Conductors per al corrent elèctric

Tota persona que utilitza constantment aparells elèctrics s'enfronta a:

1. cables que transporten corrent elèctric;

2. dielèctrics amb propietats aïllants;

3. semiconductors que combinen les característiques dels dos primers tipus de substàncies i les modifiquen en funció del senyal de control aplicat.

Una característica distintiva de cadascun d'aquests grups és la propietat de la conductivitat elèctrica.

Què és un conductor

Els conductors inclouen aquelles substàncies que tenen en la seva estructura un gran nombre de càrregues elèctriques lliures, no connectades, que poden començar a moure's sota la influència d'una força externa aplicada. Poden ser sòlids, líquids o gasosos.

Si agafeu dos cables amb una diferència de potencial entre ells i connecteu un cable metàl·lic al seu interior, hi passarà un corrent elèctric. Els seus portadors seran electrons lliures que no estan retinguts pels enllaços dels àtoms. Es caracteritzen conductivitat elèctrica o la capacitat de qualsevol substància de fer passar càrregues elèctriques per si mateixa: el corrent.

El valor de la conductivitat elèctrica és inversament proporcional a la resistència de la substància i es mesura amb la unitat corresponent: siemens (cm).

1 cm = 1/1 ohm.

Per naturalesa, els portadors de càrrega poden ser:

• electrons;

• ions;

• forats.

Segons aquest principi, la conductivitat elèctrica es divideix en:

• electrònica;

• iònic;

• un forat.

La qualitat del cable us permet estimar la dependència del corrent que hi flueix del valor de la tensió aplicada. És habitual anomenar-lo designant les unitats de mesura d'aquestes magnituds elèctriques: la característica volt-ampere.

Fils conductors

Els representants més comuns d'aquest tipus són els metalls. El seu corrent elèctric es crea exclusivament movent el flux d'electrons.

Dins dels metalls, existeixen en dos estats:

• associat a forces atòmiques de cohesió;

• Gratis.

Els electrons subjectes a l'òrbita per les forces atractives del nucli d'un àtom, per regla general, no participen en la creació d'un corrent elèctric sota l'acció de forces electromotrius externes. Les partícules lliures es comporten de manera diferent.

Si no s'aplica cap EMF al cable metàl·lic, els electrons lliures es mouen aleatòriament, aleatòriament, en qualsevol direcció. Aquest moviment es deu a l'energia tèrmica. Es caracteritza per diferents velocitats i direccions de moviment de cada partícula en un moment donat.

Quan l'energia d'un camp extern d'intensitat E s'aplica al conductor, llavors una força dirigida oposada al camp aplicat actua sobre tots els electrons junts i cadascun individualment. Crea un moviment d'electrons estrictament orientat, o en altres paraules, un corrent elèctric.

La característica corrent-tensió dels metalls és una línia recta que s'ajusta al funcionament de la llei d'Ohm per a una secció i un circuit complet.

A més dels metalls purs, altres substàncies també tenen conductivitat electrònica. Inclouen:

• aliatges;

• algunes modificacions del carboni (grafit, carbó).

Totes les substàncies anteriors, inclosos els metalls, es classifiquen com a conductors del primer tipus. La seva conductivitat elèctrica no està de cap manera relacionada amb la transferència de massa d'una substància a causa del pas d'un corrent elèctric, sinó que només és causada pel moviment dels electrons.

Si els metalls i els aliatges es col·loquen en un ambient amb temperatures extremadament baixes, passen a un estat de superconductivitat.

Conductors iònics

Aquesta classe inclou les substàncies en les quals es crea un corrent elèctric a causa del moviment d'ions carregats. Es classifiquen com a conductors de tipus II. Això:

• solucions de bases, sals àcides;

• fos de diversos compostos iònics;

• diferents gasos i vapors.

Corrent elèctric en un líquid

Líquids elèctricament conductors en què electròlisi — La transferència d'una substància juntament amb les càrregues i la seva deposició sobre els elèctrodes s'anomenen electròlits, i el procés en si s'anomena electròlisi.

Es produeix sota l'acció d'un camp d'energia extern a causa de l'aplicació d'un potencial positiu a l'elèctrode de l'ànode i un potencial negatiu al càtode.

Els ions dins dels líquids es formen a causa del fenomen de la dissociació d'electròlits, que consisteix en la separació d'algunes de les molècules d'una substància que tenen propietats neutres. Un exemple és el clorur de coure, que es descompon en solució aquosa en els seus components ions de coure (cations) i clor (anions).

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

Sota l'acció de la tensió aplicada a l'electròlit, els cations comencen a moure's estrictament cap al càtode i els anions cap a l'ànode. D'aquesta manera s'obté coure químicament pur sense impureses, que es diposita sobre el càtode.

A més dels líquids, també hi ha electròlits sòlids a la natura. S'anomenen conductors superiònics (super-ions), que tenen una estructura cristal·lina i una naturalesa iònica dels enllaços químics, la qual cosa provoca una elevada conductivitat elèctrica a causa del moviment d'ions del mateix tipus.

La característica de corrent-tensió dels electròlits es mostra al gràfic.

Corrent elèctric en gasos

En condicions normals, el medi de gas té propietats aïllants i no condueix el corrent. Però sota la influència de diversos factors pertorbadors, les característiques dielèctriques poden disminuir bruscament i provocar el pas de la ionització del medi.

