Ofte brukes begrepene kabel og ledning som synonymer, og bare eksperter som er kunnskapsrike innen elektrisitet forstår tydelig at disse produktene er forskjellige. Hver av dem har forskjellige tekniske egenskaper, omfang og design. I noen tilfeller kan bare én av dem brukes. For å forstå hvordan en kabel skiller seg fra en ledning, er det nødvendig å vurdere begge produktene med tanke på deres struktur og formål.
En kabel er et produkt der det er 1 eller flere isolerte ledere. De kan dekkes med panserbeskyttelse dersom anvendelsesomfanget innebærer mulighet for mekanisk skade.
I henhold til bruksområdene kan kabler være:
- Makt. De brukes til overføring og distribusjon av elektrisitet ved hjelp av belysning og kraftverk gjennom kabellinjer. De kan ha aluminium- eller kobberledere med en flette av polyetylen, papir, PVC og gummi. Utstyrt med beskyttelsesdeksler.
- Styre . De brukes til å drive utstyr med lav spenning og lage kontrolllinjer. Hovedmaterialet for fremstilling av kjerner med et tverrsnitt på 0,75-10 mm² er kobber og aluminium.
- Ledere. Designet for automatiske systemer. Produsert av kobber med plastkappe. Utstyrt med et beskyttende skjold mot skade og elektromagnetisk interferens.
- For overføring høy frekvens (lang avstand) og lavfrekvent ( lokale) kommunikasjonssignaler.
- RF. Takket være dem utføres kommunikasjon mellom radiotekniske enheter. Produktet består av en sentral kobberkjerne og en ytre leder. Det isolerende laget er laget av PVC eller polyetylen.
Hva er en ledning?
En ledning er et produkt av 1 uisolert eller flere isolerte ledere. Avhengig av leggingsforholdene kan fletten være laget av fibermaterialer eller tråd. Skille naken ( uten belegg) og isolert ( med gummi- eller plastisolasjon) Produkter.
Materialet til kjernene i ledningene kan være aluminium, kobber og andre metaller. Det anbefales å installere elektriske ledninger fra 1 materiale.
Aluminiumsledninger er lettere i vekt og billigere, den har også høye anti-korrosjonsegenskaper. Kobber leder elektrisitet bedre. Ulempen med aluminium er en høy grad av oksidasjon i luft, noe som fører til ødeleggelse av ledd, et spenningsfall og en sterk oppvarming av dokkingpunktet.
Ledninger er beskyttet og ubeskyttet. I det første tilfellet, i tillegg til elektrisk isolasjon, er produktet dekket med et ekstra skall. De ubeskyttede har ikke en.
I henhold til anvendelsesomfanget er ledningene klassifisert i:
- Montering . Brukes til fleksibel eller fast montering i el-tavler. I tillegg til produksjon av radio og elektroniske enheter.
- Makt. Brukes til å legge nettverk.
- Installasjon . Med deres hjelp utføres installasjon av tilkobling av installasjoner, kraftoverføringssystemer innendørs og utendørs.
Hva er forskjellen mellom kabel og ledning?
Hovedforskjellen mellom en kabel og en ledning er dens formål. Kabler brukes til å overføre elektrisk strøm over lange avstander mellom hus, byer eller inne i en bygning. De har ekstra beskyttende lag for dette. Ledningen er vanligvis nødvendig for innvendig installasjon innendørs eller innvendig installasjon i elektriske skap.
Isolasjon
Siden kabelen kan legges i ulike, også aggressive miljøer, må kabelisolasjonen utformes for dette. For styrke er det lagt til ekstra rustning - en metallflett, hver kjerne, bortsett fra isolasjon, kan dekkes med en ekstra film, og rommet mellom kjernene er fylt med en absorberende (talk) - for å absorbere fuktighet og forverre forbrenningen.
Ledningen trenger ikke alt dette, den har ett lag med PVC-isolasjon.
Merking
Alle elektriske produkter er merket, som i detalj beskriver deres egenskaper og formål. Inskripsjonene på kabler og ledninger har sine egne forskjeller.
Ledningsmerkingen er dechiffrert som følger:
- Tilstedeværelsen av bokstaven "A" i første omgang indikerer at lederen er aluminium. Hvis den første ikke er "A" - kobber.
- Bokstaven "P" indikerer tilstedeværelsen av 1 ledning, "PP" - 2 eller 3 flate ledere.
- Det neste brevet forteller om kjerneisolasjonsmaterialet: "P" - polyetylen, "R" - gummi, "B" - polyvinylklorid, "L" - bomullsgarnflett.
