Električna vodljivost tvari

U ovom ćemo članku otkriti temu električne vodljivosti, prisjetit ćemo se što je električna struja, kako je povezana s otporom vodiča i, sukladno tome, s njegovom električnom vodljivošću. Zabilježimo glavne formule za izračunavanje ovih količina, dotičući se teme Trenutna brzina i njegov odnos prema jakosti električnog polja. Dotaknut ćemo se i odnosa između električnog otpora i temperature.

Za početak, podsjetimo se što je električna struja. Ako stavite tvar u vanjsko električno polje, tada će pod djelovanjem sila iz ovog polja u tvari započeti kretanje elementarnih nositelja naboja - iona ili elektrona. Bit će to strujni udar. Struja I mjeri se u amperima, a jedan amper je struja pri kojoj kroz poprečni presjek žice u sekundi teče naboj jednak jednom kulonu.

Struja je izravna, izmjenična, pulsirajuća.Istosmjerna struja ne mijenja svoju veličinu i smjer u određenom trenutku, izmjenična struja mijenja svoju veličinu i smjer tijekom vremena (izmjenični generatori i transformatori daju upravo izmjeničnu struju), pulsirajuća struja mijenja svoju veličinu, ali ne mijenja smjer (npr. ispravljena izmjenična struja) . strujni impulsi).

Tvari nastoje provoditi električnu struju pod djelovanjem električnog polja, a to se svojstvo naziva električna vodljivost, koja je različita za različite tvari.Električna vodljivost tvari ovisi o koncentraciji slobodnih nabijenih čestica u njima, odnosno iona i elektroni koji nisu vezani ni za kristalnu strukturu, ni za molekule, ni za atome dane tvari. Dakle, ovisno o koncentraciji slobodnih nositelja naboja u određenoj tvari, tvari se prema stupnju električne vodljivosti dijele na: vodiče, dielektrike i poluvodiče.

Ima najveću električnu vodljivost žice električne struje, a po fizikalnoj prirodi vodiče u prirodi predstavljaju dvije vrste: metali i elektroliti. U metalima struja nastaje zbog kretanja slobodnih elektrona, odnosno imaju elektronsku vodljivost, au elektrolitima (u otopinama kiselina, soli, baza) - od kretanja iona - dijelova molekula koji imaju pozitivan i negativni naboj, odnosno vodljivost elektrolita je ionska. Ionizirane pare i plinovi karakterizirani su mješovitom vodljivošću, gdje je struja posljedica kretanja i elektrona i iona.

Elektronska teorija savršeno objašnjava visoku električnu vodljivost metala.Veza valentnih elektrona s njihovim jezgrama u metalima je slaba, pa se ti elektroni slobodno kreću od atoma do atoma po cijelom volumenu vodiča.

Ispada da slobodni elektroni u metalima ispunjavaju prostor između atoma poput plina, elektronskog plina, i nalaze se u kaotičnom kretanju. Ali kada se metalna žica uvede u električno polje, slobodni elektroni će se kretati na uredan način, kretati će se prema pozitivnom polu, stvarajući struju. Stoga se uređeno kretanje slobodnih elektrona u metalnom vodiču naziva električna struja.

Poznato je da je brzina prostiranja električnog polja u prostoru približno jednaka 300 000 000 m/s, odnosno brzini svjetlosti. To je ista brzina kojom struja teče kroz žicu.

Što to znači? To ne znači da se svaki elektron u metalu kreće tolikom brzinom, ali elektroni u žici, naprotiv, imaju brzinu od nekoliko milimetara u sekundi do nekoliko centimetara u sekundi, ovisno o jakost električnog polja, ali brzina širenja električne struje duž žice točno je jednaka brzini svjetlosti.

Stvar je u tome što se svaki slobodni elektron nalazi u općem protoku elektrona tog istog "elektronskog plina", a tijekom prolaska struje, električno polje djeluje na cijeli tok, zbog čega elektroni neprestano prenose ovo terensko djelovanje jedni drugima – od susjeda do susjeda.

Ali elektroni se kreću na svoja mjesta vrlo sporo, unatoč činjenici da je brzina širenja električne energije duž žice ogromna.Dakle, kada se sklopka uključi u elektrani, struja se odmah javlja u cijeloj mreži i elektroni praktički stoje.

Međutim, kada se slobodni elektroni kreću po žici, na svom putu doživljavaju mnoge sudare, sudaraju se s atomima, ionima, molekulama, prenoseći im dio svoje energije. Energija pokretnih elektrona koji svladavaju ovaj otpor djelomično se rasipa kao toplina i vodič se zagrijava.

