Домой Электрика Электрический ток

Электрический ток

136
0

Особенности понятия

2d23e482303840c70d74becc5a659880.jpgПроводниками тока называют те вещества, в которых количество свободных электрических зарядов превышает число связанных. Они могут начинать двигаться под влиянием внешней силы. Состояние материалов может быть газообразным, твёрдым и жидким. Электричество может протекать по металлической проволоке, если её подключить между двумя проводниками с разными потенциалами.

Ток переносят электроны, не связанные между собой атомами. Именно они способны охарактеризовать способность предмета пропускать через себя электрические заряды, или величину проводимости тока. Её значение обратно пропорционально сопротивлению, она измеряется в сименсах: См = 1/Ом.

Основные носители электричества в природе — это ионы, дырки и электроны. Поэтому способность к проводимости делят на три вида:

  • ионную;
  • электронную;
  • дырочную.

Приложенное напряжение даёт возможность оценить качество проводника. Эту способность вещества называют ещё вольт-амперной характеристикой.

Что такое диэлектрик

Диэлектриками называют вещества, которые не проводят ток, или проводят, но очень плохо. В них нет свободных носителей зарядов, потому что связь частиц атома достаточно сильная, для образования свободных носителей, поэтому под воздействием электрического поля тока в диэлектрике не возникает.

Газ, стекло, керамика, фарфор, некоторые смолы, текстолит, карболит, дистиллированная вода, сухая древесина, резина – являются диэлектриками и не проводят электрический ток. В быту диэлектрики встречаются повсеместно, например, из них делаются корпуса электроприборов, электрические выключатели, корпуса вилок, розеток и прочее. В линиях электропередач изоляторы выполняются из диэлектриков.

ba6d0aeb691e6ef30332c001466f4425.jpg

Однако, при наличии определенных факторов, например повышенный уровень влажности, напряженность электрического поля выше допустимого значения и прочее – приводят к тому, что материал начинает терять свои диэлектрические функции и становится проводником. Иногда вы можете слышать фразы типа «пробой изолятора» — это и есть описанное выше явление.

Если сказать кратко, то основными свойствами диэлектрика в сфере электричества являются электроизоляционные. Именно способность препятствовать протеканию тока защищает человека от электротравматизма и прочих неприятностей. Основной характеристикой диэлектрика является электрическая прочность – величина равная напряжению его пробоя.

Сопротивление проводника электрическому току

Как нам уже известно, электрический ток подчиняется закону Ома для участка или для полной цепи и выглядит это равенство так: I=U/R. Нас интересует величина «R».

Это формула определения сопротивления проводника через удельное сопротивление «ρ» (ро). Если длину и сечение проводника мы рассмотрели и поняли, что именно мы решаем, какими они будут, то с величиной «р» такой фокус не пройдет, эта величина неизменна для каждого вида проводника (металла), для газовых и жидких проводников эта величина описана специальными графиками. Самая низкая величина этого показателя у серебра 0,016 Ом*мм.кв/м (при температуре 20 градусов Цельсия. Медь – 0,017. Алюминий – 0,028. Самое интересное, что золото, которое используется в космической промышленности, и о котором большинство думает, что это наилучший по проводимости материал, оказывается всего лишь чуть лучше алюминия – 0,024. Его использования в технике связано с тем, что оно не окисляется и практически ни с чем не вступает в реакцию. В переводе на понятный язык «серебряная» или «медная» улица имеют самые лучшие показатели для строительства токопроводящих «улиц». Но не идеальные.

Стоит заметить, что чем ниже температура, тем выше проводимость, то есть сопротивление проводника уменьшается, но по достижении критической температуры большинство проводников перестают проводить электрический ток и становятся диэлектриками. Однако, известен так же эффект сверхпроводимости. Некоторые металлы и сплавы при очень низких температурах способны полностью потерять удельное сопротивление – оно становится равным нулю

В чем важность этого эффекта? Да в том, что там, где есть сопротивление, даже небольшое, возникает нагрев. Сверхпроводники не нагреваются при прохождении через них очень больших токов (100.000 ампер на 1 квадратный сантиметр, то есть через проводник сечением 1х1 сантиметр может протекать ток, способный питать целый город)

С газами и парами все чуть сложнее. Рассматривать здесь подробно мы не будем, но для понимания разберем такую ситуацию. Идет толпа людей по улице, и вы пытаетесь как-то эту толпу отвлечь. Так вот, чем сильнее будет ваш отвлекающий маневр, тем больше толпа на него среагирует

Ну и если вы не сможете привлечь внимание толпы, она вас проигнорирует. Так же с парами и газами, если напряжение недостаточное – пары и газы не реагируют на него

Как только напряжение достигает критической отметки пары и гази ионизируются или приходят в движение электроны и возникает электрический ток.

