Проводниците са различни. Каква е разликата между кабел и проводник и кога да ги използвате. Какво е диригент

Въздушните електропроводи са друга област на приложение на проводниците. тях ниското специфично тегло позволява изтегляне на продукти през опористоящи на значително разстояние един от друг.

Разбира се, възможно е да се постави кабел във въздуха, но това ще изисква претегляне на опорните стълбове, за да се предотврати тяхното люлеене и по-нататъшно увреждане на проводника.

Електрическите проводници са идеални за предаване на големи количества енергия в проводяща среда. Външната изолационна обвивка от гума, хартия, топлоустойчиви полимери, олово, усукана стоманена лента правят риска от пожар почти невъзможен.

И така, разликата между кабел и проводник е следната. Първият се състои от няколко проводника, свързани с един или повече слоя защита. Максималното номинално напрежение на проводника е 1000 V, кабелът може да работи при всяко напрежение. Някои структурни нюанси правят кабела по-добър вариант за полагане във вода или в дълбините на земята.

В заключение предлагаме да гледате интересно и информативно видео, каква е разликата между кабел и проводник:

В електротехниката се използват различни материали. Електрическите свойства на веществата се определят от броя на електроните във външната валентна орбита. Колкото по-малко електрони са в тази орбита, толкова по-слаби са свързани с ядрото, толкова по-лесно могат да пътуват.

Под влияние на температурните колебания електроните се отделят от атома и се движат в междуатомното пространство. Такива електрони се наричат ​​свободни, те създават електрически ток в проводниците. Голямо ли е междуатомното пространство, има ли място за свободни електрони да пътуват вътре в материята?

Структурата на твърдите вещества и течностите изглежда непрекъсната и плътна, наподобяваща кълбо от нишка по структура. Но всъщност дори твърдите тела са по-скоро като риболовна мрежа или волейболна мрежа. На ниво домакинство, разбира се, това не може да се види, но точно научно изследванеустановено е, че разстоянията между електроните и ядрото на атомите са много по-големи от техните собствени размери.

Ако размерът на ядрото на атома се представи като топка с размерите на футболна топка, тогава електроните в такъв модел ще бъдат с размер на грахово зърно и всяко такова грахово зърно се намира на разстояние от няколкостотин и дори на хиляди метри от "ядрото". А между ядрото и електрона е празнота - просто няма нищо! Ако си представим разстоянията между атомите на материята в същия мащаб, размерите ще се окажат като цяло фантастични - десетки и стотици километри!

Добри проводници на електричество са метали. Например, атомите на златото и среброто имат само един електрон във външната си орбита, така че те са най-добрите проводници. Желязото също провежда електричество, но малко по-лошо.

Те провеждат електричество дори по-зле. сплави с висока устойчивост. Това са нихром, манганин, константан, фехрал и др. Такова разнообразие от сплави с висока устойчивост се дължи на факта, че те са предназначени за решаване на различни проблеми: нагревателни елементи, тензодатчици, еталонни резистори за измервателни уреди и много други.

За да се оцени способността на даден материал да провежда електричество, беше въведена концепцията "проводимост". Обратно значение - съпротивление. В механиката тези понятия съответстват на специфичното тегло.

изолатори, за разлика от проводниците, не са склонни да губят електрони. При тях връзката на електрона с ядрото е много силна и почти няма свободни електрони. По-точно има, но много малко. В същото време в някои изолатори има повече от тях и съответно качеството на тяхната изолация е по-лошо. Достатъчно е да сравним например керамиката и хартията. Следователно изолаторите могат условно да се разделят на добри и лоши.

Появата на свободни заряди дори в изолатори се дължи на топлинни вибрации на електрони: под въздействието на висока температура изолационните свойства се влошават, някои електрони все още успяват да се откъснат от ядрото.

По същия начин, съпротивлението на идеален проводник би било нула. Но за щастие няма такъв проводник: представете си как би изглеждал законът на Ом ((I \u003d U / R) с нула в знаменателя !!! Сбогом математика и електротехника.

И само при температура от абсолютната нула (-273.2C °) топлинните колебания напълно спират и най-лошият изолатор става достатъчно добър. За да определите числено "това" лошо - добро използвайте концепцията за съпротивление. Това е съпротивлението в омове на куб с дължина на реброто 1 см, единицата за съпротивление се получава в ома / см. Съпротивлението на някои вещества е показано по-долу. Проводимостта е реципрочната на съпротивлението, - единица Сименс, - 1Sm = 1 / Ohm.

