Электропроводность и сопротивление вещества: Электрическое сопротивление проводника. Электрическая проводимость

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Электрический ток и электропроводность вещества

Чтобы разобраться в таком явлении как электропроводность вещества, сначала нужно понять, что такое электрический ток, так как эти два явления неразрывно связаны друг с другом. Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц, которое может происходить под воздействием электрического поля.

Главная особенность электрического тока – его широкое применение в энергетике. Это – единственный вид энергии, который можно свободно передавать на большие расстояние без какой-либо дополнительной переработки.

Рассматривая передачу энергии, нужно затронуть тему проводников, по которым передаётся ток. Заряженными частицами могут быть электроны, ионы в электролитах и газах, в полупроводниках такими частицами становятся электроны и дырки. Данная особенность напрямую зависит от структуры вещества или тела. При этом каждое тело обладает собственной электрической проводимостью.

Что такое электрическая проводимость?

Простыми словами электрическая проводимость или электропроводность – это способность или свойство вещества или тела проводить электрический ток, который создаётся под действием электрического поля.

Это физическая величина, которую можно измерить, на основе которой даётся характеристика того или иного проводника. Чем выше эта характеристика, тем лучше тело проводит ток.

Как уже было сказано, проводниками электрического тока выступают свободные заряженные частицы, а значит, электропроводность зависит от количества таких свободных частиц. Чем большей будет концентрация свободных заряженных частиц, тем лучше вещество или тело будет проводить электрический ток.

Основные группы проводников

Так как разные тела располагают разным количеством свободных частиц, электропроводимость у всех отличается. По этому показателю тела можно разделить на три основные группы.

К первой группе относятся проводники, у них самая высокая проводимость. Такие тела лучше всего способны проводить электрический ток. Однако проводники также могут быть двух видов, отличие заключается в особенностях протекания тока.

1. Первый вид проводников – металлы. У них электронная проводимость, так как ток протекает за счёт большого количества свободных электронов;

2. Второй вид проводников с высокой электропроводимостью – различные кислоты, щелочные растворы и соли. Другое их название – электролиты. В них свободными заряженными частицами являются ионы. Отсюда и название – ионная проводимость.

Стоит отметить, что существуют вещества смешанного типа, то есть, заряженными частицами в них могут быть как электроны, так и ионы. Это могут быть некоторые газы.

Высокая электропроводность металлов легко объяснима при рассмотрении их структуры. В атомах металлов валентные электроны могут легко перемещаться от одного атома к другому, так как они слабо связаны с ядром. Таким образом, образуется электрический ток.

Электрическое сопротивление и скорость протекания тока

Электропроводимость тела напрямую зависит от сопротивления вещества, а её величина будет обратнопропорциональна показателю сопротивления.

Электрическое сопротивление – это свойство любого проводника; величина сопротивления равна отношению напряжения к силе протекающего тока. Можно сказать, что чем выше напряжение подаваемого тока, тем выше скорость протекания тока, однако сопротивление проводника снижает этот показатель.

Следует добавить, что электрического поле, порождающее упорядоченное движение частиц, а, следовательно, и электрический ток, распространяется в пространстве со скоростью света. То есть, электрический ток протекает всегда со скоростью 300 тысяч километров в секунду.

В чём же тогда особенность скорости движения? Дело в том, что скорость протекания тока равна скорости света, однако отдельные электроны могут двигаться с разной скоростью – от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в секунду. Это, разумеется, не очень большая скорость.

Почему же, существует подобная разница и как объяснить скорость распространения тока? Напряжение тока как раз определяет скорость движения отдельных электронов – несколько миллиметров или сантиметров в секунду.

Дело в том, что каждый отдельный электрон движется в одном огромном потоке электронов, которые полностью заполняют проводник. И каждый электрон постоянно взаимодействует с другими электронами. Так происходит во время прохождения электрического тока.

Поэтому отдельный электрон движется крайне медленно, однако, скорость распространения энергии в электрическом проводнике будет очень высока. Соответственно, чем больше будет количество свободных частиц, тем лучше будет их взаимодействие, а значит, выше будет скорость распространения тока и скорость передачи электрической энергии.

Электрическое сопротивление — Гиперучебник по физике

[закрыть]

введение

Йех! Что это за беспорядок.

Кондукция: С. Грей, 1729 г. — Сопротивление: Георг Симон Ом, 1827 г.

