Самый не электропроводный металл: Самый электропроводный металл на Земле • Люди

Содержание

Самый электропроводный металл на Земле • Люди

Самый электропроводный металл на Земле

Размышлять о практическом применении такого свойства как электропроводность металлов (а также поиск наиболее электропроводного металла) стали относительно недавно — в начале ХХ века учеными было совершено весомое открытие: путем проведения ряда опытов было установлено, что в структуру металлов входят мельчайшие заряженные частицы под названием электроны.

После этого открытия целью ученых было лишь одно — найти самый электропроводный металл на Земле (стало понятно, что именно электроны руководят процессом переноса электричества в металлах). Этот важный факт лег в основу теории электропроводности металлов и помог в поиске самого электропроводного металла в химии.

В результате исследований учёные и инженеры, которые трудились над поставленной задачей и проводили исследования в области использования электроэнергии, смогли прийти к единому решению и общему знаменателю относительно своих поисков самого электропроводного металла в мире.

Почему именно металлы можно назвать наилучшим материалом для проведения электрического тока? Практические испытания показали их существенное отличие от всех других элементов. Суть заключается в особенностях структуры — в их составе присутствует достаточно большое число «одиноких» электронов, хаотично вращающихся вокруг ядра. Однако, как только выбранный металл оказывается в поле воздействия электромагнитных сил, эти «одинокие» элементы соединяются в один направленный поток и автоматически становятся главными носителями электрического заряда. Именно такое взаимодействие на молекулярном уровне структуры и отличает все металлы от других элементов. Именно благодаря этому процессу ученым удалось определить самый электропроводный металл в мире — серебро. Лидера среди металлов помогает определить физическая величина, называемая удельной электропроводностью.

Ученые смогли выделить группу, состоящую из четырех металлов лидеров, которые наиболее всего подходят для применения их в качестве электропроводников (относительно величины их удельной электропроводности, измеряемой при 20 градусах Цельсия):

— серебро — 62,5 миллиона;

— медь- 59,5 миллиона;

— золото — 45,5 миллиона;

— алюминий — 38 миллионов.

Из вышеприведенных данных следует вывод: серебро имеет наивысшее значение удельной электропроводности и, соответственно, признано самым электропроводным металлом в мире. И хотя это достаточно дорогостоящий металл (как и золото), уникальные свойства серебра и сплавов на его основе часто делают его применение экономически целесообразным. Например, кроме использования в узлах и агрегатах с пониженным сопротивлением, серебряное напыление предохраняет контактные группы от окисления.

Зато медь и алюминий — самые распространенные металлы в производстве. Такими востребованными их делают низкое сопротивление электрическому току и доступность по цене. Что касается меди, то этот металл особенно хорош при постоянных электрических нагрузках. Она отличается долговечностью и надежностью — ей не страшны ни перепады напряжения, ни длительная эксплуатация в условиях высоких температур.

Вот так, благодаря тому, что люди всегда жаждали новых открытий в науке и познания окружающего мира, человечество сегодня не мыслит себя без современной бытовой техники, электронных устройств, сверхточных станков и всех благ техники, существованию и работе которых, мы обязаны такому физико-химическому явлению как электропроводость металлов.

Последние опубликованные

Самая большая свинья в мире: где она живет?

Рейтинг детских смесей: самые популярные производители

Какое вещество является наихудшим проводником. Самый электропроводный металл в мире

Ценность металлов напрямую определяется их химическими и физическими свойствами. В случае с таким показателем, как электропроводимость, эта связь не так прямолинейна. Самый электропроводный металл, если измерять данный показатель при комнатной температуре (+20 °C), — серебро.

Но высокая стоимость ограничивает применение деталей из серебра в электротехнике и микроэлектронике. Серебряные элементы в таких приборах применяются только в случае экономической целесообразности.

Физический смысл проводимости

Использование металлических проводников имеет давнишнюю историю. Ученые и инженеры, работающие в областях науки и техники, использующих электроэнергию, давно определились с материалами для проводов, клемм, контактов, и т. д. Определить самый электропроводный металл в мире помогает физическая величина, называемая электрической проводимостью.

Понятие проводимости обратно электрическому сопротивлению. Количественное выражение проводимости связано с единицей сопротивления, которое в международной системе единиц (СИ) измеряется в Омах. Единица в системе СИ — сименс. Русское обозначение этой единицы — См, интернациональное — S. Электрической проводимостью в 1 См обладает участок электрической сети с сопротивлением в 1 Ом.

Удельная проводимость

Мера способности вещества проводить электроток называется Самым высоким подобным показателем обладает самый электропроводный металл. Эта характеристика может быть определена для любого вещества или среды инструментально и имеет числовое выражение. цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения связана с удельным сопротивлением данного проводника.

Системной единицей удельной проводимости является сименс на метр — См/м. Чтобы выяснить, какой из металлов самый электропроводный металл в мире, достаточно сравнить их удельную проводимость, определенную экспериментально. Можно определить удельное сопротивление при помощи специального прибора — микроомметра. Эти характеристики являются обратнозависимыми.

Проводимость металлов

Само понятие как направленного потока заряженных частиц кажется более гармоничным для веществ, основанных на кристаллических решетках свойственных металлам. Носителями зарядов при возникновении электрического тока в металлах являются свободные электроны, а не ионы, как это бывает в жидких средах. Экспериментально установлено, что при возникновении тока в металлах не происходит переноса частиц вещества между проводниками.

Металлические вещества отличаются от других более свободными связями на атомарном уровне. Внутреннее устройство металлов отличается присутствием большого числа «одиноких» электронов. которые при малейшем воздействии электромагнитных сил образуют направленный поток. Поэтому не зря именно металлы являются лучшими проводниками электрического тока, и именно такие молекулярные взаимодействия отличают самый электропроводный металл. На особенностях структуры кристаллической решетки металлов основано еще одно их специфическое свойство — высокая теплопроводность.

Топ лучших проводников — металлов

4 металла, имеющие практическое значение для их применения в качестве электропроводников распределяются в следующем порядке относительно величины удельной проводимости, измеряемой в См/м:

Серебро — 62 500 000.
Медь — 59 500 000.
Золото — 45 500 000.
Алюминий — 38 000 000.

Видно, что самый электропроводный металл — серебро. Но подобно золоту, оно используется для организации электрической сети лишь в особых специфических случаях. Причина — высокая стоимость.

Зато медь и алюминий — самый распространенный вариант для электроприборов и кабельной продукции благодаря низкому сопротивлению электрическому току и ценовой доступности. Другие металлы применяются в качестве проводников редко.

Факторы, влияющие на проводимость металлов

Даже самый электропроводный металл снижает свою проводимость, если в нём присутствуют другие добавки и примеси. У сплавов иная, чем у «чистых» металлов, структура кристаллической решетки. Она отличается нарушением в симметрии, трещинами и другими дефектами. Снижается проводимость и при повышении температуры окружающей среды.

Повышенное сопротивление, присущее сплавам, находит применение в нагревательных элементах. Неслучайно для изготовления рабочих элементов электропечей, обогревателей применяют нихром, фехраль и другие сплавы.

Самый электропроводный металл — это драгоценное серебро, больше используемое ювелирами, для чеканки монет и т. д. Но и в технике и приборостроении его особые химические и физические свойства находят широкое применение. Например, кроме использования в узлах и агрегатах с пониженным сопротивлением, серебряное напыление предохраняет контактные группы от окисления. Уникальные свойства серебра и сплавов на его основе часто делают его применение оправданным, несмотря на высокую стоимость.

При использовании электроприборов человек постоянно сталкивается с веществами, которые являются проводниками, полупроводниками и диэлектриками, не проводящими ток. Эти материалы отличаются степенью электропроводности. Для того чтобы работать с бытовой техникой, необходимо знать все их особенности и характеристику. Выбрать лучший проводник электрического тока можно из металлов.

Проводниками 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.

После того как получилось разобраться с тем, что проводит электрический ток, нужно узнать особенности некоторых веществ. Проводники могут быть разными — металлическая проволока, морская вода. Но в них ток различается, поэтому вещества делят на две группы:

первого рода, в которых электричество протекает по электронам;
второй вид — на основе ионов.

К первым относят все металлы и углерод. Ко второму роду относят щелочи, кислоты, соляные расплавы — электролиты. В них ток представляет упорядоченное движение отрицательных и положительных ионов. Электричество в таких материалах протекает при любом показателе напряжения. В обычных условиях хороший проводник электрического тока
— это изделие из золота, серебра, алюминия или меди.

Их двух последних материалов изготавливают кабели, отличающиеся низкой стоимостью. Качественное жидкое вещество, проводящее ток — ртуть, а также ток хорошо протекает через углерод. Но это вещество не обладает гибкостью, поэтому на практике его не применяют. Хотя физики недавно смогли представить углерод в форме графена, что позволило из его нитей изготавливать шнуры.

У графеновых изделий сопротивление такое, что оно является недопустимым для проводников. Их позволительно использовать только в нагревателях. В этом случае металлические провода из никеля и хрома проигрывают, так как они не могут выдержать очень высокую температуру. Спирали в лампах дневного света изготавливают из вольфрама. Этот материал способен накаливаться, так как вещество является тугоплавким.

Во 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.

Вещества 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.

Все вещества в зависимости от электропроводности делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики.

Самыми хорошими проводниками электрического тока являются металлы.
Металлы являются проводниками как в твёрдом, так и в жидком состоянии. При прохождении электрического тока через металлические проводники не изменяются ни их масса, ни их химический состав. Следовательно, атомы металлов не участвуют в переносе электрических зарядов. Исследования природы электрического тока в металлах показали, что перенос электрических зарядов в них осуществляется только электронами.

Особенностью атомов всех металлов
является малое количество электронов
на внешней электронной оболочке. При соединении атомов металлов в кристалл связь между атомами устанавливается путём объединения внешних электронных оболочек. Наличие большого числа вакантных мест на внешних оболочках позволяет электронам после объединения атомов в кристалл свободно переходить от одного атома к другому. В пределах кристалла валентные электроны металлов можно рассматривать как свободные заряженные частицы.

Экспериментально обнаружено, что удельное сопротивление р
металлов линейно зависит от температуры:

р = р 0 (1 + αt)

В данном уравнении р 0
– удельное электрическое сопротивление при температуре 0˚ С, t
– температура проводника по шкале Цельсия, α
– температурный коэффициент сопротивления, р – удельное сопротивление при температуре t.
Возрастание удельного сопротивления проводников с повышением температуры объясняется тем, что валентные электроны атомов металлов могут свободно переходить с оболочки одного атома на оболочку другого атома только при определённых расстояниях между центрами атомов, когда их валентные оболочки перекрываются. В результате теплового движения атомы в кристалле колеблются относительно равновесных положений. Смещение атомов от равновесных положений нарушает перекрывание их электронных оболочек и затрудняет переходы электронов от атома к атому. Чем выше температура кристалла,
тем больше амплитуда тепловых колебаний атомов, больше нарушений в расположении атомов в кристалле, больше препятствий для движения электронов.

При приближении температуры металлического проводника к абсолютному нулю
количество дефектов в кристаллической решётке, создаваемых тепловым движением атомов, стремится к нулю, поэтому и удельное сопротивление проводника приближается к нулю.

