Електрична проводљивост супстанци

У овом чланку ћемо открити тему електричне проводљивости, подсетићемо се шта је електрична струја, како је повезана са отпором проводника и, сходно томе, са његовом електричном проводљивошћу. Запазимо главне формуле за израчунавање ових количина, додирујући тему Тренутна брзина и њен однос према јачини електричног поља. Дотакћемо се и односа између електричног отпора и температуре.

За почетак, подсетимо се шта је електрична струја. Ако ставите супстанцу у спољашње електрично поље, онда ће под дејством сила из овог поља у супстанци почети кретање елементарних носилаца наелектрисања — јона или електрона. Биће то струјни удар. Струја И се мери у амперима, а један ампер је струја при којој наелектрисање једнако једном кулону протиче кроз попречни пресек жице у секунди.

Струја је директна, наизменична, пулсирајућа.Једносмерна струја не мења своју величину и смер у датом тренутку, наизменична струја мења своју величину и смер током времена (генератори наизменичне струје и трансформатори дају тачно наизменичну струју), пулсирајућа струја мења своју величину али не мења смер (нпр. исправљена наизменична струја) . струјни импулси).

Супстанце теже да проводе електричну струју под дејством електричног поља, а ово својство се назива електрична проводљивост, која је различита за различите супстанце.Електрична проводљивост супстанци зависи од концентрације слободних наелектрисаних честица у њима, односно јона. и електрона који нису везани ни за кристалну структуру, ни за молекуле, ни за атоме дате супстанце. Дакле, у зависности од концентрације слободних носилаца наелектрисања у датој супстанци, супстанце се по степену електричне проводљивости деле на: проводнике, диелектрике и полупроводнике.

Има највећу електричну проводљивост жице електричне струје, а по физичкој природи проводници у природи су представљени са две врсте: метали и електролити. У металима струја настаје услед кретања слободних електрона, односно имају електронску проводљивост, а у електролитима (у растворима киселина, соли, база) – од кретања јона – делова молекула који имају позитивну и негативно наелектрисање, односно проводљивост електролита је јонска. Јонизоване паре и гасови карактерише мешовита проводљивост, где је струја последица кретања и електрона и јона.

Теорија електрона савршено објашњава високу електричну проводљивост метала.Веза валентних електрона са њиховим језгрима у металима је слаба, па се ови електрони слободно крећу од атома до атома по целој запремини проводника.

Испоставило се да слободни електрони у металима испуњавају простор између атома као гас, електронски гас и да су у хаотичном кретању. Али када се метална жица унесе у електрично поље, слободни електрони ће се кретати на уредан начин, они ће се кретати према позитивном полу, стварајући струју. Тако се уређено кретање слободних електрона у металном проводнику назива електричном струјом.

Познато је да је брзина простирања електричног поља у свемиру приближно једнака 300.000.000 м/с, односно брзини светлости. Ово је иста брзина којом струја тече кроз жицу.

Шта то значи? То не значи да се сваки електрон у металу креће тако огромном брзином, али електрони у жици, напротив, имају брзину од неколико милиметара у секунди до неколико центиметара у секунди, у зависности од јачина електричног поља, али је брзина простирања електричне струје дуж жице тачно једнака брзини светлости.

Ствар је у томе што се сваки слободни електрон испостави да је у општем електронском току овог истог "електронског гаса", а током проласка струје електрично поље делује на цео овај ток, услед чега електрони непрестано преносе ова теренска акција једни другима – од комшије до суседа.

Али електрони се крећу на своја места веома споро, упркос чињеници да је брзина простирања електричне енергије дуж жице огромна.Дакле, када је прекидач укључен у електрани, струја се одмах јавља у целој мрежи и електрони практично мирују.

Међутим, када се слободни електрони крећу дуж жице, на свом путу доживљавају много судара, сударају се са атомима, јонима, молекулима, преносећи им део своје енергије. Енергија покретних електрона који савладавају овај отпор делимично се расипа како топлота и проводник се загрева.