Обычная версия…

И ∝ В

Количество: Сопротивление R
Единица измерения: Ом [Ом] Георг Ом (1787–1854) Германия

Модная версия (магнитогидродинамическая версия?)…

J ∝ E

Добро пожаловать в ад символов…

Закон Ома не является серьезным законом.

резисторы

Плохая выпивка портит наши молодые кишки, но водка идет хорошо.

Лучше построй крышу над гаражом, пока фургон не промок.

материалы

Сопротивление и удельное сопротивление. Факторы, влияющие на сопротивление в проводнике.

Проводники по сравнению с 90 изоляторами

Лучшие электрические проводники: серебро, медь, золото, алюминий, кальций, бериллий, вольфрам

Удельное сопротивление и проводимость обратны.

Электропроводность металлов является статистической/термодинамической величиной.

Удельное сопротивление определяется рассеянием электронов. Чем больше рассеяние, тем выше сопротивление.

где…

Откуда эта идея? Нихром был изобретен в 1906 году, что сделало возможным электрические тостеры.

Проводящие полимеры.

Удельное сопротивление выбранных материалов (~300 К)
(Обратите внимание на разницу в единицах измерения для металлов и неметаллов.)

температура

Общее правило заключается в том, что удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры в проводниках и уменьшается с повышением температуры в изоляторах. К сожалению, не существует простой математической функции для описания этих взаимосвязей.

Температурная зависимость удельного сопротивления (или обратной ему проводимости) может быть понята только с помощью квантовой механики. Точно так же, как материя представляет собой совокупность микроскопических частиц, называемых атомами, а луч света представляет собой поток микроскопических частиц, называемых фотонами, тепловые колебания в твердом теле представляют собой рой микроскопических частиц, называемых 9.0059 фононов . Электроны пытаются дрейфовать к положительному полюсу батареи, но фононы продолжают врезаться в них. Случайное направление этих столкновений мешает попыткам организованного движения электронов против электрического поля. Отклонение или рассеяние электронов фононами является одним из источников сопротивления. По мере повышения температуры количество фононов увеличивается, а вместе с ним и вероятность столкновения электронов и фононов. Таким образом, когда температура повышается, сопротивление увеличивается.

Для некоторых материалов удельное сопротивление является линейной функцией температуры.

ρ = ρ ₀ (1 + α( T  −  T ₀ ))

Удельное сопротивление проводника увеличивается с температурой. В случае меди зависимость между удельным сопротивлением и температурой является приблизительно линейной в широком диапазоне температур.

Для других материалов соотношение сил работает лучше.

ρ = ρ ₀ ( Т / Т ₀ ) ^мк

Удельное сопротивление проводника увеличивается с температурой. В случае вольфрама связь между удельным сопротивлением и температурой лучше всего описывается степенной зависимостью.

см. также: сверхпроводимость

прочее

магнитосопротивление

фотопроводимость

жидкости

электролиты

газы

пробой диэлектрика

плазма

микрофоны

Угольный микрофон — отсталая ерунда

Учебник по физике: электрическое сопротивление

Электрон, путешествуя по проводам и нагрузкам внешней цепи, встречает сопротивление. Сопротивление — помеха потоку заряда. Для электрона путешествие от терминала к терминалу не является прямым маршрутом. Скорее, это зигзагообразный путь, возникающий в результате бесчисленных столкновений с неподвижными атомами внутри проводящего материала. Электроны встречают сопротивление — помеху их движению. В то время как разность электрических потенциалов, установленная между двумя клеммами , способствует движению заряда, сопротивление препятствует этому. Скорость, с которой заряд течет от клеммы к клемме, является результатом совместного действия этих двух величин.

Поток заряда по проводам часто сравнивают с потоком воды по трубам. Сопротивление потоку заряда в электрической цепи аналогично эффектам трения между водой и поверхностью трубы, а также сопротивлению, оказываемому препятствиями, присутствующими на его пути. Именно это сопротивление препятствует течению воды и снижает как скорость ее течения, так и скорость ее дрейфа. Подобно сопротивлению потоку воды, на общее сопротивление потоку заряда внутри провода электрической цепи влияют некоторые четко определяемые переменные.

