Електрическата проводимост характеризира способността на тялото да провежда електричество. Проводимост - стойност на съпротивлението. Във формулата то е обратно пропорционално на електрическото съпротивление и те всъщност се използват за обозначаване на същите свойства на материала. Проводимостта се измерва в Siemens: [Sm]=.
Видове електрическа проводимост:
— Електронна проводимост, където носителите на заряд са електрони. Тази проводимост е характерна предимно за металите, но присъства в една или друга степен в почти всеки материал. С повишаване на температурата електронната проводимост намалява.
— Йонна проводимост. Съществува в газообразни и течни среди, където има свободни йони, които също пренасят заряди, движейки се в обема на средата под въздействието на електромагнитно полеили друго външно влияние. Използва се в електролити. С повишаване на температурата йонна проводимостсе увеличава, тъй като се произвеждат повече високоенергийни йони и вискозитетът на средата намалява.
— Проводимост на дупки. Тази проводимост се причинява от липсата на електрони в кристалната решетка на материала. Всъщност електроните отново пренасят заряд тук, но те сякаш се движат по протежение на решетката, заемайки последователно свободни пространства в нея, за разлика от физическото движение на електроните в металите. Този принцип се използва в полупроводниците, заедно с електронната проводимост.
Исторически, първите материали, които започват да се използват в електротехниката, са метали и диелектрици (изолатори с ниска електрическа проводимост). Сега получено широко приложениев електронните полупроводници. Те заемат междинно положение между проводници и диелектрици и се характеризират с факта, че количеството на електрическата проводимост в полупроводниците може да се регулира от различни влияния. Повечето съвременни проводници са направени от силиций, германий и въглерод. В допълнение, други вещества могат да се използват за получаване на PP, но те се използват много по-рядко.
IN важноима пренос на ток с минимални загуби. В това отношение важна роля играят металите с висока електрическа проводимост и съответно ниско електрическо съпротивление. Най-добро в това отношение е среброто (62 500 000 S/m), следвано от медта (58 100 000 S/m), златото (45 500 000 S/m), алуминият (37 000 000 S/m). В съответствие с икономическата осъществимост най-често се използват алуминий и мед, докато медта е малко по-ниска по проводимост от среброто. Всички останали метали нямат индустриално значение за производството на проводници.
За да говорим за електрическа проводимост, трябва да помним природата на електрическия ток като такъв. Така че, когато поставяте каквото и да е вещество вътре електрическо полевъзниква движение на заряда. Това движение провокира действието на електрическо поле. Това е потокът от електрони, който е електрическият ток. Силата на тока, както знаем от училищни уроцивъв физиката, измерена в ампери и обозначена латиница I. 1 A представлява електрически ток, в който преминава заряд от 1 кулон за време, равно на една секунда.
Електрическият ток се предлага в няколко вида, а именно:
- постоянен ток, който не се променя по отношение на индикатора и траекторията на движение в нито един момент;
- променлив ток, който променя своя показател и траектория във времето (произведен от генератори и трансформатори);
- пулсиращият ток претърпява промени в големината, но не променя посоката си.
Показателят за електропроводимост е пряко свързан със съдържанието на свободно движещи се заряди в материала, които нямат връзка с кристалната мрежа, молекули или атоми.
Така, според степента на токова проводимост, материалите се разделят на следните видове:
- проводници;
- диелектрици;
- полупроводници.
Високата електрическа проводимост се тълкува в електронната теория. По този начин електроните пътуват между атомите в целия проводник поради тяхната слабост валентна връзкас ядки. Тоест, свободно движещи се заредени частици вътре в метала покриват празнините между атомите и се характеризират с хаотично движение. Ако метален проводник се постави в електрическо поле, електроните ще приемат ред в своето движение, придвижвайки се към полюса с положителен заряд. Поради това се създава електрически ток. Скоростта на разпространение на електрическото поле в пространството е подобна на скоростта на светлината. Именно с тази скорост електрическият ток се движи вътре в проводника. Заслужава да се отбележи, че това не е скоростта на движение на самите електрони (тяхната скорост е много малка и е равна на максимум няколко mm/sec), а скоростта на разпространение на електричеството в цялото вещество.
