Prevodniki za električni tok

Vsaka oseba, ki nenehno uporablja električne naprave, se sooča z:

1. žice, po katerih teče električni tok;

2. dielektriki z izolacijskimi lastnostmi;

3. polprevodniki, ki združujejo značilnosti prvih dveh vrst snovi in ​​jih spreminjajo glede na uporabljeni krmilni signal.

Posebnost vsake od teh skupin je lastnost električne prevodnosti.

Kaj je dirigent

Prevodniki vključujejo tiste snovi, ki imajo v svoji strukturi veliko število prostih, nepovezanih električnih nabojev, ki se lahko začnejo premikati pod vplivom uporabljene zunanje sile. Lahko so trdni, tekoči ali plinasti.

Če vzamete dve žici s potencialno razliko med njima in vanje povežete kovinsko žico, bo skozi njo stekel električni tok. Njegovi nosilci bodo prosti elektroni, ki jih atomske vezi ne zadržujejo. Označujejo električna prevodnost ali sposobnost katere koli snovi, da skozi sebe prepušča električne naboje - tok.

Vrednost električne prevodnosti je obratno sorazmerna z uporom snovi in ​​se meri z ustrezno enoto: siemens (cm).

1 cm = 1/1 ohma.

V naravi so nosilci naboja lahko:

• elektroni;

• ioni;

• luknje.

Po tem principu se električna prevodnost deli na:

• elektronski;

• ionski;

• luknja.

Kakovost žice vam omogoča, da ocenite odvisnost toka, ki teče v njej, od vrednosti uporabljene napetosti. Običajno ga imenujemo z označevanjem merskih enot teh električnih količin - volt-amperske karakteristike.

Prevodne žice

Najpogostejši predstavniki te vrste so kovine. Njihov električni tok nastaja izključno s premikanjem toka elektronov.

V kovinah obstajajo v dveh stanjih:

• povezana z atomskimi silami kohezije;

• Zastonj.

Elektroni, ki jih v orbiti zadržujejo privlačne sile jedra atoma, praviloma ne sodelujejo pri ustvarjanju električnega toka pod delovanjem zunanjih elektromotornih sil. Prosti delci se obnašajo drugače.

Če na kovinsko žico ne deluje EMF, se prosti elektroni premikajo naključno, naključno, v kateri koli smeri. To gibanje je posledica toplotne energije. Zanj so značilne različne hitrosti in smeri gibanja vsakega delca v danem trenutku.

Ko na prevodnik deluje energija zunanjega polja z jakostjo E, potem na vse elektrone skupaj in na vsakega posebej deluje sila, ki je usmerjena nasproti uporabljenemu polju. Ustvarja strogo usmerjeno gibanje elektronov, z drugimi besedami, električni tok.

Tokovno-napetostna karakteristika kovin je ravna črta, ki ustreza delovanju Ohmovega zakona za odsek in celotno vezje.

Poleg čistih kovin imajo elektronsko prevodnost tudi druge snovi. Vključujejo:

• zlitine;

• nekatere modifikacije ogljika (grafit, premog).

Vse zgoraj navedene snovi, vključno s kovinami, so razvrščene kot prevodniki prve vrste. Njihova električna prevodnost nikakor ni povezana s prenosom mase snovi zaradi prehoda električnega toka, ampak nastane le zaradi gibanja elektronov.

Če kovine in zlitine postavimo v okolje z izjemno nizkimi temperaturami, preidejo v stanje superprevodnosti.

Ionski prevodniki

V ta razred spadajo snovi, v katerih nastane električni tok zaradi gibanja nabitih ionov. Uvrščamo jih med prevodnike tipa II. To:

• raztopine baz, kislinskih soli;

• taline različnih ionskih spojin;

• različni plini in hlapi.

Električni tok v tekočini

Električno prevodne tekočine, v katerih elektroliza — prenos snovi skupaj z naboji in njeno odlaganje na elektrode običajno imenujemo elektroliti, sam proces pa elektroliza.

Nastane pod delovanjem zunanjega energijskega polja zaradi uporabe pozitivnega potenciala na anodno elektrodo in negativnega potenciala na katodo.

Ioni v tekočinah nastanejo zaradi pojava disociacije elektrolitov, ki je sestavljen iz ločevanja nekaterih molekul snovi, ki imajo nevtralne lastnosti. Primer je bakrov klorid, ki v vodni raztopini razpade na bakrove ione (katione) in klor (anione).

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

Pod vplivom napetosti, ki deluje na elektrolit, se kationi začnejo premikati strogo na katodo, anioni pa na anodo. Na ta način dobimo kemično čist baker brez primesi, ki ga nanesemo na katodo.

Poleg tekočin so v naravi tudi trdni elektroliti. Imenujemo jih superionski prevodniki (super-ioni), ki imajo kristalno strukturo in ionsko naravo kemičnih vezi, kar povzroča visoko električno prevodnost zaradi gibanja istovrstnih ionov.

Tokovno-napetostna karakteristika elektrolitov je prikazana na grafu.

Električni tok v plinih

V normalnih pogojih ima plinski medij izolacijske lastnosti in ne prevaja toka. Toda pod vplivom različnih motečih dejavnikov se lahko dielektrične lastnosti močno zmanjšajo in izzovejo prehod ionizacije medija.

