Dây dẫn cho dòng điện

Mọi người liên tục sử dụng các thiết bị điện đều phải đối mặt với:

1. dây dẫn mang dòng điện;

2. chất điện môi có đặc tính cách điện;

3. chất bán dẫn kết hợp các đặc tính của hai loại chất đầu tiên và thay đổi chúng tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển được áp dụng.

Một tính năng đặc biệt của mỗi nhóm này là tính chất dẫn điện.

dây dẫn là gì

Chất dẫn điện bao gồm những chất có trong cấu trúc của chúng một số lượng lớn các điện tích tự do, không liên kết với nhau, có thể bắt đầu chuyển động dưới tác dụng của ngoại lực tác dụng. Chúng có thể ở dạng rắn, lỏng hoặc khí.

Nếu bạn lấy hai dây dẫn có hiệu điện thế giữa chúng và nối một dây kim loại bên trong chúng, thì một dòng điện sẽ chạy qua nó. Hạt tải điện của nó sẽ là các electron tự do không bị giữ lại bởi các liên kết nguyên tử. Họ đặc trưng tinh dân điện hoặc khả năng của bất kỳ chất nào truyền điện tích qua chính nó - dòng điện.

Giá trị của độ dẫn điện tỉ lệ nghịch với điện trở của chất đó và được đo bằng đơn vị tương ứng: siemens (cm).

1 cm = 1/1 ôm.

Trong tự nhiên, hạt mang điện có thể là:

• điện tử;

• ion;

• hố.

Theo nguyên tắc này, độ dẫn điện được chia thành:

• điện tử;

• ion;

• một lỗ.

Chất lượng của dây cho phép bạn ước tính sự phụ thuộc của dòng điện chạy trong nó vào giá trị của điện áp đặt vào. Theo thông lệ, người ta gọi nó bằng cách chỉ định đơn vị đo các đại lượng điện này - đặc tính vôn-ampe.

dây dẫn điện

Các đại diện phổ biến nhất của loại này là kim loại. Dòng điện của chúng được tạo ra độc quyền bằng cách di chuyển dòng điện tử.

Bên trong kim loại, chúng tồn tại ở hai trạng thái:

• gắn liền với lực liên kết nguyên tử;

• Miễn phí.

Theo quy luật, các electron được giữ trên quỹ đạo bởi lực hấp dẫn của hạt nhân nguyên tử không tham gia vào việc tạo ra dòng điện dưới tác dụng của các lực điện động bên ngoài. Các hạt tự do hành xử khác nhau.

Nếu không có EMF được áp dụng cho dây kim loại, thì các electron tự do sẽ di chuyển ngẫu nhiên, ngẫu nhiên, theo bất kỳ hướng nào. Chuyển động này là do năng lượng nhiệt. Nó được đặc trưng bởi tốc độ và hướng chuyển động khác nhau của từng hạt tại bất kỳ thời điểm nào.

Khi năng lượng của một trường bên ngoài có cường độ E được đặt vào dây dẫn, thì một lực ngược chiều với trường ứng dụng sẽ tác dụng lên tất cả các electron cùng nhau và từng electron riêng lẻ. Nó tạo ra chuyển động có định hướng nghiêm ngặt của các electron, hay nói cách khác là dòng điện.

Dòng điện-hiệu điện thế của các kim loại là một đường thẳng phù hợp với hoạt động của định luật Ôm đối với một đoạn và toàn mạch.

Ngoài kim loại nguyên chất, các chất khác cũng có tính dẫn điện tử. Chúng bao gồm:

• hợp kim;

• một số biến đổi của carbon (than chì, than đá).

Tất cả các chất trên, kể cả kim loại, được phân loại là chất dẫn điện loại một. Độ dẫn điện của chúng hoàn toàn không liên quan đến sự truyền khối lượng của một chất do dòng điện chạy qua, mà chỉ do sự chuyển động của các electron gây ra.

Nếu kim loại và hợp kim được đặt trong môi trường có nhiệt độ cực thấp, chúng sẽ chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

dây dẫn ion

Lớp này bao gồm các chất trong đó dòng điện được tạo ra do sự chuyển động của các ion tích điện. Chúng được phân loại là dây dẫn loại II. Nó:

• dung dịch bazơ, muối axit;

• tan chảy của các hợp chất ion khác nhau;

• khí và hơi khác nhau.