Электрический ток в полупроводниках

Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками по своему удельному сопротивлению.
Знаковым отличием полупроводников от металлов можно считать зависимость их удельного сопротивления от температуры.
С понижением температуры сопротивление металлов уменьшается, а у полупроводников, наоборот, возрастает.
При стремлении температуры к абсолютному нулю металлы стремятся стать сверхпроводниками, а полупроводники — изоляторами.
Дело в том, что при абсолютном нуле электроны в полупроводниках будут заняты созданием ковалентной связи между атомами кристаллической решётки и, в идеале, свободные электроны будут отсутствовать.
При повышении температуры, часть валентных электронов может получать энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей и в кристалле появятся свободные электроны, а в местах разрыва образуются вакансии, которые получили название дырок.
Вакантное место может быть занято валентным электроном из соседней пары и дырка переместится на новое место в кристалле.
При встрече свободного электрона с дыркой, восстанавливается электронная связь между атомами полупроводника и происходит обратный процесс – рекомбинация.
Электронно-дырочные пары могут появляться и рекомбинировать при освещении полупроводника за счет энергии электромагнитного излучения.
В отсутствие электрического поля электроны и дырки участвуют в хаотическом тепловом движении.
В электрическое поле в упорядоченном движении участвуют не только образовавшиеся свободные электроны, но и дырки, которые рассматриваются как положительно заряженные частицы. Ток I в полупроводнике складывается из электронного In и дырочного Ip токов.

125dfac83a673d1c907feeb6b80b5dcc.png

К числу полупроводников относятся такие химические элементы, как германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др.
Самым распространенным в природе полупроводником является кремний.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Сопротивление, ток и мощность

Электрическое сопротивление (R) проводника измеряется в Омах и зависит еще и от его геометрических размеров:

3b90192d9276a6b0a23ae587593437eb.png

S – площадь сечения проводника в м2, l – его длина в метрах. Ток через проводник измеряется в амперах и подчиняется закону Ома для участка цепи:

266298c59c7c830276635720379496e2.png

U – напряжение в вольтах. Мощность, выделяющаяся на проводнике под действием электрического тока, равна:

1712f7981bedcd0f22de76591cd3f3df.png

Теперь возьмем одинаковых размеров проводники из разных материалов и будем пропускать через них один и тот же ток. Как видно из формул, чем больше у проводника удельное сопротивление, тем большая мощность выделится на нем при прохождении электрического тока.

Вот поэтому для одного и того же тока сечение алюминиевого кабеля нужно больше, чем медного. Медный нагреется до температуры, при которой расплавится изоляция, при большем токе.

Применение нихрома для изготовления нагревательных элементов объясняется его высоким удельным сопротивлением и стойкостью к расплавлению. Тугоплавкость и повышенное удельное сопротивление позволили использовать вольфрам для изготовления нитей накала электроламп.

Золото проводит ток чуть лучше алюминия, но применяется в электронике только из-за того, что не образует окислов.

Электрические схемы

Изучая географию, вы пользуетесь планом и картой. На плане и карте при помощи условных топографических знаков нанесены леса, селения, горы и реки.

В электротехнике тоже применяют карту-чертеж. На таком чертеже условными обозначениями изображают источники, приемники, выключатели, провода и изделия, из которых состоит электрическая цепь, а также соединения между ними. Такой чертеж называют электрической схемой.

Зная условные обозначения (смотрите таблицу ниже), нетрудно разобраться в электрической схеме. Если на одной и той же схеме повторяются одинаковые обозначения, то около условных знаков ставят числа, а в прилагаемой к схеме табличке указывают размер, тип и назначение.

