Обновлено: 12.05.2024

Электропроводность металлов и сплавов – физическое свойство, которое учитывается при производстве разных видов изделий. Например, для изготовления электрических кабелей, микросхем используют металлы с высокими показателями электропроводности.

Данный параметр зависит от факторов окружающей среды: температуры, давления, агрегатного состояния, наличия магнитных полей и т. д. Если говорить о чистых металлах и влиянии температуры на их электропроводность, то с ростом она падает. Подробнее о том, что собой представляет электропроводность металлов, вы узнаете из нашего материала.

Природа электропроводности металлов

Электропроводностью называют способность тела, вещества проводить ток. Кроме того, этим термином обозначается физическая величина, которая численно характеризует данную способность. Электропроводность металла определяется числом свободных ионов в проводнике – их движение и является электрическим током. Данный показатель исчисляется в сименсах, а в международной системе единиц для его обозначения используется буква «S».

В зависимости от того, какой электропроводностью обладают металлы и иные вещества, среди них выделяют проводники, диэлектрики и полупроводники. Правда, между данными группами практически не существует четкого разграничения.

Чем обусловлена высокая электропроводность металлов-проводников? Они имеют большое количество свободных ионов. Среди веществ этой группы выделяют два рода, исходя из физической природы протекания тока. К первому относятся металлы с электронной проводимостью, по которым ток проходит благодаря движению свободных электронов.

Ко второму причисляют растворы кислот, щелочей, солей или электролиты, имеющие ионную проводимость. Иными словами, здесь интересующий нас процесс связан с движением положительных и отрицательных ионов. Уровень электропроводности проводников превышает 106(Ом·м)-1.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Диэлектрики обладают малым числом свободных ионов, поэтому отличаются низкой электропроводностью, практически не проводят ток. Такими материалами являются дерево, смолы, пластмассы, стекло, пр. Для них данный показатель составляет менее 106(Ом·м)-1.

По своим проводящим свойствам полупроводники занимают промежуточное положение между материалами описанных выше групп. К ним относятся германий, кремний, селен, прочие соединения, получаемые искусственно.

Существует зависимость электропроводности металлов и иных веществ от температуры, но она является индивидуальной для каждого материала. Повышение степени нагрева металлов приводит к сокращению времени свободного пробега электронов. Увеличение температуры влечет за собой возрастание тепловых колебаний кристаллической решетки, на которой рассеиваются электроны, что вызывает уменьшение электропроводности.

Полупроводникам свойственна другая зависимость электропроводности металлов от температуры: ее повышение провоцирует рост электропроводности, поскольку увеличивается число электронов проводимости и положительных носителей заряда. У диэлектриков электропроводность тоже может возрастать, однако для этого требуется очень высокое электрическое напряжение.

Металлы способны проводить ток, поскольку воздействие электромагнитного поля вызывает потерю связи между электроном и атомом из-за высокой степени ускорения.

Электрическое сопротивление металлов

Электрическое сопротивление является частью закона Ома и исчисляется в омах (Ом). Нужно понимать, что электрическое и удельное сопротивление являются разными явлениями. Если первое представляет собой свойство объекта, то второе характеризует материал.

Так, электрическое сопротивление резистора зависит от формы и удельного сопротивления материала, использованного для изготовления данного элемента электрической цепи.

Допустим, проволочный резистор состоит из длинной тонкой проволоки и обладает более высоким сопротивлением, чем аналогичный элемент, но выполненный из короткой и толстой проволоки. При этом оба они сделаны из одного металла.

Если сравнить два резистора из проволоки одинаковой длины и диаметра, то большим электрическим сопротивлением будет обладать тот, который состоит из материала с высоким удельным сопротивлением. А его аналогу из материала с низким удельным сопротивлением будет свойственно меньшее электрическое сопротивление.

В этом случае работает тот же принцип, что и в гидравлической системе, прокачивающей воду по трубам:

• Чем больше длина трубы и меньше ее толщина, тем с более высоким сопротивлением сталкивается жидкость.
• Вода будет испытывать на себе меньшее сопротивление в пустой трубе, чем в заполненной песком.

