Conductoare pentru curent electric

Fiecare persoană care utilizează în mod constant aparate electrice se confruntă cu:

1. fire care transportă curent electric;

2. dielectrice cu proprietăți izolante;

3. semiconductori care combină caracteristicile primelor două tipuri de substanţe şi le modifică în funcţie de semnalul de control aplicat.

O trăsătură distinctivă a fiecăruia dintre aceste grupuri este proprietatea conductivității electrice.

Ce este un dirijor

Conductorii includ acele substanțe care au în structura lor un număr mare de sarcini electrice libere, neconectate, care pot începe să se miște sub influența unei forțe externe aplicate. Ele pot fi solide, lichide sau gazoase.

Dacă luați două fire cu o diferență de potențial între ele și conectați un fir metalic în interiorul lor, atunci un curent electric va curge prin ele. Purtătorii săi vor fi electroni liberi care nu sunt reținuți de legăturile atomilor. Ele caracterizează conductivitate electrică sau capacitatea oricărei substanțe de a trece sarcini electrice prin ea însăși — curent.

Valoarea conductivității electrice este invers proporțională cu rezistența substanței și se măsoară cu unitatea corespunzătoare: siemens (cm).

1 cm = 1/1 ohm.

În natură, purtătorii de taxe pot fi:

• electroni;

• ioni;

• găuri.

Conform acestui principiu, conductivitatea electrică este împărțită în:

• electronic;

• ionic;

• o gaură.

Calitatea firului vă permite să estimați dependența curentului care curge în el de valoarea tensiunii aplicate. Se obișnuiește să-l denumim prin desemnarea unităților de măsură ale acestor mărimi electrice - caracteristica volt-amper.

Fire conductoare

Cei mai des întâlniți reprezentanți ai acestui tip sunt metalele. Curentul lor electric este creat exclusiv prin deplasarea fluxului de electroni.

În interiorul metalelor, ele există în două stări:

• asociate cu forțele atomice de coeziune;

• Gratuit.

Electronii ținuți pe orbită de forțele atractive ale nucleului unui atom, de regulă, nu participă la crearea unui curent electric sub acțiunea forțelor electromotoare externe. Particulele libere se comportă diferit.

Dacă nu se aplică nici un EMF pe firul metalic, atunci electronii liberi se mișcă aleatoriu, aleatoriu, în orice direcție. Această mișcare se datorează energiei termice. Se caracterizează prin diferite viteze și direcții de mișcare ale fiecărei particule în orice moment dat.

Când energia unui câmp extern de intensitate E este aplicată conductorului, atunci o forță direcționată opus câmpului aplicat acționează asupra tuturor electronilor împreună și fiecare individual. Ea creează o mișcare strict orientată a electronilor, sau cu alte cuvinte, un curent electric.

Caracteristica curent-tensiune a metalelor este o linie dreaptă care se potrivește cu funcționarea legii lui Ohm pentru o secțiune și un circuit complet.

Pe lângă metalele pure, alte substanțe au și conductivitate electronică. Ei includ:

• aliaje;

• unele modificări ale carbonului (grafit, cărbune).

Toate substanțele de mai sus, inclusiv metalele, sunt clasificate drept conductoare de primul tip. Conductivitatea lor electrică nu este în nici un fel legată de transferul de masă al unei substanțe din cauza trecerii unui curent electric, ci este cauzată doar de mișcarea electronilor.

Dacă metalele și aliajele sunt plasate într-un mediu cu temperaturi extrem de scăzute, acestea trec într-o stare de supraconductivitate.

Conductoare ionice

Această clasă include substanțe în care se creează un curent electric datorită mișcării ionilor încărcați. Sunt clasificate ca conductoare de tip II. Aceasta:

• soluții de baze, săruri acide;

• topituri de diverși compuși ionici;

• diverse gaze și vapori.

Curentul electric într-un lichid

Lichide electric conductoare în care electroliză — transferul unei substanțe împreună cu sarcinile și depunerea acesteia pe electrozi se numesc de obicei electroliți, iar procesul în sine se numește electroliză.

Apare sub acțiunea unui câmp energetic extern datorită aplicării unui potențial pozitiv la electrodul anodului și a unui potențial negativ la catod.

Ionii din interiorul lichidelor se formează datorită fenomenului de disociere a electroliților, care constă în separarea unora dintre moleculele unei substanțe care au proprietăți neutre. Un exemplu este clorura de cupru, care se descompune în soluție apoasă în ioni de cupru componente (cationi) și clor (anioni).

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

Sub acțiunea tensiunii aplicate electrolitului, cationii încep să se deplaseze strict către catod, iar anionii către anod. In acest fel se obtine cupru pur chimic fara impuritati, care se depune pe catod.

Pe lângă lichide, în natură există și electroliți solizi. Se numesc conductori superionici (super-ioni), care au o structură cristalină și natura ionică a legăturilor chimice, ceea ce determină o conductivitate electrică ridicată datorită mișcării ionilor de același tip.

Caracteristica curent-tensiune a electroliților este prezentată în grafic.

Curentul electric în gaze

În condiții normale, mediul gazos are proprietăți izolatoare și nu conduce curentul. Dar sub influența diverșilor factori perturbatori, caracteristicile dielectrice pot scădea brusc și pot provoca trecerea ionizării mediului.