Nastane zaradi bombardiranja nevtralnih atomov s premikajočimi se elektroni. Posledično se en ali več vezanih elektronov izloči iz atoma in atom pridobi pozitiven naboj ter postane ion. Hkrati se znotraj plina tvori dodatna količina elektronov, ki nadaljujejo proces ionizacije.

Na ta način se znotraj plina s hkratnim gibanjem pozitivnih in negativnih delcev ustvari električni tok.

Iskrena razrešnica

Pri segrevanju ali povečanju jakosti uporabljenega elektromagnetnega polja znotraj plina najprej izskoči iskra. Po tem principu nastane naravna strela, ki jo sestavljajo kanali, plamen in izpušni gorilnik.

V laboratorijskih pogojih lahko opazimo iskrico med elektrodama elektroskopa.Praktična izvedba praznjenja iskre v svečkah motorjev z notranjim zgorevanjem je znana vsakemu odraslemu.

Obločna razelektritev

Za iskro je značilno, da se preko nje takoj porabi vsa energija zunanjega polja. Če je vir napetosti sposoben vzdrževati tok skozi plin, se pojavi oblok.

Primer električnega obloka je varjenje kovin na različne načine. Za njegov tok se uporablja emisija elektronov s površine katode.

Koronalni izmet

To se dogaja v plinskem okolju z visoko jakostjo in neenakomernimi elektromagnetnimi polji, kar se kaže na visokonapetostnih nadzemnih daljnovodih z napetostjo 330 kV in več.

Teče med vodnikom in tesno oddaljeno ravnino daljnovoda. Pri koronski razelektritvi poteka ionizacija z metodo udarca elektronov v bližini ene od elektrod, ki ima območje povečane moči.

Žareča razelektritev

Uporablja se znotraj plinov v posebnih plinskih žarnicah in ceveh, stabilizatorjih napetosti.Nastane z znižanjem tlaka v izpušni reži.

Ko proces ionizacije v plinih doseže veliko vrednost in se v njih tvori enako število pozitivnih in negativnih nosilcev naboja, se to stanje imenuje plazma. V plazemskem okolju se pojavi žareča razelektritev.

Tokovno-napetostna karakteristika poteka tokov v plinih je prikazana na sliki. Sestavljen je iz razdelkov:

1. odvisen;

2. Samopraznjenje.

Za prvo je značilno, kaj se zgodi pod vplivom zunanjega ionizatorja in ugasne, ko preneha delovati. Samoizmet teče naprej v vseh pogojih.

Luknjaste žice

Vključujejo:

• germanij;

• selen;

• silicij;

• spojine nekaterih kovin s telurijem, žveplom, selenom in nekaterimi organskimi snovmi.

Imenujejo se polprevodniki in spadajo v skupino št. 1, to pomeni, da med pretokom nabojev ne tvorijo prenosa snovi. Za povečanje koncentracije prostih elektronov v njih je potrebno porabiti dodatno energijo za ločevanje vezanih elektronov. Imenuje se ionizacijska energija.

V polprevodniku deluje spoj med elektronom in luknjo. Zaradi tega polprevodnik prepušča tok v eni smeri in blokira v nasprotni smeri, ko nanj deluje nasprotno zunanje polje.

Prevodnost v polprevodnikih je:

1. lasten;

2. nečistost.

Prva vrsta je lastna strukturam, v katerih se nosilci naboja pojavijo v procesu ionizacije atomov iz njihove snovi: luknje in elektroni. Njihova koncentracija je medsebojno uravnotežena.

Druga vrsta polprevodnikov nastane z vključitvijo kristalov s prevodnostjo nečistoč. Imajo atome trivalentnega ali petvalentnega elementa.

Prevodni polprevodniki so:

• elektronski "negativ" tipa n;

• luknja p-tipa «pozitivna».

Volt-amperska značilnost navadnih polprevodniška dioda prikazano v grafu.

Na osnovi polprevodnikov delujejo različne elektronske naprave in naprave.

Superprevodniki

Pri zelo nizkih temperaturah preidejo snovi iz določenih kategorij kovin in zlitin v stanje, imenovano superprevodnost. Pri teh snoveh se električni upor proti toku zmanjša skoraj na nič.

Prehod nastane zaradi spremembe toplotnih lastnosti.Glede na absorpcijo ali sproščanje toplote pri prehodu v superprevodno stanje v odsotnosti magnetnega polja delimo superprevodnike na 2 tipa: št. 1 in št. 2.

Pojav superprevodnosti žic nastane zaradi tvorbe Cooperjevih parov, ko se za dva sosednja elektrona ustvari vezano stanje. Ustvarjeni par ima dvojni naboj elektronov.

Porazdelitev elektronov v kovini v superprevodnem stanju je prikazana na grafu.

Magnetna indukcija superprevodnikov je odvisna od jakosti elektromagnetnega polja, na vrednost slednjega pa vpliva temperatura snovi.

Superprevodne lastnosti žic so omejene s kritičnimi vrednostmi mejnega magnetnega polja in temperature zanje.

Tako so vodniki električnega toka lahko izdelani iz popolnoma različnih snovi in ​​imajo drugačne lastnosti. Vedno so pod vplivom okoljskih razmer. Zaradi tega so meje lastnosti žic vedno določene s tehničnimi standardi.