Под удельным сопротивлением понимают способность материала препятствовать прохождению электрического тока. В физике существует и обратная величина, известная как проводимость. Она выглядит таким образом:

Σ = 1/ρ, где ρ – удельное сопротивление вещества.

Электропроводность металлов и других веществ зависит от свойств носителей зарядов. В металлах присутствуют свободные электроны – на внешней оболочке их число доходит до трех. Во время химических реакций с элементами из правой части таблицы Менделеева атом металла отдает их. С электропроводностью чистых металлов все несколько иначе. В их кристаллической структуре эти наружные электроны общие и переносят заряд под действием электрического поля.

В случае с растворами в качестве носителей заряда выступают ионы.

Степень электропроводности разных металлов и сплавов

Развитием электронной теории электропроводности металлов занимался немецкий физик Пауль Друде. Именно благодаря его исследованиям стало известно о сопротивлении, наблюдаемом при прохождении электрического тока через проводник. В результате удалось разделить вещества на группы, исходя из степени их проводимости.

Данная информация необходима, например, чтобы выбрать наиболее подходящий металл для производства кабеля, обладающего определенным набором свойств. Ошибка в этом случае чревата перегревом под действием тока избыточного напряжения и последующим возгоранием.

Серебро – это металл, обладающий самой высокой электропроводностью. При +20 °C этот показатель равен 63,3×104 см-1. Тем не менее, производство серебряной проводки является нерентабельным, поскольку речь идет о достаточно редком металле. В большинстве случаев он идет на изготовление ювелирных изделий, украшений, монет.

Среди неблагородных цветных металлов самая высокая электропроводность характеризует медь – она составляет 57×104 см-1 при +20 °C. Помимо этого, медь хорошо справляется с постоянными электрическими нагрузками, долговечна, надежна, имеет высокую температуру плавления, поэтому может долго работать в нагретом состоянии. Все названные свойства позволяют активно применять данный металл для бытовых целей и на производстве.

Не реже меди используется алюминий, ведь по электропроводности он уступает только серебру, меди и золоту. Его температура плавления практически в два раза ниже, чем у меди, из-за чего алюминий не может выдерживать предельные нагрузки. По этой причине его применяют в сетях с невысоким напряжением. Узнать электропроводность остальных металлов можно в соответствующей таблице.

По проводимости любой сплав значительно уступает чистому металлу, что объясняется слиянием структурной сетки, вызывающим нарушение нормального функционирования электронов. Так, медные провода изготавливают только из металла с максимальной долей примесей 0,1 % или даже 0,05 %, если речь идет об отдельных разновидностях кабеля.

Приведенные показатели – это удельная электропроводность металлов, которая представляет собой отношение плотности тока к величине электрического поля в проводнике.

Опасность металлов с высокой электропроводностью

Щелочные металлы имеют крайне высокую электропроводность, объясняют этот факт тем, что в них электроны практические не привязаны к ядру и могут быть без труда выстроены в требуемой последовательности. Еще одна особенность этих металлов состоит в низкой температуре плавления в сочетании со значительной химической активностью, что обычно не позволяет использовать их в качестве материалов для кабелей.

Находясь в незащищенном виде, металлы с высокой электропроводностью несут в себе большую опасность. Прикосновение к оголенным проводам вызывает электрический ожог, разряд воздействует на внутренние органы, что нередко становится причиной мгновенной смерти человека.

Поэтому металл закрывают специальными изоляционными материалами, которые могут быть жидкими, твердыми, газообразными – конкретный тип подбирается в соответствии со сферой использования изделия. Вне зависимости от агрегатного состояния защиты она призвана изолировать электрический ток в цепи, чтобы не допустить его воздействия на окружающую среду.

Зависимость электропроводности металлов от факторов внешней среды

Проводимость не является постоянной величиной. В таблицах приведены сведения, характерные для нормальных условий или при температуре +20 °С. В реальной жизни сложно обеспечить идеальные условия для работы цепи. Удельное сопротивление, а значит, и проводимость, определяется такими характеристиками:

• температурой;
• давлением;
• наличием магнитных полей;
• светом;
• агрегатным состоянием вещества.