Однако у некоторых металлов удельное электрическое сопротивление падает до нуля при температуре выше абсолютного нуля. Это явление называется сверхпроводимостью.
Например, удельное сопротивление ртути становится равным нулю при температуре 4,2 К.

При создании электрического тока в кольце из сверхпроводника сила тока остаётся неизменной неограниченно долго, так как нет потерь на нагревание проводника.

К настоящему времени созданы материалы, переходящие в сверхпроводящее состояние при сравнительно высокой температуре около 100 К (-173˚ С).

blog.сайт,
при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Способность проводить электрический ток имеют не только металлы. При некоторых условиях эту способность приобретают тазы и жидкости.

Свойство химического элемента проводить электрический ток или быть диэлектриком (изолятором) зависит от наличия в нем свободных заряженных частиц. В металлах это электрон – частица, вращающаяся вокруг атома. Вместе электроны и атомы составляют молекулу. В молекуле водорода вокруг атома вращается один электрон. У меди их – 39.

Электроны распределяются группами на разном удалении от атомного ядра. Самая дальняя группа электронов у электропроводящих материалов имеет неустойчивую связь с ядром. При появлении электрического поля они приходят в движение и создают электрический ток.

Электрическое поле всегда распространяется со скоростью света. А вот скорость движения электронов очень мала: десятки сантиметров в секунду. Объясняется это столкновениями при движении электронов с элементами кристаллической решетки проводника. Чем больше этих столкновений, тем хуже проводит материал электрический ток.

Удельное сопротивление

Способность лучше или хуже проводить ток определяется удельным сопротивлением
— ⍴ (ро). Вот удельные сопротивления некоторых металлов, применяемых в электротехнике.

Удельное сопротивление зависит от температуры. Чем она ниже, тем сопротивление меньше. Объясняется это тем, что с уменьшением температуры электроны меньше совершают хаотичных движений и меньше сталкиваются. При температуре абсолютного нуля (-273˚С) движение прекращается. У большинства материалов при этом способность проводить ток резко исчезает, но у некоторых возникает явление сверхпроводимости
, когда удельное сопротивление равно нулю. При этом величина тока в проводнике ничем не ограничивается.

Сопротивление, ток и мощность

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

S – площадь сечения проводника в м 2 , l – его длина в метрах. Ток через проводник измеряется в амперах и подчиняется закону Ома для участка цепи:

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

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.

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.

Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, из всего многообразия физических веществ в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока.

Что представляют собой проводники?

Проводник – это такой материал, особенностью которого является наличие в составе свободно передвигающихся заряженных частиц, которые распространены по всему веществу.

Проводящими электрический ток веществами являются расплавы металлов и сами металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.

Металл – это самый лучший проводник электрического тока. Также и среди неметаллов есть хорошие проводники, например, углерод.

Все, существующие в природе проводники электрического тока, характеризуются двумя свойствами:

показатель сопротивления;
показатель электропроводности.

Сопротивление возникает из-за того, что электроны при движении испытывают столкновение с атомами и ионами, которые являются своеобразным препятствием. Именно поэтому проводникам присвоена характеристика электрического сопротивления. Обратной сопротивлению величиной является электропроводность.

Электропроводность – это характеристика (способность) физического вещества проводить ток. Поэтому свойствами надежного проводника являются низкое сопротивление потоку движущихся электронов и, следовательно, высокая электропроводность. То есть, лучший проводник характеризуется большим показателем проводимости.

Например кабельная продукция : медный кабель обладает большей электропроводностью по сравнению с алюминиевым.

Что представляют собой диэлектрики?

Диэлектрики – это такие физические вещества, в которых при заниженных температурах отсутствуют электрические заряды. В состав таких веществ входят лишь атомы нейтрального заряда и молекулы. Заряды нейтрального атома имеют тесную связь друг с другом, поэтому лишены возможности свободного перемещения по всему веществу.

Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы.

Диэлектрические предметы – это изоляторы, свойства которых главным образом зависимы от состояния окружающей атмосферы. Например, при высокой влажности некоторые диэлектрические материалы частично лишаются своих свойств.

Проводники и диэлектрики широко используются в сфере электротехники для решения различных задач.

Например, вся кабельно-проводниковая продукция изготавливается из металлов, как правило, из меди или алюминия. Оболочка проводов и кабелей полимерная, также, как и вилках всех электрических приборов. Полимеры – отличные диэлектрики, которые не допускают пропуска заряженных частиц.

Серебряные, золотые и платиновые изделия – очень хорошие проводники. Но их отрицательная характеристика, которая ограничивает использование, состоит в очень высокой стоимости.

Поэтому применяются такие вещества в сферах, где качество гораздо важнее цены, которая за него уплачивается (оборонная промышленность и космос).

Медные и алюминиевые изделия также являются хорошими проводниками, при этом имеют не столь высокую стоимость. Следовательно, использование медных и алюминиевых проводов распространено повсеместно.

Вольфрамовые и молибденовые проводники имеют менее хорошие свойства, поэтому используются в основном в лампочках накаливания и нагревательных элементах высокой температуры. Плохая электропроводность может существенно нарушить работу электросхемы.

Диэлектрики также различаются между собой своими характеристиками и свойствами. Например, в некоторых диэлектрических материалах также присутствуют свободные электрически заряды, пусть и в небольшом количестве. Свободные заряды возникают из-за тепловых колебаний электронов, т.е. повышение температуры все-таки в некоторых случаях провоцирует отрыв электронов от ядра, что понижает изоляционные свойства материала. Некоторые изоляторы отличаются большим числом «оторванных» электронов, что говорит о плохих изоляционных свойствах.

Самый лучший диэлектрик – полный вакуум, которого очень трудно добиться на планете Земля.

Полностью очищенная вода также имеет высокие диэлектрические свойства, но таковой даже не существует в реальности. При этом стоит помнить, что присутствие каких-либо примесей в жидкости наделяет ее свойствами проводника.

Главный критерий качества любого диэлектрического материала – это степень соответствия возложенным на него функциям в конкретной электрической схеме. Например, если свойства диэлектрика таковы, что утечка тока совсем незначительная и не приносит никакого ущерба работе схемы, то диэлектрик является надежным.

Что такое полупроводник?

Промежуточное место между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники. Главное отличие проводников заключается в зависимости степени электропроводности от температуры и количества примесей в составе. При том материалу свойственны характеристики и диэлектрика, и проводника.

С ростом температуры электропроводность полупроводников растет, а степень сопротивления при этом падает. При понижении температуры сопротивление стремится к бесконечности. То есть, при достижении нулевой температуры полупроводники начинают вести себя как изоляторы.

Полупроводниками являются кремний и германий.

Почему проводники хорошо проводят электрический ток. Самый электропроводный металл в мире

Проводники, диэлектрики и поток электронов

Электроны различных типов атомов обладают разными степенями свободы перемещения. В некоторых материалах, таких как металлы, внешние электроны атомов настолько слабо связаны с ядром, что легко могут покидать свои орбиты и хаотично двигаться в пространстве между соседними атомами даже при ком
натной температуре. Такие электроны часто называют свободными электронами
.

В других типах материалов, таких как стекло, у электронов в атомах существует очень небольшая свобода перемещени
я. Однако внешние силы, например физическое трение, могут заставить некоторые из этих электронов покинуть собственные атомы и перейти к атомам другого материала, но они не могут свободно перемещаться между атомами материала.

Эта относительная подвижность электронов в материале известна как электропроводность
. Электропроводность определяется типами атомов материала (количество протонов в ядре атома, определяющее его химическую идентичность) и способом соединения атомов друг с друг
ом. Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов) называются проводниками, а материалы с низкой подвижностью электронов (мало или совсем нет свободных электронов) называются диэлектриками.

Ниже приведено несколько примеров наиболее распространенных проводников и диэлектриков:

Проводники:

серебро
медь
золото
алюминий
железо
сталь
латунь
бронза
ртуть
графит
грязная вода
бетон

Диэлектрики:

стекло
резина
нефть
асфальт
стекловолокно
фарфор
керамика
кварц
(сухой) хлопок
(сухая) бумага
(сухая) древесина
пластмасса
воздух
алмаз
чистая вода

Следует понимать, что не у всех проводящих материалов одинаковый уровень проводимости, и не все диэлектрики одинаково сопротивляются движению электронов
. Электрическая проводимость аналогична прозрачности некоторых материалов: материалы, которые легко «пропускают» свет, называют «прозрачными», а те, которые его не пропускают, называют «непрозрачными
«. Однако, не все прозрачные материалы одинаково пропускают св
ет. Оконное стекло — лучше чем органическое стекло, и конечно лучше чем «прозрачное» стекловолокно. Так же и с электрическими проводниками, некоторые из них лучше пропускают электроны, а некоторые — хуже.

Например, серебро является лучшим проводником в представленном выше списке «проводников», обеспечивая более легкий проход электронов чем любой другой материал из этого списка. Грязная вода и бетон также значатся как проводники, но эти материалы являются существенно менее проводящими чем любой металл.

Некоторые материалы изменяют свои электрические свойства при различных температурных условиях. Например, стекло является очень хорошим диэлектриком при комнатной температуре, но становится проводником, если его нагреть до очень высокой температуре. Газы, такие как воздух, в обычном состоянии — диэлектрики, но они также становятся проводниками при нагревании до очень высоких температур. Большинство металлов, наоборот, становятся менее проводимыми при нагревании, и увеличивают свою проводимость при охлаждении. Многие проводники становятся идеально проводящими (сверхпроводимость
) при экстремально низких температурах.

В обычном состоянии движение «свободных» электронов в проводнике хаотично, без определенного направления и скорости. Однако, путем внешнего воздействия можно заставить эти электроны двигаться скоординировано через проводящий материал. Такое направленное движение электронов мы называем электричеством
, или электрическим током
. Чтобы быть более точным, его можно назвать динамическим
электричеством в отличие от статического
электричества, в котором накопленный электрический заряд неподвижен. Электроны могут перемещаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника точно так же, как вода течет через пустоту трубы. Приведенная аналогия с водой в нашем случае уместна, потому что движение электронов через проводник часто упоминается как «поток».

Поскольку электроны двигаются через проводник равномерно, то каждый из них толкает находящиеся впереди электроны. В результате все электроны движутся одновременно. Начало движения и остановка электронного потока на всем протяжении проводника фактически мгновенны, даже несмотря на то, что движение каждого электрона может быть очень медленным. Приблизительную аналогию мы можем увидеть на примере трубки, заполненной мраморными шариками:

Трубка заполнена мраморными шариками точно также, как проводник заполнен свободными электронами, готовыми к перемещению под воздействием внешних факторов. Если вставить еще один мраморный шарик в эту заполненную трубку слева, то последний шарик сразу выйдет из нее справа
. Несмотря на то, что каждый шарик прошел короткое расстояние, передача движения через трубку в целом произошла мгновенно от левого конца до правого, независимо от длины труб
ки. В случае с электричеством, передача движения электронов от одного конца проводника к другому происходит со скоростью света: около 220 000 км. в секунду!!
! Каждый отдельный электрон проходит через проводник в гораздо более медленном темпе.