- Hvis etter betegnelsen på skallet følger "H", indikerer dette et ekstra beskyttende lag av ikke-brennbar nayritt, "B" - PVC.
- Hvis det er en fleksibel strømførende kjerne i ledningen, er det merket med bokstaven "G".
- Strandede produkter med anti-råtebelegg er merket "TO".
- Tallene i koden indikerer typen polyetylen og lederens tverrsnitt.
Ved merking av kabler etablerte GOST følgende prosedyre:
- Kjernemateriale ("A" - aluminium, fraværet av en bokstav - kobber).
- Type ("K" - kontroll, "KG" - fleksibel).
- Isolasjon ("P" - polyetylen, "V" - polyvinylklorid, "R" - gummi, "NG" - ikke-brennbar, "F" - fluorplast).
- Panser eller ytre skall ("A" - aluminium, "C" - bly, "P" - polyetylen, "B" - polyvinylklorid, "R" - gummi, "O" - belegg av alle faser, "Pv" - vulkanisert polyetylen).
- Beskyttelseslag ("B" - rustning med anti-korrosjonsbelegg, "Bn" - ikke-brennbar rustning, "2g" - dobbel polymertape, "Shv" - PVC-slange, "Shp" - polyetylenslange, "Shps" - - slange laget av selvslukkende polyetylen).
I tillegg til disse betegnelsene er det mange andre som indikerer spesielle egenskaper. For eksempel, bokstaven "E" i begynnelsen av koden indikerer at kabelen er elektrisk. Den samme bokstaven i midten indikerer tilstedeværelsen av en skjerm.
Umiddelbart etter bokstavbetegnelsen følger en digital, der det første tallet indikerer antall kjerner, det andre - deres tverrsnitt.
Spenningsindeksen - "W" må angis på kablene. Tallet bak er dechiffrert som følger: 1 - opptil 2 kV, 2 - opptil 35 kV, 3 - mer enn 35 kV.
Søknadsbetingelser
Ledninger brukes kun til distribusjon inne i elektriske enheter. I andre tilfeller brukes en kabel. Dette er diktert av spesifikasjonene til utstyret, behovet for bruk et stort antall levde. I tillegg har de økt beskyttelse mot skader.
Livstid
Kabelens levetid kan nå 30 år eller mer på grunn av tilstedeværelsen av dobbel beskyttelse i form av isolasjon og rustning. Ledningen kan vare ca. 2 ganger mindre.
Forsyningsspenningen
Avhengig av bruksomfanget og i henhold til PUE er det viktig hvilken strømførende kraft en kabel eller ledning har. Den første typen er utstyrt med minst dobbel beskyttelse og økt motstand av isolasjonsmaterialet. Den kan brukes til høyspenning, og når hundrevis av kilovolt.
Ledninger brukes for spenninger opp til 1 kV. Av denne grunn er alle produksjons- og høyhuslinjer utelukkende satt sammen av kabler, og bruken av ledning er realisert for montering av elektriske apparater.
Valg mellom kabel og ledning
Det er nødvendig å velge en kabel og ledning basert på forholdene der den skal brukes.
Det er kjent at i et stoff plassert i et elektrisk felt, under påvirkning av kreftene i dette feltet, dannes bevegelsen av frie elektroner eller ioner i retning av feltkreftene. Det oppstår med andre ord en elektrisk strøm i stoffet.
Egenskapen som bestemmer et stoffs evne til å lede en elektrisk strøm kalles "elektrisk ledningsevne". Den elektriske ledningsevnen er direkte avhengig av konsentrasjonen av ladede partikler: jo høyere konsentrasjon, jo høyere elektrisk ledningsevne.
I henhold til denne egenskapen er alle stoffer delt inn i 3 typer:
- Konduktører.
- Halvledere.
Beskrivelse av konduktører
Konduktører har høyeste elektriske ledningsevne fra alle typer stoffer. Alle ledere er delt inn i to store undergrupper:
- Metaller(kobber, aluminium, sølv) og deres legeringer.
- elektrolytter(vandig løsning av salt, syre).
I stoffer i den første undergruppen er bare elektroner i stand til å bevege seg, siden deres forbindelse med atomkjernene er svak, og derfor er de ganske enkelt løsrevet fra dem. Siden forekomsten av strøm i metaller er assosiert med bevegelsen av frie elektroner, kalles typen elektrisk ledningsevne i dem elektronisk.
Av lederne til den første undergruppen brukes de i viklingene til elektriske maskiner, kraftledninger, ledninger. Det er viktig å merke seg at den elektriske ledningsevnen til metaller påvirkes av renheten og fraværet av urenheter.