Изменения интересующего нас параметра зависят от условий среды и свойств конкретного материала. Электропроводность ферромагнетиков, в число которых входят железо и никель, увеличивается при совпадении направления тока с направлением силовых линий магнитного поля. Зависимость электропроводности от теплопроводности металлов и окружающей температуры практически линейная, даже есть понятие температурного коэффициента сопротивления – данную величину можно уточнить в таблицах.

Правда, направление зависимости определяется конкретным веществом: у металлов оно при увеличении температуры повышается, у редкоземельных элементов и растворов электролитов увеличивается в пределах одного агрегатного состояния.

Полупроводники характеризуются гиперболической и обратной зависимостью электропроводности от температуры: рост степени нагрева приводит к повышению электропроводности металлов. Данная особенность качественно отличает проводники от полупроводников. Зависимость ρ проводников от температуры выглядит следующим образом:

На графике отображено удельное сопротивление меди, платины, железа. Некоторые металлы характеризуются иначе: ртуть при понижении температуры до 4°K становится сверхпроводимой, почти полностью теряя удельное сопротивление.

У полупроводников зависимость будет представлена так:

Когда металл переходит в жидкое агрегатное состояние, его ρ повышается, а дальнейшее изменение свойств может быть разным. Так, висмут в расплавленном виде имеет более низкое удельное сопротивление, чем при комнатной температуре, а у жидкой меди оно повышается в десять раз. Никелю свойственно выходить из линейного графика уже при достижении температуры +400 °C, но далее ρ падает.

Температурная зависимость вольфрама так высока, что приводит к перегоранию ламп накаливания: ток нагревает спираль, из-за чего ее сопротивление многократно возрастает.

Удельное сопротивление сплавов зависит от задействованной при производстве технологии. Данное свойство простой механической смеси определяется как средний показатель ее компонентов. Тогда как для сплава замещения оно окажется иным и обычно отличается в большую сторону.

Рекомендуем статьи

Стоит пояснить, что под сплавом замещения понимают такой, в котором несколько элементов формируют одну кристаллическую решетку. Данная особенность прослеживается у нихрома, используемого для изготовления спиралей электроплит. Удельное сопротивление, а значит, и электропроводность этого металла совпадает с показателем проводников, а при подключении к сети он нагревается до красноты.

Выше были представлены только основные теории, касающиеся физических свойств металлов, а именно электропроводности, сопротивления. Например, не была затронута квантовая теория проводимости Зоммерфельда. Этого краткого знакомства вполне достаточно, чтобы понять, что сопротивление является сложным и комплексным понятием, которое невозможно полностью разобрать на основе простейшего закона Ома.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Как электричество плавит сталь ⁠ ⁠

Чтобы заставить мощное сверло из стали загореться, к нему подключили электрический ток силой около 800 ампер. Электричество проходит через медные провода по обе стороны от сверла. Медь отлично проводит электричество, а электропроводность стали в несколько раз меньше. Эта избыточная энергия, которая не может пройти сквозь сталь, разогревает сверло и заставляет его плавиться. Рекомендуем смотреть этот увлекательный видеоролик с выключенным звуком.

тэг электричка тут неуместен вы наверное очепятались и хотели написаь электричество

тут что-то с текстом. по видео который. мозг аяяй.

Ну так-то электрошлаковый переплав и аналогичные методы на этом принципе и основаны, только там не только простая инструментальная сталь может плавиться, а и самые тугоплавкие металлы и сплавы. :)

звук противный сделай гифку

Там просто время замедляется, вот в чём дело⁠ ⁠

Мысли про мобилизацию⁠ ⁠

Прочитал слова Кадырова про мобилизацию силовиков и прочих, а их не много не мало 5 000 000 человек. Скорее это правильные слова. Но я бы внес корректировки. Сотрудников силовых структур мобилизовать на боевые действия, т.к. у них есть и физподготовка, и нормативы по стрельбе они сдают, да и вообще просто хорошие люди:-) а вот на их места уже мобилизовать гражданских из запаса, пусть зэков стерегут, наркоманов гоняют и всячески поддерживают порядок в стране. Я думаю что так будет эффективнее.

