Електрическа проводимост на веществата

В тази статия ще разкрием темата за електрическата проводимост, ще си припомним какво представлява електрическият ток, как е свързан с съпротивлението на проводник и съответно с неговата електропроводимост. Нека отбележим основните формули за изчисляване на тези количества, докосване на темата настояща скорост и връзката му със силата на електрическото поле. Ще засегнем и връзката между електрическото съпротивление и температурата.

Като начало, нека си припомним какво представлява електрическият ток. Ако поставите вещество във външно електрическо поле, тогава под действието на сили от това поле, движението на елементарни носители на заряд — йони или електрони — ще започне в веществото. Това ще бъде токов удар. Силата на тока I се измерва в ампери, а един ампер е токът, при който заряд, равен на един кулон, протича през напречното сечение на проводника в секунда.

Токът е постоянен, променлив, пулсиращ. Постоянният ток не променя своята величина и посока в даден момент, променливият ток променя своята величина и посока във времето (генераторите на променлив ток и трансформаторите дават точно променлив ток), пулсиращият ток променя своята величина, но не променя посоката ( например коригиран променлив ток). токът пулсира).

Веществата са склонни да провеждат електрически ток под действието на електрическо поле и това свойство се нарича електрическа проводимост, която е различна за различните вещества.Електрическата проводимост на веществата зависи от концентрацията на свободни заредени частици в тях, тоест йони и електрони, които не са свързани нито с кристалната структура, нито с молекулите, нито с атомите на даденото вещество. И така, в зависимост от концентрацията на свободни носители на заряд в дадено вещество, веществата по степен на електропроводимост се делят на: проводници, диелектрици и полупроводници.

Най -високата електрическа проводимост притежава проводници на електрически ток, а по физическа природа проводниците в природата се представят от два вида: метали и електролити. В металите токът се дължи на движението на свободните електрони, тоест те имат електронна проводимост, а в електролитите (в разтвори на киселини, соли, основи) — от движението на йони — части от молекули, които имат положителна и отрицателен заряд, тоест проводимостта на електролитите е йонна. Йонизираните пари и газове се характеризират със смесена проводимост, при която токът се дължи на движението както на електрони, така и на йони.

Електронната теория перфектно обяснява високата електрическа проводимост на металите. Връзката на валентните електрони с техните ядра в металите е слаба, поради което тези електрони се движат свободно от атом в атом по обема на проводника.

Оказва се, че свободните електрони в металите запълват пространството между атомите като газ, електронен газ и са в хаотично движение. Но когато метален проводник бъде въведен в електрическо поле, свободните електрони ще се движат по подреден начин, те ще се придвижат към положителния полюс, което ще създаде ток. Така подреденото движение на свободни електрони в метален проводник се нарича електрически ток.

Известно е, че скоростта на разпространение на електрическо поле в космоса е приблизително равна на 300 000 000 m / s, тоест скоростта на светлината. Това е същата скорост, с която токът протича през проводник.

Какво означава? Това не означава, че всеки електрон в метала се движи с такава огромна скорост, а електроните в проводник, напротив, имат скорост от няколко милиметра в секунда до няколко сантиметра в секунда, в зависимост от силата на електрическото поле, но скоростта на разпространение на електрически ток по проводник е точно равна на скоростта на светлината.

Работата е там, че всеки свободен електрон се оказва в общия електронен поток на същия този «електронен газ» и по време на преминаването на тока електрическото поле действа върху целия този поток, в резултат на което електроните непрекъснато предават това полеви действия един към друг — от съседа на съседа.

Но електроните се движат на местата си много бавно, въпреки факта, че скоростта на разпространение на електрическа енергия по проводника е огромна. Така че, когато превключвателят е включен в електроцентрала, токът веднага възниква в цялата мрежа и електроните на практика стоят на място.

Когато обаче свободните електрони се движат по проводник, те изпитват множество сблъсъци по пътя си, те се сблъскват с атоми, йони, молекули, прехвърляйки част от енергията си към тях. Енергията на движещите се електрони, които преодоляват това съпротивление, се разсейва частично под формата на топлина и проводникът се нагрява.

