Көбінесе кабель және сым ұғымдары синонимдер ретінде пайдаланылады және тек электр қуатын білетін мамандар бұл өнімдердің әртүрлі екенін анық түсінеді. Олардың әрқайсысының әртүрлі техникалық сипаттамалары, көлемі және дизайны бар. Кейбір жағдайларда олардың біреуін ғана қолдануға болады. Кабельдің сымнан қалай ерекшеленетінін түсіну үшін екі өнімді де олардың құрылымы мен мақсаты бойынша қарастыру қажет.
Кабель - 1 немесе одан да көп оқшауланған өткізгіштері бар өнім. Қолдану аясы механикалық зақымдану мүмкіндігін болжаса, олар броньды қорғаныспен жабылуы мүмкін.
Қолдану аймағына сәйкес кабельдер келесідей болуы мүмкін:
- Қуат. Олар кабельдік желілер арқылы жарықтандыру және электр станциялары арқылы электр энергиясын беру және тарату үшін қолданылады. Олар полиэтилен, қағаз, ПВХ және резеңкеден жасалған өрілген алюминий немесе мыс өткізгіштерге ие болуы мүмкін. Қорғаныс қаптамаларымен жабдықталған.
- Бақылау. Олар төмен кернеуі бар жабдықты қуаттандыруға және басқару желілерін құруға арналған. 0,75-10 мм² қимасы бар өзектерді өндіруге арналған негізгі материал мыс пен алюминий болып табылады.
- Менеджерлер. Автоматты жүйелерге арналған. Пластикалық қабықшасы бар мыстан жасалған. Зақымданудан және электромагниттік кедергіден қорғайтын қалқанмен жабдықталған.
- Тасымалдау үшін жоғары жиілік (ұзақ қашықтық) және төмен жиілікті ( жергілікті) байланыс сигналдары.
- РФ. Олардың арқасында радиотехникалық құрылғылар арасындағы байланыс жүзеге асырылады. Өнім орталық мыс өзегі мен сыртқы өткізгіштен тұрады. Оқшаулағыш қабат ПВХ немесе полиэтиленнен жасалған.
Сым дегеніміз не?
Сым 1 оқшауланбаған немесе бірнеше оқшауланған өткізгіштердің туындысы болып табылады. Төсеу шарттарына байланысты тоқуды талшықты материалдардан немесе сымнан жасауға болады. Жалаңашты ажырату ( жабынсыз) және оқшауланған ( резеңке немесе пластикалық оқшаулаумен) өнімдер.
Сымдардағы өзектердің материалы алюминий, мыс және басқа металдар болуы мүмкін. 1 материалдан электр сымдарын орнату ұсынылады.
Алюминий сымдары салмағы бойынша жеңіл және арзанырақ, сонымен қатар оның коррозияға қарсы қасиеттері жоғары. Мыс электр тогын жақсы өткізеді. Алюминийдің кемшілігі - ауадағы тотығудың жоғары дәрежесі, бұл буындардың бұзылуына, кернеудің төмендеуіне және қондыру нүктесінің қатты қызуына әкеледі.
Сымдар қорғалған және қорғалмаған. Бірінші жағдайда, электрлік оқшаулаудан басқа, өнім қосымша қабықпен жабылады. Қорғалмағандарда ондай жоқ.
Қолдану саласына байланысты сымдар келесі түрлерге бөлінеді:
- Монтаждау. Электрлік панельдерде икемді немесе бекітілген бекіту үшін қолданылады. Сонымен қатар, радиоэлектронды құрылғыларды өндіруде.
- Қуат. Желілерді төсеу үшін қолданылады.
- Орнату. Олардың көмегімен қондырғыларды, электр беру жүйелерін үй ішінде және сыртында қосуды орнату жүзеге асырылады.
Кабель мен сымның айырмашылығы неде?
Кабель мен сымның негізгі айырмашылығы оның мақсаты болып табылады. Кабельдер үйлер, қалалар немесе ғимарат ішінде төсеу арасындағы ұзақ қашықтыққа электр тогын беру үшін қолданылады. Бұл үшін оларда қосымша қорғаныс қабаттары бар. Сым әдетте үй ішінде немесе электр шкафтарында ішкі орнату үшін қажет.
Оқшаулау
Кабель әртүрлі, соның ішінде агрессивті ортада төселуі мүмкін болғандықтан, кабельді оқшаулау осы үшін жобалануы керек. Күшті болу үшін қосымша құрыш қосылады - металл тоқыма, оқшаулауды қоспағанда, әрбір өзек қосымша пленкамен жабылуы мүмкін, ал өзектер арасындағы кеңістік ылғалды сіңіру және жануды нашарлату үшін сіңіргішпен (тальк) толтырылады.
Сымға мұның бәрі қажет емес, оның ПВХ оқшаулауының бір қабаты бар.
Белгілеу
Барлық электр өнімдері олардың сипаттамалары мен мақсатын егжей-тегжейлі сипаттайтын таңбаланған. Кабельдер мен сымдардағы жазулардың өзіндік айырмашылықтары бар.
Сымның таңбалауы келесідей шешіледі:
- Бірінші кезекте «А» әрпінің болуы өткізгіштің алюминий екенін көрсетеді. Біріншісі «А» болмаса - мыс.
- «P» әрпі 1 сымның, «PP» - 2 немесе 3 жалпақ өткізгіштің болуын көрсетеді.
