Vielu elektrovadītspēja

Šajā rakstā mēs atklāsim tēmu par elektrovadītspēju, atcerēsimies, kas ir elektriskā strāva, kā tā ir saistīta ar vadītāja pretestību un attiecīgi ar tā elektrisko vadītspēju. Atzīmēsim galvenās formulas šo daudzumu aprēķināšanai, pieskaroties tēmai pašreizējais ātrums un tā saistība ar elektriskā lauka intensitāti. Pieskarsimies arī sakarībai starp elektrisko pretestību un temperatūru.

Sākumā atcerēsimies, kas ir elektriskā strāva. Ja jūs ievietojat vielu ārējā elektriskajā laukā, tad, iedarbojoties no šī lauka spēkiem, vielā sāksies elementāru lādiņnesēju - jonu vai elektronu - kustība. Tas būs elektriskās strāvas trieciens. Strāvu I mēra ampēros, un viens ampērs ir strāva, pie kuras lādiņš, kas vienāds ar vienu kulonu, plūst caur stieples šķērsgriezumu sekundē.

Strāva ir tieša, mainīga, pulsējoša.Līdzstrāva noteiktā brīdī nemaina savu lielumu un virzienu, maiņstrāva maina savu lielumu un virzienu laika gaitā (maiņstrāvas ģeneratori un transformatori dod tieši maiņstrāvu), pulsējošā strāva maina savu lielumu, bet nemaina virzienu (piemēram, rektificēta maiņstrāva) . strāvas impulsi).

Vielām ir tendence vadīt elektrisko strāvu elektriskā lauka iedarbībā, un šo īpašību sauc par elektrisko vadītspēju, kas dažādām vielām ir atšķirīga.Vielu elektrovadītspēja ir atkarīga no tajās esošo brīvi lādēto daļiņu, tas ir, jonu koncentrācijas. un elektroni, kas nav saistīti ne ar kristāla struktūru, ne ar molekulām, ne ar dotās vielas atomiem. Tātad, atkarībā no brīvo lādiņu nesēju koncentrācijas noteiktā vielā, vielas pēc elektriskās vadītspējas pakāpes iedala vadītājos, dielektriķos un pusvadītājos.

Tam ir visaugstākā elektriskā vadītspēja elektriskās strāvas vadi, un pēc fiziskās dabas vadītājiem dabā ir divi veidi: metāli un elektrolīti. Metālos strāva rodas brīvo elektronu kustības dēļ, tas ir, tiem ir elektroniskā vadītspēja, un elektrolītos (skābju, sāļu, bāzu šķīdumos) - no jonu kustības - molekulu daļas, kurām ir pozitīva un negatīvs lādiņš, tas ir, elektrolītu vadītspēja ir jonu. Jonizētiem tvaikiem un gāzēm ir raksturīga jaukta vadītspēja, kur strāva rodas gan elektronu, gan jonu kustības dēļ.

Elektronu teorija lieliski izskaidro metālu augsto elektrisko vadītspēju.Valences elektronu saite ar to kodoliem metālos ir vāja, tāpēc šie elektroni brīvi pārvietojas no atoma uz atomu visā vadītāja tilpumā.

Izrādās, ka brīvie elektroni metālos aizpilda telpu starp atomiem, piemēram, gāzi, elektronu gāzi un atrodas haotiskā kustībā. Bet, ievadot metāla stiepli elektriskajā laukā, brīvie elektroni pārvietosies sakārtoti, tie virzīsies uz pozitīvo polu, radot strāvu. Tādējādi sakārtotu brīvo elektronu kustību metāla vadītājā sauc par elektrisko strāvu.

Ir zināms, ka elektriskā lauka izplatīšanās ātrums kosmosā ir aptuveni vienāds ar 300 000 000 m / s, tas ir, gaismas ātrumu. Tas ir tāds pats ātrums, kādā strāva plūst caur vadu.

Ko tas nozīmē? Tas nenozīmē, ka katrs elektrons metālā kustas ar tik milzīgu ātrumu, bet elektroniem vadā, gluži pretēji, ir ātrums no dažiem milimetriem sekundē līdz dažiem centimetriem sekundē atkarībā no elektriskā lauka stiprums, bet elektriskās strāvas izplatīšanās ātrums pa vadu ir tieši vienāds ar gaismas ātrumu.

Lieta ir tāda, ka katrs brīvais elektrons izrādās šīs pašas "elektronu gāzes" vispārējā elektronu plūsmā, un strāvas pārejas laikā elektriskais lauks iedarbojas uz visu šo plūsmu, kā rezultātā elektroni pastāvīgi pārraida. šī lauka darbība vienam pret otru - no kaimiņa uz kaimiņu.

Bet elektroni savās vietās pārvietojas ļoti lēni, neskatoties uz to, ka elektriskās enerģijas izplatīšanās ātrums pa vadu ir milzīgs.Tātad, kad elektrostacijā tiek ieslēgts slēdzis, visā tīklā nekavējoties rodas strāva un elektroni praktiski stāv uz vietas.

Taču brīvie elektroni, pārvietojoties pa vadu, savā ceļā piedzīvo daudzas sadursmes, saduras ar atomiem, joniem, molekulām, nododot tiem daļu savas enerģijas. Kustīgo elektronu enerģija, kas pārvar šo pretestību, tiek daļēji izkliedēta kā siltums un vadītājs uzsilst.