I stoffer fra den andre undergruppen, når de utsettes for en løsning, brytes molekylet opp til et positivt og negativt ion. Ioner beveger seg på grunn av virkningen av et elektrisk felt. Deretter, når strømmen går gjennom elektrolytten, avsettes ioner på elektroden, som senkes ned i denne elektrolytten. Prosessen når et stoff frigjøres fra en elektrolytt under påvirkning av en elektrisk strøm kalles elektrolyse. Elektrolyseprosessen brukes vanligvis for eksempel når et ikke-jernholdig metall ekstraheres fra en løsning av dets forbindelse, eller når metallet er belagt med et beskyttende lag av andre metaller.
Beskrivelse av dielektrikum
Dielektriske stoffer blir også ofte referert til som elektriske isolatorer.
Alle elektriske isolasjonsstoffer har følgende klassifisering:
- Avhengig av aggregeringstilstanden kan dielektrikum være flytende, faste og gassformige.
- Avhengig av metodene for å oppnå - naturlig og syntetisk.
- Avhengig av den kjemiske sammensetningen - organisk og uorganisk.
- Avhengig av strukturen til molekylene - nøytral og polar.
Disse inkluderer gass (luft, nitrogen, SF6-gass), mineralolje, gummi og keramiske stoffer. Disse stoffene er preget av evnen til polarisering i et elektrisk felt. Polarisering er dannelsen av ladninger med forskjellige tegn på overflaten av et stoff.
Dielektrikum inneholder et lite antall frie elektroner, mens elektronene har en sterk binding med atomkjernene og bare i sjeldne tilfeller løsnes fra dem. Dette betyr at disse stoffene ikke har evne til å lede strøm.
Denne egenskapen er svært nyttig i produksjon av produkter som brukes til beskyttelse mot elektrisk strøm: dielektriske hansker, tepper, støvler, isolatorer for elektrisk utstyr, etc.
Om halvledere
Halvlederen fungerer som mellomstoff mellom leder og dielektrikum. De lyseste representantene for denne typen stoffer er silisium, germanium, selen. I tillegg er det vanlig å referere til disse stoffene elementene i den fjerde gruppen av det periodiske systemet til Dmitry Ivanovich Mendeleev.
Halvledere har ekstra "hull"-ledning i tillegg til elektronisk ledning. Denne typen ledningsevne er avhengig av en rekke miljøfaktorer, inkludert lys, temperatur, elektriske og magnetiske felt.
Disse stoffene har svake kovalente bindinger. Under påvirkning av en av de ytre faktorene blir bindingen ødelagt, hvoretter frie elektroner dannes. Samtidig, når et elektron løsnes, forblir et fritt "hull" i sammensetningen av den kovalente bindingen. Frie "hull" tiltrekker seg naboelektroner, og derfor kan denne handlingen utføres på ubestemt tid.
Det er mulig å øke ledningsevnen til halvlederstoffer ved å introdusere forskjellige urenheter i dem. Denne teknikken er mye brukt i industriell elektronikk: i dioder, transistorer, tyristorer. La oss vurdere mer detaljert de viktigste forskjellene mellom ledere og halvledere.
Hva er forskjellen mellom en leder og en halvleder?
Hovedforskjellen mellom en leder og en halvleder er evnen til å lede elektrisk strøm. Ved lederen er den en størrelsesorden høyere.
Når temperaturverdien stiger, øker også konduktiviteten til halvledere; konduktiviteten til lederne avtar med økende.
I rene ledere, under normale forhold, frigjør strømpassasjen et mye større antall elektroner enn i halvledere. Samtidig reduserer tilsetning av urenheter ledningsevnen til ledere, men øker ledningsevnen til halvledere.
Ofte står folk som ikke har noe med elektronikk og elektroteknikk å gjøre med behovet for å utføre ulike reparasjoner i disse områdene.
I en slik situasjon vil informasjon om hvordan kabelen skiller seg fra ledningen være svært relevant.
Det ser ut til at disse konseptene er nesten identiske, men feil valg av leder kan føre til svært ubehagelige konsekvenser!
En ledning er et produkt fra den elektriske industrien, dekket med en isolerende kappe., bestående av et visst antall årer. Denne designen er skadet under en viss mekanisk påvirkning, derfor, i rom der det er høy risiko for skade, er ledningene innkapslet i stål eller kobberflett for å øke styrken.
Dens funksjon er ikke begrenset til å beskytte enheten mot mekanisk skade: i tillegg bidrar den til å beskytte den mot de negative effektene av elektromekaniske pickuper. I tillegg en viktig komponent i denne lederen er dens isolerende belegg vanligvis laget av gummi eller vinyl.
