Электропроводность веществ: Электропроводность — Что такое Электропроводность?

Электропроводность — Энциклопедия пожарной безопасности

• Главная страница
• Энциклопедия

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Э

Ю

Я

Электропроводность (проводимость) – способность веществ проводить электрический ток, обусловленная наличием в них подвижных заряженных частиц (носителей заряда): электронов, ионов и др., а также физическая величина (у), количественно характеризующая эту способность. Величина 1/у называется удельным электрическим сопротивлением.

Электропроводность – один из основных показателей, характеризующих уровень опасности поражения человека электрическим током, что является определяющим при выборе тактики тушения электроустановок, находящихся под напряжением.

Литература: ГОСТ 12. 4.124-83. Средства защиты от статического электричества.

Поделиться:

Предыдущая статья Электрооборудование повышенной надёжности против взрыва Электрооборудование повышенной надёжности против взрыва – взрывозащищённое электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается только в нормальном режиме работы. Электрооборудование повышенной надёжности против взрыва характеризует уровень взрывозащиты или степень защиты. К такому электрооборудованию относятся изделия, в которых реализована защита вида «С», с взрывонепроницаемой оболочкой или без неё, искробезопасные электрические цепи,…

читать полностью

Следующая статья Электростатический заряд Электростатический заряд – электрический заряд, который возникает при статической электризации, приводящей к образованию и пространственному разделению положительных и отрицательных электрических зарядов. Заряды статического электричества образуются при проведении многих производственных процессов в различных отраслях промышленности. Иногда эти заряды быстро стекают в землю, рассеиваются или нейтрализуются; в др. случаях они накапливаются и создают поле…

читать полностью

Другие разделы портала

• История

  История

  История возникновения и развития пожарной охраны в регионе. Интересные факты, архивные фотографии и документы. Музеи и памятные места. Ветераны и династии пожарных. Виртуальные экскурсии и фотоальбомы.

  Читать полностью

от чего зависит и как используется в производстве

Из этого материала вы узнаете:

• Природа электропроводности металлов
• Электрическое сопротивление металлов
• Степень электропроводности разных металлов и сплавов
• Опасность металлов с высокой электропроводностью
• Зависимость электропроводности металлов от факторов внешней среды

Электропроводность металлов и сплавов – физическое свойство, которое учитывается при производстве разных видов изделий.

Например, для изготовления электрических кабелей, микросхем используют металлы с высокими показателями электропроводности.

Данный параметр зависит от факторов окружающей среды: температуры, давления, агрегатного состояния, наличия магнитных полей и т. д. Если говорить о чистых металлах и влиянии температуры на их электропроводность, то с ростом она падает. Подробнее о том, что собой представляет электропроводность металлов, вы узнаете из нашего материала.

Природа электропроводности металлов

Электропроводностью называют способность тела, вещества проводить ток. Кроме того, этим термином обозначается физическая величина, которая численно характеризует данную способность. Электропроводность металла определяется числом свободных ионов в проводнике – их движение и является электрическим током. Данный показатель исчисляется в сименсах, а в международной системе единиц для его обозначения используется буква «S».

В зависимости от того, какой электропроводностью обладают металлы и иные вещества, среди них выделяют проводники, диэлектрики и полупроводники. Правда, между данными группами практически не существует четкого разграничения.

Чем обусловлена высокая электропроводность металлов-проводников? Они имеют большое количество свободных ионов. Среди веществ этой группы выделяют два рода, исходя из физической природы протекания тока. К первому относятся металлы с электронной проводимостью, по которым ток проходит благодаря движению свободных электронов.

Ко второму причисляют растворы кислот, щелочей, солей или электролиты, имеющие ионную проводимость. Иными словами, здесь интересующий нас процесс связан с движением положительных и отрицательных ионов. Уровень электропроводности проводников превышает 106(Ом·м)-1.

 

Диэлектрики обладают малым числом свободных ионов, поэтому отличаются низкой электропроводностью, практически не проводят ток. Такими материалами являются дерево, смолы, пластмассы, стекло, пр. Для них данный показатель составляет менее 106(Ом·м)-1.

По своим проводящим свойствам полупроводники занимают промежуточное положение между материалами описанных выше групп. К ним относятся германий, кремний, селен, прочие соединения, получаемые искусственно.

