Độ dẫn điện của các chất

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tiết lộ chủ đề về tính dẫn điện, chúng tôi sẽ nhắc lại dòng điện là gì, nó liên quan như thế nào đến điện trở của một dây dẫn và theo đó, với tính dẫn điện của nó. Hãy lưu ý các công thức chính để tính toán các đại lượng này, chạm vào chủ đề tốc độ hiện tại và mối quan hệ của nó với cường độ điện trường. Chúng ta cũng sẽ đề cập đến mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ.

Để bắt đầu, hãy nhớ lại dòng điện là gì. Nếu bạn đặt một chất trong điện trường ngoài, thì dưới tác dụng của lực từ trường này, chuyển động của các hạt mang điện cơ bản - ion hoặc electron - sẽ bắt đầu trong chất đó. Nó sẽ là một cú sốc điện. Dòng điện I được đo bằng ampe và một ampe là dòng điện mà tại đó một điện tích bằng một coulomb chạy qua tiết diện ngang của dây mỗi giây.

Dòng điện một chiều, xoay chiều, dao động.Dòng điện một chiều không thay đổi cường độ và hướng của nó tại một thời điểm nhất định, dòng điện xoay chiều thay đổi cường độ và hướng của nó theo thời gian (máy phát điện xoay chiều và máy biến áp cung cấp chính xác dòng điện xoay chiều), dòng điện xung thay đổi cường độ nhưng không thay đổi hướng (ví dụ: dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu) . các xung hiện tại).

Các chất có xu hướng dẫn dòng điện dưới tác dụng của điện trường và tính chất này được gọi là tính dẫn điện, tính dẫn điện này khác nhau đối với các chất khác nhau. Độ dẫn điện của các chất phụ thuộc vào nồng độ của các hạt mang điện tự do trong chúng, đó là các ion và các electron không liên kết với cấu trúc tinh thể, với các phân tử, cũng như với các nguyên tử của chất đã cho. Vì vậy, tùy thuộc vào nồng độ của hạt mang điện tự do trong một chất nhất định, các chất được chia theo mức độ dẫn điện thành: chất dẫn điện, chất điện môi và chất bán dẫn.

Nó có độ dẫn điện cao nhất dây dẫn của dòng điện, và theo bản chất vật lý, chất dẫn điện trong tự nhiên được thể hiện bằng hai loại: kim loại và chất điện phân. Trong kim loại, dòng điện là do sự chuyển động của các electron tự do, nghĩa là chúng có tính dẫn điện tử và trong chất điện phân (trong dung dịch axit, muối, bazơ) - từ sự chuyển động của các ion - các phần của phân tử có điện tích dương và điện tích âm, nghĩa là độ dẫn điện của chất điện phân là ion. Hơi và khí bị ion hóa được đặc trưng bởi tính dẫn điện hỗn hợp, trong đó dòng điện là do sự chuyển động của cả electron và ion.

Lý thuyết electron giải thích hoàn hảo tính dẫn điện cao của kim loại.Liên kết của các electron hóa trị với hạt nhân của chúng trong kim loại yếu nên các electron này chuyển động tự do từ nguyên tử này sang nguyên tử khác trong toàn bộ thể tích của vật dẫn.

Nó chỉ ra rằng các electron tự do trong kim loại lấp đầy khoảng trống giữa các nguyên tử giống như chất khí, khí điện tử và đang chuyển động hỗn loạn. Nhưng khi đưa một sợi dây kim loại vào trong một điện trường, các êlectron tự do sẽ chuyển động có trật tự, chúng sẽ chuyển động về phía cực dương, tạo ra dòng điện. Như vậy chuyển động có trật tự của các êlectron tự do trong vật dẫn kim loại được gọi là dòng điện.

Được biết, tốc độ lan truyền của điện trường trong không gian xấp xỉ bằng 300.000.000 m / s, tức là tốc độ ánh sáng. Đây là cùng tốc độ mà dòng điện chạy qua một dây dẫn.

Nó có nghĩa là gì? Điều này không có nghĩa là mọi electron trong kim loại đều chuyển động với tốc độ cực lớn như vậy, mà ngược lại, các electron trong dây dẫn có tốc độ từ vài milimét trên giây đến vài centimet trên giây, tùy thuộc vào cường độ điện trường, nhưng tốc độ truyền dòng điện dọc theo dây dẫn chính xác bằng tốc độ ánh sáng.

Vấn đề là mỗi electron tự do hóa ra lại nằm trong dòng electron chung của cùng một "khí điện tử" này, và trong quá trình dòng điện đi qua, điện trường tác động lên toàn bộ dòng chảy này, do đó các electron liên tục truyền lĩnh vực này hành động với nhau - từ hàng xóm sang hàng xóm.

Nhưng các electron di chuyển đến vị trí của chúng rất chậm, mặc dù thực tế là tốc độ truyền năng lượng điện dọc theo dây dẫn là rất lớn.Vì vậy, khi bật công tắc trong nhà máy điện, dòng điện ngay lập tức phát sinh trong toàn mạng và các electron thực tế đứng yên.

Tuy nhiên, khi các electron tự do di chuyển dọc theo dây dẫn, chúng gặp nhiều va chạm trên đường đi, chúng va chạm với các nguyên tử, ion, phân tử, truyền một phần năng lượng cho chúng. Năng lượng của các electron chuyển động vượt qua điện trở này bị tiêu tán một phần dưới dạng nhiệt và dây dẫn nóng lên.