Если мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении к определенному месту, мы должны проложить для них соответствующий путь из проводов, точно так же, как водопроводчик должен проложить трубопровод, чтобы подвести воду к нужному месту. Для облегчения этой задачи, провода
изготавливаются из хорошо проводящих металлов, таких как медь или алюминий.

Электроны могут течь только тогда, когда у них есть возможность перемещаться в пространстве между атомами материала
. Это означает, что электрический ток может быть только
там, где существует непрерывный путь из проводящего материала, обеспечивающего передвижение электронов. По аналогии с мраморными шариками мы можем видеть, что шарики будут «течь» через трубку только в том случае, если она будет открыта с правой стороны. Если трубку заблокировать, то мрамор будет «накапливаться» в ней, а со
ответственно не будет и «потока». То же самое верно и для электрического тока: непрерывный поток электронов требует непрерывного пути для обе
спечения этого потока. Давайте посмотрим на схему, чтобы понять, как это работает:

Тонкая, сплошная линия (показанная выше) является схематическим обозначением непрерывной части провода. Так как провод сделан из проводящего материала, такого как медь, у составляющих его атомов существует много свободных электронов, которые могут свободно перемещаться по нему. Однако, в пределах такого провода никогда не будет направленного и непрерывного потока электронов, если у него не будет места, откуда приходят электроны и места, куда они идут. Давайте в нашу схему добавим гипотетические «Источник» и «Получатель» электронов:

Теперь, когда Источник поставляет новые электроны в провод, через этот провод пойдет поток электронов (как показано стрелками, слева-направо
). Однако, поток будет прерван, если проводящий путь, образованный проводом, повредить:

В связи с тем, что воздух является диэлектриком, образовавшийся воздушный разрыв разделит провод на две части
. Некогда непрерывный путь нарушается, и электроны не могут течь от Источника к Получателю
. Аналогичная ситуация получится, если водопроводную трубу разрезать на две части, а концы в месте разреза закупорить: вода в этом случае течь не сможе
т. Когда провод был одним целым, у нас была электрическая цепь, и эта цепь была нарушена в момент повреждения.

Если мы возьмем еще один провод и соединим им две части поврежденного провода, то снова будем иметь непрерывный путь для потока электроно
в. Две точки на схеме показывают физический (металл-металл) контакт между проводами:

Теперь у нас снова есть цепь, состоящая из Источника, нового провода (соединяющего поврежденный) и Получателя электронов
. Если рассматривать аналогию с водопроводом, то установив тройник на одной из закупоренных туб, мы можем направить воду через новый сегмент трубы к месту назначени
я. Обратите внимание, что в правой части поврежденного провода нет потока электронов, потому что он больше не является частью пути от Источника до получателя электронов.

Следует отметить что проводам, в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге разъедаются ржавчиной, никакой «износ» от воздействия потока электронов не грозит. При движении электронов, в проводнике возникает определенная сила трения, которая может вырабатывать тепло. Подробнее эту тему мы рассмотрим несколько позже.

Краткий обзор:

В проводниках
, электроны находящиеся на внешних орбитах атомов могут легко покинуть эти атомы, или наоборот присоединится к ним. Такие электроны называются свободными электронами
.
В диэлектриках
внешние электроны имеют намного меньше свободы передвижения, чем в проводниках.
Все металлы являются электрически проводящими.
Динамическое электричество
, или электрический ток
— это направленное движение электронов через проводник.
Статическое электричество
— это неподвижный (если на диэлектрике), накопленный заряд, сформированный избытком или недостатком электронов в объекте.
Для обеспечения потока электронов нужен целый, неповрежденный проводник, который обеспечит приём и выдачу электронов.

Источник

: Lessons In Electric Circuits

Каждый человек, постоянно пользуясь электроприборами, сталкивается с:

1. проводниками, которые пропускают электрический ток;

2. диэлектриками, обладающими изоляционными свойствами;

3. полупроводниками, сочетающими в себе характеристики первых двух типов веществ и изменяющие их в зависимости от приложенного управляющего сигнала.

Отличительной чертой каждой из перечисленных групп является свойство электропроводности.

Что такое проводник

К проводникам относят те вещества, которые имеют в своей структуре большое количество свободных, а не связанных электрических зарядов, способных начинать движение под воздействием приложенной внешней силы. Они могут быть в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Если взять два проводника, между которыми образована разность потенциалов и подключить внутри них металлическую проволоку, то сквозь нее потечет электрический ток. Его носителями станут свободные электроны, не удерживаемые связями атомов. Они характеризуют или способность любого вещества пропускать через себя электрические заряды — ток.

Значение электрической проводимости обратно пропорционально сопротивлению вещества и измеряется соответствующей единицей: сименсом (См).

1 См=1/1 Ом.

В природе носителями зарядов могут быть:

электроны;

ионы;

дырки.

По этому принципу электропроводность подразделяют на:

электронную;

ионную;

дырочную.

Качество проводника позволяет оценить зависимость протекающего в нем тока от значения приложенного напряжения. Ее принято называть по обозначению единиц измерения этих электрических величин — вольтамперной характеристикой.

Проводники с электронной проводимостью

Наиболее распространенным представителем этого типа являются металлы. У них электрический ток создается исключительно за счет перемещения потока электронов.

Внутри металлов они находятся в двух состояниях:

Электроны, удерживаемые на орбите силами притяжения ядра атома, как правило, не участвуют в создании электрического тока под действием внешних электродвижущих сил. Иначе ведут себя свободные частицы.

Если к металлическому проводнику не приложена ЭДС, то свободные электроны движутся хаотически, беспорядочно, в любых направлениях. Такое их перемещение обусловлено тепловой энергией. Оно характеризуется различными скоростями и направлениями перемещения каждой частицы в любой момент времени.

Когда к проводнику приложена энергия внешнего поля с напряженностью Е, то на все электроны вместе и каждый в отдельности действует сила, направленная противоположно действующему полю. Она создает строго ориентированное движение электронов, или другим словами — электрический ток.

Вольтамперная характеристика металлов представляет собой прямую линию, укладывающуюся в действие закона Ома для участка и полной цепи.

Кроме чистых металлов электронной проводимостью обладают и другие вещества. К ним относят:

сплавы;

отдельные модификации углерода (графит, уголь).

Все вышеперечисленные вещества, включая металлы, относят к проводникам 1-го рода. У них электропроводность никоим образом не связана с переносом массы вещества за счет прохождения электрического тока, а обусловливается только движением электронов.

Если металлы и сплавы поместить в среду сверхнизких температур, то они переходят в состояние сверхпроводимости.

Проводники с ионной проводимостью

К этому классу относятся вещества, у которых электрический ток создается за счет движения зарядов ионами. Они классифицируются как проводники второго рода. Это:

растворы щелочей, кислот солей;

расплавы различных ионных соединений;

различные газы и пары́.

Электрический ток в жидкости

Проводящие электрический ток жидкие среды, в которых происходит — перенос вещества вместе с зарядами и осаждение его на электродах, принято называть электролитами, а сам процесс — электролизом.

Он происходит под действием внешнего энергетического поля за счет приложения положительного потенциала к электроду-аноду и отрицательного — к катоду.

Ионы внутри жидкостей образуются за счет явления электролитической диссоциации, которая заключается в расщеплении части молекул вещества, обладающих нейтральными свойствами. В качестве примера можно привести хлорид меди, который в водном растворе распадается на составляющие ионы меди (катионы) и хлора (анионы).

CuCl2꞊Cu2++2Cl-

Под действием приложенного напряжения к электролиту катионы начинают двигаться строго к катоду, а анионы — к аноду. Таким способом получают химически чистую, без примесей медь, которая выделяется на катоде.

Кроме жидкостей в природе существуют еще твердые электролиты. Их называют суперионными проводниками (супер-иониками), обладающими кристаллической структурой и ионной природой химических связей, обусловливающую высокую электропроводность за счет движения ионов одного типа.

Вольтамперная характеристика электролитов показана графиком.

Электрический ток в газах

При обычном состоянии среда газов обладает изоляционными свойствами и не проводит ток. Но под воздействием различных возмущающих факторов диэлектрические характеристики могут резко снизиться и спровоцировать прохождение ионизации среды.

Она возникает от бомбардировки нейтральных атомов движущимися электронами. В результате этого из атома выбивается один или несколько связанных электронов, и атом получает положительный заряд, превращаясь в ион. Одновременно внутри газа образуется дополнительное количество электронов, продолжающих процесс ионизации.

Таким образом, внутри газа электрический ток создается одновременным движением положительных и отрицательных частиц.

Искровой разряд

При нагреве или повышении напряженности приложенного электромагнитного поля внутри газа вначале проскакивает искра. По этому принципу образуется природная молния, которая состоит из каналов, пламени и факела разряда.

В лабораторных условиях проскакивание искры можно наблюдать между электродами электроскопа. Практическая же реализация искрового разряда в свечах зажигания двигателей внутреннего сгорания известна каждому взрослому человеку.

Дуговой разряд

Искра характерна тем, что через нее сразу расходуется вся энергия внешнего поля. Если же источник напряжения способен поддерживать протекание тока через газ, то возникает дуга.

Примером электрической дуги является сварка металлов различными способами. Для ее протекания используется эмиссия электронов с поверхности катода.

Коронный разряд

Он возникает внутри газовой среды с большими напряженностями и неоднородными электромагнитными полями, что проявляется на высоковольтных воздушных линиях электропередач с напряжением от 330 кВ и выше.

Он протекает между проводом и близко расположенной плоскостью линии электропередачи. При коронном разряде происходит ионизация методом электронного удара около одного из электродов, обладающего областью повышенной напряженности.

Тлеющий разряд

Его используют внутри газов в специальных разрядных газосветных лампах и трубках, стабилизаторах напряжения. Он образуется за счет понижения давления в разрядном промежутке.

Когда в газах процесс ионизации достигает большой величины и в них образуется равное число положительных и отрицательных носителей зарядов, то такое состояние называют плазмой. Тлеющий разряд происходит в среде плазмы.

Вольтамперная характеристика протекания токов в газах представлена на картинке. Она состоит из участков:

1. несамостоятельного;

2. самостоятельного разряда.

Первый характеризуется тем, что происходит под воздействием внешнего ионизатора и при прекращении его действия затухает. А самостоятельный разряд продолжает течь при любом условии.

Проводники с дырочной проводимостью

К ним относятся:

германий;

селен;

кремний;

соединения отдельных металлов с теллуром, серой, селеном и некоторыми органическими веществами.

Они получили название полупроводников и относятся к группе №1, то есть не образуют переноса вещества при протекании зарядов. Для увеличения концентрации свободных электронов внутри них необходимо потратить дополнительную энергию на отрыв связанных электронов. Она получила название энергии ионизации.

В составе полупроводника работает электронно-дырочный переход. За счет его полупроводник пропускает ток в одном направлении и блокирует в обратном, когда к нему приложено противоположное внешнее поле.

Проводимость у полупроводников бывает:

1. собственной;

2. примесной.

Первый тип присущ конструкциям, у которых в процессе ионизации атомов своего вещества появляются носители зарядов: дырки и электроны. Их концентрация взаимно уравновешена.

Второй тип полупроводников создают за счет включения кристаллов с примесной проводимостью. Они обладают атомами трех- или пятивалентного элемента.