Существует зависимость электропроводности металлов и иных веществ от температуры, но она является индивидуальной для каждого материала. Повышение степени нагрева металлов приводит к сокращению времени свободного пробега электронов. Увеличение температуры влечет за собой возрастание тепловых колебаний кристаллической решетки, на которой рассеиваются электроны, что вызывает уменьшение электропроводности.

Полупроводникам свойственна другая зависимость электропроводности металлов от температуры: ее повышение провоцирует рост электропроводности, поскольку увеличивается число электронов проводимости и положительных носителей заряда. У диэлектриков электропроводность тоже может возрастать, однако для этого требуется очень высокое электрическое напряжение.

Металлы способны проводить ток, поскольку воздействие электромагнитного поля вызывает потерю связи между электроном и атомом из-за высокой степени ускорения.

Электрическое сопротивление металлов

Электрическое сопротивление является частью закона Ома и исчисляется в омах (Ом). Нужно понимать, что электрическое и удельное сопротивление являются разными явлениями. Если первое представляет собой свойство объекта, то второе характеризует материал.

Так, электрическое сопротивление резистора зависит от формы и удельного сопротивления материала, использованного для изготовления данного элемента электрической цепи.

Допустим, проволочный резистор состоит из длинной тонкой проволоки и обладает более высоким сопротивлением, чем аналогичный элемент, но выполненный из короткой и толстой проволоки. При этом оба они сделаны из одного металла.

Если сравнить два резистора из проволоки одинаковой длины и диаметра, то большим электрическим сопротивлением будет обладать тот, который состоит из материала с высоким удельным сопротивлением. А его аналогу из материала с низким удельным сопротивлением будет свойственно меньшее электрическое сопротивление.

 

В этом случае работает тот же принцип, что и в гидравлической системе, прокачивающей воду по трубам:

• Чем больше длина трубы и меньше ее толщина, тем с более высоким сопротивлением сталкивается жидкость.
• Вода будет испытывать на себе меньшее сопротивление в пустой трубе, чем в заполненной песком.

Под удельным сопротивлением понимают способность материала препятствовать прохождению электрического тока. В физике существует и обратная величина, известная как проводимость. Она выглядит таким образом:

Σ = 1/ρ, где ρ – удельное сопротивление вещества.

Электропроводность металлов и других веществ зависит от свойств носителей зарядов. В металлах присутствуют свободные электроны – на внешней оболочке их число доходит до трех. Во время химических реакций с элементами из правой части таблицы Менделеева атом металла отдает их. С электропроводностью чистых металлов все несколько иначе.

В их кристаллической структуре эти наружные электроны общие и переносят заряд под действием электрического поля.

В случае с растворами в качестве носителей заряда выступают ионы.

Степень электропроводности разных металлов и сплавов

Развитием электронной теории электропроводности металлов занимался немецкий физик Пауль Друде. Именно благодаря его исследованиям стало известно о сопротивлении, наблюдаемом при прохождении электрического тока через проводник. В результате удалось разделить вещества на группы, исходя из степени их проводимости.

Данная информация необходима, например, чтобы выбрать наиболее подходящий металл для производства кабеля, обладающего определенным набором свойств. Ошибка в этом случае чревата перегревом под действием тока избыточного напряжения и последующим возгоранием.

Серебро – это металл, обладающий самой высокой электропроводностью. При +20 °C этот показатель равен 63,3×104 см-1.

Тем не менее, производство серебряной проводки является нерентабельным, поскольку речь идет о достаточно редком металле. В большинстве случаев он идет на изготовление ювелирных изделий, украшений, монет.

Среди неблагородных цветных металлов самая высокая электропроводность характеризует медь – она составляет 57×104 см-1 при +20 °C. Помимо этого, медь хорошо справляется с постоянными электрическими нагрузками, долговечна, надежна, имеет высокую температуру плавления, поэтому может долго работать в нагретом состоянии. Все названные свойства позволяют активно применять данный металл для бытовых целей и на производстве.

Не реже меди используется алюминий, ведь по электропроводности он уступает только серебру, меди и золоту. Его температура плавления практически в два раза ниже, чем у меди, из-за чего алюминий не может выдерживать предельные нагрузки. По этой причине его применяют в сетях с невысоким напряжением. Узнать электропроводность остальных металлов можно в соответствующей таблице.

