Elektriskās strāvas vadītāji

Katrs cilvēks, kurš pastāvīgi lieto elektroierīces, saskaras ar:

1. vadi, kas nes elektrisko strāvu;

2. dielektriķi ar izolācijas īpašībām;

3. pusvadītāji, kas apvieno pirmo divu veidu vielu raksturlielumus un maina tos atkarībā no pielietotā vadības signāla.

Katras šīs grupas atšķirīgā iezīme ir elektriskās vadītspējas īpašība.

Kas ir diriģents

Vadītāji ietver tās vielas, kuru struktūrā ir liels skaits brīvu, nesaistītu elektrisko lādiņu, kas var sākt kustēties pielietota ārēja spēka ietekmē. Tie var būt cieti, šķidri vai gāzveida.

Ja ņemat divus vadus ar potenciālu starpību un savienojat to iekšpusē metāla vadu, tad caur to plūdīs elektriskā strāva. Tās nesēji būs brīvie elektroni, kurus neaizkavē atomu saites. Tie raksturo elektrovadītspēja vai jebkuras vielas spēja caur sevi izlaist elektriskos lādiņus — strāvu.

Elektrovadītspējas vērtība ir apgriezti proporcionāla vielas pretestībai un tiek mērīta ar atbilstošo mērvienību: siemens (cm).

1 cm = 1/1 omi.

Dabā lādiņu nesēji var būt:

• elektroni;

• joni;

• caurumiem.

Saskaņā ar šo principu elektrovadītspēja ir sadalīta:

• elektroniski;

• jonu;

• caurums.

Vada kvalitāte ļauj novērtēt tajā plūstošās strāvas atkarību no pielietotā sprieguma vērtības. Ierasts to saukt, apzīmējot šo elektrisko lielumu mērvienības - volt-ampēru raksturlielumu.

Vadošie vadi

Visizplatītākie šāda veida pārstāvji ir metāli. Viņu elektriskā strāva tiek radīta tikai, pārvietojot elektronu plūsmu.

Metālu iekšpusē tie pastāv divos stāvokļos:

• saistīts ar kohēzijas atomu spēkiem;

• Bez maksas.

Elektroni, ko orbītā notur atoma kodola pievilcīgie spēki, kā likums, nepiedalās elektriskās strāvas veidošanā ārējo elektromotora spēku iedarbībā. Brīvās daļiņas uzvedas atšķirīgi.

Ja uz metāla stieples netiek pielietots EMF, tad brīvie elektroni pārvietojas nejauši, nejauši, jebkurā virzienā. Šī kustība ir saistīta ar siltumenerģiju. To raksturo dažādi katras daļiņas kustības ātrumi un virzieni jebkurā brīdī.

Ja vadītājam tiek pielietota ārējā E intensitātes lauka enerģija, tad spēks, kas ir vērsts pretējs pieliktajam laukam, iedarbojas uz visiem elektroniem kopā un katru atsevišķi. Tas rada stingri orientētu elektronu kustību jeb, citiem vārdiem sakot, elektrisko strāvu.

Strāvas-sprieguma raksturlielums metāliem ir taisna līnija, kas atbilst Ohma likuma darbībai sekcijai un pilnīgai ķēdei.

Papildus tīriem metāliem elektroniskā vadītspēja ir arī citām vielām. Tajos ietilpst:

• sakausējumi;

• dažas oglekļa modifikācijas (grafīts, ogles).

Visas iepriekš minētās vielas, ieskaitot metālus, ir klasificētas kā pirmā tipa vadītāji. To elektrovadītspēja nekādā veidā nav saistīta ar vielas masas pārnešanu elektriskās strāvas pārejas dēļ, bet gan to izraisa tikai elektronu kustība.

Ja metālus un sakausējumus ievieto vidē ar ārkārtīgi zemu temperatūru, tie nonāk supravadītspējas stāvoklī.