I dag tilbyr butikker 2 typer elektriske ledninger for kjøp: enkelttråd og strandet. Førstnevnte (også kalt "solid wire") krever ikke et eksternt belegg, brukes til å forbedre ytelsen til høyfrekvente elektroniske enheter.
Stranded, derimot, er mer fleksible, holdbare og motstandsdyktige mot ytre skader, derfor har de lengre levetid.
Hvis du skal montere den i et landsted eller gjennomføre en ekstra eller legge til et par utsalgssteder, uten å ty til profesjonelle tjenester, må du møte mange spørsmål.
I spesielle anmeldelser vil vi svare på spørsmål: hvordan og, finn, hvordan du installerer og hvordan du kobler til.
Beskrivelse av kabler
i hovedsak er det en gruppe kjerner isolert fra hverandre, kombinert til en enkelt struktur. Formålet med denne foreningen er å beskytte ledere mot mekanisk skade, den negative påvirkningen av det ytre miljøet, samt forenkle prosessen med installasjon og drift.
Hele strukturen er omgitt av et ekstra lag med isolerende belegg (panserhus, om nødvendig). Økte sikkerhetskrav, behov for felles installasjon og vanskelige driftsforhold - dette er forholdene under hvilke kombinasjonen av ledere til en enkelt struktur er ganske enkelt nødvendig!
Sammenligning
Hovedkarakteristikken til alle elektriske strømmer er deres maksimale nominelle spenning. For ledninger er det 100 V, mens for kabler har dette tallet praktisk talt ingen grenser..
Ledninger, i motsetning til kabler, kan ikke ha en isolerende kappe, mens for sistnevnte er det obligatorisk.Dessuten, om nødvendig, kan forbedres med spesiell rustning. Det er denne faktoren som er nøkkelen for bruk av kabelen under jorden eller i dybden, i tillegg til økt styrke og holdbarhet.
Vi gjør deg oppmerksom på en video om de komparative tekniske egenskapene til ledninger og kabler:
applikasjon
Ledninger er i de fleste tilfeller mindre motstandsdyktige mot varme, det vil si at de har dårlig termisk beskyttelse, bare på grunn av egenskapene til selve isolasjonsbelegget. Samtidig de mye lettere enn andre ledere, noe som må tas i betraktning under installasjonen.
Det er uønsket å installere et stort antall strømoverføringslinjer med maksimal effekt i et lite område, fordi rommet kan brenne helt ut i tilfelle brann!Overhead kraftledninger er et annet bruksområde for ledninger. Dem lav egenvekt gjør det mulig å trekke produkter gjennom støtter står i betydelig avstand fra hverandre.
Selvfølgelig er det mulig å legge en kabel gjennom luften, men dette vil kreve vekting av støttestengene for å forhindre at de svinger og skader lederen ytterligere.
Strømledere er ideelle for å overføre store mengder strøm i et ledende miljø. Den ytre isolasjonskappen av gummi, papir, varmebestandige polymerer, bly, vridd ståltape gjør brannfaren nesten umulig.
Så forskjellen mellom kabel og ledning er som følger. Den første består av flere ledninger forbundet med ett eller flere beskyttelseslag. Maksimal ledningsspenning er 1000 V, kan kabelen betjenes ved hvilken som helst spenning. Visse strukturelle nyanser gjør kabelen til et bedre alternativ for legging i vann eller i dypet av jorden.
Avslutningsvis foreslår vi å se en interessant og informativ video, hva er forskjellen mellom en kabel og en ledning:
Ulike materialer brukes i elektroteknikk. De elektriske egenskapene til stoffer bestemmes av antall elektroner i den ytre valensbane. Jo færre elektroner som er i denne banen, jo svakere de er bundet til kjernen, jo lettere kan de reise.
Under påvirkning av temperatursvingninger bryter elektroner seg bort fra atomet og beveger seg i det interatomiske rommet. Slike elektroner kalles frie, det er de som lager en elektrisk strøm i ledere. Er det interatomiske rommet stort, er det plass for frie elektroner å bevege seg inne i materien?
Strukturen til faste stoffer og væsker ser ut til å være kontinuerlig og tett, og ligner en trådkule i strukturen. Men faktisk er selv solide kropper mer som et fiskegarn eller et volleyballnett. På husholdningsnivå kan dette selvfølgelig ikke sees, men nøyaktig Vitenskapelig forskning det er slått fast at avstandene mellom elektroner og atomkjernen er mye større enn deres egne dimensjoner.