При очень низких температурах вещества определенные категории металлов и сплавов переходят в состояние, которое получило название сверхпроводимости. У этих веществ электрическое сопротивление току снижается практически до нулевого значения.

Переход происходит за счет изменения тепловых свойств. По отношению к поглощению или выделению теплоты во время перехода в сверхпроводящее состояние при отсутствии магнитного поля сверхпроводники подразделяют на 2 рода: №1 и №2.

Явление сверхпроводимости проводников происходит за счет образования куперовских пар, когда создается связанное состояние для двух соседних электронов. У созданной пары образуется двойной заряд электрона.

Распределение электронов в металле при состоянии сверхпроводимости показано графиком.

Магнитная индукция сверхпроводников зависит от напряженности электромагнитного поля, а на величину последней влияет температура вещества.

Свойства сверхпроводимости проводников ограничены критическими значениями предельного магнитного поля и температуры для них.

Таким образом, проводники электрического тока могут быть выполнены из совершенно различных веществ и обладать отличающимися друг от друга характеристиками. На них всегда оказывают влияние условия окружающей среды. По этой причине границы эксплуатационных характеристик проводников всегда оговариваются техническими нормативами.

Физический смысл проводимости

Удельная проводимость

Проводимость металлов

Топ лучших проводников — металлов

Серебро — 62 500 000.
Медь — 59 500 000.
Золото — 45 500 000.
Алюминий — 38 000 000.

Факторы, влияющие на проводимость металлов

Электрический проводник

Электрический провод

Проводник
— вещество, проводящее электрический ток. Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы , полуметаллы. Пример проводящих жидкостей — электролиты . Пример проводящих газов — ионизированный газ (плазма). Некоторые вещества при нормальных условиях являющиеся изоляторами при внешних воздействиях могут переходить в проводящее состояние, а именно проводимость полупроводников может сильно варьироваться при изменении температуры, освещённости, легировании и т. п.

Проводниками также называют части электрических цепей — соединительные провода и шины.

Микроскопическое описание проводников связано с электронной теорией металлов. Наиболее простая модель описания проводимости известна с начала прошлого века и была развита Друде .

Проводники бывают первого и второго рода. К проводникам первого рода относят те проводники, в которых имеется электронная проводимость (посредством движения электронов). К проводникам второго рода относят проводники с ионной проводимостью (электролиты)

См. также

Полианилин — полимер с электронной проводимостью

Литература

Жан М. Рабаи, Ананта Чандракасан, Боривож Николич
4. Проводник
// Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования = Digital Integrated Circuits. — 2-ое изд. — М.: «Вильямс» , 2007. — С. 912. — ISBN 0-13-090996-3

Wikimedia Foundation
.
2010
.

Смотреть что такое «Электрический проводник» в других словарях:

электрический проводник
— elektros laidininkas statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiaga, laidi elektros srovei. atitikmenys: angl. conductor of electricity; electric conductor; electrical conductor rus. электрический проводник … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

электрический проводник
— elektros laidininkas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. conductor of electricity vok. elektrischer Leiter, m rus. электрический проводник, m pranc. conducteur électrique, m … Fizikos terminų žodynas

Заряд количество электричества, содержащееся в данномтеле. Электрический ток. Если погрузить в проводящую жидкость, напр.,в раствор серной кислоты, два разнородных металла, напр., Zn и Сu, исоединить эти металлы между собой металлической… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

Электрический контакт поверхность соприкосновения проводящих электрический ток материалов, обладающая электропроводностью, или приспособление, обеспечивающее такое соприкосновение (соединение). В зависимости от природы соприкасающихся… … Википедия

проводник
— (1) Вещество, основным электрическим свойством которого является электропроводность. [ГОСТ Р 52002 2003] проводник (2) Всё то, что используется (предназначается) для проведения электрического тока: провод; кабель; шина; шинопровод; жила провода… …

проводник питающей линии
— Параллельные тексты EN RU Unless a plug is provided with the machine for the connection to the supply, it is recommended that the supply conductors are terminated at the supply disconnecting device. Если проводники питающей… … Справочник технического переводчика

электрический провод
— провод Кабельное изделие, содержащее одну или несколько скрученных проволок или одну или более изолированных жил, поверх оторых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься легкая неметаллическая оболочка, обмотка и (или)… … Справочник технического переводчика

ПРОВОДНИК, вещество или предмет, по которым легко проходят свободные ЭЛЕКТРОНЫ, то есть, создается поток тепловой энергии или заряженных частиц. У проводников низкое электрическое СОПРОТИВЛЕНИЕ. Самыми лучшими проводниками являются металлы,… … Научно-технический энциклопедический словарь

Символы обозначения предохранителя У этого термина существуют и другие значения, см. Предохранитель. Электрический предохранитель электрический апп … Википедия

Основная статья: Электрическая машина Электродвигатели разной мощности (750 Вт, 25 Вт, к CD плееру, к игрушке, к дисководу). Батарейка «Крона» дана для сравнения Электрический двигатель … Википедия

При появлении в нашей жизни электричества, мало кто знал о его свойствах и параметрах, и в качестве проводников использовали различные материалы, было заметно, что при одной и той же величине напряжения источника тока на потребителе было разное значение напряжения. Было понятно, что на это влияет вид материала применяемого в качестве проводника. Когда ученные занялись вопросом по изучению этой проблемы они пришли к выводу, что в материале носителями заряда являются электроны. И способность проводить электрический ток обосабливается наличием свободных электронов в материале. Было выяснено, что у некоторых материалов этих электронов большое количество, а у других их вообще нет. Таким образом существуют материалы, которые , а некоторые не обладают такой способностью.

Исходя из всего выше сказанного, все материалы поделились на три группы:

проводники;
полупроводники;
диэлектрики;

Каждая из групп нашла широкое применение в электротехнике.

Проводники

Проводниками

являются материалы, которые хорошо проводят электрический ток, их применяют для изготовления проводов, кабельной продукции, контактных групп, обмоток, шин, токопроводящих жил и дорожек. Подавляющее большинство электрических устройств и аппаратов выполнена на основе проводниковых материалов. Мало того, скажу, что вся электроэнергетика не могла б существовать не будь этих веществ. В группу проводников входят все металлы, некоторые жидкости и газы.

Так же стоит упомянуть, что среди проводников есть супер проводники, сопротивление которых практически равно нулю, такие материалы очень редки и дороги. И проводники с высоким сопротивлением — вольфрам, молибден, нихром и т.д. Такие материалы используют для изготовления резисторов, нагревательных элементов и спиралей осветительных ламп.

Но львиная доля в электротехнической сфере принадлежит рядовым проводникам: медь, серебро, алюминий, сталь, различные сплавы этих металлов. Эти материалы нашли самое широкое и огромное применение в электротехнике, особенно это касается меди и алюминия, так как они сравнительно дешевы, и их применение в качестве проводников электрического тока наиболее целесообразно. Даже медь ограничена в своем использовании, её применяют в качестве обмоточных проводов, многожильных кабелях, и более ответственных устройствах, еще реже встречаются медные шинопроводы. А вот алюминий считается королем среди проводников электрического тока, пускай он обладает более высоким удельным сопротивлением чем медь, но это компенсируется его весьма низкой стоимостью и устойчивостью к коррозии. Он широко применяется в электроснабжении, в кабельной продукции, в воздушных линиях, шинопроводах, обычных проводах и т.д.

Полупроводники

Полупроводники
, что-то среднее между проводниками и полупроводниками. Главной их особенностью является их зависимость проводить электрический ток от внешних условий. Ключевым условием является, наличие различных примесей в материале, которые как раз-таки обеспечивают возможность проводить электрический ток. Так же при определенной компоновку двух полупроводниковых материалов. На основе этих материалов на данный момент, произведено множество полупроводниковых устройств: , светодиоды, транзисторы,
семисторы, тиристоры, стабисторы, различные микросхемы. Существует целая наука, посвященная полупроводникам и устройствам на их основе: электронная техника. Все компьютеры, мобильные устройства. Да что там говорить, практически вся наша техника содержит в себе полупроводниковые элементы.

К полупроводниковым материалам относят: кремний, германий, графит, графен, индий и т.д.

Диэлектрики

Ну и последняя группа материалов, это

диэлектрики

, вещества не способные проводить электрический ток. К таким материалам относят: дерево, бумага, воздух, масло, керамика, стекло, пластмассы, полиэтилен, поливинилхлорид, резина и т.д. Диэлектрики получили широкое применение благодаря своим качествам. Их применяют в качестве изолирующего материала. Они предохраняют соприкосновение двух токоведущих частей, не допускают прямого прикосновения человека с этими частями. Роль диэлектриком в электротехнике не менее важна чем роль проводников, так как обеспечивают стабильную, безопасную работу всех электротехнических и электронных устройств. У всех диэлектриков существует предел, до которого они не способны проводить электрический ток, его называют пробивным напряжением. Это такой показатель, при котором диэлектрик начинает пропускать электрический ток, при этом происходит выделение тепла и разрушение самого диэлектрика. Это значение пробивного напряжения для каждого диэлектрического материала разное и приведено в справочных материалах. Чем он выше, тем лучше, надежней считается диэлектрик.

Параметром, характеризующим способность проводить электрический ток является удельное сопротивление

R

, единица измерения

[

Ом

]

и проводимость
,
величина обратная сопротивлению
.
Чем выше этот параметр, тем хуже материал проводит электрический ток. У проводников он равен от нескольких десятых, до сотен Ом. У диэлектриков сопротивление достигает десятков миллионов ом.

Все три вида материалов нашли широкое применение в электроэнергетике и электротехнике. А так же тесно взаимосвязаны друг с другом.

КИМ по профессии «Радиомонтажник»

Министерство образования И НАУКИ УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ

профессиональное образовательное учреждение

Профессия: 11.01.11 Монтажник радиоэлектронной аппаратуры и приборов

По профилю связи и информационных технологий, радиотехники и машиностроения

Протокол № ___ от ____________ 2017г.

________________2017г.

Разработала: Мардарьева Ольга Александровна, преподаватель ОГБПОУ УМТ

Контрольно-измерительный материал по дисциплине ОП.03 Основы электроматериаловедения разработан в соответствии с ФГОС СПО по профессии: 11.01.11 Монтажник радиоэлектронной аппаратуры и приборов

и предназначен для определения качества знаний и умений обучающихся при прохождении процедуры государственной аккредитации.

Контрольно-измерительный материал включает в себя:

— тестовые задания (4 варианта) и критерии оценок;

— перечень используемой литературы.

Каждый вариант КИМ содержит 10 тестовых заданий закрытого и открытого типа: 5 заданий на выбор ответа, 2 задания на установление соответствия, 2 задания на дополнение, 1 решение проблемной ситуации.

Каждый вариант КИМ имеет одинаковое количество баллов.

Критерии оценок позволяют перевести количество набранных баллов и процентное отношение выполненных заданий в пятибалльную систему оценивания.

Все тесты содержат эталон ответов, который является образцом полного, последовательного выполнения задания.

Оценка правильности ответа осуществляется в двух видах:

1) по качественному результату;

2) в зависимости от системы полноты его выполнения.

В первом случае, если задание выполнено без ошибок, то ответ оценивается максимальным количеством баллов, полным «цене» задания.