Dòng điện trong chất lỏng

Chất lỏng dẫn điện trong đó điện phân - sự chuyển một chất cùng với các điện tích và sự lắng đọng của nó trên các điện cực thường được gọi là chất điện phân, và bản thân quá trình này được gọi là quá trình điện phân.

Nó xảy ra dưới tác dụng của trường năng lượng bên ngoài do áp dụng điện thế dương cho điện cực anot và điện thế âm cho cực âm.

Các ion bên trong chất lỏng được hình thành do hiện tượng phân ly điện phân, bao gồm sự phân tách một số phân tử của một chất có đặc tính trung tính. Một ví dụ là đồng clorua, phân hủy trong dung dịch nước thành các ion đồng thành phần (cation) và clo (anion).

CuCl2꞊Cu2++2Cl-

Dưới tác động của điện áp đặt vào chất điện phân, các cation bắt đầu di chuyển nghiêm ngặt về cực âm và các anion đến cực dương. Bằng cách này, thu được đồng tinh khiết về mặt hóa học không có tạp chất, được lắng đọng trên cực âm.

Ngoài chất lỏng, còn có chất điện phân rắn trong tự nhiên. Chúng được gọi là chất dẫn siêu ion (siêu ion), có cấu trúc tinh thể và bản chất ion của liên kết hóa học, khiến tính dẫn điện cao do sự chuyển động của các ion cùng loại.

Đặc tính dòng điện-điện áp của chất điện phân được thể hiện trên đồ thị.

Dòng điện trong chất khí

Ở điều kiện bình thường, môi chất khí có tính chất cách điện, không dẫn điện. Nhưng dưới ảnh hưởng của các yếu tố gây nhiễu khác nhau, các đặc tính điện môi có thể giảm mạnh và gây ra sự ion hóa của môi trường.

Nó phát sinh từ sự bắn phá các nguyên tử trung hòa bởi các electron chuyển động. Kết quả là, một hoặc nhiều electron liên kết bị bật ra khỏi nguyên tử và nguyên tử thu được điện tích dương, trở thành ion. Đồng thời, một lượng electron bổ sung được hình thành bên trong khí, tiếp tục quá trình ion hóa.

Theo cách này, một dòng điện được tạo ra bên trong chất khí do chuyển động đồng thời của các hạt dương và âm.

Sự xả thân chân thành

Khi đốt nóng hoặc tăng cường độ của trường điện từ ứng dụng bên trong chất khí, tia lửa đầu tiên sẽ phát ra. Theo nguyên tắc này, sét tự nhiên được hình thành, bao gồm các kênh, ngọn lửa và ngọn đuốc xả.

Trong điều kiện phòng thí nghiệm, có thể quan sát thấy tia lửa giữa các điện cực của máy soi điện.Việc thực hiện phóng tia lửa điện ở bugi của động cơ đốt trong thực tế thì người lớn nào cũng biết.

xả hồ quang

Tia lửa được đặc trưng bởi thực tế là tất cả năng lượng của trường bên ngoài được tiêu thụ ngay lập tức thông qua nó. Nếu nguồn điện áp có thể duy trì dòng điện chạy qua chất khí, thì hồ quang sẽ xảy ra.

Một ví dụ về hồ quang điện là hàn kim loại theo nhiều cách khác nhau. Đối với dòng chảy của nó, sự phát xạ của các electron từ bề mặt của cực âm được sử dụng.

phóng coronal

Điều này xảy ra trong môi trường khí có cường độ cao và trường điện từ không đều, biểu hiện trên đường dây cao áp trên không có điện áp từ 330 kV trở lên.

Nó chảy giữa dây dẫn và mặt phẳng cách đều nhau của đường dây điện. Trong phóng điện corona, quá trình ion hóa diễn ra bằng phương pháp tác động của electron gần một trong các điện cực, có diện tích tăng cường độ.

xả phát sáng

Nó được sử dụng bên trong khí trong đèn và ống xả khí đặc biệt, bộ ổn định điện áp... Nó được hình thành bằng cách hạ thấp áp suất trong khe hở khí thải.