Ti sudari služe kao otpor kretanju elektrona, zbog čega se svojstvo vodiča da sprječava kretanje nabijenih čestica naziva električnim otporom. S niskim otporom žice, žica se lagano zagrijava strujom, sa značajnim - mnogo jačim i čak do bijele boje, ovaj se učinak koristi u uređajima za grijanje i žaruljama sa žarnom niti.

Jedinica promjene otpora je Ohm. Otpor R = 1 ohm je otpor takve žice, kada kroz nju prolazi istosmjerna struja od 1 ampera, razlika potencijala na krajevima žice je 1 volt. Standard otpora u 1 Ohmu je živin stupac visine 1063 mm, poprečnog presjeka 1 sq. Mm na temperaturi od 0 ° C.

Budući da žice karakterizira električni otpor, možemo reći da je žica u određenoj mjeri sposobna provoditi električnu struju. S tim u vezi uvodi se veličina koja se naziva vodljivost ili električna vodljivost. Električna vodljivost je sposobnost vodiča da provodi električnu struju, odnosno recipročna vrijednost električnog otpora.

Jedinica za električnu vodljivost G (vodljivost) je Siemens (S) i 1 S = 1 / (1 Ohm). G = 1 / R.

Budući da atomi različitih tvari u različitim stupnjevima ometaju prolaz električne struje, električni otpor različitih tvari je različit. Iz tog razloga je uveden koncept električni otpor, čija vrijednost «p» karakterizira vodljiva svojstva ove ili one tvari.

Specifični električni otpor mjeri se u Ohm * m, odnosno otpor kocke tvari s rubom od 1 metra. Slično tome, električna vodljivost tvari karakterizirana je specifičnom električnom vodljivošću ?, mjerenom u S/m, odnosno vodljivošću kocke tvari s rubom od 1 metra.

Danas se vodljivi materijali u elektrotehnici uglavnom koriste u obliku vrpci, guma, žica, određene površine presjeka i određene duljine, ali ne i u obliku metarskih kocki. A za praktičnije izračune električnog otpora i električne vodljivosti žica određenih veličina, uvedene su prihvatljivije mjerne jedinice i za električni otpor i za električnu vodljivost. Ohm * mm2 / m — za otpor, a Cm * m / mm2 — za električnu vodljivost.

Sada možemo reći da električni otpor i električna vodljivost karakteriziraju vodljiva svojstva žice s površinom poprečnog presjeka od 1 sq.mm, duljine 1 metar na temperaturi od 20 ° C, to je prikladnije.

Metali kao što su zlato, bakar, srebro, krom i aluminij imaju najbolju električnu vodljivost. Čelik i željezo su manje vodljivi. Čisti metali uvijek imaju bolju električnu vodljivost od svojih legura, pa se u elektrotehnici preferira čisti bakar.Ako vam je potrebna posebno visoka otpornost, tada se koriste volfram, nikrom, konstantan.

Poznavajući vrijednost specifičnog električnog otpora ili električne vodljivosti, lako se može izračunati otpor ili električna vodljivost određene žice izrađene od danog materijala, uzimajući u obzir duljinu l i površinu presjeka S te žice.

Električna vodljivost i električni otpor svih materijala ovise o temperaturi, jer frekvencija i amplituda toplinskih vibracija atoma kristalne rešetke također raste s porastom temperature, otpor električnoj struji i tok elektrona također rastu u skladu s tim.

Kako se temperatura smanjuje, naprotiv, vibracije atoma kristalne rešetke postaju manje, otpor se smanjuje (povećava se električna vodljivost). U nekim tvarima, ovisnost otpora o temperaturi je manje izražena, u drugima je jača. Na primjer, takve legure kao što su konstantan, fehral i manganin neznatno mijenjaju otpor u određenom temperaturnom rasponu, zbog čega se od njih izrađuju termostabilni otpornici.

Temperaturni koeficijent otpora? omogućuje vam izračunavanje povećanja njegove otpornosti na određenoj temperaturi za određeni materijal i numerički karakterizira relativno povećanje otpornosti s povećanjem temperature za 1 ° C.

Poznavajući temperaturni koeficijent otpora i porast temperature, lako je izračunati otpor tvari na danoj temperaturi.

Nadamo se da vam je naš članak bio koristan i sada možete lako izračunati otpor i vodljivost bilo koje žice na bilo kojoj temperaturi.