Elektros srovės laidininkai

Kiekvienas asmuo, kuris nuolat naudojasi elektros prietaisais, susiduria su:

1. laidai, kuriais teka elektros srovė;

2. izoliacinių savybių turintys dielektrikai;

3. puslaidininkiai, kurie sujungia pirmųjų dviejų tipų medžiagų charakteristikas ir keičia jas priklausomai nuo taikomo valdymo signalo.

Išskirtinis kiekvienos iš šių grupių bruožas yra elektros laidumo savybė.

Kas yra dirigentas

Laidininkai apima tas medžiagas, kurių struktūroje yra daug laisvų, nesusijusių elektros krūvių, kurie gali pradėti judėti veikiami išorinės jėgos. Jie gali būti kieti, skysti arba dujiniai.

Jei paimsite du laidus su potencialų skirtumu ir jų viduje prijungsite metalinį laidą, tada per juos tekės elektros srovė. Jo nešėjai bus laisvieji elektronai, kurių nesulaiko atomų ryšiai. Jie apibūdina elektrinis laidumas arba bet kokios medžiagos gebėjimas per save praleisti elektros krūvius — srovę.

Elektros laidumo vertė yra atvirkščiai proporcinga medžiagos varžai ir matuojama atitinkamu vienetu: siemens (cm).

1 cm = 1/1 omo.

Gamtoje krūvininkai gali būti:

• elektronai;

• jonai;

• skyles.

Pagal šį principą elektros laidumas skirstomas į:

• elektroninis;

• joninis;

• duobė.

Laido kokybė leidžia įvertinti jame tekančios srovės priklausomybę nuo taikomos įtampos vertės. Įprasta tai vadinti nurodant šių elektrinių dydžių matavimo vienetus - voltų amperų charakteristiką.

Laidieji laidai

Dažniausi šio tipo atstovai yra metalai. Jų elektros srovė sukuriama išimtinai judant elektronų srautą.

Metalų viduje jie yra dviejų būsenų:

• susijęs su atominėmis sanglaudos jėgomis;

• Nemokamas.

Elektronai, laikomi orbitoje atomo branduolio traukos jėgų, paprastai nedalyvauja kuriant elektros srovę, veikiant išorinėms elektrovaros jėgoms. Laisvosios dalelės elgiasi skirtingai.

Jei ant metalinės vielos netaikomas EMF, tada laisvieji elektronai juda atsitiktinai, atsitiktinai, bet kuria kryptimi. Šis judėjimas atsiranda dėl šiluminės energijos. Jam būdingas skirtingas kiekvienos dalelės judėjimo greitis ir kryptis bet kuriuo momentu.

Kai laidininką veikia išorinio E intensyvumo lauko energija, tai jėga, nukreipta priešinga taikomam laukui, veikia visus elektronus kartu ir kiekvieną atskirai. Jis sukuria griežtai orientuotą elektronų judėjimą arba, kitaip tariant, elektros srovę.

Srovės ir įtampos charakteristika metalams yra tiesi linija, atitinkanti Omo dėsnį sekcijai ir visai grandinei.

Be grynų metalų, elektroninį laidumą turi ir kitos medžiagos. Jie įtraukia:

• lydiniai;

• kai kurios anglies modifikacijos (grafitas, anglis).

Visos pirmiau nurodytos medžiagos, įskaitant metalus, priskiriamos pirmojo tipo laidininkams. Jų elektrinis laidumas niekaip nesusijęs su medžiagos masės perkėlimu dėl elektros srovės pratekėjimo, o sukeliamas tik elektronų judėjimo.

Jei metalai ir lydiniai patalpinami į aplinką, kurioje yra itin žema temperatūra, jie pereina į superlaidumo būseną.