Sorgeix del bombardeig d'àtoms neutres mitjançant electrons en moviment. Com a resultat, un o més electrons lligats són expulsats de l'àtom i l'àtom adquireix una càrrega positiva, convertint-se en un ió. Al mateix temps, es forma una quantitat addicional d'electrons dins del gas, continuant el procés d'ionització.

D'aquesta manera, es crea un corrent elèctric a l'interior del gas pel moviment simultani de partícules positives i negatives.

Una descàrrega sincera

Quan s'escalfa o augmenta la força del camp electromagnètic aplicat dins del gas, primer surt una espurna. Segons aquest principi, es forma un llamp natural, que consta de canals, una flama i una torxa d'escapament.

En condicions de laboratori, es pot observar una espurna entre els elèctrodes de l'electroscopi.La implementació pràctica de la descàrrega d'espurna a les bugies dels motors de combustió interna és coneguda per tots els adults.

Descàrrega d'arc

L'espurna es caracteritza pel fet que tota l'energia del camp extern es consumeix immediatament a través d'ella. Si la font de tensió és capaç de mantenir el flux de corrent a través del gas, es produeix un arc.

Un exemple d'arc elèctric és la soldadura de metalls de diverses maneres. Per al seu flux, s'utilitza l'emissió d'electrons de la superfície del càtode.

Expulsió coronal

Això passa en un entorn de gas amb camps electromagnètics desiguals i d'alta resistència, que es manifesta en línies elèctriques aèries d'alta tensió amb una tensió de 330 kV i més.

Flueix entre el conductor i el pla molt espaiat de la línia elèctrica. En una descàrrega corona, la ionització té lloc pel mètode d'impacte d'electrons prop d'un dels elèctrodes, que té una àrea de força augmentada.

Descàrrega de resplendor

S'utilitza a l'interior de gasos en làmpades i tubs especials de descàrrega de gas, estabilitzadors de tensió.Es forma baixant la pressió a l'espai d'escapament.

Quan el procés d'ionització dels gasos arriba a un gran valor i s'hi formen un nombre igual de portadors de càrrega positiva i negativa, aquest estat s'anomena plasma. Apareix una descàrrega brillant en un entorn de plasma.

A la imatge es mostra la característica de corrent-tensió del flux de corrents en gasos. Consta de seccions:

1. dependent;

2. Autodescàrrega.

El primer es caracteritza pel que passa sota la influència d'un ionitzador extern i s'apaga quan deixa de funcionar. Una autoexpulsió continua fluint en totes les condicions.

Forats de cables

Inclouen:

• germani;

• seleni;

• silici;

• compostos d'alguns metalls amb tel·luri, sofre, seleni i algunes substàncies orgàniques.

S'anomenen semiconductors i pertanyen al grup número 1, és a dir, no formen una transferència de matèria durant el flux de càrregues. Per augmentar la concentració d'electrons lliures al seu interior, cal gastar energia addicional per separar els electrons lligats. S'anomena energia d'ionització.

Una unió electró-forat opera en un semiconductor. A causa d'això, el semiconductor fa passar el corrent en una direcció i es bloqueja en la direcció oposada quan se li aplica un camp extern oposat.

La conductivitat en semiconductors és:

1. propi;

2. impuresa.

El primer tipus és inherent a les estructures en les quals apareixen portadors de càrrega en el procés d'ionització dels àtoms a partir de la seva substància: forats i electrons. La seva concentració és mútuament equilibrada.

El segon tipus de semiconductor es crea incorporant cristalls amb conductivitat d'impureses. Tenen àtoms d'element trivalent o pentavalent.

Els semiconductors conductors són:

• electrònic de tipus n «negatiu»;

• forat tipus p «positiu».

Volt-amperes característics de l'ordinari díode semiconductor mostrat al gràfic.

Diversos dispositius i dispositius electrònics funcionen a partir de semiconductors.

Superconductors

A temperatures molt baixes, les substàncies de determinades categories de metalls i aliatges passen a un estat anomenat superconductivitat. Per a aquestes substàncies, la resistència elèctrica al corrent disminueix gairebé a zero.

La transició es produeix a causa d'un canvi en les propietats tèrmiques.Pel que fa a l'absorció o alliberament de calor durant la transició a l'estat superconductor en absència de camp magnètic, els superconductors es divideixen en 2 tipus: núm.1 i núm.2.

El fenomen de la superconductivitat dels cables es produeix a causa de la formació de parells de Cooper quan es crea un estat lligat per a dos electrons veïns. El parell creat té una càrrega electrònica doble.

La distribució dels electrons en un metall en estat superconductor es mostra al gràfic.

La inducció magnètica dels superconductors depèn de la força del camp electromagnètic, i el valor d'aquest últim es veu afectat per la temperatura de la substància.

Les propietats superconductores dels cables estan limitades pels valors crítics del camp magnètic limitant i la temperatura per a ells.

Així, els conductors del corrent elèctric poden estar fets de substàncies completament diferents i tenir característiques diferents entre si. Sempre estan influenciats per les condicions ambientals. Per aquest motiu, els límits de les característiques dels cables sempre estan determinats per les normes tècniques.