Ledere for elektrisk strøm

Hver person som konstant bruker elektriske apparater står overfor:

1. ledninger som fører elektrisk strøm;

2. dielektriske stoffer med isolerende egenskaper;

3. halvledere som kombinerer egenskapene til de to første stofftypene og endrer dem avhengig av det påførte styresignalet.

Et særtrekk ved hver av disse gruppene er egenskapen til elektrisk ledningsevne.

Hva er en dirigent

Ledere inkluderer de stoffene som i sin struktur har et stort antall frie, ikke tilkoblede elektriske ladninger som kan begynne å bevege seg under påvirkning av en påført ekstern kraft. De kan være faste, flytende eller gassformige.

Hvis du tar to ledninger med en potensiell forskjell mellom dem og kobler en metallledning inni dem, vil en elektrisk strøm flyte gjennom den. Dens bærere vil være frie elektroner som ikke holdes tilbake av atombindinger. De karakteriserer elektrisk Strømføringsevne eller evnen til et hvilket som helst stoff til å føre elektriske ladninger gjennom seg selv - strøm.

Verdien av elektrisk ledningsevne er omvendt proporsjonal med motstanden til stoffet og måles med den tilsvarende enheten: siemens (cm).

1 cm = 1/1 ohm.

I naturen kan ladebærere være:

• elektroner;

• ioner;

• hull.

I henhold til dette prinsippet er elektrisk ledningsevne delt inn i:

• elektronisk;

• ionisk;

• et hull.

Kvaliteten på ledningen lar deg estimere avhengigheten av strømmen som flyter i den på verdien av den påførte spenningen. Det er vanlig å kalle det ved å angi måleenhetene for disse elektriske størrelsene - volt-ampere-karakteristikken.

Ledende ledninger

De vanligste representantene for denne typen er metaller. Deres elektriske strøm skapes utelukkende ved å flytte strømmen av elektroner.

Inne i metaller finnes de i to stater:

• assosiert med atomære krefter av kohesjon;

• Gratis.

Elektroner som holdes i bane av de attraktive kreftene til kjernen til et atom, deltar som regel ikke i dannelsen av en elektrisk strøm under påvirkning av eksterne elektromotoriske krefter. Frie partikler oppfører seg annerledes.

Hvis ingen EMF påføres metalltråden, beveger de frie elektronene seg tilfeldig, tilfeldig, i alle retninger. Denne bevegelsen skyldes termisk energi. Den er preget av forskjellige hastigheter og bevegelsesretninger for hver partikkel til enhver tid.

Når energien til et eksternt felt med intensitet E påføres lederen, virker en kraft rettet motsatt av det påførte feltet på alle elektronene sammen og hver individuelt. Det skaper en strengt orientert bevegelse av elektroner, eller med andre ord, en elektrisk strøm.

Strømspenningskarakteristikken til metaller er en rett linje som passer til driften av Ohms lov for en seksjon og en komplett krets.

Foruten rene metaller har andre stoffer også elektronisk ledningsevne. De inkluderer:

• legeringer;

• noen modifikasjoner av karbon (grafitt, kull).

Alle de ovennevnte stoffene, inkludert metaller, er klassifisert som ledere av den første typen. Deres elektriske ledningsevne er på ingen måte relatert til overføring av masse av et stoff på grunn av passasje av en elektrisk strøm, men er bare forårsaket av bevegelse av elektroner.

Hvis metaller og legeringer plasseres i et miljø med ekstremt lave temperaturer, går de over i en tilstand av superledning.

Ioneledere

Denne klassen inkluderer stoffer der en elektrisk strøm dannes på grunn av bevegelsen av ladede ioner. De er klassifisert som ledere av type II. Den:

• løsninger av baser, syresalter;

• smelter av forskjellige ioniske forbindelser;

• ulike gasser og damper.

Elektrisk strøm i en væske

Elektrisk ledende væsker hvori elektrolyse — overføringen av et stoff sammen med ladningene og dets avsetning på elektrodene kalles vanligvis elektrolytter, og selve prosessen kalles elektrolyse.

Det oppstår under påvirkning av et eksternt energifelt på grunn av påføringen av et positivt potensial til anodeelektroden og et negativt potensial til katoden.

Ioner inne i væsker dannes på grunn av fenomenet elektrolyttdissosiasjon, som består i separasjon av noen av molekylene til et stoff som har nøytrale egenskaper. Et eksempel er kobberklorid, som spaltes i vandig løsning til komponentene kobberioner (kationer) og klor (anioner).

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

Under påvirkning av spenningen påført elektrolytten begynner kationene å bevege seg strengt til katoden, og anionene til anoden. På denne måten får man kjemisk rent kobber uten urenheter, som avsettes på katoden.

I tillegg til væsker finnes det også faste elektrolytter i naturen. De kalles superioniske ledere (superioner), som har en krystallinsk struktur og ionisk natur av kjemiske bindinger, som forårsaker høy elektrisk ledningsevne på grunn av bevegelsen av ioner av samme type.

Strøm-spenningskarakteristikken til elektrolytter er vist i grafen.

