Проводниками электрического тока могут служить твёрдые тела, жидкости, а при соответствующих условиях и газы Твёрдыми проводниками являются металлы, металлические сплавы и некоторые модификации углерода. За последнее время получены также органические полимеры. Среди металлических проводников различают: а) материалы, обладающие высокой проводимостью, которые используют для изготовления проводов, кабелей, проводящих соединений в микросхемах, обмоток трансформаторов, волноводов, анодов мощных генераторных ламп и т.д. б) металлы и сплавы, обладающие высоким сопротивлением, которые применяются в электронагревательных приборах, лампах накаливания, резисторах, реостатах. К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Как правило температура плавления металлов высока за исключением ртути (-39°C), галлия (29,8°C) и цезия (26°C). Механизм протекания тока обусловлен движением свободных электронов. Поэтому металлы называются проводниками первого рода. Электролитами или проводниками второго рода являются растворы солей, кислот и щелочей. Все газы и пары, в том числе пары металлов при низкой напряженности не являются проводниками. При высоких напряженностях может произойти ионизация газа, и ионизированный газ, при равенстве числа электронов и положительных ионов в единице объёма, представляет собой особую равновесную проводящую среду, которая называется плазмой.
Из распределения Ферми-Дирака видно, что все квантовые состояния с энергией, меньше энергии Ферми, полностью заняты электронами. Отсюда понятен физический смысл энергии Ферми как параметра распределения электронов по состояниям: энергия Ферми есть максимально возможная энергия электронов в металле при температуре абсолютного нуля. Энергетический уровень, соответствующий энергии Ферми, называется уровнем Ферми.
Какими свойствами обладает «электронный газ» в состоянии вырождения?
Вырожденный газ — газ, на свойства которого существенно влияют квантовомеханические эффекты, возникающие вследствие тождественности его частиц. Вырождение наступает в условиях, когда расстояния между частицами газа становятся соизмеримыми с длиной волны де Бройля.
У ферми-газа (к которому относится электронный газ в металле) при полном вырождении (при T=0) заполнены все нижние энергетические уровни вплоть до некоторого максимального, называемого уровнем Ферми, а все последующие остаются пустыми. Повышение температуры лишь незначительно изменяет такое распределение электронов металла по уровням: малая доля электронов, находящихся на уровнях, близких к уровню Ферми, переходит на пустые уровни с большей энергией, освобождая таким образом уровни ниже фермиевского, с которых был совершен переход.
ВЫРОЖДЕННЫЙ ГАЗ, газ, св-ва к-рого отличаются от св-в классического идеального газа вследствие взаимного квантовомеханич. влияния ч-ц газа, обусловленного неразличимостью одинаковых ч-ц в квантовой механике. В результате такого влияния заполнение ч-цами возможных уровней энергии зависит от наличия на данном уровне др. ч-ц. Поэтому зависимость теплоёмкости и давления В. г. от темп-ры Т иная, чем у идеального классич. газа; по-другому выражаются энтропия, термодинамич. потенциалы и др. параметры. Для Ферми-газа вследствие действия принципа Паули давление вырожденного газа выше давления идеального газа в тех же условиях.
Почему тока нет внутри проводника?
Проводники и непроводники электричества
1. Поднесём палочку, имеющую положительный заряд. Лепестки разойдутся сильнее, так как часть положительного заряда перейдёт на электроскоп.
Рис. (2). Воздействие положительно заряженной палочки
2. Поднесём палочку, имеющую отрицательный заряд. Лепестки сблизятся, так как часть положительного заряда нейтрализуется электронами, перешедшими с отрицательно заряженной палочки.
Рис. (3). Воздействие отрицательно заряженной палочки
По изменившемуся углу отклонения лепестков электроскопа мы можем определить знак заряда поднесённого тела.
Количество заряда, переданное электроскопом, можно определить по изменению положения металлизированных листочков. Чем больше заряда перешло на электроскоп, тем сильнее листочки отклонятся от первоначального положения. Если листочки висят свободно, то заряда на электроскопе нет.
