1)物質の電気的性質 / a.電気伝導 原子をならべる 隣接原子の電子雲の重なり合いによって電子の 跳び移りが起こり、電子は結晶全体を動き回る 原子の電子エネルギー準位が、電子の跳び移り によって、それぞれ広がってバンドを形成する エネルギー エネルギー ブラッグ反射によるバンドとギャップの形成 電子がとり得るエネルギー範囲(バンド)と、 とり得ないエネルギー範囲(ギャップ)ができる 周期に相当 する波数 バンド バンド ギャップ k k 0 -π/a π/a 0 波数(運動量) エネルギー エネルギー ブラッグ反射によるバンドとギャップの形成 結晶中の電子 (ブロッホ電子) 準自由電子モデル 自由電子 強束縛モデル 遍歴電子 局在電子 孤立原子 電気抵抗の温度変化 温度 電気抵抗 半導体(絶縁体)では,温度が高 いほど熱励起によって(キャリ アー)電子や正孔が数多く生成さ れるため、電気抵抗が低くなる。 金属では、電子の数は温度によっ て変化しない。高温では格子振動 が電子に対する散乱するとして働 く。低温極限での電子散乱は不純 物や欠陥などによって決まる。 半導体 金属 金属の電気抵抗率 単位:10 -8 !m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Li 9.32 Be 3.25 B C N O F Ne Na 4.7 Mg 4.30 Al 2.74 Si P S Cl Ar K 7.19 Ca 3.35 Sc 46.8 Ti 47 V 19.8 Cr 12.9 Mn 136 Fe 9.8 Co 5.8 Ni 7.04 Cu 1.70 Zn 6.17 Ga 14.8 Ge As 29 Se Br Kr Rb 12.5 Sr 21.5 Y Zr 45 Nb 14.5 Mo 5.33 Tc Ru 7.37 Rh 4.78 Pd 10.6 Ag 1.61 Cd 7.28 In 8.75 Sn 11 Sb 41.3 Te I Xe Cs 19.9 Ba 39 Ln Hf 30.6 Ta 13.1 W 5.44 Re 18.6 Os 9.13 Ir 5.07 Pt 10.4 Au 2.20 Hg 95.9 Tl 16.4 Pb 21.0 Bi 116 Po 46 At Rn Fr Ra An 金属の熱伝導率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Li 0.82 Be 2.2 B C N O F Ne Na 1.25 Mg 1.53 Al 2.35 Si P S Cl Ar K 1.09 Ca 2.01 Sc Ti 0.22 V Cr 0.95 Mn Fe 0.84 Co Ni 0.91 Cu 4.01 Zn 1.19 Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr 0.22 Nb 0.51 Mo 1.35 Tc Ru Rh 1.51 Pd Ag 4.28 Cd 0.98 In 0.87 Sn 0.67 Sb 0.26 Te I Xe Cs Ba Ln Hf Ta 0.57 W 1.70 Re Os Ir 1.60 Pt 0.73 Au 3.18 Hg Tl 0.47 Pb 0.35 Bi 0.11 Po At Rn Fr Ra An 単位:W/cm・K 熱伝導=格子熱伝導+電子熱伝導 電子数が多い⇒電子熱伝導が大きい Wiedeman-Franzの法則 κ/σ=LT κ:熱伝導率 σ:電気伝導率 L:ローレンツ数 T:絶対温度 60 40 20 0 電気伝導率 ×10 6 / Ω -1 cm -1 5 4 3 2 1 0 熱伝導率 /W・cm -1 K -1 金属の熱伝導 [注] 熱伝導がよいからといって電気伝導率が高いとは限らない。 例) ダイヤモンド 導電率10 -10 Ω -1 cm -1 、熱伝導率10~20 W・cm -1 K -1 Ag Au Cu Al 誘電体とは 導電性より誘電性が優位な物質直流電圧に対 して電流を流しにくい絶縁体 b. 誘電体 !=5+%' "=5#95/: D=! 0 E 真 空 D + + + + + + + + - - - - - - - - E + + + + + + + + - - - - - - - - + + + - - - D P D=! 0 E +P 分極! # P=! 0 "E 強誘電体のように 線形関係にない場合 は成立しない 電気感受率: ! D=! 0 (1+") E =! r ! 0 E 比誘電率: "r 誘電体 誘電分極 #$%&%' $(%&%' ) * + ,-( 積層セラミックコンデンサー *)7,26".=5-081-0(3 1)物質の電気的性質 a.電気伝導 b.誘電体 2)物質の磁気的性質 a.磁性の起源 b.磁性材料入門の入門 3)材料の機能と利用方法 *)$!4!&.;<
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