- Келесі хатта негізгі оқшаулағыш материал туралы айтылады: «P» - полиэтилен, «R» - резеңке, «В» - поливинилхлорид, «L» - мақта иірілген жіп.
- Егер қабықшаның белгілеуінен кейін «H» болса, бұл жанбайтын нейриттің қосымша қорғаныс қабатын көрсетеді, «В» - ПВХ.
- Егер сымда икемді ток өткізетін өзек болса, ол «G» әрпімен белгіленеді.
- Шірікке қарсы жабыны бар жіпті өнімдерде «TO» белгісі бар.
- Кодтағы сандар полиэтилен түрін және өткізгіштің көлденең қимасын көрсетеді.
Кабельдерді таңбалау кезінде ГОСТ келесі процедураны белгіледі:
- Негізгі материал («А» - алюминий, әріптің болмауы - мыс).
- Түр («K» - басқару, «KG» - икемді).
- Оқшаулау («P» - полиэтилен, «V» - поливинилхлорид, «R» - резеңке, «NG» - жанбайтын, «F» - фторопластикалық).
- Құрыш немесе сыртқы қабық («А» - алюминий, «С» - қорғасын, «Р» - полиэтилен, «В» - поливинилхлорид, «R» - резеңке, «О» - барлық фазалардың жабыны , «Pv» - вулканизацияланған полиэтилен).
- Қорғаныс қабаты («В» - коррозияға қарсы жабыны бар бронь, «Бн» - жанбайтын бронь, «2г» - қос полимерлі таспа, «Шв» - ПВХ шланг, «Шп» - полиэтилен шланг, «Шпс» - - өздігінен сөнетін полиэтиленнен жасалған шланг).
Бұл белгілерден басқа, ерекше сипаттамаларды көрсететін көптеген басқалар бар. Мысалы, кодтың басындағы «Е» әрпі кабельдің электрлік екенін көрсетеді. Ортадағы бірдей әріп экранның бар екенін көрсетеді.
Әріптік белгілеуден кейін бірден цифрлық нөмір пайда болады, онда бірінші сан ядролардың санын, екіншісі - олардың көлденең қимасын көрсетеді.
Кабельдерде кернеу индексі - «W» көрсетілуі керек. Оның артындағы сан келесідей шешіледі: 1 - 2 кВ-қа дейін, 2 - 35 кВ-қа дейін, 3 - 35 кВ-тан жоғары.
Қолдану шарттары
Сымдар тек электр құрылғыларының ішінде тарату үшін қолданылады. Басқа жағдайларда кабель қолданылады. Бұл жабдықтың ерекшеліктеріне, пайдалану қажеттілігіне байланысты үлкен санөмір сүрген. Сонымен қатар, олар зақымданудан қорғауды арттырды.
Қызмет мерзімі
Оқшаулағыш пен құрыш түріндегі қос қорғаныстың болуына байланысты кабельдің қызмет ету мерзімі 30 жыл немесе одан да көп болуы мүмкін. Сымның ұзақтығы шамамен 2 есе аз болуы мүмкін.
Қоректендіру кернеуі
Қолдану саласына және PUE-ге сәйкес кабельдің немесе сымның қандай ток өткізетін қуаты бар екендігі маңызды. Бірінші түрі кем дегенде екі еселенген қорғаныспен және оқшаулағыш материалдың жоғары қарсылығымен жабдықталған. Оны жүздеген киловольтқа жететін жоғары кернеу үшін пайдалануға болады.
Сымдар 1 кВ-қа дейінгі кернеулер үшін қолданылады. Осы себепті барлық өндірістік және көп қабатты желілер тек кабельдерден құрастырылады, ал электр құрылғыларын құрастыру үшін сымды пайдалану жүзеге асырылады.
Кабель мен сым арасындағы таңдау
Кабельді және сымды пайдалану шарттарына қарай таңдау керек.
Электр өрісіне орналастырылған затта осы өріс күштерінің әсерінен өріс күштері бағытында бос электрондардың немесе иондардың қозғалысы пайда болатыны белгілі. Басқаша айтқанда, затта электр тогы пайда болады.
Заттың электр тогын өткізу қабілетін анықтайтын қасиет «электр өткізгіштік» деп аталады. Электр өткізгіштік зарядталған бөлшектердің концентрациясына тікелей тәуелді: концентрация неғұрлым жоғары болса, соғұрлым электр өткізгіштік жоғары болады.
Осы қасиеті бойынша барлық заттар 3 түрге бөлінеді:
- Өткізгіштер.
- Жартылай өткізгіштер.
Өткізгіштерге сипаттама
Дирижерлерде бар ең жоғары электрөткізгіштікзаттардың барлық түрінен. Барлық өткізгіштер екі үлкен кіші топқа бөлінеді:
- Металдар(мыс, алюминий, күміс) және олардың қорытпалары.
- электролиттер(тұздың, қышқылдың судағы ерітіндісі).
Бірінші топшаның заттарында тек электрондар қозғала алады, өйткені олардың атомдар ядроларымен байланысы әлсіз, сондықтан олар олардан жай ғана ажыратылады. Металдарда токтың пайда болуы бос электрондардың қозғалысымен байланысты болғандықтан, олардағы электр өткізгіштік түрі электронды деп аталады.
Бірінші топшаның өткізгіштерінен олар электр машиналарының, электр желілерінің, сымдардың орамдарында қолданылады. Металдардың электр өткізгіштігіне оның тазалығы мен қоспалардың болмауы әсер ететінін атап өткен жөн.