Электрометр — это электроскоп, в котором нанесена шкала для определения количества изменившегося заряда. На его металлическом стержне прикреплена лёгкая металлическая пластина, которая отклоняется при появлении заряда. Чем больший заряд сообщаем электрометру, тем больший угол отклонения стрелки указателя получается.
Рис. (4). Передача заряда на электрометр
Вещества и материалы (в зависимости от их способности передавать электрические заряды) можно разделить на три группы: проводники, полупроводники и диэлектрики (непроводники электричества).
Проводники — тела или материалы, через которые электрические заряды могут свободно переходить от заряженного тела к незаряженному.
Хорошие проводники электричества — это металлы, растворы солей, кислот и щелочей. Человеческое тело также является проводником. Если дотронуться пальцем до заряженного электроскопа или электрометра, то он тут же разрядится. Об этом можно судить по опустившимся листочкам. Это свидетельствует о том, что заряд через тело ушёл в землю.
Хорошими проводниками электрического тока являются металлы, например серебро, медь, алюминий, железо, золото и другие.
Тела, а также вещества и материалы, через которые электрические заряды не могут переходить с заряженного тела на незаряженное тело, называют н епроводниками электрического тока , или диэлектриками.
К веществам, не проводящим электричество, относят бумагу, стекло, фарфор, янтарь, резину, эбонит, пластмассы, сухой воздух.
Из диэлектриков производят изоляционные материалы. Их называют изоляторами .
Полупроводниками называют вещества, проводимость электрического тока которых зависит от концентрации примесей, температуры и воздействия разных видов излучения. Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.
К полупроводникам относятся кремний, германий, селен и др. У полупроводников способность проводить электрические заряды резко увеличивается при повышении температуры.
Обрати внимание!
При помощи электроскопа (электрометра) можно проверить, является ли данное вещество проводником электричества.
Если прикоснуться данным веществом к стержню заряженного электроскопа (держа его в руках) и его заряд станет равным нулю, то, следовательно, данное вещество является проводником. Если показание не изменится, то, следовательно, данное вещество — диэлектрик.
Необходимо учитывать, что при изменении влажности, например, сухое дерево (диэлектрик) становится влажным. Вода является проводником электричества, поэтому влажное дерево тоже становится проводником.
Какие основные виды проводников электрического тока вам известны?
Проводниками электрического тока могут служить твёрдые тела, жидкости, а при соответствующих условиях и газы Твёрдыми проводниками являются металлы, металлические сплавы и некоторые модификации углерода. За последнее время получены также органические полимеры. Среди металлических проводников различают: а) материалы, обладающие высокой проводимостью, которые используют для изготовления проводов, кабелей, проводящих соединений в микросхемах, обмоток трансформаторов, волноводов, анодов мощных генераторных ламп и т.д. б) металлы и сплавы, обладающие высоким сопротивлением, которые применяются в электронагревательных приборах, лампах накаливания, резисторах, реостатах. К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Как правило температура плавления металлов высока за исключением ртути (-39°C), галлия (29,8°C) и цезия (26°C). Механизм протекания тока обусловлен движением свободных электронов. Поэтому металлы называются проводниками первого рода. Электролитами или проводниками второго рода являются растворы солей, кислот и щелочей. Все газы и пары, в том числе пары металлов при низкой напряженности не являются проводниками. При высоких напряженностях может произойти ионизация газа, и ионизированный газ, при равенстве числа электронов и положительных ионов в единице объёма, представляет собой особую равновесную проводящую среду, которая называется плазмой.
Из распределения Ферми-Дирака видно, что все квантовые состояния с энергией, меньше энергии Ферми, полностью заняты электронами. Отсюда понятен физический смысл энергии Ферми как параметра распределения электронов по состояниям: энергия Ферми есть максимально возможная энергия электронов в металле при температуре абсолютного нуля. Энергетический уровень, соответствующий энергии Ферми, называется уровнем Ферми.
Какими свойствами обладает «электронный газ» в состоянии вырождения?