Hvis størrelsen på kjernen til et atom er representert som en ball på størrelse med en fotball, vil elektronene i en slik modell være på størrelse med en ert, og hver slik ert er plassert i en avstand på flere hundre og til og med tusenvis av meter fra "kjernen". Og mellom kjernen og elektronet er tomhet – det er rett og slett ingenting! Hvis vi forestiller oss avstandene mellom materiens atomer på samme skala, vil dimensjonene vise seg å være generelt fantastiske - titalls og hundrevis av kilometer!
Gode ledere av elektrisitet er metaller. For eksempel har gull- og sølvatomer bare ett elektron i sin ytre bane, så de er de beste lederne. Jern leder også strøm, men noe verre.
De leder strømmen enda dårligere. legeringer med høy motstand. Disse er nichrome, manganin, constantan, fechral og andre. En slik variasjon av høymotstandslegeringer skyldes det faktum at de er designet for å løse ulike problemer: varmeelementer, strekkmålere, eksemplariske motstander for måleinstrumenter og mye mer.
For å vurdere et materiales evne til å lede strøm ble konseptet introdusert "ledningsevne". Omvendt betydning - resistivitet. I mekanikk tilsvarer disse konseptene spesifikk tyngdekraft.
isolatorer, i motsetning til ledere, har ikke en tendens til å miste elektroner. I dem er bindingen til elektronet med kjernen veldig sterk, og det er nesten ingen frie elektroner. Mer presist er det, men veldig lite. Samtidig er det flere av dem i noen isolatorer, og kvaliteten på henholdsvis isolasjonen deres er dårligere. Det er nok å sammenligne for eksempel keramikk og papir. Derfor kan isolatorer betinget deles inn i gode og dårlige.
Utseendet til gratis ladninger selv i isolatorer skyldes termiske vibrasjoner av elektroner: under påvirkning av høy temperatur forringes isolasjonsegenskapene, noen elektroner klarer fortsatt å bryte seg bort fra kjernen.
På samme måte vil resistiviteten til en ideell leder være null. Men heldigvis er det ingen slik leder: forestill deg hvordan Ohms lov vil se ut ((I \u003d U / R) med null i nevneren !!! Farvel matematikk og elektroteknikk.
Og bare ved en temperatur på absolutt null (-273,2C °) stopper termiske svingninger helt, og den verste isolatoren blir god nok. For å bestemme numerisk "dette" dårlig - god bruk konseptet med resistivitet. Dette er motstanden i ohm til en kube med en ribbelengde på 1 cm, resistivitetsenheten oppnås i ohm / cm. Resistiviteten til noen stoffer er vist nedenfor. Konduktivitet er det gjensidige av resistivitet, - Siemens-enhet, - 1Sm = 1 / Ohm.
God ledningsevne eller lav resistivitet har: sølv 1,5 * 10 ^ (-6), avlest som (halvannen ti i potensen minus seks), kobber 1,78 * 10 ^ (-6), aluminium 2,8 * 10^(- 6). Konduktiviteten er mye dårligere for legeringer med høy motstand: konstantan 0,5 * 10 ^ (-4), nikrom 1,1 * 10 ^ (-4). Disse legeringene kan kalles dårlige ledere. Etter alle disse komplekse tallene bør ohm / cm erstattes.
Videre kan halvledere skilles ut i en egen gruppe: germanium 60 ohm / cm, silisium 5000 ohm / cm, selen 100 000 ohm / cm. Resistiviteten til denne gruppen er større enn for dårlige ledere, men mindre enn for dårlige isolatorer, for ikke å nevne gode. Sannsynligvis, med samme suksess, kan halvledere kalles halvisolatorer.
Etter en så kort kjennskap til atomets struktur og egenskaper, bør man vurdere hvordan atomer interagerer med hverandre, hvordan atomer interagerer med hverandre, hvordan molekyler oppnås fra dem, som utgjør ulike stoffer. For å gjøre dette må vi igjen huske elektronene i atomets ytre bane. Tross alt er de involvert i koblingen av atomer til molekyler og bestemmer de fysiske og kjemiske egenskapene til materie.
Hvordan molekyler er laget av atomer
Ethvert atom er i en stabil tilstand hvis det er 8 elektroner i dens ytre bane. Han søker ikke å ta elektroner fra naboatomer, men gir ikke opp sine egne. For å bekrefte gyldigheten av dette, er det nok å se på de inerte gassene i det periodiske systemet: neon, argon, krypton, xenon. Hver av dem har 8 elektroner i den ytre bane, noe som forklarer motviljen til disse gassene til å inngå relasjoner (kjemiske reaksjoner) med andre atomer, for å bygge kjemiske molekyler.