Во втором случае «цена» количественного задания дробится на части в зависимом от системы полноты его выполнения, либо наличия ошибок.

Так оцениваются задания на установление соответствия, на дополнение определения; на дополнение со свободно конструируемым ответом, решение задачи.

На выполнение контрольно-оценочных процедур отводится 45 минут.

Перечень учебных элементов

Наименование учебных элементов

(дидактические единицы)

Цель обучения

Номер заданий

2

3

Тема 1 Основы электроматериаловедения

Типы электроматериалов

Должен уметь:

использовать электроматериалы при выполнении монтажных работ Должен знать:

общие сведения о строении материалов;

1,2,8,

Особенности строения материалов

Должен уметь:

использовать электроматериалы при выполнении монтажных работ Должен знать:

общие сведения о строении материалов;

4,6,10

Тема 2 Электроматериалы

Проводниковые материалы

Должен уметь:

использовать электроматериалы при выполнении монтажных работ

Должен знать:

общие сведения о проводниковых материалах

3,6

Диэлектрические материалы

Должен уметь:

использовать электроматериалы при выполнении монтажных работ.

Должен знать:

общие сведения о

5,9,10

Полупродниковые материалы

Должен уметь:

использовать электроматериалы при выполнении монтажных работ.

Должен знать:

общие сведения о полупроводниковых материалах

Магнитные материалы

Должен уметь:

использовать электроматериалы при выполнении монтажных работ.

Должен знать:

общие сведения о магнитных материалах

5,8

ВАРИАНТ 1

Способность материала сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь при этом:

а) хрупкость в) прочность

б) твердость

Металл серого цвета , обладающий очень высокой температурой плавления и твердостью:

а) молибден

б) тантал

в) вольфрам

Провода, используемые для обмоток электрических машин, аппаратов, приборов:

а) монтажные

б) установочные

в) обмоточные

Тип электропроводности полупроводника, в который ввели 3-х валентную примесь бора:

а) п — типа б) р — типа

Растворы пленкообразующих веществ в соответствующих растворителях:

а) лаки в) компаунды

б) масла

Инструкция к заданиям №№ 6-7: установите соответствие между элементами первой и второй колонки

Критерии выполнения задания:

2 балла – установлено правильное соответствие;

1 балл – допущена одна ошибка;

0 баллов – соответствие установлено неверно.

Соотнесите материалы с их группами по электропроводности(1-Б, 2-А и т.д.)

Соотнесите характеристики материалов с их наименованием

Инструкция к заданиям №№ 9, 10: закончите предложение, запишите только дополнения

Критерии выполнения задания:

2 балла – определение дано правильно и в полном объеме;

1 балл — определение дано правильно, но не в полном объеме;

0 баллов — определение дано неправильно.

Электрической прочностью называется ……….однородного электрического поля, при которой происходит………..- разрушение диэлектрика

Слоистые пластмассы — это…………, состоящие из чередующихся слоев………. и связующего вещества

Инструкция к заданиям №8, 9: решите проблемную ситуации

Критерии выполнения задания:

3 балла — задание выполнено правильно и в полном объеме;

2 балла — задание выполнено с небольшими замечаниями;

1 балл — указаны необходимые формулы, вычисления не выполнены;

0 баллов — задание не выполнено.

Составьте алгоритм обработки монтажного провода

Всего

ВАРИАНТ 2

Способность материала длительно выдерживать предельно допустимые температуры без признаков разрушения:

а) теплостойкость

б) нагревостойкость

в) холодостойкость

Как называют самый электропроводный металл:

а) серебро

б) медь

в) алюминий

Тип электропроводности полупроводника, в который ввели 5-ти валентную примесь фосфора:

а) п- типа

б) р- типа

Электроизоляционные составы, изготовляемые из смол и битумов:

а) лаки

б) масла

в) компаунды

Магнитные материалы с узкой петлей гистерезиса:

а) магнитотвердые б) магнитомягкие

Инструкция к заданиям №№ 6-7: установите соответствие между элементами первой и второй колонки

Критерии выполнения задания:

2 балла – установлено правильное соответствие;

1 балл – допущена одна ошибка;

0 баллов – соответствие установлено неверно.

Соотнесите материалы с агрегатными состояниями(1-В, 2-А, 3-Б)

Соотнесите характеристики материалов с их наименованием

Инструкция к заданиям №№ 8-9: закончите предложение, запишите только дополнения

Критерии выполнения задания:

2 балла – определение дано правильно и в полном объеме;

1 балл — определение дано правильно, но не в полном объеме;

0 баллов — определение дано неправильно.

Величины, с помощью которых оценивают те или иные ……….материалов называют……….(параметрами)

Текстолит – слоистая ……… , наполнителем в нем является………….

Инструкция к заданию №10: решите проблемную ситуации

Критерии выполнения задания:

3 балла — задание выполнено правильно и в полном объеме;

2 балла — задание выполнено с небольшими замечаниями;

1 балл — указаны необходимые формулы, вычисления не выполнены;

0 баллов — задание не выполнено.

Перечислите виды изоляции монтажных проводов.

Всего

ВАРИАНТ 3

Изменение удельного эл. Сопротивления при изменении температуры на 1 градус цельсия:

а) удельное эл. сопротивление

б) эл. прочность

в) ТКР

К твердым полимеризационным диэлектрикам относятся :

а) лавсан б) полиэтилен в) резольная смола

Тип электропроводности полупроводника, в который ввели 3-х валентную примесь индия:

а) п- типа

б) р- типа

Провода и кабели, предназначенные для выполнения соединений в элекроаппаратах, приборах и д.р. устройствах:

а) монтажные

б) установочные

в) обмоточные

Что является основанием печатной платы:

а) диэлектрик в) полупроводник

б) магнитный материал

Инструкция к заданиям №№ 6-7: установите соответствие между элементами первой и второй колонки

Критерии выполнения задания:

2 балла – установлено правильное соответствие;

1 балл – допущена одна ошибка;

0 баллов – соответствие установлено неверно.

Соотнесите материалы с их группами по электропроводности (1-Б, 2-А, 3-В)

Соотнесите характеристики материалов с их наименованием

Инструкция к заданиям №№ 9, 10: закончите предложение, запишите только дополнения

Критерии выполнения задания:

2 балла – определение дано правильно и в полном объеме;

1 балл — определение дано правильно, но не в полном объеме;

0 баллов — определение дано неправильно.

Электрическая прочность ………… с увеличением толщины диэлектрика и с………………температуры.

Припои это …………, применяемые в качестве………… ……….. при пайке металлических частей.

Инструкция к заданию №10: решите проблемную ситуации

Критерии выполнения задания:

3 балла — задание выполнено правильно и в полном объеме;

2 балла — задание выполнено с небольшими замечаниями;

1 балл — указаны необходимые формулы, вычисления не выполнены;

0 баллов — задание не выполнено.

Перечислите виды изоляции радиочастотных кабелей

Всего

ВАРИАНТ 4

Способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала:

а) прочность

б) твердость

в) упругость

Что представляет собой кабель:

а) монтажный провод б) изолированные друг от друга жилы в) обмоточный провод

Тип электропроводности полупроводника, в который ввели 5-ти валентную примесь сурьмы:

а) п- типа

б) р- типа ска

Слоистая пластмасса, состоящая из наполнителя- бумаги и связующего вещества- лака:

а) фторопласт в) гетинакс

б) текстолит

Проводниковые материалы высокой проводимости:

а) бронза в) никель

б) слюда

Инструкция к заданиям №№ 6-7: установите соответствие между элементами первой и второй колонки

Критерии выполнения задания:

2 балла – установлено правильное соответствие;

1 балл – допущена одна ошибка;

0 баллов – соответствие установлено неверно.

Соотнесите характеристики материалов с их наименованием

(1-В, 2-А, 3-Б)

Соотнесите материалы с их назначением:

Инструкция к заданиям №№ 9, 10: закончите предложение, запишите только дополнения

Критерии выполнения задания:

2 балла – определение дано правильно и в полном объеме;

1 балл — определение дано правильно, но не в полном объеме;

0 баллов — определение дано неправильно.

Магнитные материалы – вещества, которые под действием внешнего ……… …………..способны намагничиваться, т.е. проиобретать………….. свойства.

Флюсы применяются для очистки соединяемых поверхностей от ……… и других загрязнений и их предохранение от ……………в процессе пайки.

Инструкция к заданию №10: решите проблемную ситуации

Критерии выполнения задания:

3 балла — задание выполнено правильно и в полном объеме;

2 балла — задание выполнено с небольшими замечаниями;

1 балл — указаны необходимые формулы, вычисления не выполнены;

0 баллов — задание не выполнено.

Перечислите механические свойства материалов.

Всего

ЭТАЛОН ОТВЕТОВ

Вариант 1

Ссылка

на литературу

[2,стр. 10]

[2, стр. 14]

[2, стр. 109]

[2, стр.189]

[2, стр. 21]

1-Б, 2-В, 3-А

[2, стр. 192]

1-Б, 2-А, 3-В

[2, стр. 104]

напряженность, пробой

[2, стр. 168]

материалы, листового наполнителя

[2, стр.12]

Правка,снятие изоляции,скрутка, лужение, пайка

[2, стр. 23]

ЭТАЛОН ОТВЕТОВ

Вариант 2

Ссылка

на литературу

[2,стр. 10]

[2, стр. 14]

[2, стр. 109]

[2, стр.189]

[2, стр. 21]

1-б, 2-В, 3-А

[2, стр. 192]

1-В, 2-Б, 3-А

[2, стр. 104]

свойства, характеристиками

[2, стр. 168]

пластмассы, хлопчатобумажная ткань

[2, стр.12]

Полихлорвиниловая, виниловая, резиновая, фторопластовая, волокнистая, экранированная.

[2, стр. 23]

ЭТАЛОН ОТВЕТОВ

Вариант 3

Ссылка

на литературу

[2,стр. 10]

[2, стр. 14]

[2, стр. 209]

[2, стр.189 ]

[2, стр. 21]

1-В, 2-А, 3-Б

[2, стр. 192]

1-А, 2-В, 3-Б

[2, стр. 104]

уменьшается, с повышением

[2, стр. 168]

металлы, связующего вещества

[2, стр.22]

Полихлорвиниловая, виниловая, резиновая, фторопластовая, волокнистая, экранированная

[2, стр. 23]

ЭТАЛОН ОТВЕТОВ

Вариант 4

Ссылка

на литературу

[2,стр. 10]

[2, стр. 14]

[2, стр. 109]

[2, стр.189]

[2, стр. 21]

1-А, 2-Б, 3-В

[2, стр. 192]

1-Б, 2-А, 3-В

[2, стр. 104]

магнитного поля, магнитные

[2, стр. 168]

оксидов, окисления

[2, стр.22]

Разрушающие напряжения при растяжении, разрушающие напряжения при сжатии, разрушающие напряжения при статическом изгибе, ударная вязкость

[2, стр. 23]

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ЖуравлёваН.В.Электроматериаловедение: Учебник для НПО. М.: ИПРО, Профобр.Издат.,2012. с.222

2.Никулин Н.В. Электроматериаловедение: Учебник для НПО.- М.: Высшая школа, 2012.с.243

Алюминий, что такое, основные свойства, где применяется – Алюминиевая Ассоциация

Алюминий чрезвычайно распространен в природе: по этому параметру он занимает четвертое место среди всех элементов и первое — среди металлов (8,8% от массы земной коры), но не встречается в чистом виде. Его в основном добывают из бокситов, хотя известно несколько сот минералов алюминия (алюмосиликаты, алуниты и т. п.), абсолютное большинство которых не подходит для получения металла.