Вырожденный газ — газ, на свойства которого существенно влияют квантовомеханические эффекты, возникающие вследствие тождественности его частиц. Вырождение наступает в условиях, когда расстояния между частицами газа становятся соизмеримыми с длиной волны де Бройля.
У ферми-газа (к которому относится электронный газ в металле) при полном вырождении (при T=0) заполнены все нижние энергетические уровни вплоть до некоторого максимального, называемого уровнем Ферми, а все последующие остаются пустыми. Повышение температуры лишь незначительно изменяет такое распределение электронов металла по уровням: малая доля электронов, находящихся на уровнях, близких к уровню Ферми, переходит на пустые уровни с большей энергией, освобождая таким образом уровни ниже фермиевского, с которых был совершен переход.
ВЫРОЖДЕННЫЙ ГАЗ, газ, св-ва к-рого отличаются от св-в классического идеального газа вследствие взаимного квантовомеханич. влияния ч-ц газа, обусловленного неразличимостью одинаковых ч-ц в квантовой механике. В результате такого влияния заполнение ч-цами возможных уровней энергии зависит от наличия на данном уровне др. ч-ц. Поэтому зависимость теплоёмкости и давления В. г. от темп-ры Т иная, чем у идеального классич. газа; по-другому выражаются энтропия, термодинамич. потенциалы и др. параметры. Для Ферми-газа вследствие действия принципа Паули давление вырожденного газа выше давления идеального газа в тех же условиях.
Проводники электрического тока
Каждый человек, постоянно пользуясь электроприборами, сталкивается с:
1. проводниками, которые пропускают электрический ток;
2. диэлектриками, обладающими изоляционными свойствами;
3. полупроводниками, сочетающими в себе характеристики первых двух типов веществ и изменяющие их в зависимости от приложенного управляющего сигнала.
Отличительной чертой каждой из перечисленных групп является свойство электропроводности.
Что такое проводник
К проводникам относят те вещества, которые имеют в своей структуре большое количество свободных, а не связанных электрических зарядов, способных начинать движение под воздействием приложенной внешней силы. Они могут быть в твердом, жидком или газообразном состоянии.
Если взять два проводника, между которыми образована разность потенциалов и подключить внутри них металлическую проволоку, то сквозь нее потечет электрический ток. Его носителями станут свободные электроны, не удерживаемые связями атомов. Они характеризуют величину электрической проводимости или способность любого вещества пропускать через себя электрические заряды — ток.
Значение электрической проводимости обратно пропорционально сопротивлению вещества и измеряется соответствующей единицей: сименсом (См).
В природе носителями зарядов могут быть:
По этому принципу электропроводность подразделяют на:
- электронную;
- ионную;
- дырочную.
Качество проводника позволяет оценить зависимость протекающего в нем тока от значения приложенного напряжения. Ее принято называть по обозначению единиц измерения этих электрических величин — вольтамперной характеристикой.
Проводники с электронной проводимостью
Наиболее распространенным представителем этого типа являются металлы. У них электрический ток создается исключительно за счет перемещения потока электронов.
Внутри металлов они находятся в двух состояниях:
- связанные силами атомного сцепления;
- свободные.
Электроны, удерживаемые на орбите силами притяжения ядра атома, как правило, не участвуют в создании электрического тока под действием внешних электродвижущих сил. Иначе ведут себя свободные частицы.
Если к металлическому проводнику не приложена ЭДС, то свободные электроны движутся хаотически, беспорядочно, в любых направлениях. Такое их перемещение обусловлено тепловой энергией. Оно характеризуется различными скоростями и направлениями перемещения каждой частицы в любой момент времени.
Когда к проводнику приложена энергия внешнего поля с напряженностью Е, то на все электроны вместе и каждый в отдельности действует сила, направленная противоположно действующему полю. Она создает строго ориентированное движение электронов, или другим словами — электрический ток.
Вольтамперная характеристика металлов представляет собой прямую линию, укладывающуюся в действие закона Ома для участка и полной цепи.
Кроме чистых металлов электронной проводимостью обладают и другие вещества. К ним относят:
- сплавы;
- отдельные модификации углерода (графит, уголь).