Вопросы

  1. Что представляет собой электрическая схема?
  2. Что изображают на электрической схеме?

Условные обозначения составных частей электрической цепи на схемах

Название Условное обозначение
Провод 7364b435d5691f10ca6d5038b7311961.jpg
Изгиб провода 17002565ba857c2d1c92e04ca37c1208.jpg
Пересечение двух проводов без соединения их 7d4bbcd24aa54dc5103ad469f5f619d9.jpg
Пересечение двух проводов с соединением их b965ee69b1505e1183f32038edc5e3ad.jpg
Ответвление провода 70e4cc608806a409c0abcd1b716b1bbd.jpg
Соединение провода с землей 21ab7b409c471e14aed3d99b327dfcce.jpg
Источник тока (батарея, аккумулятор) dc8a69c9d4a32beee8a2c0c81b9d97ec.jpg
Электрическая лампа c43035e514d2ef6d31e8fb04ca8a7567.jpg
Выключатель bb708e883832b94ddbe07372f5cc8049.jpg
Электрический предохранитель 2cb25bf6bdb9fd86f267317c5689f819.jpg
Штепсельная розетка 2604b0d72cb305467958717637e20296.jpg
Штепсельная вилка 45912ce2eaebd4d23dd0b0bc1f684311.jpg
Зажим dff6fd890f7e5a5d43ed8f4984f63b4e.jpg
Кнопка (кнопочный выключатель) cf24097f312a135c926049dcfda44cd9.jpg
Электрический счетчик f503180e09b9a253304d782b2d21c849.jpg
Электрический генератор 40e7a69a7e8cd158a528118b481c2705.jpg
Электрический двигатель 9c85849bb4d59232669b0593473e3852.jpg

«Слесарное дело», И.Г.Спиридонов,Г.П.Буфетов, В.Г.Копелевич

Установочные изделия
24d258cf1756fc64abf7ed54de1af289.jpg

В штепсельную розетку при помощи штепсельных вилок включают в электрическую цепь переносные осветительные или соединительные шнуры электробытовых приборов. В основании из изоляционного материала штепсельной розетки укреплены два латунных гнезда, к которым присоединяют провода от электрической сети. Штепсельная розетка Штепсельная вилка состоит из корпуса с отверстием для шнура. В корпусе из изоляционного материала имеются металлические втулки…

Рубильники
2be74133f143abc04275a9b7f9450ffe.jpg

В производственных помещениях, помимо выключателей, устанавливают общие рубильники. В больших домах рубильники позволяют отключить сразу целый участок электрической сети (например, этаж или группу квартир). В школе рубильники устанавливают в распределительных закрытых щитах учебных мастерских, где они служат для включения электродвигателей различных станков. Рубильники бывают: одно-, двух- и трехполюсные. Рубильники а — однополюсный; б — двухполюсный;…

Заделка концов проводов
ae4acc7bfba69a71e178b35687c1a022.jpg

Часто приходится присоединять провода электрического шнура к патрону, выключателю, штепсельной розетке и к зажимам электроприборов. Для этого концы подключаемых проводов чаще всего заделывают кольцом, если их надевают на болты, иногда — тычком, когда их вставляют в специальные втулки и крепят винтами. Заделка концов проводов а — кольцом; б — тычком. При заделке кольцом концы проводов…

Неисправности электробытовых приборов
e063d2fac047ca5dbb8245e25adc186b.jpg

Если прибор не работает, то следует: включением настольной или специальной контрольной лампы проверить, исправна ли штепсельная розетка; при исправной розетке проконтролировать включением той же лампы, не повреждены ли шнур прибора и контакты штепсельной вилки. Если штепсельные розетка и вилка, а также шнур исправны, поврежден сам прибор. Прибор может не действовать, если перегорел нагревательный элемент или…

8082cde64916b9e4899d133507ee4c83.jpg

К основным электрическим величинам электрической цепи относятся сила тока, напряжение и сопротивление. Сила тока Под силой тока понимают электрический заряд, проходящий через поперечное сечение провода в единицу времени. Пользуясь выражениями «сила тока», «сильный ток», «слабый ток», мы должны знать, что означают эти выражения. Выражение «сильный ток» означает, что по цепи в единицу времени протекает большой…