Освобождение мобилизованных с отсрочкой IT⁠ ⁠

2 наших сотрудника в Краснодаре (разработчик) и в Брянской области гор. Сельцо (тестировщик) получили повестки в руки 22 сентября.

Прибыли с утра в военкоматы, где их сразу начали грузить в автобусы (телефоны не забирали).

В 11:50 вышло разъяснение Министерства Обороны об отсрочке в мобилизации для сотрудников аккредитованных IT компаний, финансов и телекоммуникаций.

Выслали им на телефоны необходимые для отсрочки документы, рекомендованные Минцифры.

Разработчика из Краснодара отпустили сразу, попросили принести документы в бумажном виде. Принес, вернули военный билет.

Тестировщика увезли в военную часть гор. Клинцы.

Показывал документы пока его везли в автобусе командиру, получил отказ.

Сотрудники отдела делопроизводства позвонили на горячую линию, получили инструкции:

1) Позвонить в военкомат рассказать об имеющихся документах и получить шаги необходимые для его возвращения домой.

По факту либо не брали трубки, либо посылали.

2) Позвонить в вышестоящий военный комиссариат, там никто не представился, но попросили привезти документы в военкомат.

Мама тестировщика и его руководитель поехали в военкомат подавать документы, со второго раза приняли. В первый раз послали в пеший поход известный.

После дополнительного звонка в вышестоящий военкомат парня вывели из части, погрузили в автобус и сказали, что он едет домой.

Часам к 22 его привезли, сегодня забрал военный билет.

Список документов которые мы передали им и в военкомате:

1) оригинал трудового договора;
2) оригинал диплома о профильном образовании;
3) выписку из реестра государственной аккредитации компании-работодателя;
4) справку с места работы.

Надеюсь кому-нибудь пригодится.

А может я и Брайан. ⁠ ⁠

Обидно((⁠ ⁠

Шутки про Китай!⁠ ⁠

Не забываем про важное⁠ ⁠

На фото мне уже возвращают плазму.

Очень просили через месяц ещё приехать, что я обязательно и сделаю!

У нас сейчас весь мир катится кувырком, но не надо забывать о важном. Кровь и её компоненты нечем заменить. Люди, которые в них нуждаются, не перестанут нуждаться в связи с геополитической обстановкой.

Всем добра!
И как говорил Маэстро: будем жить!
Всё проходит и это пройдёт.

Ответ на пост «Спасибо шлюхопатруль, за пояснения»⁠ ⁠

Вот такая библиотека⁠ ⁠

Поехал я в пятницу, то бишь вчера, за дочерью, чтоб забрать ее на выходные. Велено было забирать из местной библиотеки, адрес мне хорошо знаком, и я приехал. Честно говоря, эта библиотека очень удивила, по воспоминаниям моего детства библиотеки выглядели иначе.
Неприметная дверь, а там:

Вот внутри, при входе:

Кабинет мастер классов, только закончили.

Индивидуальные капсулы, со светом и usb.

Выставка питерского автора и фотографа:

И даже современная уборная:

Вот такое удивительное место, Кировский район, Санкт-Петербург.

Тёплая осень?⁠ ⁠

А заметили, как на Пикабу все резко перестали переживать о европейцах, которые замёрзнут зимой?)

Ответ на пост «Бизнес по детски»⁠ ⁠

На самом деле спасибо родителям за такое. Я тоже в детстве мастерил полки, тумбочки из гнилых досок, которые годятся только на растопку. Бабушка у меня их покупала, там за 5 р, 10 р. А мне нравилось, бизнес делал. Один раз скамейку сколотил. Бабушка полная была. Говорю давай тестировать, садись. Сели, выдержала, но скрипела. Тут собака решила тоже проверить скамейку, прыгнула (лабродор). Ее уже не выдержала. Упали мы с бабкой на землю. Лежим, она ржет как конь. А я плачу. Сука, скамейку жалко. Бабушки уже нет. А воспоминания теплые.