Алюминий обладает замечательными свойствами, которые объясняют широчайший спектр его применения. По объемам использования в самых разных отраслях промышленности он уступает только железу. Ковкий и пластичный, алюминий легко принимает любые формы. Оксидная пленка делает его устойчивым к коррозии, а значит, срок службы изделий из алюминия может быть очень долгим. Кроме того, к списку достоинств необходимо добавить высокую электропроводимость, нетоксичность и легкость в переработке.

Всем этим объясняется огромное значение легкого металла в мировой экономике. Без него аэрокосмическая индустрия никогда не получила бы развития. Алюминий необходим для производства автомобилей, вагонов скоростных поездов, морских судов. Самые разные виды продуктов из алюминия используются в современном строительстве. Алюминий является основным материалом для высоковольтных линий электропередачи. Примерно половина посуды для приготовления пищи, продаваемой каждый год во всем мире, сделана именно из этого металла. Невозможно представить магазин без алюминиевых банок для напитков и аптеку без лекарств, упакованных в алюминиевую фольгу.

Значение алюминия для современной экономики сложно переоценить. Потребление алюминия в промышленности тесно связано с развитием наиболее высокотехнологичных производственных отраслей (автопром, авиация, аэрокосмические проекты, электроника и пр.).

Таким образом, потребление алюминия и алюминиевых сплавов косвенно характеризует уровень развития технологий и инновационность экономики в целом.

Электронная проводимость металлов. Электронная проводимость металлов — Гипермаркет знаний

Физический смысл проводимости

Удельная проводимость

Проводимость металлов

Топ лучших проводников — металлов

Серебро — 62 500 000.
Медь — 59 500 000.
Золото — 45 500 000.
Алюминий — 38 000 000.

Факторы, влияющие на проводимость металлов

Электропроводность есть способность тела пропускать электрический ток под действием электрического поля. Для характеристики этого явления служит величина удельной электропроводности σ. Как показывает теория , величину σ можно выразить через концентрацию n свободных носителей заряда, их заряд е, массу m, время свободного пробега τ e , длину свободного пробега λe и среднюю дрейфовую скорость носителей заряда. Для металлов в роли свободных носителей заряда выступают свободные электроны, так что:

σ = ne 2 · τе / m = (n · e 2 / m) · (λe / ) = e · n · u

где u — подвижность носителей, т.е. физическая величина, численно равная дрейфовой скорости, приобретенной носителями в поле единичной напряженности, а именно

u = / E = (e · τ е) / m

В зависимости от σ все вещества подразделяются; на проводники — с σ > 10 6 (Ом · м) -1 , диэлектрики — с σ > 10 -8 (Ом · м) -1 и полупроводники — с промежуточным значением σ.

С точки зрения зонной теории деление веществ на проводники, полупроводники и диэлектрики определяется тем, как заполнена электронами при 0 К валентная зона кристалла: частично или полностью.

Энергия, которая сообщается электронам даже слабым электрическим полем, сравнима с расстоянием между уровнями в энергетической зоне. Если в зоне есть свободные уровни, то электроны, возбужденные внешним электрическим полем, будут заполнять их. Квантовое состояние системы электронов будет изменяться, и в кристалле появится преимущественное (направленное) движение электронов против поля, т. е. электрический ток. Такие тела (рис.10.1,а) являются проводниками.

Если валентная зона заполнена целиком, то изменение состояния системы электронов может произойти только при переходе их через запрещенную зону. Энергия внешнего электрического поля такой переход осуществить не может. Перестановка электронов внутри полностью заполненной зоны не вызывает изменения квантового состояния системы, т.к. сами по себе электроны неразличимы.

В таких кристаллах (рис. 10.1,б) внешнее электрическое поле не вызовет появление электрического тока, и они будут непроводниками (диэлектриками). Из этой группы веществ выделены те у которых ширина запрещенной зоны ΔE ≤ 1 эВ (1эВ = 1,6 · 10 -19 Дж).

Переход электронов через запрещенную зону у таких тел можно осуществить, например, посредством теплового возбуждения. При этом освобождается часть уровней — валентной зоны и частично заполняются уровни следующей за ней свободной зоны (зоны проводимости). Эти вещества являются полупроводниками.

Согласно выражению (10.1) изменение электропроводности (электрического сопротивления) тел с температурой может быть вызвано изменением концентрации n носителей заряда или изменением их подвижности u .

Металлы

Квантово-механические расчеты показывают, что для металлов концентрация n свободных носителей заряда (электронов) равна:

n = (1 / 3π 2) · (2mE F / ђ 2) 3/2

где ђ = h / 2π = 1,05 · 10 -34 Дж · с — нормированная постоянная Планка, E F — энергия Ферми.

Так как E F практически от температуры T не зависит, то и концентрация носителей заряда от температуры не зависит. Следовательно, температурная зависимость электропроводности металлов будет полностью определяться подвижностью u электронов, как и следует из формулы (10.1). Тогда в области высоких температур

u ~ λ e / ~ T -1

а в области низких температур

u ~ λ e / ~ const (T).

Степень подвижности носителей заряда будет определяться процессами рассеяния, т. е. взаимодействием электронов с периодическим полем решетки. Так как поле идеальной решетки строго периодическое, а состояние электронов — стационарное, то рассеяние (возникновение электрического сопротивления металла) может быть вызвано только дефектами (примесными атомами, искажениями структуры и т.д.) и тепловыми колебаниями решетки (фононами).

Вблизи 0 К, где интенсивность тепловых колебаний решетки и концентрация фононов близка к нулю, преобладает рассеяние на примесях (электрон-примесное рассеяние). Проводимость при этом практически не меняется, как следует из формулы (10.4), а удельное сопротивление

имеет постоянное значение, которое называется удельным остаточным сопротивлением ρ ост или удельным примесным сопротивлением ρ прим, т.е.

ρ ост (или ρ прим) = const (T)

В области высоких температур у металлов становится преобладающим электрон-фононный механизм рассеяния. При таком механизме рассеяния электропроводность обратно пропорциональна температуре, как видно из формулы (10. 3), а удельное сопротивление прямо пропорционально температуре:

График зависимости удельного сопротивления ρ от температуры приведен на рис. 10.2

При температурах отличных от 0 К и достаточно большом количестве примесей могут иметь место как электрон-фононное, так и электрон-примесное рассеяние; суммарное удельное сопротивление имеет вид

ρ = ρ прим + ρ ф

Выражение (10.6) представляет собой правило Матиссена об аддитивности сопротивления. Следует отметить, что как электрон-фононное, так и электрон-примесное рассеяние носит хаотический характер.

Полупроводники

Квантово-механические расчеты подвижности носителей в полупроводниках показали, что, во-первых, с повышением температуры подвижность носителей u убывает, и решающим в определении подвижности является тот механизм рассеяния, который обуславливает наиболее низкую подвижность. Во-вторых, зависимость подвижности носителей заряда от уровня легирования (концентрации примесей) показывает, что при малом уровне легирования подвижность будет определяться рассеянием на колебаниях решетки и, следовательно, не должна зависеть от концентрации примесей.

При высоких уровнях легирования она должна определяться рассеиванием на ионизированной легирующей примеси и уменьшаться с увеличением концентрации примеси. Таким образом, изменение подвижности носителей заряда не должно вносить заметного вклада в изменение электрического сопротивления полупроводника.

В соответствии с выражением (10.1) основной вклад в изменение электропроводности полупроводников должно вносить изменение концентрации п носителей заряда .

Главным признаком полупроводников является активационная природа проводимости, т.е. резко выраженная зависимость концентрации носителей от внешних воздействий, как-то температуры, облучения и т.д. Это объясняется узостью запрещенной зоны (ΔЕ

Электропроводность химически чистых полупроводников называется собственной проводимостью
. Собственная проводимость полупроводников возникает в результате перехода электронов (n) с верхних уровней валентной зоны в зону проводимости и образованием дырок (p) в валентной зоне:

σ = σ n + σ ρ = e · n n · u n + e · n ρ · u ρ

где n n и· n ρ — концентрация электронов и дырок,
u n и u ρ — соответственно их подвижности,
e — заряд носителя.

С повышением температуры концентрация электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне экспоненциально возрастает:

n n = u nо · exp(-ΔE / 2kT) = n ρ = n ρо · exp(-ΔE / 2kT)

где n nо и n pо — концентрации электронов и дырок при Т → ∞,
k = 1,38 · 10 –23 Дж/ К — постоянная Больцмана.

На рисунке 10.3,а приведен график зависимости логарифма электропровод-ности ln σ собственного полупроводника от обратной температуры 1 / Т: ln σ = = ƒ(1 / Т). График представляет собой прямую, по наклону которой можно опреде-лить ширину запрещенной зоны ∆Е.

Электропроводность легированных полупроводников обусловлена наличием в них примесных центров. Температурная зависимость таких полупроводников определяется не только концентрацией основных носителей, но и концентрацией носителей, поставляемых примесными центрами. На рис. 10.3,б приведены графики зависимости ln σ = ƒ (1 / Т) для полупроводников с различной степенью легирования (n1 Для слаболегированных полупроводников в области низких температур преобладают переходы с участием примесных уровней. С повышением температуры растет концентрация примесных носителей, значит растет и примесная проводимость. При достижении т. А (см. рис. 10.3,б; кривая 1) – температуры истощения примеси Т S1 – все примесные носители будут переведены в зону проводимости.

Выше температуры Т S1 и до температуры перехода к собственной проводимости Т i1 (см. т. В, кривая 1, рис. 10.3,б) электропроводность падает, а сопротивление полупроводника растет. Выше температуры Т i1 преобладает собственная электропроводность, т.е. в зону проводимости вследствие теплового возбуждения переходят собственные носители заряда. В области собственной проводимости σ растет, а ρ падает.

Для сильнолегированных полупроводников, у которых концентрация примеси n ~ 10 26 м –3 , т.е. соизмерима с концентрацией носителей заряда в металлах (см. кривая 3, рис. 10.3,б), зависимость σ от температуры наблюдается только в области собственной проводимости. С ростом концентрации примесей величина интервала АВ (АВ > A»B» > A»B») уменьшается (см. рис. 10.3,б).

Как в области примесной проводимости, так и в области собственной проводимости преобладает электрон-фононный механизм рассеяния. В области истощения примеси (интервалы AB, A»B», A»B») вблизи температуры Т S преобладает электрон-примесное рассеяние. По мере увеличения температуры (перехода к Т i) начинает преобладать электрон-фононное рассеяние. Таким образом, интервал АВ (A»B» или A»B»), называемый областью истощения примеси, является также областью перехода от механизма примесной проводимости к механизму собственной проводимости.

«Физика — 10 класс»

Как движутся электроны в металлическом проводнике, когда в нём нет электрического поля?