Когато зарядите се движат свободно вътре в проводника, те срещат по пътя си различни микрочастици, с които се сблъскват и към тях се предава известна енергия. Известно е, че проводниците изпитват топлина. Това се случва именно защото, преодолявайки съпротивлението, енергията на електроните се разпространява като топлоотдаване.
Такива „случаи“ на заряди създават пречка за движението на електрони, което във физиката се нарича съпротивление. Ниското съпротивление не нагрява много проводника, но високото съпротивление води до по-високи температури. Последното явление се използва в нагревателните устройства, както и в традиционните лампи с нажежаема жичка. Съпротивлението се измерва в ома. Означава се с латинската буква R.
Електропроводимост- явление, което отразява способността на метал или електролит да провежда електрически ток. Тази стойност е реципрочната на електрическото съпротивление.
Електрическата проводимост се измерва със Siemens (Cm) и се обозначава с буквата G.
Тъй като атомите създават пречка за преминаването на тока, индексът на съпротивление на веществата е различен. За обозначаване е въведена концепцията за съпротивление (Ohm-m), която предоставя информация за проводимостта на веществата.
Съвременните проводящи материали имат формата на тънки ленти или жици с определено напречно сечение и определена дължина. Специфична електропроводимост и съпротивлениеизмерено в следните единици: Sm/mm.sq и Ohm-mm.sq.m/m съответно.
По този начин електрическото съпротивление и електрическата проводимост са характеристики на проводимостта на материала, чиято площ на напречното сечение е 1 mm2, а дължината е 1 m за характеристиката е 20 градуса по Целзий.
Добри проводници на електрически ток сред металите са благородните метали, а именно златото и среброто, както и медта, хромът и алуминият. Стоманените и железните проводници имат повече слаби характеристики. Струва си да се отбележи, че чистите метали имат по-добри свойства на електропроводимост в сравнение с металните сплави. За висока устойчивост, ако е необходимо, се използват волфрамови, нихромови и постоянни проводници.
С познаването на съпротивлението или проводимостта е много лесно да се изчисли съпротивлението и проводимостта на конкретен проводник. В този случай при изчисленията трябва да се използва дължината и площта на напречното сечение на конкретен проводник.
Важно е да знаете, че индикаторът за електрическа проводимост, както и съпротивлението на всеки материал, зависи пряко от температурния режим. Това се обяснява с факта, че с промените в температурата настъпват промени в честотата и амплитудата на атомните вибрации. По този начин, с повишаване на температурата, съпротивлението на потока от движещи се заряди също ще се увеличи. И когато температурата намалява, съпротивлението намалява съответно и електрическата проводимост се увеличава.
При някои материали зависимостта на температурата от съпротивлението е силно изразена, при други е по-слабо изразена.
Електропроводимост(електрическа проводимост, проводимост) - способността на тялото да провежда електрически ток, както и физическото количество, което характеризира тази способност и е обратното на електрическото съпротивление. В Международната система от единици (SI) мерната единица за електрическа проводимост е Siemens (руско обозначение: См; международен: С), определена като 1 Sm = 1 Ohm -1, тоест като електрическата проводимост на областта електрическа веригасъпротивление 1 ом.
Енциклопедичен YouTube
-
1 / 5
Специфичната проводимост (електропроводимост) е мярка за способността на веществото да провежда електрически ток. Според закона на Ом, в линейно изотропно вещество, специфичната проводимост е коефициентът на пропорционалност между плътността на възникващия ток и големината на електрическото поле в средата:
J → = σ E → , (\displaystyle (\vec (J))=\sigma \,(\vec (E)),)В нехомогенна среда σ може да зависи (и в общ случайзависи) от координатите, т.е. не съвпада в различни точки на проводника.
Проводимостта на анизотропна (за разлика от изотропна) среда, най-общо казано, не е скалар, а тензор (симетричен тензор от ранг 2) и умножението с него се свежда до матрично умножение:
J i = ∑ k = 1 3 σ i k E k , (\displaystyle J_(i)=\sum \limits _(k=1)^(3)\sigma _(ik)\,E_(k,)в този случай векторите на плътността на тока и напрегнатостта на полето обикновено не са колинеарни.
