Провідність струму матеріалами
Для того, щоб говорити про електропровідності, потрібно згадати про природу електричного струму як такого. Так, при приміщенні будь-якого речовини всередину електричного поля відбувається пересування зарядів. Даний рух провокує дію якраз електричного поля. Саме потік електронів і є електрострум. Сила струму, як відомо нам зі шкільних уроків з фізики, вимірюється в Амперах і позначається латинською буквою I. 1 А являє собою електрострум, при якому за час дорівнює одній секунді проходить заряд в 1 Кулон.
Електричний струм буває декількох видів, а саме:
- Постійний струм, який не змінюється відносно показника і траєкторії руху в будь-який момент часу; Змінний струм, який змінює свій показник і траєкторію в часі (проводиться генераторами і трансформаторами); Пульсуючий струм зазнає змін у величині, але при цьому не змінює свого напрямку.
Під впливом електричного поля різного роду матеріали здатні проводити електрострум. Саме ця властивість називається електропровідність, яка у кожного речовини індивідуальна.
Показник електропровідності безпосередньо пов’язаний з вмістом в матеріалі вільно рухомих зарядів, які не мають зв’язку з кристалічною сіткою, молекулами або атомами.
Таким чином, за ступенем провідності струму матеріали діляться на наступні типи:
- Провідники; Діелектрики; Напівпровідники.
Найбільший показник електричної провідності властивий провідникам. Вони представлені у вигляді металів або електролітів. Усередині металевих провідників струм обумовлюється рухом вільних заряджених частинок, таким чином, електропровідність металів електронна. Електролітів ж властива електропровідність іонна, обумовлена рухом саме іонів.
Висока здатність до електропровідності трактується в електронній теорії. Так, електрони курсують серед атомів по всьому провіднику через їхню слабку валентного зв’язку з ядрами. Тобто, вільно рухаються заряджені частинки всередині металу закривають собою порожнечі серед атомів і характеризуються хаотичністю пересування. Якщо ж в електричне поле буде поміщений провідник з металу, електрони візьмуть порядок в своєму пересуванні, перейшовши до полюса з позитивним зарядом. Саме за рахунок цього і створюється електричний струм. Швидкість поширення електричного поля в просторі аналогічна швидкості світла. Саме з цією швидкістю електрострум рухається всередині провідника. Варто відзначити, що це не швидкість руху безпосередньо електронів (їх швидкість дуже мала і дорівнює максимум кількох мм / сек), а швидкість поширення електроенергії по всьому речовині.
При вільному пересуванні зарядів всередині провідника вони зустрічають на своєму шляху різні мікрочастинки, з якими відбувається зіткнення і деяка енергія віддається їм. Провідники, як відомо, відчувають нагрівання. Це відбувається як раз через те, що долаючи опір, енергія електронів поширюється в якості теплового виділення.
Такі “аварії” зарядів створюють перешкоду пересуванню електронів, що іменується в фізиці опором. Невеликий опір несильно нагріває провідник, а при високому досягаються великі температури. Останнє явище використовується в нагрівальних пристроях, а також в традиційних лампах розжарювання. Вимірювання опору відбувається в Омах. Позначається латинською буквою R.
Електропровідність – явище, яке відображає здатність металу або електроліту проводити електрострум. Дана величина зворотна величині електричного опору.
Вимірюється електропровідність Сіменса (См), а позначається буквою G.
Оскільки атоми створюють перешкоду проходженню струму, показник опору у речовин різний. Для позначення було введено поняття питомої опору (Ом-м), яке якраз дає інформацію про здібності провідності речовин.
Сучасні провідні матеріали мають форму тонких стрічок, дротів з конкретною величиною площі поперечного перерізу і певною довжиною. Питома електропровідність і питомий опір вимірюється в таких одиницях: Див-м / мм. кв і Ом-мм. кв / м відповідно.
Таким чином, питомий електричної опір і питома електропровідність є характеристиками проводить здатності того чи іншого матеріалу, площа перерізу якого дорівнює 1 мм. кв., а довжина 1 м. Температура для характеристики – 20 градусів за Цельсієм.
Добрими провідниками електричного струму серед металів є дорогоцінні метали, а саме золото і срібло, а також мідь, хром і алюміній. Сталеві і залізні провідники мають слабші характеристики. Варто відзначити, що метали в чистому вигляді відрізняються більш кращими електропровідними властивостями в порівнянні зі сплавами металів. Для високого опору, якщо це необхідно, застосовують вольфрамові, ніхромові і константні провідники.
Маючи знання про показники питомої опору або питомої провідності дуже просто обчислити опір і електропровідність певного провідника. При цьому в розрахунках повинна використовуватися довжина і площа поперечного перерізу конкретного провідника.
Важливо знати, що показник електропровідності, а також опір будь-якого матеріалу прямо залежить від температурного режиму. Це пояснюється тим, що при зміні в температурі відбуваються і зміни в частоті і амплітуді коливань атомів. Таким чином, при зростанні температури паралельно зросте і опір потоку рухомих зарядів. А при зниженні температури, відповідно, знижується опір, а електропровідність зростає.
У деяких матеріалах залежність температури від опору виражена дуже яскраво, в деяких слабше.
(2 votes, average: 5.00 out of 5)