Добра проводимост или ниско съпротивление имат: сребро 1,5 * 10 ^ (-6), прочетено като (една и половина десет на степен минус шест), мед 1,78 * 10 ^ (-6), алуминий 2,8 * 10 ^ (- 6). Проводимостта е много по-лоша за сплави с висока устойчивост: константан 0,5 * 10 ^ (-4), нихром 1,1 * 10 ^ (-4). Тези сплави могат да се нарекат лоши проводници. След всички тези комплексни числа, ом / см трябва да бъдат заменени.

Освен това полупроводниците могат да бъдат отделени в отделна група: германий 60 ома / cm, силиций 5000 ома / cm, селен 100 000 ома / cm. Съпротивлението на тази група е по-голямо от това на лошите проводници, но по-малко от това на лошите изолатори, да не говорим за добрите. Вероятно със същия успех полупроводниците могат да бъдат наречени полуизолатори.

След такова кратко запознаване със структурата и свойствата на атома трябва да се помисли как атомите взаимодействат помежду си, как атомите взаимодействат помежду си, как от тях се получават молекули, които изграждат различни вещества. За да направим това, отново трябва да си припомним електроните във външната орбита на атома. В крайна сметка те участват в свързването на атомите в молекули и определят физичните и химичните свойства на материята.

Как молекулите са направени от атоми

Всеки атом е в стабилно състояние, ако във външната му орбита има 8 електрона. Той не се стреми да вземе електрони от съседни атоми, но не се отказва от своите. За да проверите валидността на това, достатъчно е да погледнете инертните газове в периодичната таблица: неон, аргон, криптон, ксенон. Всеки от тях има 8 електрона във външната орбита, което обяснява нежеланието на тези газове да влизат в каквито и да е отношения (химични реакции) с други атоми, да изграждат химически молекули.

Съвсем различно е положението при тези атоми, които нямат заветните 8 електрона на външната орбита. Такива атоми предпочитат да се обединяват с други, за да допълнят външната си орбита с до 8 дължими им електрони и да придобият спокойно стабилно състояние.

Вземете, например, добре познатата водна молекула H2O. Състои се от два водородни атома и един кислороден атом, както е показано на фигура 1.

Снимка 1

В горната част на фигурата два водородни атома и един кислороден атом са показани отделно. Във външната орбита на кислорода има 6 електрона и два електрона в близост до два водородни атома. На кислорода до заветното число 8 му липсват само два електрона във външната орбита, които той ще получи, като прикрепи към себе си два водородни атома.

На всеки водороден атом му липсват 7 електрона във външната му орбита, за да бъде напълно щастлив. Първият водороден атом получава 6 електрона от кислорода и още един електрон от своя близнак, втория водороден атом, във външната си орбита. Сега във външната му орбита има 8 електрона заедно с електрона. Вторият водороден атом също завършва външната си орбита до желаното число 8. Този процес е показан в долната част на фигура 1.

Фигура 2 показва процеса на комбиниране на натриеви и хлорни атоми. В резултат на това се получава натриев хлорид, който се продава в магазините под името готварска сол.

Фигура 2. Процесът на комбиниране на натриеви и хлорни атоми

Тук също всеки от участниците получава липсващия брой електрони от другия: хлорът добавя един натриев електрон към собствените си седем електрона, като същевременно дава своя на натриевия атом. И двата атома имат 8 електрона във външната орбита, като по този начин се постига пълно съгласие и благополучие.

Валентност на атомите

Атомите, които имат 6 или 7 електрона във външната си орбита, са склонни да добавят 1 или 2 електрона към себе си. За такива атоми се казва, че са едновалентни или двувалентни. Но ако във външната орбита на един атом има 1, 2 или 3 електрона, тогава такъв атом има тенденция да ги отдава. В този случай атомът се счита за един, два или три валентни.

Ако външната орбита на атома съдържа 4 електрона, тогава такъв атом предпочита да се обедини със същия, който също има 4 електрона. Така се комбинират атомите на германий и силиций, които се използват при производството на транзистори. В този случай атомите се наричат ​​четиривалентни. (Атомите на германий или силиций могат да се комбинират с други елементи, като кислород или водород, но тези съединения не са интересни за нашата история.)

Фигура 3 показва атом германий или силиций, който иска да се комбинира със същия атом. Малките черни кръгове са собствените електрони на атома, а светлите кръгове показват местата, където ще попаднат електроните на четирите съседни атома.

Фигура 3. Атом на германий (силиций).

Кристална структура на полупроводниците

Атомите на германия и силиция в периодичната таблица са в същата група като въглерода (химическата формула на диаманта е C, което е просто големи въглеродни кристали, получени при определени условия) и следователно, когато се комбинират, те образуват подобен на диамант кристал структура. Формирането на такава структура е показано в опростена форма, разбира се, на фигура 4.

Фигура 4.