Situasjonen er helt annerledes for de atomene som ikke har de kjære 8 elektronene i den ytre bane. Slike atomer foretrekker å forene seg med andre for å supplere sin ytre bane med opptil 8 elektroner på grunn av dem og oppnå en rolig stabil tilstand.
Ta for eksempel det velkjente vannmolekylet H2O. Den består av to hydrogenatomer og ett oksygenatom, som vist i figur 1.
Bilde 1
Øverst på figuren er to hydrogenatomer og ett oksygenatom vist separat. Det er 6 elektroner i den ytre bane av oksygen og to elektroner i nærheten av to hydrogenatomer. Oksygen, opp til det kjære tallet 8, mangler bare to elektroner i den ytre bane, som det vil motta ved å feste to hydrogenatomer til seg selv.
Hvert hydrogenatom mangler 7 elektroner i sin ytre bane for å være helt lykkelig. Det første hydrogenatomet mottar 6 elektroner fra oksygen og ett elektron til fra tvillingen, det andre hydrogenatomet, inn i sin ytre bane. Det er nå 8 elektroner i dens ytre bane sammen med elektronet. Det andre hydrogenatomet fullfører også sin ytre bane til det ettertraktede tallet 8. Denne prosessen er vist nederst i figur 1.
Figur 2 viser prosessen med å kombinere natrium- og kloratomer. Som et resultat oppnås natriumklorid, som selges i butikker under navnet bordsalt.
Figur 2. Prosessen med å kombinere natrium- og kloratomer
Også her mottar hver av deltakerne det manglende antallet elektroner fra den andre: klor tilsetter et enkelt natriumelektron til sine egne syv elektroner, mens det gir sitt eget til natriumatomet. Begge atomene har 8 elektroner i den ytre bane, og oppnår dermed fullstendig enighet og velvære.
Valens av atomer
Atomer som har 6 eller 7 elektroner i sin ytre bane har en tendens til å legge til 1 eller 2 elektroner til seg selv. Slike atomer sies å være monovalente eller toverdige. Men hvis det er 1, 2 eller 3 elektroner i den ytre bane av et atom, har et slikt atom en tendens til å gi dem bort. I dette tilfellet anses atomet som ett, to eller tre valent.
Hvis den ytre banen til et atom inneholder 4 elektroner, foretrekker et slikt atom å forenes med det samme, som også har 4 elektroner. Dette er hvordan atomene til germanium og silisium kombineres, som brukes til fremstilling av transistorer. I dette tilfellet kalles atomene tetravalente. (Atomer av germanium eller silisium kan kombineres med andre elementer, for eksempel oksygen eller hydrogen, men disse forbindelsene er ikke interessante for vår historie.)
Figur 3 viser et germanium- eller silisiumatom som ønsker å kombineres med samme atom. De små svarte sirklene er atomets egne elektroner, og lyssirklene indikerer stedene hvor elektronene til de fire naboatomene vil falle.
Figur 3. Atom av germanium (silisium).
Krystallstruktur av halvledere
Germanium- og silisiumatomene i det periodiske systemet er i samme gruppe som karbon (den kjemiske formelen til diamant er C, som bare er store karbonkrystaller oppnådd under visse forhold), og derfor, når de kombineres, danner de en diamantlignende krystall struktur. Dannelsen av en slik struktur er vist, i en forenklet form, selvfølgelig i figur 4.
Figur 4.
Det er et germanium-atom i midten av kuben, og 4 flere atomer er plassert i hjørnene. Atomet som er avbildet i midten av kuben er forbundet med sine nærmeste naboer med sine valenselektroner. På sin side donerer hjørneatomene sine valenselektroner til atomet som ligger i midten av kuben og til naboene - atomer som ikke er vist på figuren. Dermed er de ytre banene fullført til åtte elektroner. Selvfølgelig er det ingen kube i krystallgitteret, det er ganske enkelt vist på figuren slik at det gjensidige, volumetriske arrangementet av atomer er klart.
Men for å forenkle historien om halvledere så mye som mulig, kan krystallgitteret avbildes som en flat skjematisk tegning, til tross for at de interatomiske bindingene fortsatt befinner seg i rommet. Et slikt opplegg er vist i figur 5.
Figur 5. Krystallgitteret av germanium i flat form.
I en slik krystall er alle elektroner godt festet til atomer ved deres valensbindinger, så det er tilsynelatende rett og slett ingen frie elektroner her. Det viser seg at vi har en isolator i figuren, siden det ikke er frie elektroner i den. Men det er det faktisk ikke.