Ови судари служе као отпор кретању електрона, због чега се својство проводника да спречава кретање наелектрисаних честица назива електрични отпор. Са малим отпором жице, жица се лагано загрева струјом, са значајном - много јаче и чак до беле, овај ефекат се користи у уређајима за грејање и лампама са жарном нити.

Јединица промене отпора је Охм. Отпор Р = 1 ома је отпор такве жице, када кроз њу прође једносмерна струја од 1 ампера, разлика потенцијала на крајевима жице је 1 волт. Стандард отпора у 1 Охм је стуб живе висине 1063 мм, попречни пресек 1 квадратних мм на температури од 0 ° Ц.

Пошто жице карактерише електрични отпор, можемо рећи да је жица у извесној мери способна да спроводи електричну струју. С тим у вези уводи се вредност која се зове проводљивост или електрична проводљивост. Електрична проводљивост је способност проводника да води електричну струју, односно реципрочна вредност електричног отпора.

Јединица за електричну проводљивост Г (проводљивост) је Сиеменс (С) и 1 С = 1 / (1 Охм). Г = 1 / Р.

Пошто атоми различитих супстанци у различитим степенима ометају пролаз електричне струје, електрични отпор различитих супстанци је различит. Из тог разлога, концепт је уведен електрична отпорност, чија вредност «п» карактерише проводна својства ове или оне супстанце.

Специфични електрични отпор се мери у Охм * м, односно отпор коцке супстанце са ивицом од 1 метар. Слично, електричну проводљивост супстанце карактерише специфична електрична проводљивост ?, мерена у С/м, односно проводљивост коцке супстанце са ивицом од 1 метар.

Данас се проводни материјали у електротехници углавном користе у облику трака, гума, жица, са одређеном површином попречног пресека и одређеном дужином, али не у облику метарских коцки. А за погодније прорачуне електричног отпора и електричне проводљивости жица одређених величина, уведене су прихватљивије мерне јединице за електрични отпор и електричну проводљивост. Охм * мм2 / м — за отпор, и Цм * м / мм2 — за електричну проводљивост.

Сада можемо рећи да електрични отпор и електрична проводљивост карактеришу проводне особине жице са површином попречног пресека од 1 ск.мм, дужине 1 метар на температури од 20 ° Ц, што је погодније.

Метали као што су злато, бакар, сребро, хром и алуминијум имају најбољу електричну проводљивост. Челик и гвожђе су мање проводљиви. Чисти метали увек имају бољу електричну проводљивост од њихових легура, тако да је чисти бакар пожељнији у електротехници.Ако вам је потребна посебно висока отпорност, онда се користе волфрам, нихром, константан.

Познавајући вредност специфичног електричног отпора или електричне проводљивости, лако се може израчунати отпор или електрична проводљивост одређене жице направљене од датог материјала, узимајући у обзир дужину л и површину попречног пресека С ове жице.

Електрична проводљивост и електрични отпор свих материјала зависе од температуре, јер се са повећањем температуре повећава и фреквенција и амплитуда топлотних вибрација атома кристалне решетке, сходно томе се повећава и отпор електричној струји и проток електрона.

Како температура пада, напротив, вибрације атома кристалне решетке постају мање, отпор се смањује (повећава се електрична проводљивост). Код неких супстанци зависност отпора од температуре је мање изражена, код других јача. На пример, легуре као што су константан, фецхрал и манганин незнатно мењају отпор у одређеном температурном опсегу, због чега се од њих праве термостабилни отпорници.

Температурни коефицијент отпора? омогућава вам да израчунате за одређени материјал повећање његовог отпора на одређеној температури и нумерички карактерише релативно повећање отпора са повећањем температуре за 1 ° Ц.

Познавајући температурни коефицијент отпора и пораст температуре, лако је израчунати отпор супстанце на датој температури.

Надамо се да вам је наш чланак био користан и сада можете лако израчунати отпор и проводљивост било које жице на било којој температури.