Как изменяется движение электронов, когда к металлическому проводнику прикладывают напряжение?

Электрический ток проводят твёрдые, жидкие и газообразные тела. Чем эти проводники отличаются друг от друга?

Вы познакомились с электрическим током в металлических проводниках и с установленной экспериментально вольт-амперной характеристикой этих проводников — законом Ома.

Наряду с металлами хорошими проводниками, т. е. веществами с большим количеством свободных заряженных частиц, являются водные растворы или расплавы электролитов и ионизованный газ — плазма. Эти проводники широко используются в технике.

В вакуумных электронных приборах электрический ток образуют потоки электронов.

Металлические проводники находят самое широкое применение в передаче электроэнергии от источников тока к потребителям. Кроме того, эти проводники используются в электродвигателях и генераторах, электронагревательных приборах и т. д

Кроме проводников
и диэлектриков
(веществ со сравнительно небольшим количеством свободных заряженных частиц), имеется группа веществ, проводимость которых занимает промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Эти вещества не настолько хорошо проводят электричество, чтобы их назвать проводниками, но и не настолько плохо, чтобы их отнести к диэлектрикам. Поэтому они получили название полупроводников
.

Долгое время полупроводники не играли заметной практической роли. В электротехнике и радиотехнике применяли исключительно различные проводники и диэлектрики. Положение существенно изменилось, когда сначала была предсказана теоретически, а затем обнаружена и изучена легкоосуществимая возможность управления электрической проводимостью полупроводников.

Нет универсального носителя тока. В таблице приведены носители тока в различных средах.

Электронная проводимость металлов.

Начнём с металлических проводников. Вольт-амперная характеристика этих проводников нам известна, но пока ничего не говорилось о её объяснении с точки зрения молекулярнокинетической теории.

Носителями свободных зарядов в металлах являются электроны. Их концентрация велика — порядка 10 28 1/м 3 .

Эти электроны участвуют в беспорядочном тепловом движении. Под действием электрического поля они начинают перемещаться упорядоченно со средней скоростью порядка 10 -4 м/с.

Экспериментальное доказательство существования свободных электронов в металлах.

Экспериментальное доказательство того, что проводимость металлов обусловлена движением свободных электронов, было дано в опытах Мандельштама и Папалекси (1913), Стюарта и Толмена (1916). Схема этих опытов такова.

На катушку наматывают проволоку, концы которой припаивают к двум металлическим дискам, изолированным друг от друга (рис. 16.1). К концам дисков при помощи скользящих контактов подключают гальванометр.

Катушку приводят в быстрое вращение, а затем резко останавливают. После резкой остановки катушки свободные заряженные частицы некоторое время движутся относительно проводника по инерции, и, следовательно, в катушке возникает электрический ток. Ток существует незначительное время, так как из-за сопротивления проводника заряженные частицы тормозятся и упорядоченное движение частиц, образующее ток, прекращается.

Направление тока в этом опыте говорит о том, что он создаётся движением отрицательно заряженных частиц. Переносимый при этом заряд пропорционален отношению заряда частиц, создающих ток, к их массе, т. е. |q|/m. Поэтому измеряя заряд, проходящий через гальванометр за время существования тока в цепи, удалось определить это отношение. Оно оказалось равным 1,8 10 11 Кл/кг. Эта величина совпадала с отношением заряда электрона к его массе е/m, найденным ранее из других опытов.

Движение электронов в металле.

Свободные электроны в металле движутся хаотично. При подключении проводника к источнику тока в нём создаётся электрическое поле, и на электроны начинает действовать кулоновская сила = q e . Под действием этой силы электроны начинают двигаться направленно, т. е. на хаотичное движение электронов накладывается Скорость направленного движения увеличивается в течение некоторого времени t 0 до тех пор, пока не произойдёт столкновение электронов с ионами кристаллической решётки. При этом электроны теряют направление движения, а затем опять начинают двигаться направленно. Таким образом, скорость направленного движения электрона изменяется от нуля до некоторого максимального значения, равного В результате средняя скорость упорядоченного движения электронов оказывается равной т. е. пропорциональной напряжённости электрического поля в проводнике: υ ~ Е и, следовательно, разности потенциалов на концах проводника, так как где l — длина проводника.

Сила тока в проводнике пропорциональна скорости упорядоченного движения частиц (см. формулу (15.2)). Поэтому можем сказать, что сила тока пропорциональна разности потенциалов на концах проводника: I ~ U.

В этом состоит качественное объяснение закона Ома
на основе электронной теории проводимости металлов.

Построить удовлетворительную количественную теорию движения электронов в металле на основе законов классической механики невозможно. Дело в том, что условия движения электронов в металле таковы, что классическая механика Ньютона неприменима для описания этого движения. Этот факт подтверждает, например, зависимость сопротивления от температуры. Согласно классической теории металлов, в которой движение электронов рассматривается на основе второго закона Ньютона, сопротивление проводника пропорционально эксперимент же показывает линейную зависимость сопротивления от температуры.

Электрическая проводимость металлов — это способность элементов и тел проводить через себя определенное количество негативно заряженных частиц. Само проведение электрического тока объясняется достаточно просто — в результате воздействия электромагнитного поля на проводниковый металл, электрон настолько ускоряет свое движение, что теряет связь с атомом.

В Международной системе измерения единиц электропроводность значится буквой S и измеряется в сименсах.

В зависимости от вида и природы зарядоносителей проводимость бывает электронной, ионной и дырочной. Электронной проводимостью обладают металлы. Существует такая проводимость и в верхних слоях атмосферы, где плотность вещества невелика, благодаря чему электроны могут свободно перемещаться, не соединяясь с положительно заряженными ионами.Жидкие электроны обладают ионной проводимостью. Ионы, являющиеся зарядоносителями, при движении перемещают вещество, в результате чего происходит выделение его на электродах.Возможен механизм проводимости, обусловленный разрывом валентной связи, приводящим к появлению вакантного места с отсутствующей связью. Такое “пустое” место с отсутствующими электронами связи получило название — дырка. Возникновение дырки в кристалле проводника создаёт дополнительную возможность для переноса заряда. Этот процесс, сопровождающийся перемещением электронов, получил название дырочной проводимостью.

Электропроводность металлов. Виды электропроводности. Уровень Ферми.

Виды электропроводности

В зависимости от вида и природы зарядоносителей проводимость бывает электронной, ионной и дырочной.

Электронной проводимостью обладают металлы.

Жидкие вещества обладают ионной проводимостью. Ионы, являющиеся зарядоносителями, при движении перемещают вещество, в результате чего происходит выделение его на электродах.

Возможен механизм проводимости, обусловленный разрывом валентной связи, приводящим к появлению вакантного места с отсутствующей связью. Такое “пустые” место с отсутствующими электронами связи получило название — дырка. Возникновение дырки в кристалле проводника создаёт дополнительную возможность для переноса заряда. Этот процесс, сопровождающийся перемещением электронов, получил название дырочной проводимостью.

Проводниками электрического тока могут служить твердые тела, жидкости, а при соответствующих условиях и газы.

К твердым проводникам относят металлы, металлические сплавы и некоторые модификации углерода.

Металлы – это пластичные вещества с характерным для них блеском, которые хорошо проводят электрический ток и теплоту. Среди материалов электронной техники металлы занимают одно из важнейших мест.

К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Как правило температура плавления металла высока, за исключением ртути (Hg), у которой она составляет -39°C. Поэтому при нормальной температуре в качестве жидкого металлического проводника можно использовать только ртуть. Температуру близкую к нормальной (29,8°С) имеет еще галлий (Ga). Другие металлы являются жидкими проводниками только при повышенных или высоких температурах.

Механизм прохождения тока по металлам в твердом и жидком состояниях обусловлен движением свободных электронов. Поэтому их называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода.

Электролитами, или проводниками второго рода являются растворы (в основном водные) кислот, щелочей и солей, а также расплавы ионных соединений. Прохождение токов через такие проводники связано с переносом вместе с электрическими зарядами частей молекул (ионов). В результате этого состав электролита постепенно изменяется, а на электродах выделяются продукты электролиза.

Все газы и пары, в том числе и пары металлов, при низких напряженностях электрического поля ток не проводят. Однако, если напряженность поля выше некоторого критического значения, обеспечивающего начало ударной и фотоионизации, то газ может стать проводником, обладающим электронной и ионной электропроводностью. Сильно ионизированный газ при равенстве числа электронов и положительных ионов в единице объема представляет собой равновесную проводящую среду, называемую плазмой.

В основе классической электронной теории металлов, развитой Друде и Лоренцом, лежит представление об электронном газе, состоящем из свободных электронов. Электронному газу приписываются свойства идеального газа, т.е. движение электронов подчиняется законам классической статистики

В случае приложения внешнего напряжения электроны получат некоторую добавочную скорость направленного движения в направлении действующих сил поля, благодаря чему и возникает электрический ток.

В процессе направленного движения электроны сталкиваются с атомами узлов решетки. При этом скорость движения замедляется, а затем под воздействием электрического поля ускоряются:

Наличием свободных электронов обусловливается и высокая теплопроводность металлов. Находясь в непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами и обмениваются с ними энергией. Поэтому колебания ионов, усилившиеся в данной части металла вследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, от них — следующим и т.д., и тепловое состояние металла быстро выравнивается; вся масса металла принимает одинаковую температуру.

Теплопроводность можно определить, как свойство вещества проводить (передавать) тепловой поток под действием не изменяющейся во времени разности температур.

Энергия Ферми E F
— максимальное значение энергии, которое может иметь электрон при температуре абсолютного нуля. Энергия Ферми совпадает со значениями химического потенциала газа фермионов при Т =0 К
, то есть уровень Ферми для электронов играет роль уровня химического потенциала для незаряженных частиц. Соответствующий ей потенциал j F = E F /е
называют электрохимическим потенциалом.

Таким образом, уровнем Ферми или энергией Ферми в металлах является энергия, которую может иметь электрон при температуре абсолютного нуля. При нагревании металла происходит возбуждение некоторых электронов, находящихся вблизи уровня Ферми (за счет тепловой энергии, величина которой порядкаkT
). Но при любой температуре для уровня с энергией, соответствующей уровню Ферми, вероятность заполнения равна 1/2. Все уровни, расположенные ниже уровня Ферми, с вероятностью больше 1/2
заполнены электронами, а все уровни, лежащие выше уровня Ферми, с вероятностью больше 1/2
свободны от электронов.

Существование энергии Ферми является следствием принципа Паули. Величина энергии Ферми существенно зависит от свойств системы.

Электронная проводимость металлов была впервые экспериментально доказана немецким физиком Э.Рикке в 1901 г. Через три плотно прижатых друг к другу отполированных цилиндра — медный, алюминиевый и снова медный — длительное время (в течение года) пропускали электрический ток. Общий заряд, прошедший за это время, был равен 3.5·10 6 Кл. Поскольку массы атомов меди и алюминия существенно отличаются друг от друга, то массы цилиндров должны были бы заметно измениться, если бы носителями заряда были ионы.

