Električna prevodnost snovi

V tem članku bomo razkrili temo električne prevodnosti, spomnili se bomo, kaj je električni tok, kako je povezan z uporom prevodnika in s tem njegovo električno prevodnostjo. Upoštevajte glavne formule za izračun teh količin, ki se dotikajo teme trenutna hitrost in njen odnos do električne poljske jakosti. Dotaknili se bomo tudi razmerja med električnim uporom in temperaturo.

Za začetek se spomnimo, kaj je električni tok. Če postavite snov v zunanje električno polje, se bo pod delovanjem sil iz tega polja v snovi začelo gibanje osnovnih nosilcev naboja - ionov ali elektronov. To bo električni udar. Tok I se meri v amperih, en amper pa je tok, pri katerem skozi presek žice na sekundo teče naboj, enak enemu kulonu.

Tok je enosmerni, izmenični, pulzirajoči.Enosmerni tok ne spremeni svoje velikosti in smeri v danem trenutku, izmenični tok spreminja svojo velikost in smer skozi čas (izmenični generatorji in transformatorji dajejo točno izmenični tok), pulzirajoči tok spremeni svojo velikost, vendar ne spremeni smeri (npr. usmerjeni izmenični tok) . trenutni impulzi).

Snovi težijo k prevajanju električnega toka pod delovanjem električnega polja in to lastnost imenujemo električna prevodnost, ki je pri različnih snoveh različna.Električna prevodnost snovi je odvisna od koncentracije prostih nabitih delcev v njih, to je ionov in elektroni, ki niso vezani ne na kristalno strukturo ne na molekule ne na atome dane snovi. Torej glede na koncentracijo prostih nosilcev naboja v določeni snovi delimo snovi po stopnji električne prevodnosti na: prevodnike, dielektrike in polprevodnike.

Ima največjo električno prevodnost žice električnega toka, po fizični naravi pa prevodnike v naravi predstavljata dve vrsti: kovine in elektroliti. V kovinah je tok posledica gibanja prostih elektronov, to je, da imajo elektronsko prevodnost, in v elektrolitih (v raztopinah kislin, soli, baz) - zaradi gibanja ionov - delov molekul, ki imajo pozitivno in negativni naboj, to pomeni, da je prevodnost elektrolitov ionska. Za ionizirane hlape in pline je značilna mešana prevodnost, kjer je tok posledica gibanja elektronov in ionov.

Elektronska teorija odlično pojasnjuje visoko električno prevodnost kovin.Vez valenčnih elektronov z njihovimi jedri v kovinah je šibka, zato se ti elektroni prosto gibljejo od atoma do atoma po vsej prostornini prevodnika.

Izkazalo se je, da prosti elektroni v kovinah zapolnjujejo prostor med atomi kot plin, elektronski plin, in so v kaotičnem gibanju. Ko pa kovinsko žico vnesemo v električno polje, se bodo prosti elektroni premikali urejeno, premikali se bodo proti pozitivnemu polu in ustvarjali tok. Tako urejeno gibanje prostih elektronov v kovinskem prevodniku imenujemo električni tok.

Znano je, da je hitrost širjenja električnega polja v vesolju približno enaka 300.000.000 m / s, to je hitrost svetlobe. To je enaka hitrost, s katero tok teče skozi žico.

Kaj to pomeni? To ne pomeni, da se vsak elektron v kovini giblje s tako veliko hitrostjo, ampak imajo elektroni v žici, nasprotno, hitrost od nekaj milimetrov na sekundo do nekaj centimetrov na sekundo, odvisno od jakost električnega polja, vendar je hitrost širjenja električnega toka po žici popolnoma enaka hitrosti svetlobe.

Stvar je v tem, da se vsak prosti elektron izkaže v splošnem elektronskem toku tega istega "elektronskega plina" in med prehodom toka električno polje deluje na ta celoten tok, zaradi česar elektroni nenehno prenašajo to terensko delovanje drug drugemu – od soseda do soseda.

Toda elektroni se premikajo na svoja mesta zelo počasi, kljub dejstvu, da je hitrost širjenja električne energije po žici ogromna.Ko torej v elektrarni vklopimo stikalo, takoj nastane tok v celotnem omrežju in elektroni tako rekoč mirujejo.