По проводимости любой сплав значительно уступает чистому металлу, что объясняется слиянием структурной сетки, вызывающим нарушение нормального функционирования электронов. Так, медные провода изготавливают только из металла с максимальной долей примесей 0,1 % или даже 0,05 %, если речь идет об отдельных разновидностях кабеля.

Приведенные показатели – это удельная электропроводность металлов, которая представляет собой отношение плотности тока к величине электрического поля в проводнике.

Опасность металлов с высокой электропроводностью

Щелочные металлы имеют крайне высокую электропроводность, объясняют этот факт тем, что в них электроны практические не привязаны к ядру и могут быть без труда выстроены в требуемой последовательности. Еще одна особенность этих металлов состоит в низкой температуре плавления в сочетании со значительной химической активностью, что обычно не позволяет использовать их в качестве материалов для кабелей.

Находясь в незащищенном виде, металлы с высокой электропроводностью несут в себе большую опасность. Прикосновение к оголенным проводам вызывает электрический ожог, разряд воздействует на внутренние органы, что нередко становится причиной мгновенной смерти человека.

Поэтому металл закрывают специальными изоляционными материалами, которые могут быть жидкими, твердыми, газообразными – конкретный тип подбирается в соответствии со сферой использования изделия. Вне зависимости от агрегатного состояния защиты она призвана изолировать электрический ток в цепи, чтобы не допустить его воздействия на окружающую среду.

Зависимость электропроводности металлов от факторов внешней среды

Проводимость не является постоянной величиной. В таблицах приведены сведения, характерные для нормальных условий или при температуре +20 °С. В реальной жизни сложно обеспечить идеальные условия для работы цепи. Удельное сопротивление, а значит, и проводимость, определяется такими характеристиками:

• температурой;
• давлением;
• наличием магнитных полей;
• светом;
• агрегатным состоянием вещества.

Изменения интересующего нас параметра зависят от условий среды и свойств конкретного материала. Электропроводность ферромагнетиков, в число которых входят железо и никель, увеличивается при совпадении направления тока с направлением силовых линий магнитного поля. Зависимость электропроводности от теплопроводности металлов и окружающей температуры практически линейная, даже есть понятие температурного коэффициента сопротивления – данную величину можно уточнить в таблицах.

Правда, направление зависимости определяется конкретным веществом: у металлов оно при увеличении температуры повышается, у редкоземельных элементов и растворов электролитов увеличивается в пределах одного агрегатного состояния.

Полупроводники характеризуются гиперболической и обратной зависимостью электропроводности от температуры: рост степени нагрева приводит к повышению электропроводности металлов. Данная особенность качественно отличает проводники от полупроводников. Зависимость ρ проводников от температуры выглядит следующим образом:

На графике отображено удельное сопротивление меди, платины, железа. Некоторые металлы характеризуются иначе: ртуть при понижении температуры до 4°K становится сверхпроводимой, почти полностью теряя удельное сопротивление.

У полупроводников зависимость будет представлена так:

Когда металл переходит в жидкое агрегатное состояние, его ρ повышается, а дальнейшее изменение свойств может быть разным. Так, висмут в расплавленном виде имеет более низкое удельное сопротивление, чем при комнатной температуре, а у жидкой меди оно повышается в десять раз. Никелю свойственно выходить из линейного графика уже при достижении температуры +400 °C, но далее ρ падает.

Температурная зависимость вольфрама так высока, что приводит к перегоранию ламп накаливания: ток нагревает спираль, из-за чего ее сопротивление многократно возрастает.

Удельное сопротивление сплавов зависит от задействованной при производстве технологии. Данное свойство простой механической смеси определяется как средний показатель ее компонентов. Тогда как для сплава замещения оно окажется иным и обычно отличается в большую сторону.

Рекомендуем статьи

• Сплав железа и меди: область применения
• Углерод в металле и его влияние на свойства материала
• Легированные конструкционные стали: характеристики и применение

Стоит пояснить, что под сплавом замещения понимают такой, в котором несколько элементов формируют одну кристаллическую решетку. Данная особенность прослеживается у нихрома, используемого для изготовления спиралей электроплит. Удельное сопротивление, а значит, и электропроводность этого металла совпадает с показателем проводников, а при подключении к сети он нагревается до красноты.

