Kekonduksian elektrik bahan

Dalam artikel ini, kami akan mendedahkan topik kekonduksian elektrik, kami akan mengingati apa itu arus elektrik, bagaimana ia berkaitan dengan rintangan konduktor dan, dengan itu, dengan kekonduksian elektriknya. Mari kita perhatikan formula utama untuk mengira kuantiti ini, menyentuh topik kelajuan semasa dan hubungannya dengan kekuatan medan elektrik. Kami juga akan menyentuh hubungan antara rintangan elektrik dan suhu.

Sebagai permulaan, mari kita ingat apa itu arus elektrik. Jika anda meletakkan bahan dalam medan elektrik luaran, maka di bawah tindakan daya dari medan ini, pergerakan pembawa cas asas - ion atau elektron - akan bermula dalam bahan. Ia akan menjadi kejutan elektrik. Arus I diukur dalam ampere, dan satu ampere ialah arus di mana cas yang sama dengan satu coulomb mengalir melalui keratan rentas wayar sesaat.

Arus adalah terus, berselang-seli, berdenyut.Arus terus tidak mengubah magnitud dan arahnya pada masa tertentu, arus ulang alik mengubah magnitud dan arahnya dari semasa ke semasa (penjana AC dan pengubah memberikan arus ulang alik tepat), arus berdenyut menukar magnitudnya tetapi tidak berubah arah (cth arus ulang alik diperbetulkan) . denyutan semasa).

Bahan cenderung untuk mengalirkan arus elektrik di bawah tindakan medan elektrik, dan sifat ini dipanggil kekonduksian elektrik, yang berbeza untuk bahan yang berbeza. Kekonduksian elektrik bahan bergantung kepada kepekatan zarah bercas bebas di dalamnya, iaitu ion dan elektron yang tidak terikat tidak dengan struktur kristal, mahupun dengan molekul, mahupun dengan atom-atom bahan yang diberikan. Jadi, bergantung kepada kepekatan pembawa cas percuma dalam bahan tertentu, bahan dibahagikan mengikut tahap kekonduksian elektrik kepada: konduktor, dielektrik dan semikonduktor.

Ia mempunyai kekonduksian elektrik yang paling tinggi wayar arus elektrik, dan oleh sifat fizikal konduktor dalam alam semula jadi diwakili oleh dua jenis: logam dan elektrolit. Dalam logam, arus adalah disebabkan oleh pergerakan elektron bebas, iaitu, mereka mempunyai kekonduksian elektronik, dan dalam elektrolit (dalam larutan asid, garam, bes) - dari pergerakan ion - bahagian molekul yang mempunyai positif dan cas negatif, iaitu, kekonduksian elektrolit adalah ionik. Wap dan gas terion dicirikan oleh kekonduksian bercampur, di mana arus adalah disebabkan oleh pergerakan kedua-dua elektron dan ion.

Teori elektron menerangkan dengan sempurna kekonduksian elektrik logam yang tinggi.Ikatan elektron valens dengan nukleusnya dalam logam adalah lemah, jadi elektron ini bergerak bebas dari atom ke atom sepanjang isipadu konduktor.

Ternyata elektron bebas dalam logam memenuhi ruang antara atom seperti gas, gas elektron, dan berada dalam gerakan huru-hara. Tetapi apabila wayar logam dimasukkan ke dalam medan elektrik, elektron bebas akan bergerak dengan teratur, mereka akan bergerak ke arah kutub positif, mencipta arus. Oleh itu pergerakan tertib elektron bebas dalam konduktor logam dipanggil arus elektrik.

Adalah diketahui bahawa kelajuan perambatan medan elektrik di angkasa adalah lebih kurang sama dengan 300,000,000 m / s, iaitu, kelajuan cahaya. Ini adalah kelajuan yang sama di mana arus mengalir melalui wayar.

Apakah maksudnya? Ini tidak bermakna bahawa setiap elektron dalam logam bergerak pada kelajuan yang begitu besar, tetapi elektron dalam wayar, sebaliknya, mempunyai kelajuan beberapa milimeter sesaat hingga beberapa sentimeter sesaat, bergantung kepada kekuatan medan elektrik, tetapi kelajuan perambatan arus elektrik di sepanjang wayar adalah betul-betul sama dengan kelajuan cahaya.

Masalahnya ialah setiap elektron bebas ternyata berada dalam aliran elektron umum "gas elektron" yang sama ini, dan semasa laluan arus, medan elektrik bertindak pada keseluruhan aliran ini, akibatnya elektron sentiasa menghantar aksi lapangan ini antara satu sama lain - dari jiran ke jiran.

Tetapi elektron bergerak ke tempat mereka dengan sangat perlahan, walaupun pada hakikatnya kelajuan penyebaran tenaga elektrik di sepanjang wayar adalah sangat besar.Oleh itu, apabila suis dihidupkan di loji kuasa, arus serta-merta timbul di seluruh rangkaian dan elektron boleh dikatakan tidak bergerak.

Walau bagaimanapun, apabila elektron bebas bergerak sepanjang wayar, mereka mengalami banyak perlanggaran dalam perjalanan mereka, mereka berlanggar dengan atom, ion, molekul, memindahkan sebahagian tenaga mereka kepada mereka. Tenaga elektron yang bergerak yang mengatasi rintangan ini sebahagiannya hilang apabila haba dan konduktor menjadi panas.