Екінші топшаның заттарында ерітіндіге әсер еткенде молекула оң және теріс ионға ыдырайды. Иондар электр өрісінің әсерінен қозғалады. Содан кейін ток электролит арқылы өткенде иондар электродқа түседі, ол осы электролитке түседі. Электр тоғының әсерінен заттың электролиттен бөліну процесі электролиз деп аталады. Әдетте электролиз процесі, мысалы, оның қосылысының ерітіндісінен түсті металды алу кезінде немесе металды басқа металдардың қорғаныс қабатымен қаптағанда қолданылады.
Диэлектриктерге сипаттама
Диэлектриктерді әдетте электрлік оқшаулағыштар деп те атайды.
Барлық электр оқшаулағыш заттар келесі классификацияға ие:
- Агрегация күйіне қарай диэлектриктер сұйық, қатты және газ тәрізді болуы мүмкін.
- Алу әдістеріне қарай – табиғи және синтетикалық.
- Химиялық құрамына қарай – органикалық және бейорганикалық.
- Молекулалардың құрылысына қарай – бейтарап және полярлы.
Оларға газ (ауа, азот, SF6 газы), минералды май, кез келген резеңке және керамикалық заттар жатады. Бұл заттар қабілеттілігімен сипатталады электр өрісіндегі поляризация. Поляризация – заттың бетінде таңбалары әртүрлі зарядтардың пайда болуы.
Диэлектриктердің құрамында аздаған бос электрондар болады, ал электрондар атом ядроларымен күшті байланысқа ие және олардан сирек жағдайда ғана ажырайды. Бұл бұл заттардың ток өткізу қабілетінің жоқтығын білдіреді.
Бұл қасиет электр тогынан қорғау үшін қолданылатын бұйымдарды өндіруде өте пайдалы: диэлектрлік қолғаптар, кілемшелер, етіктер, электр жабдықтарына арналған изоляторлар және т.б.
Жартылай өткізгіштер туралы
Жартылай өткізгіш ретінде әрекет етеді өткізгіш пен диэлектрик арасындағы аралық зат. Бұл түрдегі заттардың ең жарқын өкілдері кремний, германий, селен. Сонымен қатар, бұл заттарға Дмитрий Иванович Менделеевтің периодтық жүйесінің төртінші тобының элементтерін жатқызу әдеттегідей.
Жартылай өткізгіштерде электронды өткізгіштіктен басқа қосымша «тесік» өткізгіштік бар. Өткізгіштіктің бұл түрі қоршаған ортаның бірқатар факторларына, соның ішінде жарық, температура, электр және магнит өрістеріне байланысты.
Бұл заттардың әлсіз коваленттік байланыстары бар. Сыртқы факторлардың бірінің әсерінен байланыс жойылады, содан кейін бос электрондар пайда болады. Сонымен қатар электрон ажыраған кезде коваленттік байланыстың құрамында бос «тесік» қалады. Еркін «саңылаулар» көрші электрондарды тартады, сондықтан бұл әрекетті шексіз орындауға болады.
Жартылай өткізгіш заттардың өткізгіштігін оларға әртүрлі қоспаларды енгізу арқылы арттыруға болады. Бұл әдіс өнеркәсіптік электроникада кеңінен қолданылады: диодтарда, транзисторларда, тиристорларда. Өткізгіштер мен жартылай өткізгіштердің негізгі айырмашылықтарын толығырақ қарастырайық.
Өткізгіш пен жартылай өткізгіштің айырмашылығы неде?
Өткізгіш пен жартылай өткізгіштің негізгі айырмашылығы - электр тогын өткізу қабілеті. Өткізгіште ол шамадан жоғары.
Температура мәні жоғарылағанда жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі де артады; өткізгіштердің өткізгіштігі жоғарылаған сайын төмендейді.
Таза өткізгіштерде қалыпты жағдайда токтың өтуі жартылай өткізгіштерге қарағанда әлдеқайда көп электрондарды шығарады. Сонымен қатар қоспаларды қосу өткізгіштердің өткізгіштігін төмендетеді, бірақ жартылай өткізгіштердің өткізгіштігін арттырады.
Көбінесе электроника мен электротехникаға еш қатысы жоқ адамдар бұл жерлерде әртүрлі жөндеу жұмыстарын жүргізу қажеттілігіне тап болады.
Мұндай жағдайда кабельдің сымнан қалай ерекшеленетіні туралы ақпарат өте өзекті болады.
Бұл ұғымдар дерлік бірдей болып көрінеді, бірақ дирижерді дұрыс таңдау өте жағымсыз салдарға әкелуі мүмкін!
Сым - оқшаулағыш қабықпен жабылған электр өнеркәсібінің өнімі., тамырлардың белгілі бір санынан тұрады. Бұл дизайн белгілі бір механикалық әсерден зақымдалады, сондықтан зақымдану қаупі жоғары бөлмелерде беріктігін арттыру үшін сымдар болат немесе мыс тоқымамен қапталған.
Оның қызметі құрылғыны механикалық зақымданудан қорғаумен шектелмейді: сонымен қатар оны электромеханикалық пикаптардың теріс әсерінен қорғауға көмектеседі. бұдан басқа бұл өткізгіштің маңызды құрамдас бөлігі оның оқшаулағыш жабыны болып табыладыәдетте резеңкеден немесе винилден жасалған.