Ещё не пенсионеры⁠ ⁠

Фантастика⁠ ⁠

Для отмобилизованных, про связь⁠ ⁠

Приветствую всех, пока есть интернет ( а надеюсь так и дальше будет) расскажу о наиболее актуальном вопросе,для отмобилизованных защитников. Вопрос связи с домом и родными, так же друзьями ,любовницами, любовниками, бизнесом и прочей мирской суетой. Сперва немного актуальной информации.

Связь в принципе приемлемая. Из-за обстрелов города частенько вырубается свет и обесточивается базовая станция и вашему терминалу приходится привязываться к работающей вышке в таком случае связь будет плавать. Феникс обеспечивает уверенный прием 4G, так что соцсети будут работать. Уверенный интернет есть почти по всем районам города. Так же в основных крупных городах республики, на трассах между населенными пунктами послабже или вообще нет. Подключившись к Фениксу,будьте готовы к постоянным рассылкам СМС оповіщений. От военкоматов( о наборе в подразделения). От военного училища( о вакантах). От водоканала( график подачи воды по районам). От МЧС ( погода, мины- лепестки, обстрелы).Баланс здесь пополняется,через карты «пополняшки» номиналы 50,100,200 рублей. Тарифы по сравнению с российскими операторами вполне приемлемые, например абонентская в месяц 250 с интернетом и звонками. Местные звонки бесплатно, в РФ от 2 рублей минута. Приобретается в основном на почтах. При приобретении нужен паспорт. Есть особенность на один паспорт не больше одной сим-карты в день. Если у вас толковый командир подразделения он может сгонять в центральный офис в Донецке или филиалы в Новоазовске,Харцызске итд и заключить договор на 10-50 симок, там уже идет корпорат –тариф со своими плюшками. В Ростовской области Феникс перестает работать в Неклиновском районе. При использовании браузеров Гугл будьте готовы к оповещениям от правительства Украины о воздушной тревоге, к страницам с блокировкой, поэтому юзайте Яндекс.

Для тех кто попадет в Белгородскую область Билайн и Теле 2. Но предупреждаю от Валуек,в район Борок,Щебекино,Логачевка,Демино лучше работает Теле 2. На оскольском направлении нормально работает Лугаком, в Сватово пробивается Теле2.

По порядку пользования. Существует мнение,что даже при отключенном телефоне, без батареи и вас могут отследить. Нет, не могут. Местоположение терминала (биллинг), определяется только при регистрации в сети оператора. И местоположение определяется, не по ЖЫПЫЭСУ а по расположению сотовой вышки к базовой станции которой привязывается ваш терминал, и удалению терминала от этой вышки ( антеннки на экране, много значит вы рядом,мало значит далеко).

Как противник бил по нам, используя эти данные ? Физический доступ к вышкам прикрыт не был, их отключали дистанционно, при подрыве вышки, просто шло усиление мощности передачи сигнала с уцелевших.

К примеру, внезапно на вашем давно молчавшем телефоне высветились значки сети и доблестный Мегафон. Нет это не наш оператор)))) Просто операторы сотовой сети ( СБУ,ГУР) дают доступ на регистрацию в сети абонентов других сотовых операторов. А потом смотрят возле какой вышки зарегались, Мегафоны,МТС,Билайны и прочее. Странно да? Возле Иванкова в Киевской области вдруг орда российских операторов. Послушать про ,что говорят ? да без проблем. Определить местоположение ? Вот вышка, вот скопление российских абонентов вот удаление,выкатывай РСЗОшку,расчехляй миномет. Кто был в Изюме помнит наверное телевышку у мемориала,и кучу наших солдатиков контрактников весело трындящих через украинский «Лайфселл» обо все на свете. ( по моему мнению один из факторов получившегося ануса на Харьковском направлении) . Так,что если у вас внезапно нет связи и вдруг она есть, не спешите радоваться и пытаться дозвониться. Вас может просто регистрируют с ВБС ки ( приблуда у разведчиков, имитирующая базовую станцию сотового оператора) и срисовывают ваше местоположении относительно самой станции.