За всяка линейна среда можете да изберете локално (и ако средата е хомогенна, тогава глобално) т.нар. собствена основа - ортогонална система Декартови координати, при което матрицата става диагонална, т.е. приема формата, в която от девет компонента σ i k (\displaystyle \sigma _(ik))Само три са различни от нула: σ 11 (\displaystyle \sigma _(11)), σ 22 (\displaystyle \sigma _(22))И σ 33 (\displaystyle \sigma _(33)). В този случай обозначаването σ i i (\displaystyle \sigma _(ii))как вместо предишната формула получаваме по-проста
J i = σ i E i . (\displaystyle J_(i)=\sigma _(i)E_(i).)Количества σ i (\displaystyle \sigma _(i))Наречен основни ценноститензор на проводимост. В общия случай горната зависимост е валидна само в една координатна система.
Реципрочната стойност на проводимостта се нарича съпротивление.
Най-общо казано, линейната връзка, написана по-горе (както скаларна, така и тензорна), е в най-добрия случай приблизително правилна и това приближение е добро само за относително малки количества д. Въпреки това, дори и с такива стойности д, когато са забележими отклонения от линейността, електрическата проводимост може да запази ролята си на коефициент в линейния член на разширението, докато други, по-високи, членове на разширението ще осигурят корекции, които осигуряват добра точност. В случай на нелинейна зависимост Джот двъведени диференциалпроводимост σ = d J / d E (\displaystyle \sigma =dJ/dE)(за анизотропна среда: σ i k = d J i / d E k (\displaystyle \sigma _(ik)=dJ_(i)/dE_(k))).
Електропроводимост Ждължина на проводника Лс площ на напречното сечение Сможе да се изрази чрез специфичната проводимост на веществото, от което е направен проводникът, следната формула:
G = σ S L . (\displaystyle G=\sigma (\frac (S)(L)).)Специфична проводимост на някои вещества
Специфичната проводимост е дадена при +20 °C:
вещество см/м сребро 62 500 000 мед 59 500 000 злато 45 500 000 алуминий 38 000 000 магнезий 22 700 000 иридий 21 100 000 молибден 18 500 000 волфрам 18 200 000 цинк 16 900 000 никел 11 500 000 чисто желязо 10 000 000 платина 9 350 000 калай 8 330 000 лята стомана 7 690 000 водя 4 810 000 никел сребро 3 030 000 константан 2 000 000 манганин 2 330 000 1 040 000 нихром 893 000 графит 125 000 морска вода 3 земята е мокра 10 −2 дестилирана вода 10 −4 мрамор 10 −8 стъклена чаша 10 −11 порцелан 10 −14 кварцово стъкло 10 −16 кехлибар 10 −18 Електропроводимост на разтвори
Скоростта на движение на йона зависи от силата на електрическото поле, температурата, вискозитета на разтвора, радиуса и заряда на йона и междуйонното взаимодействие.
В разтвори на силни електролити се наблюдава концентрационната зависимост на електропроводимостта и се обяснява с действието на два взаимно противоположни ефекта. От една страна, с увеличаване на разреждането броят на йоните в единица обем разтвор намалява. От друга страна, тяхната скорост се увеличава поради отслабването на инхибирането от йони с противоположен знак.
Физическа природа на електрическото съпротивление.Когато свободните електрони се движат в проводник, те се сблъскват по пътя си с положителни йони 2 (виж фиг. 10, а), атоми и молекули на веществото, от което е направен проводникът, и им предават част от енергията си. В този случай енергията на движещите се електрони в резултат на сблъсъка им с атоми и молекули се освобождава частично и се разсейва под формата на топлина, нагрявайки проводника. Поради факта, че електроните, сблъсквайки се с частици на проводник, преодоляват известно съпротивление при движение, е обичайно да се казва, че проводниците имат електрическо съпротивление. Ако съпротивлението на проводника е ниско, той се нагрява относително слабо от тока; ако съпротивлението е високо, проводникът може да се нагорещи. Проводниците, подаващи електрически ток към електрическата печка, почти не се нагряват, тъй като съпротивлението им е ниско, а спиралата на печката, която има голямо съпротивление, се нажежава. Нажежаемата жичка на електрическата лампа се нагрява още повече.