Выше были представлены только основные теории, касающиеся физических свойств металлов, а именно электропроводности, сопротивления. Например, не была затронута квантовая теория проводимости Зоммерфельда. Этого краткого знакомства вполне достаточно, чтобы понять, что сопротивление является сложным и комплексным понятием, которое невозможно полностью разобрать на основе простейшего закона Ома.

Что такое электропроводность в химии?

Проводимость – это передача энергии при контакте с материалом или материалами. Это может относиться к электропроводности, акустической проводимости или теплопроводности. Материал может быть хорошим проводником или хорошим изолятором.

Различные типы материалов имеют разную степень проводимости. Единица проводимости также может варьироваться в зависимости от типа передаваемой энергии. Например, электропроводность измеряется в сименсах на метр, а теплопроводность измеряется в ваттах на метр-кельвин.

На проводимость материала влияет несколько факторов, в том числе температура, состав материала, его состояние и структура. Проводимость материала имеет огромное значение для его практического использования и применения.

В этом сообщении:

Какие бывают типы проводимости?

Проводимая энергия может быть в любой форме, которая может распространяться через материал. Например, это может быть электричество, тепловая энергия, звуковая энергия или ионная энергия.

Вот несколько примеров различных типов проводимости:

Все эти типы проводимости важны в химии, поскольку они позволяют нам анализировать физическое поведение различных веществ в различных условиях. Например, измерение ионной проводимости вещества может помочь исследователям разработать более качественные батареи с увеличенной емкостью и долговечностью.

Что такое электропроводность в химии?

Электропроводность необходима для производства, передачи, распределения, хранения и использования электроэнергии. От высоковольтного электричества, вырабатываемого электростанциями, до маломощного электричества, хранящегося в небольших батареях, электропроводность металлов, полупроводников и других материалов играет центральную роль в технологических чудесах, которыми мы наслаждаемся сегодня. Будь то цифровые наручные часы или скоростной поезд Maglev, проводимость металла играет решающую роль во всем, что нас окружает.

Электрическая проводимость в химии определяется как способность валентных электронов в веществе свободно перемещаться, особенно при индуцировании в присутствии движущихся магнитных полей.

Проще говоря, электропроводящее вещество легко пропускает электрический ток с минимальным сопротивлением. Электропроводность измеряется в единицах сименс на метр (См/м). Это отношение плотности тока к напряженности электрического поля.

Различные электропроводящие материалы имеют определенные уровни проводимости при определенных температурах. Как правило, более низкие температуры делают металл более проводящим. В таблице ниже показана сравнительная проводимость 10 основных металлов.

Как определить электропроводность в химии

Помимо изучения электропроводности металлов, химия также занимается определением электропроводности растворов. Электропроводность раствора прямо пропорциональна количеству содержащихся в нем ионов.

Через раствор пропускают электрический ток для определения его проводимости, которая затем измеряется в сименс-литрах на моль на сантиметр.

Что такое теплопроводность в химии?

Для проведения требуется твердая среда. Следовательно, теплопроводность можно определить как скорость или скорость, с которой тепловая энергия передается через вещество. Его можно измерить по единице площади поперечного сечения вещества. Должен быть градиент температуры, чтобы обеспечить движение тепловой энергии.

Теплопроводность отличается от конвекции и излучения. При конвекции тепло переносится жидкостью (жидкостью, газом или расплавленным веществом). Радиация не требует среды, а вместо этого распространяется в виде электромагнитных волн.

Измерение проводимости в химии

Обычно для измерения проводимости раствора используются электрод проводимости и рН-метр. Измерения электропроводности можно использовать для косвенного измерения концентрации ионов в растворе. Вы также можете вывести относительные константы диссоциации конкретных ионов. Ниже приведена сравнительная проводимость некоторых распространенных ионов. Измерение проводимости может помочь нам проанализировать состав веществ. Он также может быть полезен в промышленных процессах, таких как гальваника.

