连接成串联电路，确保电路接线无误。
3. 金属样品处理清洁金属样品表面的油脂和氧化物，以保证电流顺利通过样品。
观察并记录金属样品的基本信息，如形状、尺寸、材料等。
4. 测定电阻率a) 将金属样品夹持在恒温水槽中，保持恒定的温度。
b) 依次调节电源和电流表，使电流依次通过金属样品，记录电流值I。
c) 依次调节电源和电压表，测量样品两端的电压V。
d) 根据欧姆定律，计算金属样品的电阻R = V/I。
e) 根据电阻率的定义，计算电阻率ρ = R * A / L，其中A为样品横截面积，L为样品长度。
5. 测定导电性a) 保持金属样品的恒定温度和电流。
b) 分别测量样品两端的电压V1、V2、V3等，并记录相应的电流I。
c) 根据电导率的定义，计算电导率σ = I / (V1 + V2 + V3)。
d) 将电导率与电阻率互为倒数，即σ = 1/ρ，可得到导电性与电阻率之间的关系。
结果与讨论通过上述实验步骤，我们可以得到不同金属材料的导电性和电阻率数据。
根据实验数据，我们可以进一步讨论导电性与电阻率的影响因素。
1. 温度对电阻率和导电性的影响实验中通过恒温水槽控制金属样品的温度，观察电阻率和导电性是否随温度的变化而变化。
通常情况下，温度升高，金属材料的电阻率会增加，导电性会降低。
这是因为温度升高时，金属晶体中电子受热运动加剧，电子与晶格之间的散射增多，电子的自由运动能力减弱，导致电阻率的增加。
第二章材料电学性能内容概要：本章介绍金属的导电机理，以及影响金属导电的因素，导电率的测量方法及其它材料的电学性质。
具体内容和学时安排如下：第一节导电性能及本质要求学生掌握导电的三大理论：经典电子理论；电子的量子理论；能带理论。
这三大理论的成功或不足点。
理解自由电子、能级和能带、周期性势场、能带密度、K空间的概念。
第二节金属导电性能影响因素理解温度、相变、应力和热处理（淬火和退火）对材料导电性能的影响。
第三节合金的导电性能理解固溶体和化合物的导电性第四节电阻率的测量电阻率的测量方法有单电桥法；双电桥法；电子四探针法。
重点要求掌握单电桥法。
第五节电阻分析应用根据电阻率与温度的线性关系，可来研究材料的相变，材料的组织结构变化。
第六节超导电性掌握超导的两大性能：完全导电性和完全抗磁性。
掌握超导态转变为正常态的三个条件：临界温度；临界电流；临界磁场。
超导的本质－BCS理论。
第七节材料的热电性能了解三大热电现象：第一热导效应、第二热电效应、第三热电效应。
第八节半导体导电性的敏感效应了解半导体能带结构特点；半导体导电有本征导电和杂质导电;实现导电的条件。
第九节介电极化与介电性能掌握电介质极化机理和介电常数的本质第十节电介质的介电损耗了解电介质的能量损耗。
（共12个学时）第一节导电性能及本质材料的电学性能是指材料的导电性能，与材料的结构、组织、成分等因素有关。
一、电阻与导电的概念Ｒ＝Ｕ/I R 不仅与材料的性质有关，还与材料的几何形状有关 。
SL R ρ=L 与材料的长度，ｓ与材料的横截面积，ρ为电阻率，单位为 m Ω∙ρσ1=值越小，a 值越大。
ρ 值愈小，σ值愈大。
纯金属：e 为10-8～10-7合金： 10-7～10-5半导体：10-3～109绝缘体：﹥109导电性能最好的金属是银、铜、金，其电阻率分别为1.5×10-8Ω⋅m 、1.73×10-8Ω⋅m 、等 二、导电机理及能带理论关于材料的导电机理有三大理论：经典电子理论；电子的量子理论；能带理论。
2.3 金属材料的电学性能金属材料是常用的导电材料，本节主要介绍金属材料电阻产生的机制及影响金属材料导电性的因素。
这些因素包括温度、化学成分、晶体结构、杂质和缺陷等，它们的影响机理及影响程度各不相同。
2.3.1 金属电阻率的马基申定则量子力学证明，当电子波在绝对零度(0K)下通过一个理想的完整晶体时，将不受散射而无阻碍传播，此时电阻率为零。
实际上，金属内部存在着缺陷和杂质，在温度不为0K 时，由于温度引起的离子运动(热振动)，以及晶体中存在的杂质原子、位错、点缺陷等都会使晶体点阵的周期性遭到破坏，电子波在这些地方发生散射而产生附加电阻，降低导电性能。
因此，金属的总电阻包括基本电阻（与温度相关）和溶质(杂质)浓度引起的电阻(与温度无关)，即马基申定则(Matthiessen Rule)，用下式表示： 0ρρρ′+=T (2-18)式中，ρT 为与温度有关的金属基本电阻,0ρ′取决于化学缺陷和物理缺陷而与温度无关的残余电阻。
化学缺陷为杂质原子以及人工加入的合金元素原子；物理缺陷指空位、间隙原子、位错等。
如果金属材料是没有缺陷的理想晶体，残余电阻0ρ′为零；这样ρT 可理解为理想晶体的电阻率。
从马基申定则可以看出，在高温时金属的电阻率取决于ρT ，而在低温时则取决于残余电阻0ρ′。
由于0ρ′主要由杂质和缺陷引起的，如果认为按一定方法制备的金属具有相似的缺陷浓度，则可以用0ρ′的大小来评定金属的纯度。
由于0K温度不能达到，一般用4.2K的极低温度来代替。
4.2K温度下金属的电阻率叫剩余电阻率。
金属在300K温度时的电阻率与剩余电阻率的比ρ300K /ρ4.2K 叫剩余电阻比RRR(residual resistivity ratio) 。
RRR 越高，金属纯度越高。
目前制备的纯金属RRR 可高达104－105。
2.3.2 影响金属导电性的因素1. 温度对金属导电性的影响金属电阻率随温度升高而增大。
尽管温度对有效电子数和电子平均速度几乎没有影响，然而温度升高会使晶格振动加剧，瞬间偏离平衡位置的原子数增加，使电子运动的自由程减小，散射几率增加而导致电阻率增大。