Проводниковые железо и сталь

В природе железо находится в различных соединениях с кислородом ( F еО, F е₂ O ₃ и др.). Выделить химически чистое железо из этих соединений чрезвычайно трудно. По электрическим и магнитным свойствам к химически чистому железу приближается железо, очищенное от примесей электролитическим способом ( электролитическое железо ). Общее количество примесей в электролитическом железе не превышает 0,03%.

Основными примесями в железе являются: кислород (О ₂ ), азот (N₂), углерод (С), сера ( S ), фосфор (Р), кремний ( Si ), марганец (М n ) и некоторые другие. Большинство примесей попадают в железо из руды и топлива.

Кремний и марганец специально вводятся в железо в качестве раскислителей. Они легко соединяются с кислородом и образуют окислы, которые в расплавленном железе (стали) всплывают на поверхность в виде шлака и удаляются. Этим улучшают механические свойства сталей, но, оставаясь в небольшом количестве в стали, они снижают ее электропроводность.

Сера и фосфор - вредные примеси . Попадая в железо и сталь из руды и топлива, они вызывают хрупкость сталей. Газы (азот и кислород) - тоже вредные примеси, так как они ухудшают электрические и магнитные свойства железа и сталей .

Примесью, резко снижающей электропроводность железа, является углерод. Сплавы железа с углеродом называются сталями. Кроме углерода, в сталях содержатся другие элементы, вводимые специально с целью получения тех или иных свойств (легирующие элементы).

Техническими сортами железа являются малоуглеродистые стали, содержание углерода в которых составляет от 0,01 до 0,1%. В конструкционных сталях углерод содержится в количестве от 0,07 до 0,7%, а в инструментальных и других специальных (легированных) сталях - от 0,7 до 1,7%.

Железо и сталь - наиболее дешевые и доступные проводниковые материалы, обладающие высокой механической прочностью при растяжении, но их применение ограничивается следующими недостатками.

Железо и сталь имеют низкую коррозионную стойкость, т. е. они легко окисляются на воздухе - ржавеют. Кроме того, обладают повышенным удельным сопротивлением (р = 0,13 - 0,14 ом х мм2/м) по сравнению с медью и алюминием. Электрическое сопротивление у железа и стали на переменном токе сильно возрастает, поскольку железо и сталь являются магнитными материалами. Поэтому ток в большей степени вытесняется из средней части провода к его поверхности (поверхностный эффект).

Для снижения этого эффекта и величины электрического сопротивления переменному току стараются применять стали с возможно меньшей величиной магнитной проницаемости.

Для изготовления стальной проволоки применяют сталь с содержанием углерода от 0,10 до 0,15%, обладающую следующими свойствами: плотностью 7,8 г/см3, температурой плавления 1392 - 1400 о С, пределом прочности при растяжении 55 - 70 кг/мм2, относительным удлинением 4 - 5 %, удельным сопротивлением 0,135 - 146 ом хмм2/м, температурным коэффициентом сопротивления α = +0,0057 1/°С.

Для защиты от атмосферной коррозии стальные провода покрывают тонким слоем меди или цинка (0,016 - 0,020 мм).

Стальную проволоку и шины применяют также в качестве сердечников в биметаллических проводниках, обеспечивающих значительную экономию проводниковой меди. Биметаллические проводники применяют в электрических аппаратах (рубильники, контакторы и др.).

Рис. 1. Поперечное сечение биметалического провода

Рис. 2. Поперечное сечение биметаллического провода сталеалюминиевого провода: 1 - алюминиевая проволока, 2 - стальная проволока

Стальная оцинкованная проволока с большой механической прочностью при растяжении (130 - 170 кг/мм2) используется в качестве сердечников в сталеалюминиевых проводах для повышения их механической прочности на разрыв.

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!

Электропроводность веществ

В этой статье раскроем тему электропроводности, вспомним о том, что такое электрический ток, как он связан с сопротивлением проводника и соответственно с его электропроводностью. Отметим основные формулы для вычисления данных величин, коснемся темы скорости тока и ее связи с напряженностью электрического поля. Также затронем связь электрического сопротивления и температуры.