Elektrisk strøm i gasser

Under normale forhold har gassmediet isolerende egenskaper og leder ikke strøm. Men under påvirkning av forskjellige forstyrrende faktorer kan de dielektriske egenskapene reduseres kraftig og provosere gjennomgangen av ionisering av mediet.

Det oppstår fra bombardement av nøytrale atomer ved å bevege elektroner. Som et resultat blir ett eller flere bundne elektroner slått ut av atomet og atomet får en positiv ladning, og blir et ion. Samtidig dannes en ekstra mengde elektroner inne i gassen, som fortsetter ioniseringsprosessen.

På denne måten skapes en elektrisk strøm inne i gassen ved samtidig bevegelse av positive og negative partikler.

En oppriktig utflod

Når du varmer opp eller øker styrken til det påførte elektromagnetiske feltet inne i gassen, spretter det først ut en gnist. I henhold til dette prinsippet dannes naturlig lyn, som består av kanaler, en flamme og en eksosfakkel.

Under laboratorieforhold kan en gnist observeres mellom elektrodene på elektroskopet.Den praktiske implementeringen av gnistutladning i tennplugger til forbrenningsmotorer er kjent for enhver voksen.

Bueutladning

Gnisten er preget av det faktum at all energien til det ytre feltet umiddelbart forbrukes gjennom den. Hvis spenningskilden er i stand til å opprettholde strømstrømmen gjennom gassen, oppstår det en lysbue.

Et eksempel på en elektrisk lysbue er sveising av metaller på ulike måter. For sin flyt brukes emisjonen av elektroner fra overflaten av katoden.

Koronal utstøting

Dette skjer i et gassmiljø med høy styrke og ujevne elektromagnetiske felt, som manifesteres på høyspente luftledninger med en spenning på 330 kV og mer.

Den flyter mellom lederen og det tettliggende planet til kraftledningen. I en koronautladning skjer ionisering ved metoden for elektronpåvirkning nær en av elektrodene, som har et område med økt styrke.

Glødeutslipp

Den brukes inne i gasser i spesielle gassutladningslamper og -rør, spenningsstabilisatorer.Den dannes ved å senke trykket i eksosgapet.

Når ioniseringsprosessen i gasser når en stor verdi og et likt antall positive og negative ladningsbærere dannes i dem, kalles denne tilstanden plasma. En glødeutladning vises i et plasmamiljø.

Strøm-spenningskarakteristikken til strømmen av strømmer i gasser er vist på bildet. Den består av seksjoner:

1. avhengig;

2. Selvutladning.

Den første er preget av hva som skjer under påvirkning av en ekstern ionisator og går ut når den slutter å virke. En selvutkasting fortsetter å flyte under alle forhold.

Hull ledninger

De inkluderer:

• germanium;

• selen;

• silisium;

• forbindelser av noen metaller med tellur, svovel, selen og noen organiske stoffer.

De kalles halvledere og tilhører gruppe nr. 1, det vil si at de ikke danner en overføring av materie under ladningsstrømmen. For å øke konsentrasjonen av frie elektroner inne i dem, er det nødvendig å bruke ekstra energi for å skille de bundne elektronene. Det kalles ioniseringsenergi.

Et elektron-hull-kryss opererer i en halvleder. På grunn av det sender halvlederen strøm i én retning og blokkerer i motsatt retning når et motsatt eksternt felt påføres den.

Konduktivitet i halvledere er:

1. egen;

2. urenhet.

Den første typen er iboende i strukturer der ladningsbærere vises i prosessen med ionisering av atomer fra stoffet deres: hull og elektroner. Konsentrasjonen deres er gjensidig balansert.

Den andre typen halvleder er laget ved å inkorporere krystaller med urenhetsledningsevne. De har atomer av et trivalent eller femverdig element.

Ledende halvledere er:

• elektronisk n-type «negativ»;

• hull p-type «positiv».

Volt-ampere karakteristisk for vanlige halvlederdiode vist i grafen.

Ulike elektroniske enheter og enheter fungerer på basis av halvledere.

Superledere

Ved svært lave temperaturer går stoffer fra visse kategorier av metaller og legeringer over i en tilstand som kalles superledning. For disse stoffene synker den elektriske motstanden mot strømmen nesten til null.

Overgangen skjer på grunn av en endring i termiske egenskaper.Når det gjelder absorpsjon eller frigjøring av varme under overgangen til superledende tilstand i fravær av et magnetisk felt, er superledere delt inn i 2 typer: nr. 1 og nr. 2.

Fenomenet med superledning av ledninger oppstår på grunn av dannelsen av Cooper-par når en bundet tilstand opprettes for to naboelektroner. Paret som er opprettet har en dobbel elektronladning.

Fordelingen av elektroner i et metall i superledende tilstand er vist i grafen.

Den magnetiske induksjonen av superledere avhenger av styrken til det elektromagnetiske feltet, og verdien av sistnevnte påvirkes av stoffets temperatur.

De superledende egenskapene til ledninger er begrenset av de kritiske verdiene til det begrensende magnetfeltet og temperaturen for dem.

Dermed kan ledere av elektrisk strøm være laget av helt forskjellige stoffer og ha forskjellige egenskaper fra hverandre. De er alltid påvirket av miljøforhold. Av denne grunn er grensene for egenskapene til ledningene alltid bestemt av de tekniske standardene.