Бүгінгі күні дүкендер сатып алу үшін электр сымдарының 2 түрін ұсынады: жалғыз сым және сым. Біріншісі («тұтас сым» деп те аталады) сыртқы жабынды қажет етпейді, жоғары жиілікті электронды құрылғылардың жұмысын жақсарту үшін қолданылады.
Страндидтер, керісінше, икемді, берік және сыртқы зақымға төзімді, сондықтан олардың қызмет ету мерзімі ұзағырақ.
Егер сіз оны қала сыртындағы үйге орнатқыңыз келсе немесе кәсіпқойлардың қызметіне жүгінбей-ақ қосымша немесе бірнеше розеткаларды қосқыңыз келсе, сізде көптеген сұрақтар туындауы керек.
Арнайы шолуларда біз сұрақтарға жауап береміз: қалай және қалай табуға болады, қалай орнату керек және қалай қосылу керек.
Кабельдердің сипаттамасы
мәні бойынша, бұл бір-бірінен оқшауланған, бір құрылымға біріктірілген өзектер тобы. Бұл бірлестіктің мақсаты - өткізгіштерді механикалық зақымданудан, сыртқы ортаның теріс әсерінен қорғау, сондай-ақ орнату және пайдалану процесін жеңілдету.
Бүкіл құрылым оқшаулағыш жабынның қосымша қабатымен қоршалған (қажет болған жағдайда құрыш корпусы). Қауіпсіздік талаптарының жоғарылауы, бірлескен орнату қажеттілігіжәне қиын жұмыс жағдайлары - бұл өткізгіштерді бір құрылымға біріктіру жай ғана қажет жағдайлар!
Салыстыру
Барлық электр токтарының негізгі сипаттамасы олардың максималды номиналды кернеуі болып табылады. Сымдар үшін бұл 100 В, ал кабельдер үшін бұл көрсеткіш іс жүзінде шектеусіз..
Сымдар, кабельдерден айырмашылығы, оқшаулағыш қабығы болмауы мүмкін, ал соңғысы үшін бұл міндетті болып табылады.Сонымен қатар, қажет болған жағдайда, арнайы құрышпен жақсартуға болады. Дәл осы фактор кабельді жер астында немесе тереңдікте пайдалану үшін олардың беріктігі мен беріктігін арттыруға қосымша болып табылады.
Назарларыңызға сымдар мен кабельдердің салыстырмалы техникалық сипаттамалары туралы бейнені ұсынамыз:
Қолдану
Көп жағдайда сымдар жылуға төзімділігі төмен, яғни оқшаулағыш жабынның қасиеттеріне байланысты олардың термиялық қорғанысы нашар. Сонымен бірге олар басқа өткізгіштерге қарағанда әлдеқайда жеңіл, бұл орнату кезінде ескерілуі керек.
Кішігірім аумақта максималды қуаттағы көптеген ток беру желілерін орнату қажет емес, өйткені өрт орын алса, бөлме толығымен жанып кетуі мүмкін!Әуе электр желілері сымдарды қолданудың тағы бір саласы болып табылады. Олар төмен үлес салмағы өнімдерді тіректер арқылы тартуға мүмкіндік бередібір-бірінен айтарлықтай қашықтықта тұрады.
Әрине, кабельді ауа арқылы төсеуге болады, бірақ бұл үшін тірек тіректерін олардың бұралуын және өткізгішке одан әрі зақымдануын болдырмау үшін салмақ салу қажет.
Қуат өткізгіштері өте қолайлы электр өткізгіш ортада қуаттың үлкен мөлшерін беру үшін. Резеңкеден, қағаздан, ыстыққа төзімді полимерлерден, қорғасыннан, бұралған болаттан жасалған сыртқы оқшаулағыш қабық өрт қаупін дерлік мүмкін емес етеді.
Сонымен, кабель мен сымның айырмашылығы келесідей. Біріншісі бір немесе бірнеше қорғаныс қабаттары арқылы қосылған бірнеше сымдардан тұрады. Сымның максималды кернеуі 1000 В, кабель кез келген кернеуде жұмыс істей алады. Кейбір құрылымдық нюанстар кабельді суда немесе жердің тереңдігінде төсеу үшін жақсы нұсқаға айналдырады.
Қорытындылай келе, біз қызықты және танымдық бейнені көруді ұсынамыз, кабель мен сымның айырмашылығы неде:
Электротехникада әртүрлі материалдар қолданылады. Заттардың электрлік қасиеттері сыртқы валенттік орбитадағы электрондар санымен анықталады. Бұл орбитада электрондар неғұрлым аз болса, олар ядромен неғұрлым әлсіз байланысқан болса, соғұрлым олар қозғала алады.
Температураның ауытқуының әсерінен электрондар атомнан бөлініп, атом аралық кеңістікте қозғалады. Мұндай электрондар бос деп аталады, олар өткізгіштерде электр тогын жасайды. Атомаралық кеңістік үлкен ме, материяның ішінде бос электрондар үшін орын бар ма?
Қатты және сұйық заттардың құрылымы үздіксіз және тығыз болып көрінеді, құрылымы жағынан жіп шарына ұқсайды. Бірақ шын мәнінде, тіпті қатты денелер балық аулайтын торға немесе волейбол торына ұқсайды. Тұрмыстық деңгейде, әрине, бұл көрінбейді, бірақ дәл ғылыми зерттеулерэлектрондар мен атомдар ядросының арақашықтығы өздерінің өлшемдерінен әлдеқайда көп екені анықталды.