Единицата за съпротивление е ом. Един проводник има съпротивление от 1 Ohm, през който преминава ток от 1 A с потенциална разлика в краищата (напрежение), равна на 1 V. Еталонът на съпротивление от 1 Ohm е живачен стълб с дължина 106,3 cm и напречен площ на сечението 1 mm2 при температура 0°C. На практика съпротивлението често се измерва в хиляди ома - килоома (kOhm) или милиони ома - мегаома (MOhm). Съпротивлението се обозначава с буквата R (r).
Проводимост.Всеки проводник може да се характеризира не само със своето съпротивление, но и с така наречената проводимост - способността да провежда електрически ток. Проводимостта е реципрочната на съпротивлението. Единицата за проводимост се нарича сименс (Sm). 1 см е равен на 1/1 ом. Проводимостта се обозначава с буквата G (g). следователноG = 1/R(4)
Електрическо съпротивление и проводимост. Атоми различни веществаосигуряват неравномерно съпротивление на преминаването на електрически ток. Способността на отделните вещества да провеждат електрически ток може да се съди по тяхното електрическо съпротивление p. Стойността, характеризираща съпротивлението, обикновено се приема за съпротивление на куб с ръб 1 m. Електрическото съпротивление се измерва в Ohm*m. За да се прецени електропроводимостта на материалите, се използва и понятието специфична електропроводимост ? Специфичната електрическа проводимост се измерва в сименс на метър (S/m) (проводимост на куб с ръб 1 m). Електрическото съпротивление често се изразява в ом-сантиметри (Ohm*cm), а електрическата проводимост в сименс на сантиметър (S/cm). При което 1 Ohm*cm = 10 -2 Ohm*m и 1 S/cm = 10 2 S/m.
Материалите за проводници се използват главно под формата на проводници, пръти или ленти, чиято площ на напречното сечение обикновено се изразява в квадратни милиметри, а дължината в метри. Следователно за електрическото съпротивление на такива материали и електрическата проводимост са въведени други мерни единици: ? измерено в Ohm * mm 2 / m (съпротивление на проводник с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 mm 2), а? - в Sm*m/mm2 (проводимост на проводник с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 mm2).
От металите най-висока електропроводимост имат среброто и медта, тъй като структурата на техните атоми позволява лесно движение на свободните електрони, следвани от златото, хрома, алуминия, мангана, волфрама и др. Желязото и стоманата провеждат ток по-зле.
Чистите метали винаги провеждат електричество по-добре от техните сплави. Следователно в електротехниката се използва предимно много чиста мед, съдържаща само 0,05% примеси. И обратно, в случаите, когато е необходим материал с висока устойчивост (за различни нагревателни уреди, реостати и др.), Използват се специални сплави: константан, манганин, нихром, фехрал.
Трябва да се отбележи, че в технологията освен метални проводници се използват и неметални. Такива проводници включват например въглерод, от който са направени четки електрически машини, електроди за прожектори и др. Проводници на електрически ток са земната дебелина, живите тъкани на растения, животни и хора. Влажното дърво и много други изолационни материали провеждат електричество, когато са мокри.
Електрическото съпротивление на проводника зависи не само от материала на проводника, но и от неговата дължина l и площта на напречното сечение s. (Електрическото съпротивление е подобно на съпротивлението, предлагано на движението на водата в тръба, което зависи от площта на напречното сечение на тръбата и нейната дължина.)
Съпротивление на прав проводникR= ? l/s (5)
Ако съпротивление? изразено в Ohm*mm/m, тогава, за да се получи съпротивлението на проводника в омове, неговата дължина трябва да бъде заменена във формула (5) в метри, а площта на напречното сечение в квадратни милиметри.
Зависимост на устойчивостта от температурата.Електрическата проводимост на всички материали зависи от тяхната температура. В металните проводници при нагряване обхватът и скоростта на вибрациите на атомите в кристалната решетка на метала се увеличават, в резултат на което се увеличава и съпротивлението, което те оказват на потока от електрони. При охлаждане се получава обратното явление: неподредени трептящо движениеатоми във възлите кристална решетканамалява, тяхното съпротивление срещу потока от електрони намалява и електропроводимостта на проводника се увеличава.
В природата обаче има някои сплави: фехрал, константан, манганин и др., В които електрическото съпротивление се променя относително малко в определен температурен диапазон. Такива сплави се използват в технологията за производство на различни резистори, използвани в електрически измервателни уреди и някои устройства за компенсиране на влиянието на температурата върху тяхната работа.
