Проводници за електричну струју

Свака особа која стално користи електричне уређаје суочава се са:

1. жице које воде електричну струју;

2. диелектрици са изолационим својствима;

3. полупроводници који комбинују карактеристике прве две врсте супстанци и мењају их у зависности од примењеног контролног сигнала.

Посебност сваке од ових група је својство електричне проводљивости.

Шта је диригент

Проводници укључују оне супстанце које у својој структури имају велики број слободних, неповезаних електричних наелектрисања који могу да почну да се крећу под утицајем примењене спољне силе. Могу бити чврсти, течни или гасовити.

Ако узмете две жице са потенцијалном разликом између њих и повежете металну жицу унутар њих, онда ће кроз њу тећи електрична струја. Његови носиоци ће бити слободни електрони који се не задржавају везама атома. Они карактеришу електрична проводљивост или способност било које супстанце да пропушта електрична наелектрисања кроз себе — струју.

Вредност електричне проводљивости је обрнуто пропорционална отпору супстанце и мери се одговарајућом јединицом: сименс (цм).

1 цм = 1/1 ома.

У природи, носиоци пуњења могу бити:

• електрони;

• јони;

• рупе.

Према овом принципу, електрична проводљивост се дели на:

• електронски;

• јонски;

• рупа.

Квалитет жице вам омогућава да процените зависност струје која тече у њој од вредности примењеног напона. Уобичајено је да се зове означавањем мерних јединица ових електричних величина — волт-ампер карактеристика.

Проводне жице

Најчешћи представници ове врсте су метали. Њихова електрична струја настаје искључиво померањем тока електрона.

Унутар метала, они постоје у два стања:

• повезан са атомским силама кохезије;

• Бесплатно.

Електрони које у орбити држе привлачне силе језгра атома, по правилу, не учествују у стварању електричне струје под дејством спољашњих електромоторних сила. Слободне честице се понашају другачије.

Ако се на металну жицу не примени ЕМФ, онда се слободни електрони крећу насумично, насумично, у било ком смеру. Ово кретање је због топлотне енергије. Карактерише га различите брзине и правци кретања сваке честице у датом тренутку.

Када се енергија спољашњег поља интензитета Е примени на проводник, тада на све електроне заједно и сваког појединачно делује сила усмерена супротно од примењеног поља. Он ствара строго оријентисано кретање електрона, или другим речима, електричну струју.

Струјно-напонска карактеристика метала је права линија која одговара деловању Омовог закона за део и комплетно коло.

Осим чистих метала, електронску проводљивост имају и друге супстанце. То укључује:

• легуре;

• неке модификације угљеника (графит, угаљ).

Све горе наведене супстанце, укључујући метале, класификоване су као проводници првог типа. Њихова електрична проводљивост ни на који начин није повезана са преносом масе супстанце услед проласка електричне струје, већ је узрокована само кретањем електрона.

Ако се метали и легуре ставе у окружење са екстремно ниским температурама, они прелазе у стање суперпроводљивости.

Јонски проводници

У ову класу спадају супстанце у којима се услед кретања наелектрисаних јона ствара електрична струја. Класификовани су као проводници типа ИИ. То:

• раствори база, киселих соли;

• растопи разних јонских једињења;

• разних гасова и пара.

Електрична струја у течности

Електрично проводне течности у којима електролиза — пренос супстанце заједно са наелектрисањем и њено таложење на електродама обично се називају електролити, а сам процес се назива електролиза.

Настаје под дејством спољашњег енергетског поља услед примене позитивног потенцијала на анодну електроду и негативног потенцијала на катоду.

Јони унутар течности настају услед феномена дисоцијације електролита, који се састоји у одвајању неког од молекула супстанце која има неутрална својства. Пример је бакар хлорид, који се у воденом раствору разлаже на компоненте бакра (катјоне) и хлора (ањоне).

ЦуЦл2꞊Цу2 ++ 2Цл-

Под дејством напона примењеног на електролит, катјони почињу да се крећу стриктно на катоду, а ањони на аноду. На овај начин се добија хемијски чист бакар без примеса, који се таложи на катоди.

Поред течности, у природи постоје и чврсти електролити. Зову се суперјонски проводници (суперјони), који имају кристалну структуру и јонску природу хемијских веза, што узрокује високу електричну проводљивост услед кретања јона истог типа.

Струјно-напонска карактеристика електролита је приказана на графикону.

Електрична струја у гасовима

У нормалним условима, гасни медијум има изолациона својства и не проводи струју. Али под утицајем различитих узнемирујућих фактора, диелектричне карактеристике могу се нагло смањити и изазвати пролазак јонизације медија.