Все вышеперечисленные вещества, включая металлы, относят к проводникам 1-го рода. У них электропроводность никоим образом не связана с переносом массы вещества за счет прохождения электрического тока, а обусловливается только движением электронов.
Если металлы и сплавы поместить в среду сверхнизких температур, то они переходят в состояние сверхпроводимости.
Проводники с ионной проводимостью
К этому классу относятся вещества, у которых электрический ток создается за счет движения зарядов ионами. Они классифицируются как проводники второго рода. Это:
- растворы щелочей, кислот солей;
- расплавы различных ионных соединений;
- различные газы и пары?.
Электрический ток в жидкости
Проводящие электрический ток жидкие среды, в которых происходит электролиз — перенос вещества вместе с зарядами и осаждение его на электродах, принято называть электролитами, а сам процесс — электролизом.
Он происходит под действием внешнего энергетического поля за счет приложения положительного потенциала к электроду-аноду и отрицательного — к катоду.
Ионы внутри жидкостей образуются за счет явления электролитической диссоциации, которая заключается в расщеплении части молекул вещества, обладающих нейтральными свойствами. В качестве примера можно привести хлорид меди, который в водном растворе распадается на составляющие ионы меди (катионы) и хлора (анионы).
Под действием приложенного напряжения к электролиту катионы начинают двигаться строго к катоду, а анионы — к аноду. Таким способом получают химически чистую, без примесей медь, которая выделяется на катоде.
Кроме жидкостей в природе существуют еще твердые электролиты. Их называют суперионными проводниками (супер-иониками), обладающими кристаллической структурой и ионной природой химических связей, обусловливающую высокую электропроводность за счет движения ионов одного типа.
Вольтамперная характеристика электролитов показана графиком.
Электрический ток в газах
При обычном состоянии среда газов обладает изоляционными свойствами и не проводит ток. Но под воздействием различных возмущающих факторов диэлектрические характеристики могут резко снизиться и спровоцировать прохождение ионизации среды.
Она возникает от бомбардировки нейтральных атомов движущимися электронами. В результате этого из атома выбивается один или несколько связанных электронов, и атом получает положительный заряд, превращаясь в ион. Одновременно внутри газа образуется дополнительное количество электронов, продолжающих процесс ионизации.
Таким образом, внутри газа электрический ток создается одновременным движением положительных и отрицательных частиц.
При нагреве или повышении напряженности приложенного электромагнитного поля внутри газа вначале проскакивает искра. По этому принципу образуется природная молния, которая состоит из каналов, пламени и факела разряда.
В лабораторных условиях проскакивание искры можно наблюдать между электродами электроскопа. Практическая же реализация искрового разряда в свечах зажигания двигателей внутреннего сгорания известна каждому взрослому человеку.
Искра характерна тем, что через нее сразу расходуется вся энергия внешнего поля. Если же источник напряжения способен поддерживать протекание тока через газ, то возникает дуга.
Примером электрической дуги является сварка металлов различными способами. Для ее протекания используется эмиссия электронов с поверхности катода.
Он возникает внутри газовой среды с большими напряженностями и неоднородными электромагнитными полями, что проявляется на высоковольтных воздушных линиях электропередач с напряжением от 330 кВ и выше.
Он протекает между проводом и близко расположенной плоскостью линии электропередачи. При коронном разряде происходит ионизация методом электронного удара около одного из электродов, обладающего областью повышенной напряженности.
Его используют внутри газов в специальных разрядных газосветных лампах и трубках, стабилизаторах напряжения. Он образуется за счет понижения давления в разрядном промежутке.
Когда в газах процесс ионизации достигает большой величины и в них образуется равное число положительных и отрицательных носителей зарядов, то такое состояние называют плазмой. Тлеющий разряд происходит в среде плазмы.
Вольтамперная характеристика протекания токов в газах представлена на картинке. Она состоит из участков:
2. самостоятельного разряда.
Первый характеризуется тем, что происходит под воздействием внешнего ионизатора и при прекращении его действия затухает. А самостоятельный разряд продолжает течь при любом условии.