Egen ledningsevne
Faktum er at under påvirkning av temperatur klarer noen elektroner fortsatt å løsrive seg fra atomene sine, og i noen tid frigjøre seg fra binding med kjernen. Derfor eksisterer et lite antall frie elektroner i germaniumkrystallen, på grunn av hvilke det er mulig å lede en elektrisk strøm. Hvor mange frie elektroner finnes i en germaniumkrystall under normale forhold?
Det er ikke mer enn to slike frie elektroner per 10 ^ 10 (ti milliarder) atomer, så germanium er en dårlig leder, eller, som de sier, en halvleder. Det skal bemerkes at bare ett gram germanium inneholder 10 ^ 22 (ti tusen milliarder milliarder) atomer, som lar deg "få" rundt to tusen milliarder frie elektroner. Det ser ut til å være nok til å passere en stor elektrisk strøm. For å håndtere dette problemet er det nok å huske hva en strøm på 1 A er.
En strøm på 1 A tilsvarer passasjen gjennom lederen på ett sekund av en elektrisk ladning på 1 Coulomb, eller 6 * 10 ^ 18 (seks milliarder milliarder) elektroner per sekund. På denne bakgrunn kan to tusen milliarder frie elektroner, dessuten spredt over en enorm krystall, vanskelig sikre passasje av store strømmer. Selv om det på grunn av termisk bevegelse eksisterer en liten ledningsevne av germanium. Dette er den såkalte indre ledningsevnen.
Elektronisk og hullledningsevne
Når temperaturen stiger, blir ekstra energi gitt til elektronene, deres termiske vibrasjoner blir mer energiske, som et resultat av at noen elektroner klarer å bryte seg bort fra atomene deres. Disse elektronene blir frie og, i fravær av et eksternt elektrisk felt, gjør kaotiske bevegelser, beveger seg i ledig plass.
Atomer som har mistet elektroner kan ikke gjøre tilfeldige bevegelser, men svinger bare litt i forhold til sin normale posisjon i krystallgitteret. Slike atomer som har mistet elektroner kalles positive ioner. Vi kan anta at i stedet for elektroner som er revet ut av atomene deres, oppnås ledige steder, som vanligvis kalles hull.
Generelt er antallet elektroner og hull det samme, så et hull kan fange opp et elektron som er i nærheten. Som et resultat blir atomet fra et positivt ion igjen nøytralt. Prosessen med å kombinere elektroner med hull kalles rekombinasjon.
Frigjøring av elektroner fra atomer skjer med samme frekvens, derfor er i gjennomsnitt antall elektroner og hull for en bestemt halvleder lik, er en konstant verdi og avhenger av ytre forhold, først og fremst temperatur.
Hvis en spenning påføres en halvlederkrystall, vil bevegelsen av elektroner bli ordnet, en strøm vil flyte gjennom krystallen på grunn av dens elektroniske ledningsevne og hullledningsevne. Denne ledningsevnen kalles indre, den har allerede blitt nevnt litt høyere.
Men halvledere i sin rene form, som har elektronisk og hullledningsevne, er uegnet for produksjon av dioder, transistorer og andre deler, siden grunnlaget for disse enhetene er p-n (les "pe-en")-krysset.
For å oppnå en slik overgang trengs to typer halvledere, to typer konduktivitet (p - positiv - positiv, hull) og (n - negativ - negativ, elektronisk). Disse typer halvledere oppnås ved doping, tilsetning av urenheter til rene germanium- eller silisiumkrystaller.
Selv om mengden av urenheter er veldig liten, endrer deres tilstedeværelse i stor grad egenskapene til halvlederen, noe som gjør det mulig å oppnå halvledere med forskjellig ledningsevne. Dette vil bli diskutert i neste del av artikkelen.
Boris Aladyshkin,
ledermotstand. Konduktivitet. Dielektrikk. Bruk av ledere og isolatorer. Halvledere.
Fysiske stoffer er forskjellige i deres elektriske egenskaper. De mest omfattende stoffklassene er ledere og dielektriske stoffer.
konduktører
Hovedtrekket til ledere- tilstedeværelsen av gratis ladningsbærere som deltar i termisk bevegelse og kan bevege seg gjennom hele materievolumet.
Som regel inkluderer slike stoffer saltløsninger, smelter, vann (unntatt destillert vann), fuktig jord, menneskekroppen og selvfølgelig metaller.
Metaller anses å være de beste lederne av elektrisk ladning.
Det finnes også veldig gode ledere som ikke er metaller.
Blant slike ledere er karbon det beste eksemplet.
Alle konduktører har egenskaper som f.eks motstand
og ledningsevne
. På grunn av det faktum at elektriske ladninger, som kolliderer med atomer eller ioner av et stoff, overvinner en viss motstand mot deres bevegelse i et elektrisk felt, er det vanlig å si at ledere har elektrisk motstand ( R).