Для начала вспомним о том, что же такое электрический ток. Если поместить вещество во внешнее электрическое поле, то под действием сил со стороны этого поля, в веществе начнется движение элементарных носителей заряда — ионов или электронов. Это и будет электрическим током. Сила тока I измеряется в амперах, и один ампер — это ток, при котором через поперечное сечение проводника протекает за секунду заряд, равный одному кулону.

Ток бывает постоянным, переменным, пульсирующим. Постоянный ток не меняет своей величины и направления в каждый конкретный момент времени, переменный ток с течением времени меняет свои величину и направление (генераторы переменного тока и трансформаторы дают именно переменный ток), пульсирующий ток меняет свою величину, но не меняет направления (например выпрямленный переменный ток является пульсирующим).

Вещества имеют свойство проводить электрический ток под действием электрического поля, и это свойство называется электропроводностью, которая у разных веществ различна. Электропроводность веществ зависит от концентрации в них свободных заряженных частиц, то есть ионов и электронов, не связанных ни с кристаллической структурой, ни с молекулами, ни с атомами данного вещества. Так, в зависимости от концентрации в веществе свободных носителей заряда, вещества по степени электропроводности подразделяются на: проводники, диэлектрики и полупроводники.

Наиболее высокой электропроводностью обладают проводники электрического тока, и по физической природе, проводники в природе представлены двумя родами: металлами и электролитами. В металлах ток обусловлен перемещением свободных электронов, то есть проводимость у них электронная, а в электролитах (в растворах кислот, солей, щелочей) — перемещением ионов — частей молекул, имеющих положительный и отрицательный заряд, то есть проводимость у электролитов ионная. Ионизированные пары и газы отличаются смешанной проводимостью, в них ток обусловлен движением и электронов и ионов.

Электронная теория отлично объясняет высокую электропроводность металлов. Связь валентных электронов с их ядрами в металлах слаба, потому эти электроны свободно перемещаются от атома к атому по объему проводника.

Получается, что свободные электроны в металлах заполняют пространство между атомами подобно газу, электронному газу, и находятся в хаотичном движении. Но при внесении металлического проводника в электрическое поле, свободные электроны станут двигаться упорядоченно, они переместятся по направлению к положительному полюсу, чем создадут ток. Таким образом, упорядоченное движение свободных электронов в металлическом проводнике называется электрическим током.

Известно, что скорость распространения электрического поля в пространстве примерно равна 300000000 м/с, то есть скорости света. Это та же скорость, с которой ток проходит по проводнику.

Что это значит? Это не значит, что каждый электрон в металле движется с такой огромной скоростью, электроны в проводнике напротив — имеют скорость от нескольких миллиметров в секунду до нескольких сантиметров в секунду, в зависимости от напряженности электрического поля, а вот скорость распространения электрического тока по проводнику как раз равна скорости света.

Все дело в том, что каждый свободный электрон оказывается в общем электронном потоке того самого «электронного газа», и во время прохождения тока, электрическое поле оказывает действие на весь этот поток, в итоге электроны непрерывно друг другу передают это действие поля — от соседа к соседу.

Но движутся электроны на своих местах очень медленно, несмотря на то, что скорость распространения электрической энергии по проводнику оказывается огромной. Так, когда на электростанции включают рубильник, ток мгновенно возникает во всей сети, а электроны при этом практически стоят на местах.

Однако, когда свободные электроны движутся по проводнику, они испытывают многочисленные столкновения на своем пути, они сталкиваются с атомами, ионами, молекулами, передавая им часть своей энергии. Энергия движущихся электронов, преодолевающих такое сопротивление, частично рассеивается в виде тепла, и проводник нагревается.

Эти столкновения служат сопротивлением движению электронов, потому свойство проводника препятствовать движению заряженных частиц и называют электрическим сопротивлением. При малом сопротивлении проводника проводник нагревается током слабо, при значительном — намного сильнее, и даже до бела, этот эффект применяется в нагревательных приборах и в лампах накаливания.