Jonu vadītāji

Šajā klasē ietilpst vielas, kurās lādētu jonu kustības dēļ rodas elektriskā strāva. Tie ir klasificēti kā II tipa vadītāji. Tas:

• bāzu, skābju sāļu šķīdumi;

• dažādu jonu savienojumu kausējumi;

• dažādas gāzes un tvaiki.

Elektriskā strāva šķidrumā

Elektrovadoši šķidrumi, kuros elektrolīze — vielas pārnesi kopā ar lādiņiem un tās nogulsnēšanos uz elektrodiem parasti sauc par elektrolītiem, bet pašu procesu — par elektrolīzi.

Tas notiek ārējā enerģijas lauka iedarbībā, jo anoda elektrodam tiek pielietots pozitīvs potenciāls, bet katodam - negatīvs potenciāls.

Joni šķidrumos veidojas elektrolītu disociācijas fenomena dēļ, kas sastāv no dažu vielas molekulu, kurām ir neitrālas īpašības, atdalīšanās. Piemērs ir vara hlorīds, kas ūdens šķīdumā sadalās vara jonos (katjonos) un hlorā (anjonos).

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

Elektrolītam pievadītā sprieguma ietekmē katjoni sāk stingri pārvietoties uz katodu, bet anjoni - uz anodu. Tādā veidā tiek iegūts ķīmiski tīrs varš bez piemaisījumiem, kas tiek nogulsnēts uz katoda.

Papildus šķidrumiem dabā ir arī cietie elektrolīti. Tos sauc par superjonu vadītājiem (superjoniem), kuriem ir kristāliska struktūra un ķīmisko saišu jonu raksturs, kas izraisa augstu elektrovadītspēju viena veida jonu kustības dēļ.

Elektrolītu strāvas-sprieguma raksturlielums ir parādīts grafikā.

Elektriskā strāva gāzēs

Normālos apstākļos gāzes videi ir izolācijas īpašības un tā nevada strāvu. Bet dažādu traucējošu faktoru ietekmē dielektriskās īpašības var strauji samazināties un izraisīt barotnes jonizācijas pāreju.

Tas rodas no neitrālu atomu bombardēšanas, pārvietojot elektronus. Rezultātā viens vai vairāki saistītie elektroni tiek izsisti no atoma un atoms iegūst pozitīvu lādiņu, kļūstot par jonu. Tajā pašā laikā gāzes iekšpusē veidojas papildu elektronu daudzums, turpinot jonizācijas procesu.

Tādā veidā gāzes iekšpusē tiek radīta elektriskā strāva, vienlaikus kustoties pozitīvām un negatīvām daļiņām.

Sirsnīgs izraksts

Sildot vai palielinot pielietotā elektromagnētiskā lauka stiprumu gāzes iekšpusē, vispirms izlec dzirkstele. Pēc šī principa veidojas dabiskais zibens, kas sastāv no kanāliem, liesmas un izplūdes lāpas.

Laboratorijas apstākļos starp elektroskopa elektrodiem var novērot dzirksteli.Dzirksteles izlādes praktiskā īstenošana iekšdedzes dzinēju aizdedzes svecēs ir zināma ikvienam pieaugušajam.

Loka izlāde

Dzirksti raksturo tas, ka caur to nekavējoties tiek patērēta visa ārējā lauka enerģija. Ja sprieguma avots spēj uzturēt strāvas plūsmu caur gāzi, tad rodas loks.

Elektriskā loka piemērs ir metālu metināšana dažādos veidos. Tās plūsmai tiek izmantota elektronu emisija no katoda virsmas.

Koronālā izgrūšana

Tas notiek gāzes vidē ar lielu spēku un nevienmērīgiem elektromagnētiskajiem laukiem, kas izpaužas uz augstsprieguma gaisvadu elektrolīnijām ar spriegumu 330 kV un vairāk.

Tas plūst starp vadītāju un cieši izvietoto strāvas līnijas plakni. Korona izlādes gadījumā jonizācija notiek ar elektronu trieciena metodi pie viena no elektrodiem, kuram ir palielināta stiprības zona.