Šīs sadursmes kalpo kā pretestība elektronu kustībai, tāpēc vadītāja īpašību novērst lādētu daļiņu kustību sauc par elektrisko pretestību. Ar zemu stieples pretestību vads tiek nedaudz uzsildīts ar strāvu, ar ievērojamu - daudz spēcīgāku un pat baltu, šo efektu izmanto sildīšanas ierīcēs un kvēlspuldzēs.

Pretestības izmaiņu mērvienība ir omi. Pretestība R = 1 oms ir šāda vada pretestība, kad caur to iet 1 ampēra līdzstrāva, potenciālu starpība stieples galos ir 1 volts. Pretestības standarts 1 omā ir dzīvsudraba kolonna 1063 mm augsta, šķērsgriezums 1 kv.Mm 0 ° C temperatūrā.

Tā kā vadiem ir raksturīga elektriskā pretestība, mēs varam teikt, ka zināmā mērā vads spēj vadīt elektrisko strāvu. Šajā sakarā tiek ieviesta vērtība, ko sauc par vadītspēju vai elektrisko vadītspēju. Elektriskā vadītspēja ir vadītāja spēja vadīt elektrisko strāvu, tas ir, elektriskās pretestības apgrieztā vērtība.

Elektriskās vadītspējas vienība G (vadītspēja) ir Siemens (S) un 1 S = 1 / (1 oms). G = 1/R.

Tā kā dažādu vielu atomi dažādās pakāpēs traucē elektriskās strāvas pāreju, dažādu vielu elektriskā pretestība ir atšķirīga. Šī iemesla dēļ koncepcija tika ieviesta elektriskā pretestība, kuras vērtība «p» raksturo tās vai citas vielas vadošās īpašības.

Īpatnējo elektrisko pretestību mēra omi * m, tas ir, vielas kuba pretestība, kuras mala ir 1 metrs. Līdzīgi vielas elektrisko vadītspēju raksturo īpatnējā elektrovadītspēja ?, ko mēra S/m, tas ir, vielas kuba vadītspēja ar 1 metra malu.

Mūsdienās elektrotehnikā vadošie materiāli galvenokārt tiek izmantoti lentu, riepu, vadu veidā, ar noteiktu šķērsgriezuma laukumu un noteiktu garumu, bet ne metru kubu veidā. Un ērtākiem konkrēta izmēra vadu elektriskās pretestības un elektrovadītspējas aprēķiniem tika ieviestas pieņemamākas mērvienības gan elektriskajai pretestībai, gan elektrovadītspējai. Ohm * mm2 / m - pretestībai un Cm * m / mm2 - elektrovadītspējai.

Tagad mēs varam teikt, ka elektriskā pretestība un elektrovadītspēja raksturo vada vadītspējas īpašības ar šķērsgriezuma laukumu 1 kv.mm, 1 metru garumā 20 ° C temperatūrā, tas ir ērtāk.

Vislabākā elektrovadītspēja ir tādiem metāliem kā zelts, varš, sudrabs, hroms un alumīnijs. Tērauds un dzelzs ir mazāk vadoši. Tīriem metāliem vienmēr ir labāka elektrovadītspēja nekā to sakausējumiem, tāpēc elektrotehnikā priekšroka tiek dota tīram vara.Ja nepieciešama īpaši augsta pretestība, tad tiek izmantots volframs, nihroms, konstantāns.

Zinot īpatnējās elektriskās pretestības jeb elektrovadītspējas vērtību, var viegli aprēķināt noteiktas stieples, kas izgatavotas no dotā materiāla, pretestību jeb elektrovadītspēju, ņemot vērā šī vada garumu l un šķērsgriezuma laukumu S.

Visu materiālu elektrovadītspēja un elektriskā pretestība ir atkarīga no temperatūras, jo pieaugot temperatūrai palielinās arī kristāla režģa atomu termisko vibrāciju frekvence un amplitūda, attiecīgi palielinās arī pretestība pret elektrisko strāvu un elektronu plūsma.

Temperatūrai samazinoties, gluži pretēji, kristāla režģa atomu vibrācijas kļūst mazākas, pretestība samazinās (elektrovadītspēja palielinās). Dažās vielās pretestības atkarība no temperatūras ir mazāk izteikta, citās tā ir spēcīgāka. Piemēram, tādi sakausējumi kā konstantāns, fekrāls un manganīns noteiktā temperatūras diapazonā nedaudz maina pretestību, tāpēc no tiem tiek izgatavoti termostabilie rezistori.

Temperatūras pretestības koeficients? ļauj aprēķināt konkrētam materiālam tā pretestības pieaugumu noteiktā temperatūrā un skaitliski raksturo relatīvo pretestības pieaugumu, temperatūrai paaugstinoties par 1 ° C.

Zinot temperatūras pretestības koeficientu un temperatūras paaugstināšanos, ir viegli aprēķināt vielas pretestību noteiktā temperatūrā.

Mēs ceram, ka mūsu raksts jums bija noderīgs, un tagad jūs varat viegli aprēķināt jebkura stieples pretestību un vadītspēju jebkurā temperatūrā.