Егер атом ядросының өлшемі футбол добының өлшеміндей доп ретінде ұсынылса, онда мұндай модельдегі электрондар бұршақ өлшемі болады және мұндай бұршақтардың әрқайсысы бірнеше жүз және тіпті қашықтықта орналасқан. «ядродан» мыңдаған метр қашықтықта. Ал ядро мен электронның арасында бостық бар - жай ештеңе жоқ! Егер біз бір шкаладағы зат атомдары арасындағы қашықтықты елестететін болсақ, өлшемдер әдетте фантастикалық болып шығады - ондаған және жүздеген километр!
Электр тогын жақсы өткізгіштер металдар. Мысалы, алтын мен күміс атомдарының сыртқы орбитасында бір ғана электрон бар, сондықтан олар ең жақсы өткізгіштер болып табылады. Темір де электр тогын өткізеді, бірақ одан да нашар.
Олар электр тогын одан да нашар өткізеді. төзімділігі жоғары қорытпалар. Бұл нихром, манганин, константан, фехраль және т.б. Жоғары төзімді қорытпалардың мұндай алуан түрлілігі олардың әртүрлі мәселелерді шешуге арналғандығына байланысты: қыздыру элементтері, тензометрлер, өлшеу құралдарына арналған үлгілі резисторлар және т.б.
Материалдың электр тогын өткізу қабілетін бағалау үшін тұжырымдама енгізілді «өткізгіштік». Кері мағынасы - қарсылық. Механикада бұл ұғымдар меншікті ауырлыққа сәйкес келеді.
оқшаулағыштар, өткізгіштерден айырмашылығы, электрондарды жоғалтуға бейім емес. Оларда электронның ядромен байланысы өте күшті және бос электрондар жоқтың қасы. Дәлірек айтқанда, бар, бірақ өте аз. Сонымен қатар, кейбір оқшаулағыштарда олардың саны көбірек, ал олардың оқшаулау сапасы, тиісінше, нашар. Мысалы, керамика мен қағазды салыстыру жеткілікті. Сондықтан оқшаулағыштарды шартты түрде жақсы және жаман деп бөлуге болады.
Тіпті оқшаулағыштарда бос зарядтардың пайда болуы электрондардың термиялық тербелісіне байланысты: жоғары температураның әсерінен оқшаулау қасиеттері нашарлайды, кейбір электрондар әлі де ядродан ажырай алады.
Дәл осылай идеал өткізгіштің кедергісі нөлге тең болады. Бақытымызға орай, мұндай өткізгіш жоқ: Ом заңы қандай болатынын елестетіп көріңізші ((I \u003d U / R) бөлгіште нөлмен !!! Қош бол математика және электротехника.
Тек абсолютті нөлдік температурада (-273,2С °) термиялық ауытқулар толығымен тоқтайды, ал ең нашар изолятор жеткілікті жақсы болады. Сандық түрде «бұл» жаман - жақсыны анықтау үшін кедергі ұғымын қолданыңыз. Бұл қабырғасының ұзындығы 1 см болатын текшенің Омдағы кедергісі, кедергі бірлігі Ом/см-де алынады. Кейбір заттардың меншікті кедергісі төменде көрсетілген. Өткізгіштік меншікті кедергінің кері шамасы, - Siemens бірлігі, - 1Sm = 1 / Ом.
Жақсы өткізгіштікке немесе төмен меншікті кедергіге ие: күміс 1,5 * 10 ^ (-6), (минус алтының дәрежесіне бір жарым он), мыс 1,78 * 10 ^ (-6), алюминий 2,8 * 10^(-) 6). Жоғары кедергісі бар қорытпалар үшін өткізгіштік әлдеқайда нашар: константан 0,5 * 10 ^ (-4), нихром 1,1 * 10 ^ (-4). Бұл қорытпаларды нашар өткізгіштер деп атауға болады. Барлық осы күрделі сандардан кейін Ом / см ауыстырылуы керек.
Әрі қарай, жартылай өткізгіштерді жеке топқа бөлуге болады: германий 60 Ом / см, кремний 5000 Ом / см, селен 100 000 Ом / см. Бұл топтың кедергісі нашар өткізгіштерге қарағанда үлкен, бірақ жақсыларды айтпағанда, нашар оқшаулағыштарға қарағанда аз. Бәлкім, дәл осындай жетістікпен жартылай өткізгіштерді жартылай оқшаулағыштар деп атауға болады.
Атомның құрылысы мен қасиеттерімен осылайша қысқаша танысқаннан кейін атомдардың бір-бірімен қалай әрекеттесетінін, атомдар бір-бірімен қалай әрекеттесетінін, олардан әртүрлі заттарды құрайтын молекулалардың қалай алынатынын қарастыру керек. Ол үшін атомның сыртқы орбитасындағы электрондарды қайтадан еске түсіру керек. Өйткені, олар атомдардың молекулаларға қосылуына қатысады және заттың физикалық және химиялық қасиеттерін анықтайды.
Атомдардан молекулалар қалай түзіледі
Кез келген атом тұрақты күйде болады, егер оның сыртқы орбитасында 8 электрон болса. Ол көрші атомдардан электрон алуға ұмтылмайды, бірақ өзінің атомынан бас тартпайды. Мұның дұрыстығын тексеру үшін периодтық жүйедегі инертті газдарды қарастыру жеткілікті: неон, аргон, криптон, ксенон. Олардың әрқайсысында сыртқы орбитада 8 электрон бар, бұл бұл газдардың басқа атомдармен кез келген қатынасқа (химиялық реакцияларға) түсуге, химиялық молекулалар құруға құлықсыздығын түсіндіреді.