Kvēles izlāde

To izmanto gāzēs speciālās gāzizlādes lampās un caurulēs, sprieguma stabilizatoros.To veido pazeminot spiedienu izplūdes spraugā.

Kad jonizācijas process gāzēs sasniedz lielu vērtību un tajās veidojas vienāds skaits pozitīvo un negatīvo lādiņnesēju, tad šo stāvokli sauc par plazmu. Plazmas vidē parādās mirdzoša izlāde.

Strāvas-sprieguma raksturlielums strāvu plūsmai gāzēs ir parādīts attēlā. Tas sastāv no sadaļām:

1. apgādājamais;

2. Pašizlāde.

Pirmo raksturo tas, kas notiek ārējā jonizatora ietekmē un nodziest, kad tas pārstāj darboties. Pašizgrūšana turpina plūst visos apstākļos.

Caurumu vadi

Tajos ietilpst:

• germānija;

• selēns;

• silīcijs;

• dažu metālu savienojumi ar telūru, sēru, selēnu un dažām organiskām vielām.

Tos sauc par pusvadītājiem un pieder grupai Nr.1, tas ir, tie neveido vielas pārnesi lādiņu plūsmas laikā. Lai palielinātu brīvo elektronu koncentrāciju tajos, ir nepieciešams tērēt papildu enerģiju, lai atdalītu saistītos elektronus. To sauc par jonizācijas enerģiju.

Pusvadītājā darbojas elektronu caurumu savienojums. Tā dēļ pusvadītājs laiž strāvu vienā virzienā un bloķē pretējā virzienā, kad tam tiek piemērots pretējs ārējais lauks.

Pusvadītāju vadītspēja ir:

1. pašu;

2. piemaisījums.

Pirmais veids ir raksturīgs struktūrām, kurās lādiņu nesēji parādās atomu jonizācijas procesā no to vielas: caurumiem un elektroniem. Viņu koncentrācija ir savstarpēji līdzsvarota.

Otra veida pusvadītāji tiek izveidoti, iekļaujot kristālus ar piemaisījumu vadītspēju. Tajos ir trīsvērtīga vai piecvērtīga elementa atomi.

Vadošie pusvadītāji ir:

• elektroniskais n-veida "negatīvs";

• caurums p-veida «pozitīvs».

Volt-ampēri, kas raksturīgi parastajiem pusvadītāju diode parādīts grafikā.

Dažādas elektroniskas ierīces un ierīces darbojas uz pusvadītāju bāzes.

Supravadītāji

Ļoti zemā temperatūrā vielas no noteiktām metālu un sakausējumu kategorijām nonāk stāvoklī, ko sauc par supravadītspēju. Šīm vielām elektriskā pretestība strāvai samazinās gandrīz līdz nullei.

Pāreja notiek termisko īpašību izmaiņu dēļ.Attiecībā uz siltuma absorbciju vai izdalīšanos, pārejot uz supravadītāju stāvokli, ja nav magnētiskā lauka, supravadītājus iedala 2 veidos: Nr.1 ​​un Nr.2.

Vadu supravadītspējas fenomens rodas Kūpera pāru veidošanās dēļ, kad diviem blakus esošajiem elektroniem tiek izveidots saistīts stāvoklis. Izveidotajam pārim ir dubults elektronu lādiņš.

Grafikā parādīts elektronu sadalījums metālā supravadītājā stāvoklī.

Supravadītāju magnētiskā indukcija ir atkarīga no elektromagnētiskā lauka stipruma, un tā vērtību ietekmē vielas temperatūra.

Vadu supravadīšanas īpašības ierobežo ierobežojošā magnētiskā lauka un temperatūras kritiskās vērtības tiem.

Tādējādi elektriskās strāvas vadītāji var būt izgatavoti no pilnīgi atšķirīgām vielām un tiem ir atšķirīgas īpašības. Tos vienmēr ietekmē vides apstākļi. Šī iemesla dēļ vadu raksturlielumu robežas vienmēr nosaka tehniskie standarti.