Проводники с дырочной проводимостью
К ним относятся:
- германий;
- селен;
- кремний;
- соединения отдельных металлов с теллуром, серой, селеном и некоторыми органическими веществами.
Они получили название полупроводников и относятся к группе №1, то есть не образуют переноса вещества при протекании зарядов. Для увеличения концентрации свободных электронов внутри них необходимо потратить дополнительную энергию на отрыв связанных электронов. Она получила название энергии ионизации.
В составе полупроводника работает электронно-дырочный переход. За счет его полупроводник пропускает ток в одном направлении и блокирует в обратном, когда к нему приложено противоположное внешнее поле.
Проводимость у полупроводников бывает:
Первый тип присущ конструкциям, у которых в процессе ионизации атомов своего вещества появляются носители зарядов: дырки и электроны. Их концентрация взаимно уравновешена.
Второй тип полупроводников создают за счет включения кристаллов с примесной проводимостью. Они обладают атомами трех- или пятивалентного элемента.
Полупроводники по проводимости бывают:
- электронные n-типа «negative»;
- дырочные p-типа «positive».
Вольтамперная характеристика обыкновенного полупроводникового диода показана на графике.
На основе полупроводников работают различные электронные приборы и устройства.
При очень низких температурах вещества определенные категории металлов и сплавов переходят в состояние, которое получило название сверхпроводимости. У этих веществ электрическое сопротивление току снижается практически до нулевого значения.
Переход происходит за счет изменения тепловых свойств. По отношению к поглощению или выделению теплоты во время перехода в сверхпроводящее состояние при отсутствии магнитного поля сверхпроводники подразделяют на 2 рода: №1 и №2.
Явление сверхпроводимости проводников происходит за счет образования куперовских пар, когда создается связанное состояние для двух соседних электронов. У созданной пары образуется двойной заряд электрона.
Распределение электронов в металле при состоянии сверхпроводимости показано графиком.
Магнитная индукция сверхпроводников зависит от напряженности электромагнитного поля, а на величину последней влияет температура вещества.
Свойства сверхпроводимости проводников ограничены критическими значениями предельного магнитного поля и температуры для них.
Таким образом, проводники электрического тока могут быть выполнены из совершенно различных веществ и обладать отличающимися друг от друга характеристиками. На них всегда оказывают влияние условия окружающей среды. По этой причине границы эксплуатационных характеристик проводников всегда оговариваются техническими нормативами.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Проводники электрического тока
Проводники — это вещества с высокой электропроводностью. Проводников бывает 2 типа: с электронной проводимостью и ионной проводимостью. К электронной проводимости относятся металлы и их сплавы. В металлах электрический ток создается перемещением электронов. Проходящий через такие проводники ток никак не сказывается на материале и не изменяет его химическую составляющую.
Высокий уровень электропроводности металлов обусловлен тем, что в них много «свободных» электронов, находящихся в состоянии беспорядочного движения и заполняющие объём проводника словно газ. При таком активном движении электроны сталкиваются с ионами неподвижной кристаллической решётки, состоящей из атомов вещества. В следствии чего электроны изменяют направление движения, скорость и свою кинетическую энергию.
Если в проводнике 1-го типа есть электрическое поле, то на заряды проводника действуют силы этого поля, упорядочивая их движение. Свободные электроны двигаются не в хаотическом порядке, а в одном направлении противоположно направлению поля (от минусовой клеммы к плюсовой). Данное упорядоченное движение свободных носителей заряда под действием электрического поля является — электрическим током (проводимости).
Проводники 2-го типа представляют собой растворы или расплавы солей, кислот, щелочей и т. п. в которых не завися от прохождения тока наблюдается электролитическая диссоциация.
Электролитическая диссоциация — это процесс распада нейтральных молекул на отрицательные и положительные ионы.
Положительные ионами выступают водород и ионы металлов. Отрицательные — гидроксильная группа и кислотные остатки.
