Ainete elektrijuhtivus
Selles artiklis paljastame elektrijuhtivuse teema, tuletame meelde, mis on elektrivool, kuidas see on seotud juhi takistusega ja vastavalt ka selle elektrijuhtivusega. Märgime nende koguste arvutamise peamised valemid, puudutades teemat praegune kiirus ja selle seos elektrivälja tugevusega. Samuti käsitleme elektritakistuse ja temperatuuri seost.
Alustuseks tuletagem meelde, mis on elektrivool. Kui asetada aine välisesse elektrivälja, siis sellest väljast lähtuvate jõudude toimel algab aines elementaarlaengukandjate — ioonide või elektronide — liikumine. Sellest saab elektrilöögi. Voolu I mõõdetakse amprites ja üks amper on vool, mille juures juhtme ristlõiget sekundis läbib laeng, mis võrdub ühe kuloniga.
Vool on otsene, vahelduv, pulseeriv.Alalisvool ei muuda antud hetkel oma suurust ja suunda, vahelduvvool muudab oma suurust ja suunda ajas (vahelduvvoolu generaatorid ja trafod annavad täpselt vahelduvvoolu), pulseeriv vool muudab oma suurust, kuid ei muuda suunda (nt alaldi vahelduvvool) . vooluimpulsid).
Ained kipuvad elektrivälja toimel juhtima elektrivoolu ja seda omadust nimetatakse elektrijuhtivuseks, mis on erinevatel ainetel erinev.Ainete elektrijuhtivus oleneb neis olevate vabade laetud osakeste ehk ioonide kontsentratsioonist. ja elektronid, mis ei ole seotud antud aine kristallstruktuuri, molekulide ega aatomitega. Niisiis, olenevalt vabade laengukandjate kontsentratsioonist antud aines jagatakse ained elektrijuhtivuse astme järgi: juhtideks, dielektrikuteks ja pooljuhtideks.
Sellel on kõrgeim elektrijuhtivus elektrivoolu juhtmed, ja füüsikalise olemuse järgi esindavad looduses juhte kahte tüüpi: metallid ja elektrolüüdid. Metallides on vool tingitud vabade elektronide liikumisest, see tähendab, et neil on elektrooniline juhtivus, ja elektrolüütides (hapete, soolade, aluste lahustes) - ioonide liikumisest - molekulide osad, millel on positiivne ja negatiivne laeng, see tähendab, et elektrolüütide juhtivus on ioonne. Ioniseeritud aure ja gaase iseloomustab segajuhtivus, kus vool on tingitud nii elektronide kui ioonide liikumisest.
Elektroniteooria seletab suurepäraselt metallide suurt elektrijuhtivust.Valentselektronide side nende tuumadega metallides on nõrk, mistõttu need elektronid liiguvad vabalt aatomist aatomisse kogu juhi ruumala ulatuses.
Selgub, et metallide vabad elektronid täidavad aatomitevahelise ruumi nagu gaas, elektrongaas ja on kaootilises liikumises. Kuid kui metalltraat elektrivälja viiakse, liiguvad vabad elektronid korrapäraselt, nad liiguvad positiivse pooluse suunas, luues voolu. Seega nimetatakse vabade elektronide korrapärast liikumist metalljuhis elektrivooluks.
On teada, et elektrivälja levimiskiirus ruumis on ligikaudu 300 000 000 m / s, see tähendab valguse kiirus. See on sama kiirus, millega vool läbib juhtme.
Mida see tähendab? See ei tähenda, et iga elektron metallis liigub nii suure kiirusega, vaid juhtmes olevate elektronide kiirus on vastupidiselt mõnest millimeetrist sekundis kuni mõne sentimeetrini sekundis, olenevalt elektrivälja tugevus, kuid elektrivoolu levimise kiirus piki traati on täpselt võrdne valguse kiirusega.
Asi on selles, et iga vaba elektron osutub selle sama "elektrongaasi" üldises elektronide voolus ja voolu läbimise ajal mõjutab elektriväli kogu seda voolu, mille tulemusena elektronid edastavad pidevalt see välitegevus üksteisele - naabrilt naabrile.
Kuid elektronid liiguvad oma kohale väga aeglaselt, hoolimata asjaolust, et elektrienergia levimiskiirus mööda traati on tohutu.Nii et kui elektrijaamas lüliti sisse lülitada, tekib kohe kogu võrgus vool ja elektronid praktiliselt seisavad.
Kui aga vabad elektronid liiguvad mööda traati, kogevad nad oma teel palju kokkupõrkeid, põrkuvad kokku aatomite, ioonide, molekulidega, kandes osa oma energiast neile üle. Selle takistuse ületavate liikuvate elektronide energia hajub osaliselt soojusena ja juht kuumeneb.
