Ledere til elektrisk strøm

Enhver person, der konstant bruger elektriske apparater, står over for:

1. ledninger, der fører elektrisk strøm;

2. Dielektrikum med isolerende egenskaber;

3. halvledere, der kombinerer de to første stoftypers egenskaber og ændrer dem afhængigt af det anvendte styresignal.

Et karakteristisk træk ved hver af disse grupper er egenskaben ved elektrisk ledningsevne.

Hvad er en dirigent

Ledere omfatter de stoffer, der i deres struktur har et stort antal frie, ikke-forbundne elektriske ladninger, der kan begynde at bevæge sig under påvirkning af en påført ekstern kraft. De kan være faste, flydende eller gasformige.

Hvis du tager to ledninger med en potentialforskel mellem dem og forbinder en metalledning inde i dem, vil der strømme en elektrisk strøm gennem den. Dens bærere vil være frie elektroner, der ikke holdes tilbage af atomernes bindinger. De karakteriserer elektrisk ledningsevne eller ethvert stofs evne til at føre elektriske ladninger gennem sig selv - strøm.

Værdien af ​​elektrisk ledningsevne er omvendt proportional med stoffets modstand og måles med den tilsvarende enhed: siemens (cm).

1 cm = 1/1 ohm.

I naturen kan ladningsbærere være:

• elektroner;

• ioner;

• huller.

Ifølge dette princip er elektrisk ledningsevne opdelt i:

• elektronisk;

• ionisk;

• et hul.

Kvaliteten af ​​ledningen giver dig mulighed for at estimere afhængigheden af ​​den strøm, der flyder i den, af værdien af ​​den påførte spænding. Det er sædvanligt at kalde det ved at udpege måleenhederne for disse elektriske størrelser - volt-ampere-karakteristikken.

Ledende ledninger

De mest almindelige repræsentanter for denne type er metaller. Deres elektriske strøm skabes udelukkende ved at flytte strømmen af ​​elektroner.

Inde i metaller findes de i to stater:

• forbundet med atomare kræfter af samhørighed;

• Gratis.

Elektroner, der holdes i kredsløb af de tiltrækkende kræfter i kernen af ​​et atom, deltager som regel ikke i skabelsen af ​​en elektrisk strøm under påvirkning af eksterne elektromotoriske kræfter. Frie partikler opfører sig anderledes.

Hvis der ikke påføres EMF på metaltråden, bevæger de frie elektroner sig tilfældigt, tilfældigt, i enhver retning. Denne bevægelse skyldes termisk energi. Det er kendetegnet ved forskellige hastigheder og bevægelsesretninger for hver partikel på ethvert givet tidspunkt.

Når energien fra et eksternt intensitetsfelt E påføres lederen, så virker en kraft rettet modsat det påførte felt på alle elektronerne sammen og hver for sig. Det skaber en strengt orienteret bevægelse af elektroner, eller med andre ord, en elektrisk strøm.

Strøm-spændingskarakteristikken for metaller er en ret linje, der passer til driften af ​​Ohms lov for en sektion og et komplet kredsløb.

Udover rene metaller har andre stoffer også elektronisk ledningsevne. De omfatter:

• legeringer;

• nogle modifikationer af kulstof (grafit, kul).

Alle ovennævnte stoffer, herunder metaller, er klassificeret som ledere af den første type. Deres elektriske ledningsevne er på ingen måde relateret til overførsel af masse af et stof på grund af passage af en elektrisk strøm, men er kun forårsaget af elektronernes bevægelse.

Hvis metaller og legeringer placeres i et miljø med ekstremt lave temperaturer, går de over i en tilstand af superledning.

Ionledere

Denne klasse omfatter stoffer, hvori der dannes en elektrisk strøm på grund af bevægelsen af ​​ladede ioner. De er klassificeret som type II ledere. Det:

• opløsninger af baser, syresalte;

• smelter af forskellige ioniske forbindelser;

• forskellige gasser og dampe.

Elektrisk strøm i en væske

Elektrisk ledende væsker, hvori elektrolyse — Overførslen af ​​et stof sammen med ladningerne og dets aflejring på elektroderne kaldes normalt elektrolytter, og selve processen kaldes elektrolyse.

Det opstår under påvirkning af et eksternt energifelt på grund af påføringen af ​​et positivt potentiale til anodeelektroden og et negativt potentiale til katoden.

Ioner inde i væsker dannes på grund af fænomenet elektrolytdissociation, som består i adskillelse af nogle af molekylerne i et stof, der har neutrale egenskaber. Et eksempel er kobberchlorid, som nedbrydes i vandig opløsning til dets komponenter kobberioner (kationer) og chlor (anioner).

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

Under påvirkning af spændingen påført elektrolytten begynder kationerne at bevæge sig strengt til katoden, og anionerne til anoden. På denne måde opnås kemisk rent kobber uden urenheder, som aflejres på katoden.

Udover væsker er der også faste elektrolytter i naturen. De kaldes superioniske ledere (superioner), som har en krystallinsk struktur og ionisk karakter af kemiske bindinger, hvilket forårsager høj elektrisk ledningsevne på grund af bevægelser af ioner af samme type.

Strøm-spændingskarakteristikken for elektrolytter er vist i grafen.