Данные растворы или расплавы состоящие из ионов, частично или полностью, называются электролитами. Без воздействия внешнее электрическое поля, молекулы и ионы такого проводника будут находиться в состоянии хаотического движения.
При возникновении в таком проводнике электрического поля, движение ионов приобретает направленное упорядоченное движение, т. е. через проводник протекает ток (проводимости). Положительные ионы двигаются по направлению поля, а отрицательные против.
Полупроводники
Полупроводники — это вещества, электропроводность которых зависит от температуры, освещенности, электрических полей и примесей. К таким материалам относят: кремний, теллур, германий, селен, соединения металлов с серой и окислы металлов. Полупроводники отличаются еще и тем, что кроме электронной проводимости имеют и дырочную электропроводность. Дырочная электропроводность вызывается движением «дырок» из-за влияния электрического поля. «Дырки» — это свободные места в атомах, которые не заняты валентными электронами. Это подобно тому, что положительно заряженные частицы перемещаются так же, как и заряды, равные зарядам электронов. На сегодняшний день, использование полупроводников широко распространено в разных устройствах и приборах, например, в фоторезисторах и полупроводниковых диодах.
Диэлектрики — это те вещества, в которых при нормальных условиях очень малое количество свободных электрически заряженных частниц. В следствии чего они обладают низкой электропроводностью. К диэлектрикам относятся газы, минеральные масла, лаки и твердые материалы (кроме металлов). Однако, если на диэлектрик будет действовать высокая температура или сильное электрическое поле, то начнется расщепление молекул на ионы, которые потеряют вследствие этого воздействия свои изолирующие свойства.
В результате этого в нем образуется электрический ток, величина которого определяется свойствами проводящего материала и приложенной к проводнику ЭДС. По способу его получения твердые вещества подразделяются на следующие виды:
- Структуры с проводимостью электронного типа (металлы).
- Плохо проводящие ток материалы (диэлектрики).
- Полупроводники.
Помимо чистых металлов проводимость электронного типа имеют и другие материалы. К ним принято относить некоторые сплавы и модификации углерода (например, графит и уголь).
Все эти вещества согласно существующей классификации относятся к проводникам первого рода. У этих материалов электропроводность никак не связана с процессами переноса массы вещества при протекании по ним электрического тока (как например, в электролитах). Она обусловлена одним только перемещением заряженных частиц (электронов) от одного полюса к другому.
Только твердые проводники обладают уникальным свойством сверхпроводимости, достигаемой при их охлаждении до очень низких температур. Диэлектрики в нормальных условиях плохо проводят электрический ток и могут быть отнесены к проводникам только условно.
Жидкие проводящие среды
К этой категории проводников относятся жидкие составы, получаемые в результате химических реакций и называемые электролитами. За перенос заряда в них ответственны поляризованные молекулы (ионы), которыми насыщен электролитический раствор. Чаще всего здесь наблюдается двойное встречное перемещение заряженных частиц, имеющих противоположный знак.
Для появления тока в таких проводниках на клеммы электролитической ванны подается постоянное напряжение определенной величины, разгоняющее молекулы и приводящее к их осаждению на аноде и катоде. Эти процессы чаще всего используются для получения декоративно-защитных покрытий металлических поверхностей или для их восстановления.
Газообразные проводники и полупроводники
К первой разновидности проводящих структур относятся газообразные среды, в которых при определенных условиях поддерживается разряд того или иного типа. В обычном состоянии они не проводят электрического тока, то есть не являются проводниками. Под воздействием ионизирующих факторов проводимость газовых сред резко возрастает, что объясняется появлением в них большого количества заряженных частиц.
Они образуются за счет бомбардировки атомов электронами, разогнанными до больших скоростей. В результате такого воздействия слабо связанные с ядром частицы отрываются со своих орбит и образуют свободные носители заряда. Нарастающий процесс ионизации приводит к лавинообразному увеличению тока в газовой среде и к ее пробою. В зависимости от того, в каком виде реализуется этот процесс, он может принимать форму искрового, дугового, коронного или тлеющего разряда.