Need kokkupõrked toimivad takistusena elektronide liikumisele, mistõttu juhi omadust takistada laetud osakeste liikumist nimetatakse elektritakistuseks. Traadi madala takistuse korral soojendatakse traati vooluga veidi, olulisel määral - palju tugevamalt ja ühtlaselt valgeks, seda efekti kasutatakse kütteseadmetes ja hõõglampides.
Takistuse muutumise ühik on ohm. Takistus R = 1 oom on sellise juhtme takistus, kui seda läbib 1 amprine alalisvool, on juhtme otste potentsiaalide erinevus 1 volt. Takistuse standard 1 oomis on 1063 mm kõrgune elavhõbedasammas, ristlõige 1 ruutmeetrit temperatuuril 0 ° C.
Kuna juhtmeid iseloomustab elektritakistus, siis võib öelda, et teatud määral on juhe võimeline juhtima elektrivoolu. Sellega seoses võetakse kasutusele väärtus, mida nimetatakse juhtivus või elektrijuhtivus. Elektrijuhtivus on juhi võime juhtida elektrivoolu, see tähendab elektritakistuse pöördväärtust.
Elektrijuhtivuse ühik G (juhtivus) on Siemens (S) ja 1 S = 1 / (1 Ohm). G = 1/R.
Kuna erinevate ainete aatomid segavad elektrivoolu läbimist erineval määral, on erinevate ainete elektritakistus erinev. Sel põhjusel võeti kontseptsioon kasutusele elektritakistus, mille väärtus «p» iseloomustab selle või teise aine juhtivaid omadusi.
Elektrilist eritakistust mõõdetakse ühikutes Ohm * m, st ainekuubi takistus, mille serv on 1 meeter. Samamoodi iseloomustab aine elektrijuhtivust erielektrijuhtivus ?, mõõdetuna S/m, see tähendab 1-meetrise servaga ainekuubi juhtivus.
Tänapäeval kasutatakse elektrotehnikas juhtivaid materjale peamiselt lintide, rehvide, juhtmete kujul, teatud ristlõike pindala ja pikkusega, kuid mitte meeterkuubikutena. Ja kindla suurusega juhtmete elektritakistuse ja elektrijuhtivuse mugavamaks arvutamiseks võeti kasutusele nii elektritakistuse kui ka elektrijuhtivuse vastuvõetavamad mõõtühikud. Ohm * mm2 / m - takistuse jaoks ja Cm * m / mm2 - elektrijuhtivuse jaoks.
Nüüd võime öelda, et elektritakistus ja elektrijuhtivus iseloomustavad traadi juhtivust, mille ristlõikepindala on 1 ruutmeetrit, 1 meeter pikk temperatuuril 20 ° C, see on mugavam.
Parima elektrijuhtivusega on metallid nagu kuld, vask, hõbe, kroom ja alumiinium. Teras ja raud on vähem juhtivad. Puhtal metallidel on alati parem elektrijuhtivus kui nende sulamitel, seega eelistatakse elektrotehnikas puhast vaske.Kui vajate eriti suurt takistust, siis kasutatakse volframi, nikroomi, konstantaani.
Teades elektrilise eritakistuse ehk elektrijuhtivuse väärtust, saab hõlpsasti arvutada etteantud materjalist valmistatud kindla traadi takistuse või elektrijuhtivuse, võttes arvesse selle juhtme pikkust l ja ristlõike pindala S.
Temperatuurist sõltuvad kõikide materjalide elektrijuhtivus ja elektritakistus, sest temperatuuri tõustes suureneb ka kristallvõre aatomite soojusvõnke sagedus ja amplituud, vastavalt suureneb ka takistus elektrivoolule ja elektronide voog.
Temperatuuri langedes vastupidi, kristallvõre aatomite võnked muutuvad väiksemaks, takistus väheneb (elektrijuhtivus suureneb). Mõnes aines on takistuse sõltuvus temperatuurist vähem väljendunud, teistes on see tugevam. Näiteks sellised sulamid nagu konstantaan, fekraal ja manganiin muudavad teatud temperatuurivahemikus pisut takistust, mistõttu neist valmistatakse termostabiilseid takisteid.
Temperatuuri takistustegur? võimaldab arvutada konkreetse materjali jaoks selle takistuse suurenemise teatud temperatuuril ja iseloomustab arvuliselt takistuse suhtelist suurenemist temperatuuri tõusuga 1 ° C võrra.
Teades temperatuuri takistustegurit ja temperatuuri tõusu, on lihtne arvutada aine takistust antud temperatuuril.
Loodame, et meie artikkel oli teile kasulik ja nüüd saate hõlpsalt arvutada mis tahes traadi takistuse ja juhtivuse mis tahes temperatuuril.