Ko pa se prosti elektroni gibljejo po žici, na svoji poti doživijo številne trke, trčijo ob atome, ione, molekule in jim prenesejo del svoje energije. Energija gibajočih se elektronov, ki premagajo ta upor, se delno razprši s toploto in prevodnik se segreje.

Ti trki služijo kot upor gibanju elektronov, zato lastnost prevodnika, da preprečuje gibanje nabitih delcev, imenujemo električni upor. Z nizkim uporom žice se žica rahlo segreje s tokom, s precejšnjim - veliko močnejšim in celo belim, ta učinek se uporablja v grelnih napravah in žarnicah z žarilno nitko.

Enota za spremembo upora je Ohm. Upornost R = 1 ohm je upornost takšne žice, ko skozi njo teče enosmerni tok 1 ampera, je potencialna razlika na koncih žice 1 volt. Standard upora v 1 ohmu je stolpec živega srebra z višino 1063 mm, presek 1 sq. Mm pri temperaturi 0 ° C.

Ker je za žice značilen električni upor, lahko rečemo, da je žica do neke mere sposobna prevajati električni tok. V zvezi s tem je uvedena vrednost, imenovana prevodnost ali električna prevodnost. Električna prevodnost je sposobnost prevodnika, da prevaja električni tok, to je recipročna vrednost električnega upora.

Enota za električno prevodnost G (prevodnost) je Siemens (S) in 1 S = 1 / (1 Ohm). G = 1 / R.

Ker atomi različnih snovi v različni meri motijo ​​prehod električnega toka, je električni upor različnih snovi različen. Iz tega razloga je bil uveden koncept električni upor, katerega vrednost «p» označuje prevodne lastnosti te ali one snovi.

Specifični električni upor se meri v Ohm * m, to je upor kocke snovi z robom 1 metra. Podobno je električna prevodnost snovi označena s specifično električno prevodnostjo ?, merjeno v S / m, to je prevodnost kocke snovi z robom 1 metra.

Danes se prevodni materiali v elektrotehniki uporabljajo predvsem v obliki trakov, gum, žic, z določeno površino preseka in določeno dolžino, ne pa tudi v obliki metrskih kock. In za bolj priročne izračune električnega upora in električne prevodnosti žic določenih velikosti so bile uvedene bolj sprejemljive merske enote tako za električni upor kot za električno prevodnost. Ohm * mm2 / m — za upornost in Cm * m / mm2 — za električno prevodnost.

Zdaj lahko rečemo, da električni upor in električna prevodnost označujeta prevodne lastnosti žice s površino prečnega prereza 1 m2, dolge 1 meter pri temperaturi 20 ° C, bolj priročno.

Najboljšo električno prevodnost imajo kovine, kot so zlato, baker, srebro, krom in aluminij. Jeklo in železo sta manj prevodna. Čiste kovine imajo vedno boljšo električno prevodnost kot njihove zlitine, zato je v elektrotehniki prednost čisti baker.Če potrebujete posebno visoko odpornost, se uporabljajo volfram, nikrom, konstantan.

Če poznamo vrednost specifičnega električnega upora ali električne prevodnosti, lahko enostavno izračunamo upornost ali električno prevodnost določene žice iz določenega materiala, pri čemer upoštevamo dolžino l in presek S te žice.

Električna prevodnost in električni upor vseh materialov sta odvisni od temperature, saj se z naraščanjem temperature povečujeta tudi frekvenca in amplituda toplotnih nihanj atomov kristalne mreže, temu primerno se povečujeta tudi upor proti električnemu toku in pretok elektronov.

Ko se temperatura zniža, nasprotno, postanejo vibracije atomov kristalne mreže manjše, upor se zmanjša (električna prevodnost se poveča). Pri nekaterih snoveh je odvisnost upora od temperature manj izrazita, pri drugih močnejša. Na primer, takšne zlitine, kot so konstantan, fehral in manganin, nekoliko spremenijo odpornost v določenem temperaturnem območju, zato so iz njih izdelani termostabilni upori.

Temperaturni koeficient upora? vam omogoča, da za določen material izračunate povečanje njegove odpornosti pri določeni temperaturi in numerično karakterizira relativno povečanje odpornosti s povečanjem temperature za 1 ° C.

Če poznamo temperaturni koeficient upora in dvig temperature, je enostavno izračunati upor snovi pri dani temperaturi.

Upamo, da vam je bil naš članek koristen in zdaj lahko enostavno izračunate upornost in prevodnost katere koli žice pri kateri koli temperaturi.