Сыртқы орбитада 8 электроны жоқ атомдар үшін жағдай мүлде басқаша. Мұндай атомдар өздерінің сыртқы орбитасын олардың есебінен 8 электронға дейін толықтырып, тыныш тұрақты күйге ие болу үшін басқалармен бірігуді қалайды.
Мысалы, судың белгілі H2O молекуласын алайық. Ол 1-суретте көрсетілгендей екі сутегі атомынан және бір оттегі атомынан тұрады.
1-сурет
Суреттің жоғарғы жағында екі сутегі атомы және бір оттегі атомы бөлек көрсетілген. Оттегінің сыртқы орбитасында 6 электрон және екі сутегі атомына жақын жерде екі электрон бар. Оттегінің 8 санына дейін сыртқы орбитада екі электроны жетіспейді, ол өзіне екі сутегі атомын қосу арқылы алады.
Әрбір сутегі атомының толық бақытты болу үшін сыртқы орбитасында 7 электроны жетіспейді. Бірінші сутегі атомы сыртқы орбитаға оттегінен 6 электрон және егізінен, екінші сутегі атомынан тағы бір электрон алады. Енді оның сыртқы орбитасында электронымен бірге 8 электрон бар. Екінші сутегі атомы да өзінің сыртқы орбитасын қалаған 8 санына дейін аяқтайды. Бұл процесс 1-суреттің төменгі жағында көрсетілген.
2-суретте натрий мен хлор атомдарының қосылу процесі көрсетілген. Нәтижесінде ас тұзы деген атпен дүкендерде сатылатын натрий хлориді алынады.
2-сурет. Натрий мен хлор атомдарының қосылу процесі
Мұнда да қатысушылардың әрқайсысы бір-бірінен жетіспейтін электрон санын алады: хлор өзінің жеті электронына бір натрий электронын қосады, ал натрий атомына өз электронын береді. Екі атомның да сыртқы орбитада 8 электроны бар, осылайша толық келісім мен әл-ауқатқа қол жеткізеді.
Атомдардың валенттілігі
Сыртқы орбитасында 6 немесе 7 электроны бар атомдар өздеріне 1 немесе 2 электрон қосуға бейім. Мұндай атомдар бір немесе екі валентті деп аталады. Бірақ атомның сыртқы орбитасында 1, 2 немесе 3 электрон болса, онда мұндай атом оларды беруге бейім. Бұл жағдайда атом бір, екі немесе үш валентті болып саналады.
Егер атомның сыртқы орбитасында 4 электрон болса, онда мұндай атом 4 электроны бар сол атоммен қосылуды жөн көреді. Транзисторлар жасауда қолданылатын германий мен кремний атомдары осылай біріктіріледі. Бұл жағдайда атомдар төрт валентті деп аталады. (Германий немесе кремний атомдары оттегі немесе сутегі сияқты басқа элементтермен қосыла алады, бірақ бұл қосылыстар біздің тарихымыз үшін қызықты емес.)
3-суретте бір атоммен қосылғысы келетін германий немесе кремний атомы көрсетілген. Кішкентай қара шеңберлер атомның өз электрондары, ал жарық шеңберлері көршілес төрт атомның электрондары түсетін жерлерді көрсетеді.
3-сурет. Германий атомы (кремний).
Жартылай өткізгіштердің кристалдық құрылымы
Периодтық жүйедегі германий және кремний атомдары көміртегімен бір топта (алмастың химиялық формуласы С, ол белгілі бір жағдайларда алынған көміртектің үлкен кристалдары ғана), сондықтан олар біріктірілгенде алмаз тәрізді түзеді. кристалдық құрылым. Мұндай құрылымның қалыптасуы жеңілдетілген түрде, әрине, 4-суретте көрсетілген.
4-сурет.
Кубтың ортасында германий атомы бар, ал бұрыштарында тағы 4 атом орналасқан. Кубтың ортасында бейнеленген атом ең жақын көршілерімен валенттілік электрондары арқылы байланысады. Өз кезегінде бұрыштық атомдар өздерінің валенттілік электрондарын кубтың ортасында орналасқан атомға және оның көршілеріне – суретте көрсетілмеген атомдарға береді. Осылайша, сыртқы орбиталар сегіз электронға дейін аяқталады. Әрине, кристалдық торда текше жоқ, атомдардың өзара, көлемдік орналасуы анық болуы үшін ол жай ғана суретте көрсетілген.
Бірақ жартылай өткізгіштердің тарихын барынша жеңілдету үшін атомаралық байланыстардың әлі де кеңістікте орналасқанына қарамастан, кристалдық торды тегіс схемалық сызба ретінде бейнелеуге болады. Мұндай схема 5-суретте көрсетілген.
5-сурет. Тегіс түрдегі германийдің кристалдық торы.
Мұндай кристалда барлық электрондар атомдарға валенттік байланыстары арқылы мықтап бекітілген, сондықтан мұнда бос электрондар жоқ сияқты. Суретте бізде изолятор бар екен, өйткені онда бос электрондар жоқ. Бірақ іс жүзінде олай емес.
Меншікті өткізгіштік
Температураның әсерінен кейбір электрондар әлі де атомдарынан ажырай алады және біраз уақытқа дейін ядромен байланыстан босатылады. Сондықтан германий кристалында бос электрондардың аз саны бар, соның арқасында электр тогын өткізуге болады. Қалыпты жағдайда германий кристалында қанша бос электрон бар?