В центъра на куба има атом германий, а в ъглите са разположени още 4 атома. Атомът, изобразен в центъра на куба, е свързан с най-близките си съседи чрез своите валентни електрони. На свой ред ъгловите атоми даряват валентните си електрони на атома, разположен в центъра на куба, и на неговите съседи - атоми, които не са показани на фигурата. Така външните орбити са завършени до осем електрона. Разбира се, в кристалната решетка няма куб, той просто е показан на фигурата, така че взаимното обемно разположение на атомите да е ясно.

Но за да се опрости историята на полупроводниците възможно най-много, кристалната решетка може да бъде изобразена като плосък схематичен чертеж, въпреки факта, че междуатомните връзки все още са разположени в пространството. Такава схема е показана на фигура 5.

Фигура 5. Кристалната решетка на германий в плоска форма.

В такъв кристал всички електрони са здраво свързани с атомите чрез техните валентни връзки, така че тук очевидно просто няма свободни електрони. Оказва се, че имаме изолатор на фигурата, тъй като в него няма свободни електрони. Но всъщност не е така.

Собствена проводимост

Факт е, че под въздействието на температурата някои електрони все още успяват да се откъснат от своите атоми и за известно време да се освободят от връзка с ядрото. Следователно в кристала на германия има малък брой свободни електрони, поради което е възможно да се проведе електрически ток. Колко свободни електрони съществуват в германиев кристал при нормални условия?

Има не повече от два такива свободни електрона на 10 ^ 10 (десет милиарда) атома, така че германият е лош проводник или, както се казва, полупроводник. Трябва да се отбележи, че само един грам германий съдържа 10 ^ 22 (десет хиляди милиарда милиарда) атома, което ви позволява да "получите" около две хиляди милиарда свободни електрони. Изглежда, че е достатъчно, за да премине голям електрически ток. За да се справите с този проблем, достатъчно е да запомните какъв е ток от 1 A.

Ток от 1 A ​​съответства на преминаването през проводника за една секунда на електрически заряд от 1 Кулон или 6 * 10 ^ 18 (шест милиарда милиарда) електрона в секунда. На този фон две хиляди милиарда свободни електрони, освен това, разпръснати върху огромен кристал, трудно могат да осигурят преминаването на големи токове. Въпреки че поради топлинно движение съществува малка проводимост на германий. Това е така наречената собствена проводимост.

Електронна и дупкова проводимост

С повишаването на температурата на електроните се предава допълнителна енергия, топлинните им вибрации стават по-енергични, в резултат на което някои електрони успяват да се откъснат от атомите си. Тези електрони стават свободни и при липса на външно електрическо поле извършват хаотични движения, движат се в свободното пространство.

Атомите, които са загубили електрони, не могат да извършват произволни движения, а само леко осцилират спрямо нормалното си положение в кристалната решетка. Такива атоми, които са загубили електрони, се наричат ​​положителни йони. Можем да предположим, че на мястото на изтръгнатите от техните атоми електрони се получават свободни места, които обикновено се наричат ​​дупки.

Като цяло броят на електроните и дупките е еднакъв, така че дупката може да улови електрон, който е наблизо. В резултат на това атомът от положителен йон отново става неутрален. Процесът на комбиниране на електрони с дупки се нарича рекомбинация.

Отделянето на електрони от атоми се извършва със същата честота, следователно средно броят на електроните и дупките за конкретен полупроводник е равен, е постоянна стойност и зависи от външните условия, предимно от температурата.

Ако се приложи напрежение към полупроводников кристал, тогава движението на електроните ще стане подредено, през кристала ще тече ток, поради неговата електронна и дупкова проводимост. Тази проводимост се нарича присъща, вече беше спомената малко по-високо.

Но полупроводниците в тяхната чиста форма, които имат електронна и дупкова проводимост, са неподходящи за производството на диоди, транзистори и други части, тъй като основата на тези устройства е p-n (прочетете "pe-en") преход.

За да се получи такъв преход, са необходими два вида полупроводници, два вида проводимост (р - положителна - положителна, дупка) и (n - отрицателна - отрицателна, електронна). Тези видове полупроводници се получават чрез допиране, добавяне на примеси към кристали от чист германий или силиций.

Въпреки че количеството на примесите е много малко, тяхното присъствие до голяма степен променя свойствата на полупроводника, което прави възможно получаването на полупроводници с различна проводимост. Това ще бъде обсъдено в следващата част на статията.

Борис Аладишкин,

съпротивление на проводника. Проводимост. Диелектрици. Използването на проводници и изолатори. полупроводници.

Физическите вещества са разнообразни по своите електрически свойства. Най-обширните класове материя са проводници и диелектрици.

проводници

Основната характеристика на проводниците- наличието на свободни носители на заряд, които участват в топлинно движение и могат да се движат в целия обем на материята.
По правило такива вещества включват солни разтвори, стопилки, вода (с изключение на дестилирана вода), влажна почва, човешкото тяло и, разбира се, метали.