Единица изменения сопротивления — Ом. Сопротивление R = 1 Ом — это сопротивление такого проводника, при прохождении по которому постоянного тока в 1 ампер, разность потенциалов на концах проводника равна 1 вольту. Эталон сопротивления в 1 Ом — столб ртути высотой 1063 мм, сечением 1 кв.мм при температуре 0°С.

Поскольку проводникам характерно электрическое сопротивление, то можно сказать, что в какой-то степени проводник способен проводить электрический ток. В связи с этим введена величина, называемая проводимостью или электропроводностью. Электропроводность — это способность проводника проводить электрический ток, то есть величина, обратная электрическому сопротивлению.

Единица измерения электропроводности G (проводимости) — Сименс (См), и 1 См = 1/(1 Ом). G = 1/R.

Так как атомы различных веществ в разной степени препятствуют прохождению электрического тока, то и электрическое сопротивление у различных веществ разное. По этой причине введено понятие удельное электрическое сопротивление, величина которого «р» характеризует проводящие свойства того или иного вещества.

Удельное электрическое сопротивление измеряется в Ом*м, то есть сопротивление куба вещества с ребром в 1 метр. Таким же образом электропроводность вещества характеризуется удельной электропроводностью ?, измеряемой в См/м, то есть проводимость куба вещества с ребром в 1 метр.

Сегодня проводящие материалы в электротехнике используют в основном в виде лент, шин, проволок, с определенной площадью поперечного сечения и определенной длины, но не в виде метровых кубов. И для более удобных расчетов электрического сопротивления и электропроводности проводников конкретных размеров были введены более приемлемые единицы измерения как для удельного электрического сопротивления, так и для удельной электропроводности. Ом*мм2/м — для удельного сопротивления, и См*м/мм2 — для удельной электропроводности.

Теперь можно говорить, что удельное электрическое сопротивление и удельная электропроводность характеризуют проводящие свойства проводника площадью поперечного сечения в 1 кв.мм, длиной в 1 метр при температуре 20°C, это более удобно.

Лучшей электропроводностью обладают такие металлы как: золото, медь, серебро, хром, алюминий. Сталь и железо проводят ток хуже. Чистые металлы всегда обладают лучшей электропроводностью, чем их сплавы, поэтому чистая медь в электротехнике предпочтительней. Если нужно специально высокое сопротивление, то используют вольфрам, нихром, константан.

Зная величину удельного электрического сопротивления или удельной электропроводности, можно легко вычислить сопротивление или электропроводность конкретного проводника, изготовленного из данного материала, приняв в расчет длину l и площадь поперечного сечения S этого проводника.

Электропроводность и электрическое сопротивление всех материалов зависит от температуры , поскольку частота и амплитуда тепловых колебаний атомов кристаллической решетки с ростом температуры так же возрастает, соответственно возрастает и сопротивление электрическому току, потоку электронов.

При понижении температуры — наоборот, колебания атомов кристаллической решетки становятся меньше, сопротивление уменьшается (возрастает электропроводность). У одних веществ зависимость сопротивления от температуры выражена слабее, у других — сильнее. Например такие сплавы как константан, фехраль и манганин слабо меняют удельное сопротивление в определенном интервале температур, поэтому из них делают термостабильные резисторы.

Температурный коэффициент сопротивления ? позволяет вычислить для конкретного материала приращение его сопротивления при определенной температуре, и численно характеризует относительное приращение сопротивления при увеличении температуры на 1 °С.

Зная температурный коэффициент сопротивления и приращение температуры, можно легко вычислить удельное сопротивление вещества при заданной температуре.

Надеемся, что наша статья была для вас полезной, и теперь вы легко сможете вычислить сопротивление и проводимость любого провода при любой температуре.

Читайте также:

  
• Гост 14162 79 трубки стальные малых размеров капиллярные
  
• Сталь vanadis 10 для ножей плюсы и минусы
  
• Стальные ворота для гаража
  
• Сталь 18х2н4ма характеристики применение
  
• Сталь 09г2с климатическое исполнение