Jonų laidininkai

Šiai klasei priskiriamos medžiagos, kuriose dėl įkrautų jonų judėjimo susidaro elektros srovė. Jie priskiriami II tipo laidininkams. Tai:

• bazių, rūgščių druskų tirpalai;

• įvairių joninių junginių lydalai;

• įvairios dujos ir garai.

Elektros srovė skystyje

Elektrai laidūs skysčiai, kuriuose elektrolizė — medžiagos perkėlimas kartu su krūviais ir jos nusodinimas ant elektrodų paprastai vadinamas elektrolitais, o pats procesas – elektrolize.

Jis atsiranda veikiant išoriniam energijos laukui dėl teigiamo potencialo taikymo anodo elektrodui ir neigiamam katodui.

Skysčių viduje esantys jonai susidaro dėl elektrolitų disociacijos reiškinio, kurį sudaro kai kurių neutralių savybių turinčių medžiagos molekulių atskyrimas. Pavyzdys yra vario chloridas, kuris vandeniniame tirpale skyla į vario jonus (katijonus) ir chlorą (anijonus).

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

Veikiant elektrolitui įtampai, katijonai pradeda griežtai judėti į katodą, o anijonai - į anodą. Tokiu būdu gaunamas chemiškai grynas varis be priemaišų, kuris nusėda ant katodo.

Be skysčių, gamtoje yra ir kietųjų elektrolitų. Jie vadinami superjoniniais laidininkais (superjonais), kurie turi kristalinę struktūrą ir joninį cheminių ryšių pobūdį, o tai sukelia didelį elektros laidumą dėl to paties tipo jonų judėjimo.

Elektrolitų srovės-įtampos charakteristika parodyta grafike.

Elektros srovė dujose

Įprastomis sąlygomis dujų terpė turi izoliacinių savybių ir nelaidžia srovės. Tačiau veikiant įvairiems nerimą keliančius veiksnius, dielektrinės charakteristikos gali smarkiai sumažėti ir išprovokuoti terpės jonizaciją.

Jis atsiranda dėl neutralių atomų bombardavimo judant elektronams. Dėl to vienas ar keli surišti elektronai išmušami iš atomo ir atomas įgauna teigiamą krūvį, tampa jonu. Tuo pačiu metu dujų viduje susidaro papildomas elektronų kiekis, tęsiantis jonizacijos procesą.

Tokiu būdu, vienu metu judant teigiamoms ir neigiamoms dalelėms, dujų viduje sukuriama elektros srovė.

Nuoširdus atleidimas

Kaitinant arba didinant veikiančio elektromagnetinio lauko stiprumą dujų viduje, pirmiausia iškyla kibirkštis. Pagal šį principą formuojamas natūralus žaibas, kuris susideda iš kanalų, liepsnos ir išmetimo degiklio.

Laboratorinėmis sąlygomis tarp elektroskopo elektrodų galima pastebėti kibirkštį.Praktinis kibirkštinio išlydžio įgyvendinimas vidaus degimo variklių uždegimo žvakėse yra žinomas kiekvienam suaugusiam žmogui.

Lanko iškrova

Kibirkštis pasižymi tuo, kad per ją iš karto sunaudojama visa išorinio lauko energija. Jei įtampos šaltinis gali išlaikyti srovės srautą per dujas, atsiranda lankas.

Elektros lanko pavyzdys yra metalų suvirinimas įvairiais būdais. Jo srautui naudojama elektronų emisija iš katodo paviršiaus.

Koroninis išmetimas

Tai atsitinka didelio stiprumo ir netolygių elektromagnetinių laukų dujų aplinkoje, kuri pasireiškia aukštos įtampos oro linijose, kurių įtampa yra 330 kV ir didesnė.

Jis teka tarp laidininko ir glaudžiai išdėstytos elektros linijos plokštumos. Koroninio išlydžio metu jonizacija vyksta elektronų smūgio metodu šalia vieno iš elektrodų, kurių stiprumas yra padidintas.