Как получить электрический ток

Для получения электрического тока существуют специальные устройства, которые непрерывно поддерживают разность потенциалов на концах проводника. Эти устройства обычно называются ИСТОЧНИКАМИ ТОКА или ИСТОЧНИКАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ. Основными источниками тока являются:

  • Механические источники электрического тока – ЭЛЕКРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую.
  • Химические источники электрической энергии — ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И АККУМУЛЯТОРЫ. В них химическая энергия преобразуется в электрическую.
  • Тепловые источники электроэнергии – ТЕРМОЭЛЕМЕНТЫ, в которых тепловая энергия преобразуется в электрическую.
  • В настоящее время также находят применение лучистые и атомные источники электрической энергии. Сначала в электрическую энергию преобразуется световая, а затем – ядерная энергия.

Независимо от того, по какому принципу работает тот или иной источник электрического тока, в каждом из них происходит процесс разделения электрических зарядов физических тел и вместе с тем процесс преобразования какого-либо вида энергии в электрическую.

Сегодня уже нет смысла рассуждать о пользе электричества. Оно используется повсеместно. Поэтому просто необходимо понимать природу этого явления, чтобы оно не причинило ущерб

Нужно принимать все меры предосторожности, чтобы не возникло короткого замыкания, вследствие которого может произойти пожар. И, конечно, надо быть крайне аккуратными, чтобы не получить удар электричеством, так как поражение электрическим током может быть смертельно опасным для жизни

Во избежании неприятностей и опасных ситуаций для подключения или ремонта электропроводки вызывайте профессионального мастера. Созвонитесь с нашим оператором и закажите вызов электрика в Юбилейный или воспользуйтесь услугами электрика в городе Мытищи. А если нужен электромонтаж в Сергиевом Посаде в квартире или деревянном доме, то пригласите мастера-оценщика для составления сметы, а также посмотрите видео по электрике, выполненной нашими мастерами.

Если материал этой статьи был для вас интересен и полезен, поделитесь им со своими знакомыми в социальных сетях. Возможно, кому-то эта информация очень пригодится. C уважением, .

Направление электрического тока

В зависимости от характера движения зарядов электрический ток разделяется на:

  • постоянный, когда движение происходит в одном направлении;
  • переменный, когда направление движения постоянно меняется.

В наших сетях ток – переменный, частотой 50 Гц. Он 100 раз в секунду изменяет направление движения на противоположное. Переменный ток имеет преимущество перед постоянным: величину напряжения можно изменять при помощи несложных устройств – трансформаторов.

Постоянный ток может быть получен из переменного и наоборот.

И напоследок – интересный казус. В электротехнике принято считать за направление постоянного тока направление движения положительных зарядов – от плюса к минусу. На самом же деле движутся отрицательно заряженные частицы – электроны. Дело в том, что ученые приняли такое направление до открытия электрона, и оно сохранилось до сих пор.

Что такое проводник

Вещество, в котором присутствуют свободные носители зарядов, называют проводником. Движение свободных носителей называют тепловым. Основной характеристикой проводника является его сопротивление (R) или проводимость (G) – величина обратная сопротивлению.

G=1/R

Говоря простыми словами – проводник проводит ток.

0cc6c4dba225fe5e887245238b8ad8a1.jpg

К таким веществам можно отнести металлы, но если говорить о неметаллах то, например, углерод – отличный проводник, нашел применение в скользящих контактах, например, щетки электродвигателя. Влажная почва, растворы солей и кислот в воде, тело человека – тоже проводит ток, но их электропроводность зачастую меньше, чем у меди или алюминия, например.

Металлы являются отличными проводниками, как раз таки благодаря большому числу свободных носителей зарядов в их структуре. Под воздействием электрического поля заряды начинают перемещаться, а также перераспределяться, наблюдается явление электростатической индукции.

Зонная теория

Зонная теория описывает наличие или отсутствие свободных носителей зарядов, относительно определенных энергетических слоев. Энергетическим уровнем или слоем называют количество энергии электронов (ядер атомов, молекул – простых частиц), их измеряют в величине Электронвольты (ЭВ).