Настаје бомбардовањем неутралних атома покретним електронима. Као резултат, један или више везаних електрона бивају избачени из атома и атом добија позитивно наелектрисање, постајући јон. Истовремено, унутар гаса се формира додатна количина електрона, настављајући процес јонизације.

На овај начин се унутар гаса ствара електрична струја истовременим кретањем позитивних и негативних честица.

Искрено отпуштање

Приликом загревања или повећања јачине примењеног електромагнетног поља унутар гаса, прво искочи варница. По овом принципу формира се природна муња која се састоји од канала, пламена и издувне бакље.

У лабораторијским условима може се уочити варница између електрода електроскопа.Практична примена пражњења варницом у свећицама мотора са унутрашњим сагоревањем позната је свакој одраслој особи.

Лучно пражњење

Варницу карактерише чињеница да се кроз њу одмах троши сва енергија спољашњег поља. Ако је извор напона у стању да одржи струјни ток кроз гас, онда настаје лук.

Пример електричног лука је заваривање метала на различите начине. За њен ток се користи емисија електрона са површине катоде.

Коронална ејекција

Ово се дешава у гасном окружењу високе чврстоће и неуједначених електромагнетних поља, што се манифестује на високонапонским надземним далеководима напона од 330 кВ и више.

Тече између проводника и блиско распоређене равни далековода. Код коронског пражњења, јонизација се одвија методом електронског удара у близини једне од електрода, која има подручје повећане јачине.

Сјајно пражњење

Користи се унутар гасова у специјалним гасним пражњењем и цевима, стабилизаторима напона.Настаје снижавањем притиска у издувном зазору.

Када процес јонизације у гасовима достигне велику вредност и у њима се формира једнак број позитивних и негативних носилаца наелектрисања, онда се ово стање назива плазма. У окружењу плазме појављује се сјајно пражњење.

Струјно-напонска карактеристика тока струја у гасовима приказана је на слици. Састоји се од секција:

1. зависан;

2. Самопражњење.

Први карактерише оно што се дешава под утицајем спољашњег јонизатора и гаси се када престане да ради. Самоизбацивање наставља да тече у свим условима.

Рупе жице

То укључује:

• германијум;

• селен;

• силицијум;

• једињења неких метала са телуром, сумпором, селеном и неким органским материјама.

Зову се полупроводници и припадају групи број 1, односно не формирају пренос материје током струјања наелектрисања. Да би се повећала концентрација слободних електрона унутар њих, потребно је потрошити додатну енергију за одвајање везаних електрона. То се зове енергија јонизације.

У полупроводнику функционише спој електрон-рупа. Због тога, полупроводник пропушта струју у једном правцу и блокира се у супротном смеру када се на њега примени супротно спољашње поље.

Проводљивост у полупроводницима је:

1. сопствени;

2. нечистоћа.

Први тип је својствен структурама у којима се носиоци наелектрисања појављују у процесу јонизације атома из њихове супстанце: рупе и електрони. Њихова концентрација је међусобно уравнотежена.

Други тип полупроводника се ствара уградњом кристала са проводљивошћу нечистоћа. Имају атоме тровалентног или петовалентног елемента.

Проводни полупроводници су:

• електронски н-тип «негатив»;

• рупа п-типа «позитивна».

Волт-ампери карактеристични за обичне полупроводничка диода приказано на графикону.

На бази полупроводника раде разни електронски уређаји и уређаји.

Суперпроводници

На веома ниским температурама, супстанце из одређених категорија метала и легура прелазе у стање које се назива суперпроводљивост. За ове супстанце, електрични отпор струје смањује се скоро на нулу.

Прелазак настаје услед промене термичких својстава.У погледу апсорпције или ослобађања топлоте током преласка у суправодљиво стање у одсуству магнетног поља, суперпроводници су подељени у 2 типа: бр.1 и бр.2.

Феномен суперпроводљивости жица настаје услед формирања Куперових парова када се створи везано стање за два суседна електрона. Створени пар има двоструко наелектрисање електрона.

Расподела електрона у металу у суперпроводном стању је приказана на графикону.

Магнетна индукција суперпроводника зависи од јачине електромагнетног поља, а на вредност овог другог утиче температура супстанце.

Суперпроводна својства жица су ограничена критичним вредностима граничног магнетног поља и температуре за њих.

Дакле, проводници електричне струје могу бити направљени од потпуно различитих супстанци и имају различите карактеристике једни од других. На њих увек утичу услови животне средине. Из тог разлога, границе карактеристика жица су увек одређене техничким стандардима.