10 ^ 10 (он миллиард) атомда мұндай бос электрон екіден артық болмайды, сондықтан германий нашар өткізгіш немесе олар айтқандай, жартылай өткізгіш. Айта кету керек, германийдің тек бір граммында 10 ^ 22 (он мың миллиард миллиард) атом бар, бұл екі мың миллиардқа жуық бос электрондарды «алуға» мүмкіндік береді. Үлкен электр тогын өткізуге жеткілікті сияқты. Бұл мәселені шешу үшін 1 А токтың не екенін еске түсіру жеткілікті.
1 А ток өткізгіш арқылы бір секундта 1 кулондық электр зарядының немесе секундына 6 * 10 ^ 18 (алты миллиард) электронның өтуіне сәйкес келеді. Осының аясында үлкен кристалдың үстіне шашыраған екі мың миллиард бос электрон үлкен токтардың өтуін әрең қамтамасыз ете алады. Жылу қозғалысына байланысты германийдің шағын өткізгіштігі бар. Бұл меншікті өткізгіштік деп аталады.
Электрондық және саңылау өткізгіштігі
Температура көтерілген сайын электрондарға қосымша энергия беріледі, олардың жылулық тербелістері қуаттырақ болады, нәтижесінде кейбір электрондар атомдарынан бөлініп кете алады. Бұл электрондар еркін болады және сыртқы электр өрісі болмаған кезде хаотикалық қозғалыстар жасайды, бос кеңістікте қозғалады.
Электрондарын жоғалтқан атомдар кездейсоқ қозғалыстар жасай алмайды, бірақ кристалдық тордағы қалыпты жағдайына қатысты аз ғана тербеліс жасайды. Электрондарын жоғалтқан мұндай атомдар оң иондар деп аталады. Атомдарынан үзілген электрондардың орнына әдетте саңылаулар деп аталатын бос орындар пайда болады деп болжауға болады.
Жалпы алғанда, электрондар мен саңылаулардың саны бірдей, сондықтан тесік жақын орналасқан электронды басып алады. Нәтижесінде оң ионның атомы қайтадан бейтарап болады. Электрондарды саңылаулармен біріктіру процесі рекомбинация деп аталады.
Атомдардан электрондардың ажырауы бірдей жиілікте жүреді, сондықтан орта есеппен белгілі бір жартылай өткізгіш үшін электрондар мен саңылаулар саны тең, тұрақты шама болып табылады және сыртқы жағдайларға, ең алдымен температураға байланысты.
Егер жартылай өткізгіш кристалға кернеу берілсе, онда электрондардың қозғалысы реттелген болады, оның электронды және саңылау өткізгіштігіне байланысты кристалдан ток өтеді. Бұл өткізгіштік меншікті деп аталады, ол сәл жоғары айтылған.
Бірақ таза түрінде электронды және саңылау өткізгіштігі бар жартылай өткізгіштер диодтарды, транзисторларды және басқа бөлшектерді жасау үшін жарамсыз, өйткені бұл құрылғылардың негізі p-n («pe-en» оқыңыз) түйіні болып табылады.
Мұндай ауысуды алу үшін жартылай өткізгіштердің екі түрі қажет, өткізгіштіктің екі түрі (p - оң - оң, тесік) және (n - теріс - теріс, электронды). Жартылай өткізгіштердің бұл түрлері таза германий немесе кремний кристалдарына қоспаларды қосу арқылы легирлеу арқылы алынады.
Қоспалардың мөлшері өте аз болғанымен, олардың болуы жартылай өткізгіштің қасиеттерін айтарлықтай өзгертіп, әртүрлі өткізгіштіктегі жартылай өткізгіштерді алуға мүмкіндік береді. Бұл мақаланың келесі бөлімінде талқыланады.
Борис Аладышкин,
өткізгіш кедергісі. Өткізгіштік. Диэлектриктер. Өткізгіштер мен оқшаулағыштарды қолдану. Жартылай өткізгіштер.
Физикалық заттар өздерінің электрлік қасиеттері бойынша алуан түрлі. Заттардың ең кең кластары - өткізгіштер мен диэлектриктер.
өткізгіштер
Өткізгіштердің негізгі қасиеті- жылулық қозғалысқа қатысатын және заттың бүкіл көлемі бойынша қозғала алатын бос заряд тасымалдаушылардың болуы.
Әдетте, мұндай заттарға тұз ерітінділері, балқымалар, су (тазартылған судан басқа), ылғалды топырақ, адам денесі және, әрине, металдар жатады.
Металдарэлектр зарядының ең жақсы өткізгіштері болып саналады.
Сондай-ақ металл емес өте жақсы өткізгіштер бар.
Мұндай өткізгіштердің ішінде көміртегі ең жақсы үлгі болып табылады.
Барлық өткізгіштерсияқты қасиеттері бар қарсылық
және өткізгіштік
. Заттың атомдарымен немесе иондарымен соқтығысатын электр зарядтары олардың электр өрісінде қозғалысына белгілі бір кедергіні жеңетіндіктен, өткізгіштердің электрлік кедергісі бар деп айту әдеттегідей ( Р).
Қарсылықтың кері шамасы өткізгіштік деп аталады ( Г).
G = 1/R
Яғни өткізгіштік – өткізгіштің электр тогын өткізу қасиеті немесе қабілеті.