0df2bd150c6637bab2aebcbf5b2c8e17.jpg

На изображении ниже показаны три вида материалов с их энергетическими уровнями:

7a4d1d93572e47650523fe52b42bb91d.jpg

Обратите внимание, что у проводника энергетические уровни от валентной зоны до зоны проводимости объединены в неразрывную диаграмму. Зона проводимости и валентная зоны накладываются друг на друга, это называется зоной перекрытия

В зависимости от наличия электрического поля (напряжения), температуры и прочих факторов количество электронов может изменяться. Благодаря вышеописанному, электроны могут передвигаться в проводниках, даже если сообщить им какое-то минимальное количество энергии.

У полупроводника между зоной валентности и зоной проводимости присутствует определенная запрещенная. Ширина запрещенной зоны описывает, какое количество энергии нужно сообщить полупроводнику, чтобы начал протекать ток.

У диэлектрика диаграмма похожа на ту, которая описывает полупроводники, однако отличие лишь в ширине запрещенной зоны – она здесь во много раз большая. Различия обусловлены внутренним строением и вещества.

Мы рассмотрели основные три типа материалов и привели их примеры и особенности. Главным их отличием является способность проводить ток. Поэтому каждый из них нашел свою сферу применения: проводники используются для передачи электроэнергии, диэлектрики – для изоляции токоведущих частей, полупроводники – для электроники. Надеемся, предоставленная информация помогла вам понять, что собой представляют проводники, полупроводники и диэлектрики в электрическом поле, а также в чем их отличие между собой.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Наверняка вы не знаете:

  • Причины потерь электроэнергии на больших расстояниях
  • Зависимость сопротивления проводника от температуры
  • Что такое диэлектрические потери

Процессы в электропроводниках

e7ef9d76f7c037089254bfbbaa12b789.jpgВо время протекания электричества проводник попадает под определённое воздействие. Самое главное — это повышение температуры. А также выделяют некоторые химические реакции, которые могут изменить физические свойства вещества. Более всего такому влиянию подвергаются проводники второго рода. В них протекает химическая реакция, которую называют электролизом.

Ионы веществ около электрических полюсов получают необходимый заряд и восстанавливают исходное состояние, которое было у них до образования щелочи, кислоты или соли. С помощью электролиза химики и физики могут получать чистые химические вещества из природного сырья. Таким образом создают алюминий и другие виды металлов.

99b39fceddb510218c2f182c91ff7038.jpgВещества первого и второго рода участвуют в других процессах, кроме проводимости электричества. К примеру, во время взаимодействия кислоты со свинцом возникает химическая реакция, которая вызывает выделение тока. По такому принципу работают все аккумуляторы. Проводники первой группы при контакте друг с другом могут изменяться. Медь и алюминий при эксплуатации нужно покрывать специальной оболочкой, иначе оба металла просто расплавятся. Влажный воздух приведёт к тому, что произойдёт электрохимическая реакция. Поэтому проводники покрывают слоем лака или другого защитного материала.

Некоторые проводники не могут оказывать электричеству сопротивление при холодном воздухе. Такое явление называют сверхпроводимостью, которая соответствует значению температуры, близкой к химическому состоянию жидкого гелия. Но исследования привели к тому, что есть новые проводники с высокими показателями температуры.

Такие вещества были открыты в 20 веке. Керамика из кислорода, бария, меди и лантана при обычных условиях не проводит ток, но после нагревания становится сверхпроводником. На практике выгодно использовать вещества, которые могут пропускать электричество при 58 градусах по Кельвину и выше — температуре, превышающей отметку кипения азота.

Жидкость и газы, проводящие ток, используют реже твёрдых веществ. Но и они необходимы для изготовления современных электрических приборов.