Khi quá trình ion hóa trong chất khí đạt đến một giá trị lớn và một số lượng hạt mang điện tích dương và âm bằng nhau được hình thành trong chúng, thì trạng thái này được gọi là plasma. Sự phóng điện phát sáng xuất hiện trong môi trường plasma.

Đặc tính dòng điện-điện áp của dòng chảy trong khí được thể hiện trong hình. Nó bao gồm các phần:

1. phụ thuộc;

2. Tự phóng điện.

Đầu tiên được đặc trưng bởi những gì xảy ra dưới tác động của một bộ ion hóa bên ngoài và tắt khi nó ngừng hoạt động. Một tự phóng tiếp tục chảy trong mọi điều kiện.

lỗ dây

Chúng bao gồm:

• gecmani;

• selen;

• silic;

• hợp chất của một số kim loại với telua, lưu huỳnh, selen và một số chất hữu cơ.

Chúng được gọi là chất bán dẫn và thuộc nhóm số 1, nghĩa là chúng không hình thành sự truyền vật chất trong quá trình truyền điện tích. Để tăng nồng độ của các electron tự do bên trong chúng, cần tiêu tốn thêm năng lượng để tách các electron liên kết. Nó được gọi là năng lượng ion hóa.

Một đường giao nhau electron-lỗ hoạt động trong một chất bán dẫn. Do đó, chất bán dẫn truyền dòng điện theo một hướng và chặn theo hướng ngược lại khi một trường ngoài ngược chiều được áp dụng cho nó.

Độ dẫn điện trong chất bán dẫn là:

1. sở hữu;

2. tạp chất.

Loại thứ nhất vốn có trong các cấu trúc trong đó các hạt mang điện xuất hiện trong quá trình ion hóa các nguyên tử khỏi chất của chúng: lỗ trống và electron. Sự tập trung của họ cân bằng lẫn nhau.

Loại chất bán dẫn thứ hai được tạo ra bằng cách kết hợp các tinh thể có độ dẫn tạp chất. Chúng có các nguyên tử của nguyên tố hóa trị ba hoặc hóa trị năm.

Chất bán dẫn dẫn điện là:

• điện tử loại n «âm»;

• lỗ p-loại «dương».

Vôn-ampe đặc trưng của thông thường điốt bán dẫn thể hiện trong biểu đồ.

Các thiết bị và thiết bị điện tử khác nhau hoạt động trên cơ sở chất bán dẫn.

chất siêu dẫn

Ở nhiệt độ rất thấp, các chất từ ​​một số loại kim loại và hợp kim chuyển sang trạng thái gọi là siêu dẫn. Đối với những chất này, điện trở đối với dòng điện giảm gần như bằng không.

Quá trình chuyển đổi xảy ra do sự thay đổi tính chất nhiệt.Xét về sự hấp thụ hoặc tỏa nhiệt trong quá trình chuyển sang trạng thái siêu dẫn khi không có từ trường, chất siêu dẫn được chia thành 2 loại: loại 1 và loại 2.

Hiện tượng siêu dẫn của dây dẫn xảy ra do sự hình thành các cặp Cooper khi tạo ra trạng thái liên kết cho hai electron lân cận. Cặp tạo ra có điện tích đôi electron.

Sự phân bố electron trong kim loại ở trạng thái siêu dẫn được biểu diễn trên đồ thị.

Cảm ứng từ của chất siêu dẫn phụ thuộc vào cường độ của trường điện từ và giá trị của trường sau bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của chất.

Tính chất siêu dẫn của dây dẫn bị giới hạn bởi các giá trị tới hạn của từ trường giới hạn và nhiệt độ đối với chúng.

Do đó, dây dẫn của dòng điện có thể được làm bằng các chất hoàn toàn khác nhau và có các đặc tính khác nhau. Chúng luôn chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trường. Vì lý do này, các giới hạn về đặc tính của dây luôn được xác định bởi các tiêu chuẩn kỹ thuật.