Провідність струму матеріалами

Для того, щоб говорити про електропровідності, потрібно згадати про природу електричного струму як такого. Так, при приміщенні будь-якого речовини всередину електричного поля відбувається пересування зарядів. Даний рух провокує дію якраз електричного поля. Саме потік електронів і є електрострум. Сила струму, як відомо нам зі шкільних уроків з фізики, вимірюється в Амперах і позначається латинською буквою I. 1 А являє собою електрострум, при якому за час дорівнює одній секунді проходить заряд в 1 Кулон.

Електричний струм буває декількох видів, а саме:

  • постійний струм, який не змінюється відносно показника і траєкторії руху в будь-який момент часу;
  • змінний струм, який змінює свій показник і траєкторію в часі (проводиться генераторами і трансформаторами);
  • пульсуючий струм зазнає змін у величині, але при цьому не змінює свого напрямку.

Під впливом електричного поля різного роду матеріали здатні проводити електрострум. Саме ця властивість називається електропровідність, яка у кожного речовини індивідуальна.

Показник електропровідності безпосередньо пов’язаний з вмістом в матеріалі вільно рухомих зарядів, які не мають зв’язку з кристалічною сіткою, молекулами або атомами.

Таким чином, за ступенем провідності струму матеріали діляться на наступні типи:

  • провідники;
  • діелектрики;
  • напівпровідники.

Найбільший показник електричної провідності властивий провідникам. Вони представлені у вигляді металів або електролітів. Усередині металевих провідників струм обумовлюється рухом вільних заряджених частинок, таким чином, електропровідність металів електронна. Електролітів ж властива електропровідність іонна, обумовлена ​​рухом саме іонів.

Висока здатність до електропровідності трактується в електронній теорії. Так, електрони курсують серед атомів по всьому провіднику через їхню слабку валентного зв’язку з ядрами. Тобто, вільно рухаються заряджені частинки всередині металу закривають собою порожнечі серед атомів і характеризуються хаотичністю пересування. Якщо ж в електричне поле буде поміщений провідник з металу, електрони візьмуть порядок в своєму пересуванні, перейшовши до полюса з позитивним зарядом. Саме за рахунок цього і створюється електричний струм. Швидкість поширення електричного поля в просторі аналогічна швидкості світла. Саме з цією швидкістю електрострум рухається всередині провідника. Варто відзначити, що це не швидкість руху безпосередньо електронів (їх швидкість дуже мала і дорівнює максимум кількох мм / сек), а швидкість поширення електроенергії по всьому речовині.

При вільному пересуванні зарядів всередині провідника вони зустрічають на своєму шляху різні мікрочастинки, з якими відбувається зіткнення і деяка енергія віддається їм. Провідники, як відомо, відчувають нагрівання. Це відбувається як раз через те, що долаючи опір, енергія електронів поширюється в якості теплового виділення.

Такі «аварії» зарядів створюють перешкоду пересуванню електронів, що іменується в фізиці опором. Невеликий опір несильно нагріває провідник, а при високому досягаються великі температури. Останнє явище використовується в нагрівальних пристроях, а також в традиційних лампах розжарювання. Вимірювання опору відбувається в Омах. Позначається латинською буквою R.

Електропровідність – явище, яке відображає здатність металу або електроліту проводити електрострум. Дана величина зворотна величині електричного опору.
Вимірюється електропровідність Сіменса (См), а позначається буквою G.

Оскільки атоми створюють перешкоду проходженню струму, показник опору у речовин різний. Для позначення було введено поняття питомої опору (Ом-м), яке якраз дає інформацію про здібності провідності речовин.

Сучасні провідні матеріали мають форму тонких стрічок, дротів з конкретною величиною площі поперечного перерізу і певною довжиною. Питома електропровідність і питомий опір вимірюється в таких одиницях: Див-м / мм.кв і Ом-мм.кв / м відповідно.

Таким чином, питомий електричної опір і питома електропровідність є характеристиками проводить здатності того чи іншого матеріалу, площа перерізу якого дорівнює 1 мм.кв., а довжина 1 м. Температура для характеристики – 20 градусів за Цельсієм.

Добрими провідниками електричного струму серед металів є дорогоцінні метали, а саме золото і срібло, а також мідь, хром і алюміній. Сталеві і залізні провідники мають слабші характеристики. Варто відзначити, що метали в чистому вигляді відрізняються більш кращими електропровідними властивостями в порівнянні зі сплавами металів. Для високого опору, якщо це необхідно, застосовують вольфрамові, ніхромові і константні провідники.

Маючи знання про показники питомої опору або питомої провідності дуже просто обчислити опір і електропровідність певного провідника. При цьому в розрахунках повинна використовуватися довжина і площа поперечного перерізу конкретного провідника.

Важливо знати, що показник електропровідності, а також опір будь-якого матеріалу прямо залежить від температурного режиму. Це пояснюється тим, що при зміні в температурі відбуваються і зміни в частоті і амплітуді коливань атомів. Таким чином, при зростанні температури паралельно зросте і опір потоку рухомих зарядів. А при зниженні температури, відповідно, знижується опір, а електропровідність зростає.

У деяких матеріалах залежність температури від опору виражена дуже яскраво, в деяких слабше.

Посилання на основну публікацію