Заявление об отказе от ответственности

Весь контент, опубликованный в блоге ReAgent.co.uk, предназначен только для информации. Блог, его авторы и аффилированные лица не несут ответственности за любые несчастные случаи, травмы или ущерб, вызванные частично или непосредственно в результате использования предоставленной информации. Кроме того, мы не рекомендуем использовать какие-либо химические вещества, не ознакомившись с Паспортом безопасности материала (MSDS), который можно получить у производителя. Вы также должны следовать всем советам по безопасности и мерам предосторожности, указанным на этикетке продукта. Если у вас есть вопросы, связанные со здоровьем и безопасностью, посетите HSE. gov.uk.

Как определить проводимость в соединениях

Обновлено 13 марта 2018 г.

Автор: Marie-Luise Blue

Соединения, проводящие ток, удерживаются вместе электростатическими силами или притяжением. Они содержат положительно заряженный атом или молекулу, называемую катионом, и отрицательно заряженный атом или молекулу, называемую анионом. В твердом состоянии эти соединения не проводят электричество, но при растворении в воде ионы диссоциируют и могут проводить ток. При высоких температурах, когда эти соединения становятся жидкими, катионы и анионы начинают течь и могут проводить электричество даже в отсутствие воды. Неионогенные соединения или соединения, не диссоциирующие на ионы, не проводят ток. Вы можете построить простую схему с лампочкой в ​​качестве индикатора для проверки проводимости водных соединений. Тестовое соединение в этой установке замкнет цепь и включит лампочку, если оно может проводить ток.

Соединения с высокой проводимостью

Самый простой способ определить, может ли соединение проводить ток, — определить его молекулярную структуру или состав. Соединения с высокой проводимостью полностью диссоциируют на заряженные атомы или молекулы или ионы при растворении в воде. Эти ионы могут эффективно двигаться и переносить ток. Чем выше концентрация ионов, тем больше проводимость. Поваренная соль, или хлорид натрия, является примером соединения с высокой электропроводностью. В воде диссоциирует на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора. Сульфат аммония, хлорид кальция, соляная кислота, гидроксид натрия, фосфат натрия и нитрат цинка являются другими примерами соединений с высокой проводимостью, также известных как сильные электролиты. Сильные электролиты, как правило, представляют собой неорганические соединения, а это означает, что в них отсутствуют атомы углерода. Органические соединения или углеродсодержащие соединения часто являются слабыми электролитами или непроводящими.

Соединения со слабой проводимостью

Соединения, лишь частично диссоциирующие в воде, являются слабыми электролитами и плохими проводниками электрического тока. Уксусная кислота, соединение, содержащееся в уксусе, является слабым электролитом, потому что она слабо диссоциирует в воде. Гидроксид аммония — еще один пример соединения со слабой проводимостью. Когда используются растворители, отличные от воды, ионная диссоциация и, следовательно, способность проводить ток изменяются. Ионизация слабых электролитов обычно увеличивается с повышением температуры. Чтобы сравнить проводимость различных соединений в воде, ученые используют удельную проводимость. Удельная проводимость — это мера проводимости соединения в воде при определенной температуре, обычно 25 градусов Цельсия. Удельная проводимость измеряется в единицах сименс или микросименс на сантиметр. Степень загрязнения воды можно определить путем измерения удельной проводимости, поскольку загрязненная вода содержит больше ионов и может генерировать большую проводимость.

Непроводящие соединения

Соединения, не образующие ионов в воде, не могут проводить электрический ток. Сахар, или сахароза, является примером соединения, которое растворяется в воде, но не образует ионов. Молекулы растворенной сахарозы окружены скоплениями молекул воды и называются «гидратированными», но остаются незаряженными. Соединения, нерастворимые в воде, такие как карбонат кальция, также не обладают проводимостью: они не образуют ионов. Проводимость требует существования заряженных частиц.

Проводимость металлов

Электропроводность требует движения заряженных частиц. В случае электролитов или сжиженных или расплавленных ионных соединений образуются положительно и отрицательно заряженные частицы, которые могут перемещаться. В металлах положительные ионы металлов располагаются в жесткой решетке или кристаллической структуре, которая не может двигаться. Но положительные атомы металла окружены облаками электронов, которые свободно перемещаются и могут нести электрический ток. Повышение температуры вызывает уменьшение электропроводности, что контрастирует с увеличением электропроводности электролитов при аналогичных обстоятельствах.