Resiprok av motstand kalles konduktivitet ( G).
G = 1/R
Det vil si ledningsevnen – er egenskapen eller evnen til en leder til å lede en elektrisk strøm.
Du må forstå det gode dirigenter representerer en svært liten motstand mot strømmen av elektriske ladninger og følgelig, har høy ledningsevne. Jo bedre lederen er, jo større er dens ledningsevne. For eksempel har en kobberleder b Om
større ledningsevne enn en aluminiumsleder, og ledningsevnen til en sølvleder er høyere enn til en kobberleder.
Dielektrikk
Dielektrikken er, for det første, gasser som leder elektriske ladninger svært dårlig. Samt glass, porselen, keramikk, gummi, papp, tørt tre, diverse plast og harpiks.
Varer laget av dielektrikum kalles isolatorer. Det skal bemerkes at de dielektriske egenskapene til isolatorer i stor grad avhenger av staten miljø. Så, under forhold med høy luftfuktighet (vann er en god leder), kan noen dielektriske stoffer delvis miste sine dielektriske egenskaper.
Om bruk av ledere og isolatorer
For eksempel, alle elektriske ledninger i huset er laget av metall (oftest kobber eller aluminium). Og kappen til disse ledningene eller pluggen som er koblet til stikkontakten, må være laget av forskjellige polymerer, som er gode isolatorer og ikke tillater elektriske ladninger å passere gjennom.
Det bør merkes at begrepene "leder" eller "isolator" ikke reflekterer kvalitative egenskaper: egenskapene til disse materialene er faktisk i et bredt spekter - fra veldig gode til veldig dårlige.
Sølv, gull, platina er veldig gode ledere, men disse er dyre metaller, så de brukes kun der prisen er mindre viktig sammenlignet med funksjonen til produktet (rom, forsvarsindustri).
Kobber og aluminium er også gode ledere og samtidig rimelige, noe som forutbestemte deres utbredte bruk.
Tungsten og molybden, tvert imot, er dårlige ledere og kan av denne grunn ikke brukes i elektriske kretser (de vil forstyrre driften av kretsen), men den høye motstanden til disse metallene, kombinert med infusibility, forhåndsbestemt bruken i glødelamper og varmeelementer med høy temperatur.
isolatorer det er også veldig gode, bare gode og dårlige. Dette skyldes at det i ekte dielektrikum også finnes frie elektroner, selv om det er svært få av dem. Utseendet til gratis ladninger selv i isolatorer skyldes termiske vibrasjoner av elektroner: under påvirkning av høy temperatur klarer noen elektroner fortsatt å bryte seg bort fra kjernen og de isolerende egenskapene til dielektrikumet forringes. I noen dielektriker er det flere frie elektroner, og kvaliteten på isolasjonen deres er følgelig dårligere. Det er nok å sammenligne for eksempel keramikk og papp.
Den beste isolatoren er et ideelt vakuum, men det er praktisk talt uoppnåelig på jorden. Helt rent vann ville også vært en flott isolator, men har noen sett det i virkeligheten? Og vann med tilstedeværelse av urenheter er allerede en ganske god leder.
Kvalitetskriteriet til en isolator er dens overholdelse av funksjonene den må utføre i en gitt krets. Hvis de dielektriske egenskapene til et materiale er slik at enhver lekkasje gjennom det er ubetydelig (påvirker ikke driften av kretsen), anses et slikt materiale som en god isolator.
Halvledere
Det er stoffer, som i sin ledningsevne inntar en mellomposisjon mellom ledere og dielektrikum.
Slike stoffer kalles halvledere.
De skiller seg fra ledere i den sterke avhengigheten av ledningsevnen til elektriske ladninger av temperatur, så vel som av konsentrasjonen av urenheter, og kan ha egenskapene til både ledere og dielektriske stoffer.
I motsetning til metalliske ledere, der ledningsevnen avtar med økende temperatur, for halvledere, øker ledningsevnen med økende temperatur, og motstanden, som den resiproke av ledningsevnen, avtar.
Ved lave temperaturer halvledermotstand, sett fra ris. en, har en tendens til uendelig.
Dette betyr at ved en temperatur på absolutt null har en halvleder ingen frie bærere i ledningsbåndet, og i motsetning til ledere, oppfører den seg som et dielektrikum.
Med en økning i temperaturen, så vel som med tilsetning av urenheter (doping), øker ledningsevnen til halvlederen og den får egenskapene til en leder.
Ris. en. Avhengigheten av motstanden til ledere og halvledere på temperatur