Металисчитат за най-добрите проводници на електрически заряд.
Има и много добри проводници, които не са метали.
Сред такива проводници въглеродът е най-добрият пример.
Всички проводнициимат свойства като съпротива и проводимост . Поради факта, че електрическите заряди, сблъсквайки се с атоми или йони на вещество, преодоляват известно съпротивление на движението си в електрическо поле, е обичайно да се казва, че проводниците имат електрическо съпротивление ( Р).
Реципрочната стойност на съпротивлението се нарича проводимост ( Ж).

G = 1/R

Тоест проводимостта – е свойството или способността на проводник да провежда електрически ток.
Трябва да разбереш това добри проводниципредставляват много малко съпротивление на потока от електрически заряди и съответно имат висока проводимост. Колкото по-добър е проводникът, толкова по-голяма е неговата проводимост. Например, меден проводник има b относно по-голяма проводимост от алуминиев проводник, а проводимостта на сребърен проводник е по-висока от тази на меден проводник.

Диелектрици

Диелектриците са, на първо място, газове, които провеждат електрически заряди много лошо. Както и стъкло, порцелан, керамика, гума, картон, сухо дърво, различни пластмаси и смоли.

Предметинаправени от диелектрици се наричат ​​изолатори. Трябва да се отбележи, че диелектричните свойства на изолаторите до голяма степен зависят от състоянието околен свят. Така че, при условия на висока влажност (водата е добър проводник), някои диелектрици могат частично да загубят своите диелектрични свойства.

За използването на проводници и изолатори

Например, всички електрически проводници в къщата са направени от метал (най-често мед или алуминий). И обвивката на тези проводници или щепселът, който се включва в контакта, трябва да бъде направен от различни полимери, които са добри изолатори и не позволяват преминаването на електрически заряди.

Трябва да се отбележиче термините "проводник" или "изолатор" не отразяват качествени характеристики: характеристиките на тези материали всъщност са в широк диапазон - от много добри до много лоши.
Среброто, златото, платината са много добри проводници, но това са скъпи метали, така че се използват само там, където цената е по-малко важна в сравнение с функцията на продукта (космос, отбранителна индустрия).
Медта и алуминият също са добри проводници и в същото време евтини, което предопредели широкото им използване.
Волфрамът и молибденът, напротив, са лоши проводници и поради тази причина не могат да се използват в електрически вериги (те ще нарушат работата на веригата), но високата устойчивост на тези метали, съчетана с нетопимост, предопредели използването им в лампи с нажежаема жичка и високотемпературни нагревателни елементи.

изолаториима и много добри, само добри и лоши. Това се дължи на факта, че в реалните диелектрици има и свободни електрони, въпреки че има много малко от тях. Появата на свободни заряди дори в изолатори се дължи на топлинни вибрации на електрони: под въздействието на висока температура някои електрони все още успяват да се откъснат от ядрото и изолационните свойства на диелектрика се влошават. В някои диелектрици има повече свободни електрони и съответно качеството на тяхната изолация е по-лошо. Достатъчно е да сравните например керамика и картон.

Най-добрият изолаторе идеален вакуум, но е практически недостижим на Земята. Абсолютно чистата вода също би била чудесен изолатор, но някой виждал ли го е в реалния живот? И водата с наличието на всякакви примеси вече е доста добър проводник.
Критерият за качество на изолатора е неговото съответствие с функциите, които трябва да изпълнява в дадена верига. Ако диелектричните свойства на материала са такива, че всяко изтичане през него е незначително (не засяга работата на веригата), тогава такъв материал се счита за добър изолатор.

полупроводници

Има вещества, които по своята проводимост заемат междинно положение между проводниците и диелектриците.
Такива вещества се наричат полупроводници. Те се различават от проводниците в силната зависимост на проводимостта на електрическите заряди от температурата, както и от концентрацията на примеси и могат да имат свойства както на проводници, така и на диелектрици.

За разлика от металните проводници, при които проводимостта намалява с повишаване на температурата, за полупроводниците, проводимостта нараства с повишаване на температурата, а съпротивлението, като реципрочна стойност на проводимостта, намалява.

При ниски температуриполупроводниково съпротивление, както се вижда от ориз. един, клони към безкрайност.
Това означава, че при температура абсолютна нула полупроводникът няма свободни носители в проводимата зона и за разлика от проводниците се държи като диелектрик.
С повишаване на температурата, както и с добавяне на примеси (легиране), проводимостта на полупроводника се увеличава и той придобива свойствата на проводник.

Ориз. един. Зависимостта на съпротивлението на проводниците и полупроводниците от температурата