Проводники и непроводники — Таблица

Теория > Физика 8 класс > Электрические явления

   СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА
 ПРОВОДНИКОВ, ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ИЗОЛЯТОРОВ
Название ПРОВОДНИКИ ПОЛУПРОВОДНИКИ ДИЭЛЕКТРИКИ
Определение Проводники — тела и вещества, в которых существуют свободные заряженные частицы; они могут перемещаться, перенося заряд в другие части тела или к другим телам  Диэлектрики — это вещества, не имеющие свободных зарядов и, поэтому, не позволяющие заряду одного тела «перетекать» на другие тела.В изоляторах электрический ток невозможен.
Примеры К проводникам относятся:К твердым —  все металлы и их сплавы, а также электротехнический уголь(каменный уголь, графит, сажа, смола и т.д.)К жидким проводникам относятся:вода, раствор солей, кислот и щелочей.
К газообразным относятся ионизированные газы.
К полупроводникам относятся:1.элементы 4й группы химической таблицы Менделеева: кремний Si, галлий Ga, (химически чистый элемент является собственным полупроводником) ; 2.соединения: карбид кремния SiC и Арсенид галлия GaAs.,(химически чистое соединение элементов является собственным полупроводником) ;
3. полупроводниковыми свойствами обладают оксиды некоторых металлов.
Диэлектрики бываюттвердые-все неметаллы;
жидкие-масла, синтетические жидкости СОВОЛ, СОВТОЛ
газообразные-все газы:воздух, кислород, азот и т.д.
Свойства Свойства проводников:1) Электрические
Удельное сопротивление веществ от которого зависит электропроводимость
Сверхпроводимость-это свойство некоторых материалов при температуре равной 101(-273) проводить эл.ток без препятствий, т.е. удельное сопротивление этих материалов равно нулю
Физические
плотность
температура плавления
2) Механические
Прочность на изгиб, растяжение и т.д., а также способность обрабатываться на станках
3) Химические
Свойства взаимодействовать с окружающей или противостоять коррозии
Свойства соединятся при помощи пайки, сварки
Основные свойства полупроводников: 1) По проводимости занимают промежуточное значение между проводниками и диэлектриками (ну, на то и полупроводники )
2) Обратная зависимость проводимости от температуры — при повышении температуры сопротивление уменьшается (у проводников наоборот)
3) Сильная зависимость проводимости от внешнего внешних воздействий (температуры, электрического поля) и примесей — главное свойство, обуславливающее применение полупроводников.
Основне свойства диэлектриков:1)Электрические свойства
Электрический пробой-устанавление большого тока, под действием высокого электрического напряжения к электроиоляционному материалу определенной толщины.
Электрическая прочность-это величина, равная напряжению, при котором может быть пробит электроизоляционному материал толщиной в единицу длины.
2) Физико-химические свойства
Нагревостойкость-это способность диэлектрика длительно выдерживать заданную рабочую температуру без заметного изменения своих электроизоляционных качеств.
Холодостойкость-способность материала переносить резкие перепады температуры, от +120, до — 120
Смачиваемость-способность материала отторгать влагу.
3)Химические
Должны противостоять активной(агрессивной) среде
Способность склеиваться
Растворение в лаках и растворителях, склеиваться
4) Механические
Защита металлических проводников от коррозии
Радиационная стойкость
Вязкость(для жидких диэлектриков)
Вязкость-время истечения жидкости из сосуда, имеющего определенную форму и отверстие
Предел прочности, твердостиОсновне свойства диэлектриков:1)Электрические свойства
Электрический пробой-устанавление большого тока, под действием высокого электрического напряжения к электроиоляционному материалу определенной толщины.
Электрическая прочность-это величина, равная напряжению, при котором может быть пробит электроизоляционному материал толщиной в единицу длины.
2) Физико-химические свойства
Нагревостойкость-это способность диэлектрика длительно выдерживать заданную рабочую температуру без заметного изменения своих электроизоляционных качеств.
Холодостойкость-способность материала переносить резкие перепады температуры, от +120, до — 120
Смачиваемость-способность материала отторгать влагу.
3)Химические
Должны противостоять активной(агрессивной) среде
Способность склеиваться
Растворение в лаках и растворителях, склеиваться
4) Механические
Защита металлических проводников от коррозии
Радиационная стойкость
Вязкость(для жидких диэлектриков)
Вязкость-время истечения жидкости из сосуда, имеющего определенную форму и отверстие
Предел прочности, твердости
Обработка инструментом

Теория | Калькуляторы | ГДЗ | Таблицы и знаки | Переменка |

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here