Ea rezultă din bombardarea atomilor neutri prin mișcarea electronilor. Ca rezultat, unul sau mai mulți electroni legați sunt scoși din atom și atomul capătă o sarcină pozitivă, devenind un ion. În același timp, în interiorul gazului se formează o cantitate suplimentară de electroni, continuând procesul de ionizare.

În acest fel, în interiorul gazului este creat un curent electric prin mișcarea simultană a particulelor pozitive și negative.

O descărcare sinceră

Când încălziți sau creșteți puterea câmpului electromagnetic aplicat în interiorul gazului, mai întâi iese o scânteie. Conform acestui principiu, se formează fulgerul natural, care constă din canale, o flacără și o torță de evacuare.

În condiții de laborator, se poate observa o scânteie între electrozii electroscopului.Implementarea practică a descărcării cu scânteie în bujiile motoarelor cu ardere internă este cunoscută de fiecare adult.

Descărcarea arcului

Scânteia se caracterizează prin faptul că toată energia câmpului exterior este imediat consumată prin ea. Dacă sursa de tensiune este capabilă să mențină fluxul de curent prin gaz, atunci apare un arc.

Un exemplu de arc electric este sudarea metalelor în diferite moduri. Pentru curgerea sa se folosește emisia de electroni de pe suprafața catodului.

Ejecție coronală

Acest lucru se întâmplă într-un mediu gazos cu câmpuri electromagnetice de mare putere și inegale, care se manifestă pe liniile electrice aeriene de înaltă tensiune cu o tensiune de 330 kV și mai mult.

Acesta curge între conductor și planul apropiat al liniei de alimentare. Într-o descărcare corona, ionizarea are loc prin metoda impactului electronic în apropierea unuia dintre electrozi, care are o zonă de rezistență crescută.

Descărcare strălucitoare

Se folosește în interiorul gazelor în lămpi și tuburi speciale cu descărcare în gaz, stabilizatori de tensiune.Se formează prin scăderea presiunii în golul de evacuare.

Când procesul de ionizare în gaze atinge o valoare mare și în ele se formează un număr egal de purtători de sarcină pozitivă și negativă, atunci această stare se numește plasmă. O descărcare strălucitoare apare într-un mediu cu plasmă.

Caracteristica curent-tensiune a fluxului de curenți în gaze este prezentată în imagine. Este format din secțiuni:

1. dependent;

2. Autodescărcare.

Primul se caracterizează prin ceea ce se întâmplă sub influența unui ionizator extern și se stinge când nu mai funcționează. O autoejectare continuă să curgă în toate condițiile.

Hole fire

Ei includ:

• germaniu;

• seleniu;

• siliciu;

• compuși ai unor metale cu telur, sulf, seleniu și unele substanțe organice.

Se numesc semiconductori și aparțin grupului nr. 1, adică nu formează un transfer de materie în timpul fluxului de sarcini. Pentru a crește concentrația de electroni liberi în interiorul lor, este necesar să cheltuiți energie suplimentară pentru a separa electronii legați. Se numește energie de ionizare.

O joncțiune electron-gaură funcționează într-un semiconductor. Din această cauză, semiconductorul trece curentul într-o direcție și se blochează în direcția opusă atunci când i se aplică un câmp extern opus.

Conductibilitatea în semiconductori este:

1. propriu;

2. impuritate.

Primul tip este inerent structurilor în care apar purtători de sarcină în procesul de ionizare a atomilor din substanța lor: găuri și electroni. Concentrarea lor este echilibrată reciproc.

Al doilea tip de semiconductor este creat prin încorporarea de cristale cu conductivitate a impurităților. Au atomi ai unui element trivalent sau pentavalent.

Semiconductori conducatori sunt:

• electronic de tip n „negativ”;

• gaura de tip p „pozitiv”.

Volt-amperi caracteristici obișnuite dioda semiconductoare prezentate în grafic.

Diverse dispozitive și dispozitive electronice funcționează pe baza semiconductorilor.

Supraconductori

La temperaturi foarte scăzute, substanțele din anumite categorii de metale și aliaje trec într-o stare numită supraconductivitate. Pentru aceste substanțe, rezistența electrică la curent scade aproape la zero.

Tranziția are loc datorită modificării proprietăților termice.În ceea ce privește absorbția sau eliberarea de căldură în timpul trecerii la starea supraconductoare în absența unui câmp magnetic, supraconductorii sunt împărțiți în 2 tipuri: nr. 1 și nr. 2.

Fenomenul de supraconductivitate a firelor are loc datorită formării perechilor Cooper atunci când se creează o stare legată pentru doi electroni învecinați. Perechea creată are o sarcină dublă de electroni.

Distribuția electronilor într-un metal în stare supraconductivă este prezentată în grafic.

Inducția magnetică a supraconductorilor depinde de intensitatea câmpului electromagnetic, iar valoarea acestuia din urmă este afectată de temperatura substanței.

Proprietățile supraconductoare ale firelor sunt limitate de valorile critice ale câmpului magnetic limitator și de temperatura pentru acestea.

Astfel, conductorii de curent electric pot fi formați din substanțe complet diferite și au caracteristici diferite unul față de celălalt. Ele sunt întotdeauna influențate de condițiile de mediu. Din acest motiv, limitele caracteristicilor firelor sunt întotdeauna determinate de standardele tehnice.