Полупроводники (ПП) принято относить к категории материалов, проводимость которых регулируется путем изменения количества носителей заряда (электронов и дырок) в области рабочего перехода. Эта особенность ПП существенно расширяет функциональные возможности созданных на их основе деталей и электронных приборов.
Особенности процессов в газообразных средах
Газообразные проводники имеют множество исполнений и обладают привлекательными эксплуатационными характеристиками. У каждой разновидности проводящей структуры имеются специфические особенности, проявляющиеся в характере протекания разрядного процесса.
Искровой и дуговой разряды
При повышении разницы потенциалов, приложенных к разрядному промежутку, в нем формируется мгновенный пробой в виде мощной искры. Точно так же образуется молния, пробивающая воздушный промежуток при достижении напряжением между грозовыми облаками предельного значения.
В лабораторных условиях этот эффект наблюдают с помощью специального прибора, называемого электроскопом. Пример практического использования такого пробоя – известный каждому автолюбителю искровой разряд в свечах зажигания ДВС.
Дуговой разряд реализуется в тех случаях, когда энергии внешнего электрического поля достаточно для того, чтобы длительное время поддерживать искру. Типичный пример этой разновидности пробоя – дуговая электросварка металлов, реализуемая при соблюдении определенных условий. Для поддержания протекания разрядного процесса в этом случае используется эмиссия электронов, испускаемых с поверхности катода.
Коронный и тлеющий разряды
Коронная разновидность разрядных явлений возникает в газовых средах, характеризующихся значительными по величине напряженностями электрического поля. Чаще всего она встречается на воздушных высоковольтных линиях электропередач (ВЛ) с действующим напряжением порядка 30 кВ и более.
Разряд типа «корона» появляется между отдельным высоковольтным проводом и расположенными неподалеку заземленными объектами (это могут быть стальные опоры или отсыревшие деревья, растущие вдоль трассы). Коронный разряд сопровождается ионизацией промежутка между двумя объектами, существенно отличающимися своими потенциалами. Причина этого – мощный электронный удар, происходящий в области предмета с высоким уровнем напряженности.
Тлеющий разряд наблюдается внутри газов, которыми заполняются газосветные лампы и светящиеся индикаторы. Он образуется вследствие понижения уровня давления в разрядном промежутке.
Характеристики твердых проводящих сред
Проводники этого вида характеризуются такими рабочими показателями, как:
- Электропроводность (удельная проводимость).
- Максимально допустимый ток в Амперах.
- Предельное напряжение в Вольтах.
- Электрическая прочность материала проводника.
Первый из показателей определяется как величина, обратно пропорциональная удельному сопротивлению проводящего вещества. Он измеряется в единицах, называемых сименсами (См), причем 1 См=1/Ом. Удельное сопротивление – величина, обратная проводимости (она измеряется и выражается при расчетах в Омах на метр).
Большинство характеристик проводников оценивается по зависимости величины протекающего тока от приложенного к их концам напряжения. В удобной для восприятия форме она выражается в виде вольтамперной характеристики, представляющей собой прямую линию с углом наклона, равным удельному сопротивлению.
Проводники в электроустановках
В промышленных и бытовых электроустановках трехфазного переменного тока применяются проводники самого различного назначения. При обеспечении электрической энергией действующих объектов используются следующие их разновидности:
- Фазные провода.
- Нейтральные и PEN-проводники.
- Заземляющие шины.
Фазные провода обеспечивают поступление электрической энергии в нагрузку по каждой из трех фаз питающей электросети 380 В. Нейтральные проводящие жилы и PEN-провода выполняют функции нулевой рабочей и защитной шины, обеспечивающей безопасность персонала, обслуживающего данную электрическую установку. Заземляющие жилы, хорошо проводящие ток, необходимы для изготовления и подключения специальной защитной конструкции, называемой заземлителем (ЗУ).
Печатные проводники
Известно, что большинство компонентов электронных устройств собираются на специальных печатных платах с нанесенными на них тонкими дорожками, проводящими ток. С их помощью радиодетали соединяются в единую схему, обеспечивающую выполнение данным прибором своих рабочих функций.