Elektrisk strøm i gasser

Under normale forhold har gasmediet isolerende egenskaber og leder ikke strøm. Men under påvirkning af forskellige forstyrrende faktorer kan de dielektriske egenskaber kraftigt falde og fremkalde passagen af ​​ionisering af mediet.

Det opstår ved bombardement af neutrale atomer ved at bevæge elektroner. Som et resultat bliver en eller flere bundne elektroner slået ud af atomet, og atomet får en positiv ladning og bliver til en ion. Samtidig dannes en yderligere mængde elektroner inde i gassen, hvilket fortsætter ioniseringsprocessen.

På denne måde skabes en elektrisk strøm inde i gassen ved samtidig bevægelse af positive og negative partikler.

En oprigtig udledning

Når du opvarmer eller øger styrken af ​​det påførte elektromagnetiske felt inde i gassen, springer der først en gnist ud. Ifølge dette princip dannes naturligt lyn, som består af kanaler, en flamme og en udstødningsbrænder.

Under laboratorieforhold kan der observeres en gnist mellem elektroderne på elektroskopet.Den praktiske implementering af gnistudladning i tændrør til forbrændingsmotorer er kendt af enhver voksen.

Bueudladning

Gnisten er kendetegnet ved, at al energien i det ydre felt straks forbruges gennem den. Hvis spændingskilden er i stand til at opretholde strømgennemstrømningen gennem gassen, opstår der en lysbue.

Et eksempel på en elektrisk lysbue er svejsning af metaller på forskellige måder. Til dens strømning bruges emissionen af ​​elektroner fra katodens overflade.

Koronal udstødning

Dette sker i et gasmiljø med høj styrke og ujævne elektromagnetiske felter, som manifesteres på højspændingsluftledninger med en spænding på 330 kV og mere.

Den flyder mellem lederen og strømledningens tætsiddende plan. I en koronaudladning finder ionisering sted ved metoden med elektronpåvirkning nær en af ​​elektroderne, som har et område med øget styrke.

Glødeudladning

Det bruges inde i gasser i specielle gasudladningslamper og -rør, spændingsstabilisatorer.Det dannes ved at sænke trykket i udstødningsgabet.

Når ioniseringsprocessen i gasser når en stor værdi, og der dannes et lige antal positive og negative ladningsbærere i dem, kaldes denne tilstand plasma. En glødeudladning vises i et plasmamiljø.

Strøm-spændingskarakteristikken for strømmen af ​​strømme i gasser er vist på billedet. Den består af sektioner:

1. afhængig;

2. Selvafladning.

Den første er karakteriseret ved, hvad der sker under påvirkning af en ekstern ionisator og går ud, når den holder op med at virke. Et selvudkast fortsætter med at flyde under alle forhold.

Hul ledninger

De omfatter:

• germanium;

• selen;

• silicium;

• forbindelser af nogle metaller med tellur, svovl, selen og nogle organiske stoffer.

De kaldes halvledere og tilhører gruppe nr. 1, det vil sige, at de ikke danner en overførsel af stof under strømmen af ​​ladninger. For at øge koncentrationen af ​​frie elektroner inde i dem er det nødvendigt at bruge yderligere energi på at adskille de bundne elektroner. Det kaldes ioniseringsenergi.

En elektron-hul forbindelse fungerer i en halvleder. På grund af det passerer halvlederen strøm i én retning og blokerer i den modsatte retning, når et modsat eksternt felt påføres den.

Ledningsevne i halvledere er:

1. egen;

2. urenhed.

Den første type er iboende i strukturer, hvor ladningsbærere optræder i processen med ionisering af atomer fra deres stof: huller og elektroner. Deres koncentration er gensidigt afbalanceret.

Den anden type halvleder er skabt ved at inkorporere krystaller med urenhedskonduktivitet. De har atomer af et trivalent eller pentavalent grundstof.

Ledende halvledere er:

• elektronisk n-type «negativ»;

• hul p-type «positiv».

Volt-ampere karakteristisk for alm halvleder diode vist i grafen.

Forskellige elektroniske enheder og enheder arbejder på basis af halvledere.

Superledere

Ved meget lave temperaturer går stoffer fra visse kategorier af metaller og legeringer over i en tilstand kaldet superledning. For disse stoffer falder den elektriske modstand mod strømmen næsten til nul.

Overgangen sker på grund af en ændring i termiske egenskaber.Med hensyn til absorption eller frigivelse af varme under overgangen til superledende tilstand i fravær af et magnetfelt, er superledere opdelt i 2 typer: nr. 1 og nr. 2.

Fænomenet med superledning af ledninger opstår på grund af dannelsen af ​​Cooper-par, når der skabes en bundet tilstand for to naboelektroner. Det dannede par har en dobbelt elektronladning.

Fordelingen af ​​elektroner i et metal i en superledende tilstand er vist i grafen.

Den magnetiske induktion af superledere afhænger af styrken af ​​det elektromagnetiske felt, og værdien af ​​sidstnævnte påvirkes af stoffets temperatur.

De superledende egenskaber af ledninger er begrænset af de kritiske værdier af det begrænsende magnetfelt og temperatur for dem.

Således kan ledere af elektrisk strøm være lavet af helt forskellige stoffer og have forskellige egenskaber fra hinanden. De er altid påvirket af miljøforhold. Af denne grund er grænserne for ledningernes egenskaber altid bestemt af de tekniske standarder.