Тези сблъсъци служат като съпротива срещу движението на електрони, поради което свойството на проводник да предотвратява движението на заредени частици се нарича електрическо съпротивление. При ниско съпротивление на проводника, проводникът се нагрява от тока слабо, със значително такова — много по -силно и дори до бяло, този ефект се използва в отоплителни устройства и лампи с нажежаема жичка.

Единицата за промяна на съпротивлението е Ом. Съпротивление R = 1 ом е съпротивлението на такъв проводник, когато през него преминава постоянен ток от 1 ампер, потенциалната разлика в краищата на проводника е 1 волта. Стандартът на съпротивление в 1 Ом е колона от живак с височина 1063 мм, напречно сечение 1 кв. Мм при температура 0 ° С.

Тъй като проводниците се характеризират с електрическо съпротивление, можем да кажем, че до известна степен проводникът е способен да провежда електрически ток. В тази връзка е въведена стойност, наречена проводимост или електрическа проводимост. Електрическата проводимост е способността на проводник да провежда електрически ток, тоест реципрочното на електрическото съпротивление.

Мерната единица за електрическа проводимост G (проводимост) е Siemens (S) и 1 S = 1 / (1 Ohm). G = 1 / R.

Тъй като атомите на различни вещества пречат на преминаването на електрически ток в различна степен, електрическото съпротивление на различните вещества е различно. Поради тази причина концепцията е въведена електрическо съпротивление, чиято стойност «р» характеризира проводимите свойства на това или онова вещество.

Специфичното електрическо съпротивление се измерва в Ohm * m, тоест съпротивлението на куб от вещество с ръб от 1 метър. По същия начин електрическата проводимост на веществото се характеризира със специфичната електрическа проводимост ?, измерена в S / m, тоест проводимостта на куб от вещество с ръб 1 метър.

Днес проводимите материали в електротехниката се използват главно под формата на панделки, гуми, проводници, с определена площ на напречното сечение и определена дължина, но не и под формата на метър кубчета. А за по -удобни изчисления на електрическото съпротивление и електрическата проводимост на проводници със специфични размери бяха въведени по -приемливи мерни единици както за електрическо съпротивление, така и за електропроводимост. Ом * mm2 / m — за съпротивление, и Cm * m / mm2 — за електрическа проводимост.

Сега можем да кажем това електрическото съпротивление и електропроводимостта характеризират проводимите свойства на проводник с площ на напречното сечение 1 кв.мм, дълъг 1 метър при температура 20 ° C, това е по-удобно.

Металите като злато, мед, сребро, хром и алуминий имат най -добрата електропроводимост. Стоманата и желязото са по -малко проводими. Чистите метали винаги имат по -добра електропроводимост от техните сплави, така че чистата мед е предпочитана в електротехниката. Ако имате нужда от специално висока устойчивост, тогава се използват волфрам, нихром, константан.

Познавайки стойността на специфичното електрическо съпротивление или електрическата проводимост, лесно може да се изчисли съпротивлението или електрическата проводимост на определен проводник, направен от даден материал, като се вземат предвид дължината l и площта на напречното сечение S на този проводник.

Електрическата проводимост и електрическото съпротивление на всички материали зависят от температурата, тъй като честотата и амплитудата на топлинните вибрации на атомите на кристалната решетка също се увеличават с повишаване на температурата, съпротивлението на електрически ток и потокът от електрони също се увеличават съответно.

С понижаване на температурата, напротив, вибрациите на атомите на кристалната решетка стават по -малки, съпротивлението намалява (електрическата проводимост се увеличава). В някои вещества зависимостта на съпротивлението от температурата е по -слабо изразена, в други е по -силна. Например, такива сплави като константан, фехрал и манганин слабо променят съпротивлението в определен температурен диапазон, поради което от тях се правят термостабилни резистори.

Температурен коефициент на съпротивление? ви позволява да изчислите за конкретен материал увеличението на неговото съпротивление при определена температура и числено характеризира относителното нарастване на съпротивлението с повишаване на температурата с 1 ° C.

Познавайки температурния коефициент на съпротивление и температурния прираст, е лесно да се изчисли съпротивлението на веществото при дадена температура.

Надяваме се, че нашата статия е била полезна за вас и сега можете лесно да изчислите съпротивлението и проводимостта на всеки проводник при всяка температура.