Похожие темы:
- Проницаемость. Диэлектрическая, магнитная. Применение
- Провода и кабели. Виды и устройство. Применение и где купить
Максимальный ток проводника
Допустимая нагрузка проводника, то есть величина тока, который он может нести, связана с его электрическим сопротивлением: провод с меньшим сопротивлением может проводить больший ток. Сопротивление, в свою очередь, определяется материалом, из которого сделан проводник (как описано выше), и размером проводника. Для данного материала проводники с большей площадью поперечного сечения имеют меньшее сопротивление, чем проводники с меньшей площадью поперечного сечения.
Для неизолированных проводов конечным пределом является точка, в которой потеря мощности из-за сопротивления приводит к плавлению проводника. Однако, за исключением предохранителей, большинство проводников в реальном мире эксплуатируются намного ниже этого предела. Например, бытовая электропроводка обычно изолирована изоляцией из ПВХ, которая рассчитана на работу только при температуре около 60 ° C, поэтому ток, протекающий по таким проводам, должен быть ограничен, чтобы он никогда не нагревал медный провод выше 60 ° C, вызывая риск. огня. Другие, более дорогие изоляционные материалы, такие как тефлон или стекловолокно, могут позволить работать при гораздо более высоких температурах.
В статье о калибрах проводов в США содержится таблица, в которой указаны допустимые значения силы тока для медных проводов различных размеров.
Виды проводников
К проводникам относятся вещества, обладающие высокой проводимостью.
- Все металлы (чёрные, цветные и драгоценные);
- Сплавы в любой пропорции, например, медь, латунь и т.д.
- Твёрдые соли;
- Растворы электролитов;
- Расплавы;
- Жидкости;
- Биологическая материя (ткани, мышцы и т.д.)
Первым отличием между проводников первого и второго рода является разница между переносчиками электрического заряда (то есть природой электрического тока).
В Проводниках первого рода такими носителями являются электроны (отрицательно заряженные частицы). В проводниках второго рода ими являются ионы. Важным отличием проводников первого рода от второго является характер изменения проводимости в зависимости от повышения температуры.
В первом случае при возрастании температуры показатель электропроводности снижается, а для проводников второго рода он возрастает.
Особое место занимают вещества, обладающие свойством сверхпроводимости.
Этот эффект проявляется в химических элементах при сверхнизких температурах или достижении определённых свойств, например, состояния плазмы.
Хорошие и плохие проводники и их применение
По физическим принципам проводники делятся на три основные категории: проводники, изоляторы и полупроводники.
Проводники применяются в качестве проводов, элементов коммутации и соединений различной конструкции. Например, проводники осуществляют коммутацию различных элементов радиоэлектронных устройств.
Полупроводники используются при создании элементов радиоэлектронных схем.
Так называемые плохие проводники применяются в качестве изоляторов электрических устройств, когда необходимо создать систему защиты от электрического напряжения. В этом случае с помощью элементов, обладающих низкой проводимостью строятся схемы с повышенной изоляцией.
- Керамические изделия.
- Дерево.
- Полые стеклянные элементы.
- Изоляторы из натурального и искусственного камня.
Среднее положение между проводниками и изоляторами занимают полупроводники.
Они обладают уникальными свойствами, которые принимают свойства проводников или изоляторов в зависимости от величины и полярности подаваемого напряжения. Из таких элементов изготавливают практически все микросхемы и транзисторы.
- При передаче переменного напряжения в электрических сетях различной мощности от 220В до нескольких Киловольт;
- В системах первичного электроснабжения (обмотках электродвигателей, устройств преобразования и стабилизации напряжения);
- Во всех радиоэлектронных и радиотехнических устройствах, бытовых и промышленных;
- При создании электрической сети бытового и промышленного назначения (в квартирах, загородных домах коттеджах и т.д.).
Так называемые плохие проводники, обладающие свойствами изоляторов, в основном применяются в электрических сетях, когда необходимо обеспечить полную или частичную изоляцию одной электрической сети от другой.