Những va chạm này đóng vai trò là lực cản đối với sự chuyển động của các electron, đó là lý do tại sao tính chất của một dây dẫn ngăn chặn sự chuyển động của các hạt tích điện được gọi là điện trở. Với điện trở thấp của dây, dòng điện làm nóng dây một chút, với mức đáng kể - mạnh hơn nhiều và thậm chí có màu trắng, hiệu ứng này được sử dụng trong các thiết bị sưởi ấm và đèn sợi đốt.

Đơn vị thay đổi điện trở là Ohm. Điện trở R = 1 ôm là điện trở của một dây dẫn như vậy, khi có dòng điện một chiều cường độ 1 ampe chạy qua thì hiệu điện thế ở hai đầu dây dẫn là 1 vôn. Tiêu chuẩn về điện trở tính bằng 1 Ohm là cột thủy ngân cao 1063 mm, tiết diện 1 mét vuông Mm ở nhiệt độ 0 ° C.

Vì dây dẫn được đặc trưng bởi điện trở, nên chúng ta có thể nói rằng ở một mức độ nào đó, dây dẫn có khả năng dẫn dòng điện. Trong kết nối này, một giá trị được gọi là độ dẫn điện hoặc độ dẫn điện được đưa ra. Tính dẫn điện là khả năng của một vật dẫn dẫn dòng điện, nghĩa là nghịch đảo của điện trở.

Đơn vị của độ dẫn điện G (conductivity) là Siemens (S) và 1 S = 1/(1 Ohm). G = 1/R.

Vì các nguyên tử của các chất khác nhau cản trở dòng điện ở các mức độ khác nhau, nên điện trở của các chất khác nhau là khác nhau. Vì lý do này, khái niệm đã được giới thiệu điện trở, có giá trị «p» đặc trưng cho tính chất dẫn điện của chất này hoặc chất đó.

Điện trở cụ thể được đo bằng Ohm * m, nghĩa là điện trở của một khối chất có cạnh 1 mét. Tương tự, độ dẫn điện của một chất được đặc trưng bởi độ dẫn điện riêng ?, được đo bằng S / m, nghĩa là độ dẫn điện của một khối chất có cạnh 1 mét.

Ngày nay, vật liệu dẫn điện trong kỹ thuật điện chủ yếu được sử dụng ở dạng ruy băng, lốp xe, dây điện, có diện tích mặt cắt nhất định và chiều dài nhất định, nhưng không ở dạng khối mét. Và để tính toán thuận tiện hơn về điện trở và độ dẫn điện của dây có kích thước cụ thể, các đơn vị đo lường dễ chấp nhận hơn cho cả điện trở và độ dẫn điện đã được giới thiệu. Ohm * mm2 / m — cho điện trở và Cm * m / mm2 — cho độ dẫn điện.

Bây giờ chúng ta có thể nói rằng điện trở và độ dẫn điện đặc trưng cho tính chất dẫn điện của dây có diện tích mặt cắt 1 mét vuông, dài 1 mét ở nhiệt độ 20 ° C, sẽ thuận tiện hơn.

Các kim loại như vàng, đồng, bạc, crom và nhôm có tính dẫn điện tốt nhất. Thép và sắt dẫn điện kém hơn. Kim loại nguyên chất luôn có tính dẫn điện tốt hơn hợp kim của chúng nên đồng nguyên chất được ưa chuộng hơn trong kỹ thuật điện.Nếu bạn cần điện trở đặc biệt cao, thì vonfram, nichrom, hằng số được sử dụng.

Biết giá trị của điện trở hoặc độ dẫn điện cụ thể, người ta có thể dễ dàng tính toán điện trở hoặc độ dẫn điện của một dây nhất định làm bằng vật liệu nhất định, có tính đến chiều dài l và diện tích mặt cắt ngang S của dây này.

Tính dẫn điện và điện trở của mọi vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ, vì tần số và biên độ dao động nhiệt của các nguyên tử trong mạng tinh thể cũng tăng khi nhiệt độ tăng, khả năng chống dòng điện và dòng electron cũng tăng theo.

Khi nhiệt độ giảm thì ngược lại, dao động của các nguyên tử trong mạng tinh thể nhỏ hơn, điện trở giảm (độ dẫn điện tăng). Ở một số chất, sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ ít rõ rệt hơn, ở những chất khác thì mạnh hơn. Ví dụ, các hợp kim như hằng số, fechral và manganin thay đổi một chút điện trở trong một phạm vi nhiệt độ nhất định, đó là lý do tại sao điện trở ổn định nhiệt được làm từ chúng.

Hệ số nhiệt độ của điện trở? cho phép bạn tính toán mức tăng điện trở của một vật liệu cụ thể ở một nhiệt độ nhất định và đặc trưng bằng số cho mức tăng điện trở tương đối khi nhiệt độ tăng thêm 1 ° C.

Biết hệ số nhiệt độ của điện trở và độ tăng nhiệt độ, dễ dàng tính được điện trở của một chất ở một nhiệt độ nhất định.

Chúng tôi hy vọng rằng bài viết của chúng tôi hữu ích cho bạn và bây giờ bạn có thể dễ dàng tính toán điện trở và độ dẫn điện của bất kỳ dây nào ở bất kỳ nhiệt độ nào.