Švytėjimo iškrova

Naudojamas dujų viduje specialiose dujinio išlydžio lempose ir vamzdeliuose, įtampos stabilizatoriuose.Sudaromas mažinant slėgį išmetimo tarpelyje.

Kai jonizacijos procesas dujose pasiekia didelę reikšmę ir jose susidaro vienodas skaičius teigiamų ir neigiamų krūvininkų, tada tokia būsena vadinama plazma. Plazmos aplinkoje atsiranda švytėjimo iškrova.

Srovių srauto dujose srovės įtampos charakteristika parodyta paveikslėlyje. Jį sudaro skyriai:

1. priklausomas;

2. Savaiminis išsikrovimas.

Pirmajam būdinga tai, kas nutinka veikiant išoriniam jonizatoriui ir užgęsta jam nustojus veikti. Savaiminis išmetimas visomis sąlygomis teka.

Skylių laidai

Jie įtraukia:

• germanis;

• seleno;

• silicio;

• kai kurių metalų junginiai su telūru, siera, selenu ir kai kuriomis organinėmis medžiagomis.

Jie vadinami puslaidininkiais ir priklauso grupei Nr.1, tai yra, jie nesudaro medžiagos perdavimo krūviams tekėjimo metu. Norint padidinti laisvųjų elektronų koncentraciją jų viduje, reikia išleisti papildomą energiją, kad būtų atskirti surišti elektronai. Tai vadinama jonizacijos energija.

Puslaidininkyje veikia elektronų skylės jungtis. Dėl to puslaidininkis perduoda srovę viena kryptimi ir blokuoja priešinga kryptimi, kai jam veikia priešingas išorinis laukas.

Puslaidininkių laidumas yra:

1. nuosavas;

2. priemaiša.

Pirmasis tipas būdingas struktūroms, kuriose krūvininkai atsiranda jonizuojant atomus iš jų medžiagos: skylių ir elektronų. Jų koncentracija yra tarpusavyje subalansuota.

Antrojo tipo puslaidininkiai sukuriami įtraukiant kristalus su priemaišų laidumu. Juose yra trivalenčio arba penkiavalenčio elemento atomai.

Laidieji puslaidininkiai yra:

• elektroninis n tipo "neigiamas";

• skylė p tipo „teigiamas“.

Volt-amperai būdingi įprastiems puslaidininkinis diodas parodyta grafike.

Puslaidininkių pagrindu veikia įvairūs elektroniniai prietaisai ir įrenginiai.

Superlaidininkai

Esant labai žemai temperatūrai, medžiagos iš tam tikrų kategorijų metalų ir lydinių pereina į būseną, vadinamą superlaidumu. Šioms medžiagoms elektrinė varža srovei sumažėja beveik iki nulio.

Perėjimas įvyksta dėl šiluminių savybių pasikeitimo.Kalbant apie šilumos sugėrimą ar išsiskyrimą pereinant į superlaidžią būseną, kai nėra magnetinio lauko, superlaidininkai skirstomi į 2 tipus: Nr.1 ​​ir Nr.2.

Laidų superlaidumo reiškinys atsiranda dėl Kuperio porų susidarymo, kai dviem gretimiems elektronams sukuriama surišta būsena. Sukurta pora turi dvigubą elektronų krūvį.

Elektronų pasiskirstymas superlaidžiame metale parodytas grafike.

Superlaidininkų magnetinė indukcija priklauso nuo elektromagnetinio lauko stiprumo, o pastarojo vertę įtakoja medžiagos temperatūra.

Laidų superlaidumo savybes riboja kritinės ribojančio magnetinio lauko vertės ir jų temperatūra.

Taigi elektros srovės laidininkai gali būti pagaminti iš visiškai skirtingų medžiagų ir turėti skirtingas viena nuo kitos charakteristikas. Jiems visada įtakos turi aplinkos sąlygos. Dėl šios priežasties laidų charakteristikų ribos visada nustatomos pagal techninius standartus.