Perlanggaran ini berfungsi sebagai rintangan kepada pergerakan elektron, sebab itu sifat konduktor untuk menghalang pergerakan zarah bercas dipanggil rintangan elektrik. Dengan rintangan wayar yang rendah, wayar dipanaskan oleh arus sedikit, dengan yang ketara — jauh lebih kuat dan malah menjadi putih, kesan ini digunakan dalam peranti pemanasan dan lampu pijar.

Unit perubahan rintangan ialah Ohm. Rintangan R = 1 ohm ialah rintangan wayar sedemikian, apabila arus terus 1 ampere melaluinya, beza keupayaan pada hujung wayar ialah 1 volt. Piawaian rintangan dalam 1 Ohm ialah lajur merkuri setinggi 1063 mm, keratan rentas 1 persegi. Mm pada suhu 0 ° C.

Oleh kerana wayar dicirikan oleh rintangan elektrik, kita boleh mengatakan bahawa pada tahap tertentu wayar itu mampu mengalirkan arus elektrik. Dalam hubungan ini, nilai yang dipanggil kekonduksian atau kekonduksian elektrik diperkenalkan. Kekonduksian elektrik ialah keupayaan konduktor untuk mengalirkan arus elektrik, iaitu, timbal balik rintangan elektrik.

Unit kekonduksian elektrik G (konduksi) ialah Siemens (S) dan 1 S = 1 / (1 Ohm). G = 1 / R.

Oleh kerana atom bahan yang berbeza mengganggu laluan arus elektrik ke darjah yang berbeza, rintangan elektrik bahan yang berbeza adalah berbeza. Atas sebab ini, konsep itu diperkenalkan rintangan elektrik, yang nilainya «p» mencirikan sifat konduktif bahan ini atau itu.

Rintangan elektrik tertentu diukur dalam Ohm * m, iaitu rintangan kubus bahan dengan tepi 1 meter. Begitu juga, kekonduksian elektrik sesuatu bahan dicirikan oleh kekonduksian elektrik tertentu ?, diukur dalam S / m, iaitu, kekonduksian kubus bahan dengan tepi 1 meter.

Hari ini, bahan konduktif dalam kejuruteraan elektrik digunakan terutamanya dalam bentuk reben, tayar, wayar, dengan luas keratan rentas tertentu dan panjang tertentu, tetapi tidak dalam bentuk kiub meter. Dan untuk pengiraan yang lebih mudah bagi rintangan elektrik dan kekonduksian elektrik wayar saiz tertentu, unit ukuran yang lebih boleh diterima untuk kedua-dua rintangan elektrik dan kekonduksian elektrik telah diperkenalkan. Ohm * mm2 / m — untuk rintangan, dan Cm * m / mm2 — untuk kekonduksian elektrik.

Sekarang kita boleh mengatakan bahawa rintangan elektrik dan kekonduksian elektrik mencirikan sifat konduktif wayar dengan luas keratan rentas 1 sq.mm, 1 meter panjang pada suhu 20 ° C, ia lebih mudah.

Logam seperti emas, kuprum, perak, kromium dan aluminium mempunyai kekonduksian elektrik yang terbaik. Keluli dan besi kurang konduktif. Logam tulen sentiasa mempunyai kekonduksian elektrik yang lebih baik daripada aloinya, jadi kuprum tulen diutamakan dalam kejuruteraan elektrik.Sekiranya anda memerlukan rintangan yang sangat tinggi, maka tungsten, nichrome, constantan digunakan.

Mengetahui nilai rintangan elektrik tertentu atau kekonduksian elektrik, seseorang boleh dengan mudah mengira rintangan atau kekonduksian elektrik wayar tertentu yang diperbuat daripada bahan tertentu, dengan mengambil kira panjang l dan luas keratan rentas S wayar ini.

Kekonduksian elektrik dan rintangan elektrik semua bahan bergantung pada suhu, kerana kekerapan dan amplitud getaran haba atom-atom kekisi kristal juga meningkat dengan peningkatan suhu, rintangan kepada arus elektrik dan aliran elektron juga meningkat dengan sewajarnya.

Apabila suhu menurun, sebaliknya, getaran atom kekisi kristal menjadi lebih kecil, rintangan berkurangan (kekonduksian elektrik meningkat). Dalam sesetengah bahan, pergantungan rintangan pada suhu kurang ketara, pada yang lain ia lebih kuat. Sebagai contoh, aloi seperti konstantan, fechral dan manganin sedikit mengubah rintangan dalam julat suhu tertentu, itulah sebabnya perintang termostabil diperbuat daripadanya.

Pekali suhu rintangan? membolehkan anda mengira untuk bahan tertentu peningkatan rintangannya pada suhu tertentu dan secara numerik mencirikan peningkatan relatif rintangan dengan peningkatan suhu sebanyak 1 ° C.

Mengetahui pekali suhu rintangan dan kenaikan suhu, adalah mudah untuk mengira rintangan bahan pada suhu tertentu.

Kami berharap artikel kami berguna kepada anda dan kini anda boleh mengira rintangan dan kekonduksian mana-mana wayar dengan mudah pada sebarang suhu.