Во-первых, общая длина проводов влияет на величину сопротивления. Чем длиннее провод, тем больше будет сопротивление. Существует прямая зависимость между величиной сопротивления, с которым сталкивается заряд, и длиной провода, по которому он должен пройти. Ведь если сопротивление возникает в результате столкновений носителей заряда с атомами провода, то в более длинном проводе столкновений, вероятно, будет больше. Больше столкновений означает большее сопротивление.

Во-вторых, площадь поперечного сечения проводов влияет на величину сопротивления. Более широкие провода имеют большую площадь поперечного сечения. Вода будет течь по более широкой трубе с большей скоростью, чем по узкой. Это может быть связано с меньшим сопротивлением, которое присутствует в более широкой трубе. Таким же образом, чем шире провод, тем меньше сопротивление будет потоку электрического заряда. Когда все остальные переменные одинаковы, заряд будет течь с большей скоростью по более широким проводам с большей площадью поперечного сечения, чем по более тонким проводам.

Третьей переменной, которая, как известно, влияет на сопротивление потоку заряда, является материал, из которого сделан провод. Не все материалы созданы равными с точки зрения их проводящей способности. Некоторые материалы являются лучшими проводниками, чем другие, и оказывают меньшее сопротивление потоку заряда. Серебро — один из лучших проводников, но в проводах бытовых цепей его никогда не используют из-за его дороговизны. Медь и алюминий относятся к числу наименее дорогих материалов с подходящей электропроводностью, позволяющей использовать их в проводах бытовых цепей. Проводящая способность материала часто определяется его удельное сопротивление . Удельное сопротивление материала зависит от электронной структуры материала и его температуры. Для большинства (но не для всех) материалов удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. В таблице ниже приведены значения удельного сопротивления для различных материалов при температуре 20 градусов Цельсия.

Как видно из таблицы, существует широкий диапазон значений удельного сопротивления для различных материалов. Те материалы с более низким удельным сопротивлением оказывают меньшее сопротивление потоку заряда; они лучшие проводники. Материалы, показанные в последних четырех строках вышеприведенной таблицы, обладают таким высоким удельным сопротивлением, что их даже нельзя считать проводниками.

Используйте виджет Удельное сопротивление материала для поиска удельного сопротивления данного материала. Введите название материала и нажмите кнопку Submit , чтобы узнать его удельное сопротивление.

Сопротивление — это числовая величина, которую можно измерить и выразить математически. Стандартной метрической единицей сопротивления является ом, обозначаемый греческой буквой омега — . Электрическое устройство, имеющее сопротивление 5 Ом, будет представлено как Р = 5 . Уравнение, представляющее зависимость сопротивления ( R ) проводника цилиндрической формы (например, провода) от переменных, влияющих на него, имеет вид

, где L представляет длину провода (в метрах), представляет собой площадь поперечного сечения провода (в метрах ² ) и представляет собой удельное сопротивление материала (в ом•метрах). В соответствии с обсуждением выше, это уравнение показывает, что сопротивление провода прямо пропорционально длине провода и обратно пропорционально площади поперечного сечения провода. Как показывает уравнение, зная длину, площадь поперечного сечения и материал, из которого сделан провод (и, следовательно, его удельное сопротивление), можно определить сопротивление провода.

Резисторы являются одним из наиболее распространенных компонентов электрических цепей. На большинстве резисторов нарисованы полосы или полосы цветов. Цвета отображают информацию о значении сопротивления. Возможно, вы делаете лабораторную работу и вам нужно знать сопротивление резистора, используемого в лаборатории. Используйте виджет ниже, чтобы определить значение сопротивления по цветным полоскам.

1. Бытовые цепи часто подключаются проводами двух разных размеров: 12-го и 14-го калибра. Проволока 12-го калибра имеет диаметр 1/12 дюйма, а проволока 14-го калибра имеет диаметр 1/14 дюйма. Таким образом, провод 12-го калибра имеет большее сечение, чем провод 14-го калибра. Цепь на 20 А, используемая для настенных розеток, должна быть подключена с использованием провода калибра 12, а цепь на 15 А, используемая для цепей освещения и вентиляторов, должна быть подключена с помощью провода калибра 14. Объясните физику такого электрического кода.

2. Основываясь на информации, изложенной в предыдущем вопросе, объясните риск, связанный с использованием провода 14-го калибра в цепи, которая будет использоваться для питания 16-амперной пилы.