Степента на промяна на съпротивлението на проводниците с температурни промени се оценява по така наречения температурен коефициент на съпротивление a. Този коефициент представлява относителното увеличение на съпротивлението на проводника при повишаване на температурата му с 1 °C. В табл Таблица 1 показва стойностите на температурния коефициент на съпротивление за най-често използваните проводникови материали.
Съпротивление на метален проводник R t при всяка температура t
R t = R 0 [ 1 + ? (t - t 0)] (6)
където R 0 е съпротивлението на проводника при определена начална температура t 0 (обикновено при + 20 ° C), което може да се изчисли по формула (5);
t- t 0 - промяна на температурата.
Свойството на металните проводници да увеличават устойчивостта си при нагряване често се използва в модерна технологияза измерване на температурата. Например, когато се изпитват тягови двигатели след ремонт, температурата на нагряване на техните намотки се определя чрез измерване на съпротивлението им в студено състояние и след работа под товар за определен период (обикновено 1 час).
Докато изучаваха свойствата на металите по време на дълбоко (много силно) охлаждане, учените откриха забележителен феномен: близо до абсолютната нула (-273,16 °C), някои метали почти напълно губят електрическо съпротивление. Стават идеални водачи, способни дълго времепропускат ток през затворена верига без влияние от източник на електрическа енергия. Това явление се нарича свръхпроводимост. В момента са създадени прототипи на електропроводи и електрически машини, които използват явлението свръхпроводимост. Такива машини имат значително по-малко тегло и габаритни размери в сравнение с машините с общо предназначение и работят с много висока ефективност. В този случай електропроводите могат да бъдат направени от проводници с много малко напречно сечение. В бъдеще това явление ще се използва все повече и повече в електротехниката.
електропроводимост Система SI Тип производна Siemens(Руско обозначение: См; международно наименование: С) е единица за електрическа проводимост в Международната система единици (SI), реципрочна на ома. По дефиниция siemens е равна на електрическата проводимост на проводник (участък от електрическа верига), чието съпротивление е 1 ом.
Чрез други единици SI на Siemens се изразява, както следва:
1 cm = 1 / Ohm = / = kg −1 · −2 · ³ ².
В съответствие с правилата на SI относно производните единици, наречени на учени, името на единицата на Сименс се изписва с малка буква, а нейното обозначение с главна буква.
Преди това името се използваше мес(на английски mho), което е думата "ом", прочетена назад (ом); обозначава се с обърната буква Ω: ℧ (\displaystyle \mho )(Unicode U+2127 , ℧).
Преди Втората световна война (в СССР до 60-те години на миналия век) сименс е единица за електрическо съпротивление, съответстваща на съпротивлението на живачен стълб с дължина 1 m и диаметър 1 mm при 0 °C. То съответства приблизително на 0,9534 ома. Тази единица е въведена от Siemens през 1860 г. и се конкурира с ома, който най-накрая е избран за единица за съпротивление на Световния конгрес на електроинженерите през 1881 г. Въпреки това Сименсът като единица за съпротива се използва широко от сигналисти по целия свят до средата на 20 век.
Кратни и подкратни
Десетичните кратни и подкратни се образуват с помощта на стандартни SI префикси.
Кратни Dolnye величина Име обозначаване величина Име обозначаване 10 1 см деказименс YesSm daS 10 −1 cm decisiemens dcm dS 10 2 см хектозименс gsm hS 10 −2 cm сантисименс scm cS 10 3 см килосименс kSm kS 10 −3 cm милисименс mSm Госпожица 10 6 см мегасименс МСМ Г-ЦА 10 −6 cm микросименс µS µS 10 9 см гигасименс горива и смазочни материали Г.С. 10 −9 cm наномери nSm nS 10 12 см Терасименс TSM Т.С. 10 −12 см пикозименс psm pS 10 15 см petasimens PSM PS 10 −15 см фемтозименс fSm fS 10 18 см excasimens ESM ES 10 −18 см атозименс aSm като 10 21 см zettasiemens ЗСм ZS 10 −21 см зептосименс zSm zS 10 24 см iottasiemens ISM YS 10 −24 см ioctosiemens iSm yS Приложи