Сіз мұны түсінуіңіз керек жақсы өткізгіштерэлектр зарядтарының ағынына өте аз қарсылықты білдіреді және сәйкесінше, жоғары өткізгіштікке ие. Өткізгіш неғұрлым жақсы болса, оның өткізгіштігі соғұрлым жоғары болады. Мысалы, мыс өткізгіште b бар туралы
алюминий өткізгішке қарағанда үлкен өткізгіштік, ал күміс өткізгіштің өткізгіштігі мыс өткізгішке қарағанда жоғары.
Диэлектриктер
Диэлектриктер, бірінші кезекте электр зарядтарын өте нашар өткізетін газдар. Сондай-ақ шыны, фарфор, керамика, резеңке, картон, құрғақ ағаш, әртүрлі пластмассалар мен шайырлар.
Элементтердиэлектриктерден жасалған оқшаулағыштар деп аталады. Айта кету керек, оқшаулағыштардың диэлектрлік қасиеттері көбінесе күйге байланысты қоршаған орта. Сонымен, жоғары ылғалдылық жағдайында (су жақсы өткізгіш), кейбір диэлектриктер диэлектрлік қасиеттерін ішінара жоғалтуы мүмкін.
Өткізгіштер мен оқшаулағыштарды қолдану туралы
Мысалыға, үйдегі барлық электр сымдары металдан жасалған (көбінесе мыс немесе алюминий). Және бұл сымдардың қабығы немесе розеткаға қосылған аша жақсы оқшаулағыш болып табылатын және электр зарядтарының өтуіне жол бермейтін әртүрлі полимерлерден жасалған болуы керек.
Айта кету керек«өткізгіш» немесе «оқшаулағыш» терминдері сапалық сипаттамаларды көрсетпейді: бұл материалдардың сипаттамалары іс жүзінде кең ауқымда - өте жақсыдан өте нашарға дейін.
Күміс, алтын, платина өте жақсы өткізгіштер, бірақ бұл қымбат металдар, сондықтан олар өнімнің қызметімен (ғарыш, қорғаныс) салыстырғанда бағаның маңыздылығы азырақ жерде ғана қолданылады.
Мыс пен алюминий де жақсы өткізгіштер және сонымен бірге арзан, бұл олардың кеңінен қолданылуын алдын ала анықтады.
Вольфрам мен молибден, керісінше, нашар өткізгіштер және осы себепті электр тізбегінде қолдануға болмайды (олар тізбектің жұмысын бұзады), бірақ бұл металдардың жоғары кедергісі, балқымаумен бірге қыздыру лампаларында қолданылуын алдын ала анықтады. және жоғары температуралы қыздыру элементтері.
оқшаулағыштарөте жақсылары да бар, тек жақсылары да, жамандары да бар. Бұл нақты диэлектриктерде олардың өте аз болғанымен бос электрондардың да болатындығына байланысты. Тіпті оқшаулағыштарда бос зарядтардың пайда болуы электрондардың термиялық тербелістеріне байланысты: жоғары температураның әсерінен кейбір электрондар әлі де ядродан ажырай алады және диэлектриктің оқшаулау қасиеттері нашарлайды. Кейбір диэлектриктерде бос электрондар көбірек және олардың оқшаулану сапасы, сәйкесінше, нашар. Мысалы, керамика мен картонды салыстыру жеткілікті.
Ең жақсы изоляторидеалды вакуум болып табылады, бірақ ол Жерде іс жүзінде мүмкін емес. Мүлдем таза су да тамаша изолятор болар еді, бірақ оны өмірде көргендер бар ма? Кез келген қоспалары бар су қазірдің өзінде жақсы өткізгіш болып табылады.
Оқшаулағыштың сапа критерийі оның берілген тізбекте орындауы тиіс функцияларға сәйкестігі болып табылады. Егер материалдың диэлектрлік қасиеттері ол арқылы өтетін кез келген ағып кету шамалы болса (тізбектің жұмысына әсер етпесе), онда мұндай материал жақсы оқшаулағыш болып саналады.
Жартылай өткізгіштер
заттар бар, олар өткізгіштікте өткізгіштер мен диэлектриктердің арасында аралық орынды алады.
Мұндай заттар деп аталады жартылай өткізгіштер.
Олар өткізгіштерден электр зарядтарының өткізгіштігінің температураға, сондай-ақ қоспалардың концентрациясына күшті тәуелділігімен ерекшеленеді және өткізгіштерге де, диэлектриктерге де тән қасиеттерге ие болуы мүмкін.
Металл өткізгіштерден айырмашылығы, онда өткізгіштік температураның жоғарылауымен төмендейді, жартылай өткізгіштер үшін өткізгіштік температураның жоғарылауымен жоғарылайды, ал өткізгіштіктің кері әсерінен кедергі азаяды.
Төмен температурадажартылай өткізгішті кедергіден көрініп тұрғандай күріш. бір, шексіздікке ұмтылады.
Бұл абсолютті нөл температурада жартылай өткізгіштің өткізгіштік зонасында бос тасымалдаушылары жоқ және өткізгіштерден айырмашылығы, өзін диэлектрик сияқты ұстайтынын білдіреді.
Температураның жоғарылауымен, сондай-ақ қоспаларды қосқанда (допинг) жартылай өткізгіштің өткізгіштігі артады және ол өткізгіштік қасиеттерге ие болады.
Күріш. бір. Өткізгіштер мен жартылай өткізгіштердің кедергісінің температураға тәуелділігі