Результаты опытов показали, что масса каждого из цилиндров осталась неизменной. В соприкасающихся поверхностях были обнаружены лишь незначительные следы взаимного проникновения металлов, которые не превышали результатов обычной диффузии атомов в твердых телах. Следовательно, свободными носителями заряда в металлах являются не ионы, а такие частицы, которые одинаковы и в меди, и в алюминии. Такими частицами могли быть только электроны.

Прямое и убедительное доказательство справедливости этого предположения было получено в опытах, поставленных в 1913 г. Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси и в 1916 г. Т. Стюартом и Р. Толменом.

На катушку наматывают проволоку, концы которой припаивают к двум металлическим дискам, изолированным друг от друга (рис. 1). К концам дисков с помощью скользящих контактов присоединяют гальванометр.

Катушку приводят в быстрое вращение, а затем резко останавливают. После резкой остановки катушки свободные заряженные частицы будут некоторое время двигаться вдоль проводника по инерции, и, следовательно, в катушке возникнет электрический ток. Ток будет существовать короткое время, так как из-за сопротивления проводника заряженные частицы тормозятся и упорядоченное движение частиц прекращается.

Направление тока говорит о том, что он создается движением отрицательно заряженных частиц. Переносимый при этом заряд пропорционален отношению заряда частиц, создающих ток, к их массе, т. е. . Поэтому, измеряя заряд, проходящий через гальванометр за все время существования тока в цепи, удалось определить отношение . Оно оказалось равным 1,8·10 11 Кл/кг. Эта величина совпадает с отношением заряда электрона к его массе, найденным ранее из других опытов.

Таким образом, электрический ток в металлах создается движением отрицательно заряженных частиц электронов. Согласно классической электронной теории проводимости металлов (П. Друде, 1900 г., Х.Лоренц, 1904 г.), металлический проводник можно рассматривать как физическую систему совокупности двух подсистем:

свободных электронов с концентрацией ~ 10 28 м -3 и
положительно заряженных ионов, колеблющихся около положения равновесия.

Появление свободных электронов в кристалле можно объяснить следующим образом.

При объединении атомов в металлический кристалл слабее всего связанные с ядром атома внешние электроны отрываются от атомов (рис. 2). Поэтому в узлах кристаллической решетки металла располагаются положительные ионы, а в пространстве между ними движутся электроны, не связанные с ядрами своих атомов. Эти электроны называются свободными
или электронами проводимости
. Они совершают хаотическое движение, подобное движению молекул газа. Поэтому совокупность свободных электронов в металлах называют электронным газом
.

Если к проводнику приложено внешнее электрическое поле, то на беспорядочное хаотическое движение свободных электронов накладывается направленное движение под действием сил электрического поля, что и порождает электрический ток. Скорость движения самих электронов в проводнике — несколько долей миллиметра в секунду, однако возникающее в проводнике электрическое поле распространяется по всей длине проводника со скоростью, близкой к скорости света в вакууме (3·10 8 м/с).

Так как электрический ток в металлах образуют свободные электроны, то проводимость металлических проводников называется электронной проводимостью
.

Электроны под влиянием постоянной силы, действующей со стороны электрического поля, приобретают определенную скорость упорядоченного движения (ее называют дрейфовой). Эта скорость не увеличивается в дальнейшем со временем, так как при столкновении с ионами кристаллической решетки электроны передают кинетическую энергию, приобретенную в электрическом поле, кристаллической решетке. В первом приближении можно считать, что на длине свободного пробега (это расстояние, которое электрон проходит между двумя последовательными столкновениями с ионами) электрон движется с ускорением и его дрейфовая скорость линейно возрастает со временем

В момент столкновения электрон передает кинетическую энергию кристаллической решетке. Потом он опять ускоряется, и процесс повторяется. В результате средняя скорость упорядоченного движения электронов пропорциональна напряженности электрического поля в проводнике и, следовательно, разности потенциалов на концах проводника, так как , где l — длина проводника.

Известно, что сила тока в проводнике пропорциональна скорости упорядоченного движения частиц

а значит, согласно предыдущему, сила тока пропорциональна разности потенциалов на концах проводника: I ~ U. В этом состоит качественное объяснение закона Ома на основе классической электронной теории проводимости металлов.

Однако в рамках этой теории возникли трудности. Из теории следовало, что удельное сопротивление должно быть пропорционально корню квадратному из температуры (), между тем, согласно опыту, ~ Т. Кроме того, теплоемкость металлов, согласно этой теории, должна быть значительно больше теплоемкости одноатомных кристаллов. В действительности теплоемкость металлов мало отличается от теплоемкости неметаллических кристаллов. Эти трудности были преодолены только в квантовой теории.

В 1911 г. голландский физик Г. Камерлинг-Оннес, изучая изменение электрического сопротивления ртути при низких температурах, обнаружил, что при температуре около 4 К (т.е. при -269°С) удельное сопротивление скачком уменьшается (рис. 3) практически до нуля. Это явление обращения электрического сопротивления в нуль Г. Камерлинг-Оннес назвал сверхпроводимостью.

В дальнейшем было выяснено, что более 25 химических элементов — металлов при очень низких температурах становятся сверхпроводниками. У каждого из них своя критическая температура перехода в состояние с нулевым сопротивлением. Самое низкое значение ее у вольфрама — 0,012К, самое высокое у ниобия — 9К.

Сверхпроводимость наблюдается не только у чистых металлов, но и у многих химических соединений и сплавов. При этом сами элементы, входящие в состав сверхпроводящего соединения, могут и не являться сверхпроводниками. Например, NiBi, Au 2 Bi, PdTe, PtSb
и другие.

Вещества в сверхпроводящем состоянии обладают необычными свойствами:

электрический ток в сверхпроводнике может существовать длительное время без источника тока;
внутри вещества в сверхпроводящем состоянии нельзя создать магнитное поле:
магнитное поле разрушает состояние сверхпроводимости. Сверхпроводимость — явление, объясняемое с точки зрения квантовой теории. Достаточно сложное его описание выходит за рамки школьного курса физики.

Широкому применению сверхпроводимости до недавнего времени препятствовали трудности, связанные с необходимостью охлаждения до сверхнизких температур, для чего использовался жидкий гелий. Тем не менее, несмотря на сложность оборудования, дефицитность и дороговизну гелия, с 60-х годов XX века создаются сверхпроводящие магниты без тепловых потерь в их обмотках, что сделало практически возможным получение сильных магнитных полей в сравнительно больших объемах. Именно такие магниты требуются для создания установок управляемого термоядерного синтеза с магнитным удержанием плазмы, для мощных ускорителей заряженных частиц. Сверхпроводники используются в различных измерительных приборах, прежде всего в приборах для измерения очень слабых магнитных полей с высочайшей точностью.

В настоящее время в линиях электропередачи на преодоление сопротивления проводов уходит 10 — 15% энергии. Сверхпроводящие линии или хотя бы вводы в крупные города принесут громадную экономию. Другая область применения сверхпроводимости — транспорт.

На основе сверхпроводящих пленок создан ряд быстродействующих логических и запоминающих элементов для счетно-решающих устройств. При космических исследованиях перспективно использование сверхпроводящих соленоидов для радиационной защиты космонавтов, стыковки кораблей, их торможения и ориентации, для плазменных ракетных двигателей.

В настоящее время созданы керамические материалы, обладающие сверхпроводимостью при более высокой температуре — свыше 100К, то есть при температуре выше температуры кипения азота. Возможность охлаждать сверхпроводники жидким азотом, который имеет на порядок более высокую теплоту парообразования, существенно упрощает и удешевляет все криогенное оборудование, обещает огромный экономический эффект.

Удельная электропроводность стали. Самый электропроводный металл в мире

Электрическая проводимость характеризует способность тела проводить электрический ток. Проводимость — величина обтаная сопротивлению
. В формуле она обратно пропорциональна электрическому сопротивлению, и используются они фактически для обозначения одних и тех же свойств материала. Измеряется проводимость в Сименсах
: [См]=.

Виды электропроводимости:

— Электронная проводимость
, где переносчиками зарядов являются электроны. Такая проводимость характерна в первую очередь для металлов, но присутствует в той или иной степени практически в любых материалах. С увеличением температуры электронная проводимость снижается.

— Ионная проводимость
. Существует в газообразных и жидких средах, где имеются свободные ионы, которые также переносят заряды, перемещаясь по объёму среды под действием электромагнитного поля или другого внешнего воздействия. Используется в электролитах. С ростом температуры ионная проводимость увеличивается, поскольку образуется большее количество ионов с высокой энергией, а также снижается вязкость среды.

— Дырочная проводимость
. Эта проводимость обуславливается недостатком электронов в кристаллической решётке материала. Фактически, переносят заряд здесь опять же электроны, но они как бы движутся по решётке, занимая последовательно свободные места в ней, в отличии от физического перемещения электронов в металлах. Такой принцип используется в полупроводниках, наряду с электронной проводимостью.

Самыми первыми материалами, которые стали использоваться в электротехнике исторически были металлы и диэлектрики (изоляторы, которым присуща маленькая электрическая проводимость). Сейчас получили широкое применение в электронике полупроводники. Они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками и характеризуются тем, что величину электрической проводимости в полупроводниках можно регулировать различным воздействием. Для производства большинства современных проводников используются кремний, германий и углерод. Кроме того, для изготовления ПП могут использоваться другие вещества, но они применяются гораздо реже.

В важное значение имеет передача тока с минимальными потерями. В этом отношении важную роль играют металлы с большой электропроводностью и, соответственно, маленьким электросопротивлением. Самым лучшим в этом отношении является серебро (62500000 См/м), далее следуют медь (58100000 См/м), золото (45500000 См/м), алюминий (37000000 См/м). В соответствии с экономической целесообразностью чаще всего используются алюминий и медь, при этом медь по проводимости совсем немного уступает серебру. Все остальные металлы не имеют промышленного значения для производства проводников.

В этой статье раскроем тему электропроводности, вспомним о том, что такое электрический ток, как он связан с сопротивлением проводника и соответственно с его электропроводностью. Отметим основные формулы для вычисления данных величин, коснемся темы и ее связи с напряженностью электрического поля. Также затронем связь электрического сопротивления и температуры.

Для начала вспомним о том, что же такое электрический ток. Если поместить вещество во внешнее электрическое поле, то под действием сил со стороны этого поля, в веществе начнется движение элементарных носителей заряда — ионов или электронов. Это и будет электрическим током. Сила тока I измеряется в амперах, и один ампер — это ток, при котором через поперечное сечение проводника протекает за секунду заряд, равный одному кулону.

Ток бывает постоянным, переменным, пульсирующим. Постоянный ток не меняет своей величины и направления в каждый конкретный момент времени, переменный ток с течением времени меняет свои величину и направление (генераторы переменного тока и трансформаторы дают именно переменный ток), пульсирующий ток меняет свою величину, но не меняет направления (например выпрямленный переменный ток является пульсирующим).

Вещества имеют свойство проводить электрический ток под действием электрического поля, и это свойство называется электропроводностью, которая у разных веществ различна.
Электропроводность веществ зависит от концентрации в них свободных заряженных частиц, то есть ионов и электронов, не связанных ни с кристаллической структурой, ни с молекулами, ни с атомами данного вещества. Так, в зависимости от концентрации в веществе свободных носителей заряда, вещества по степени электропроводности подразделяются на: проводники, диэлектрики и полупроводники.

Наиболее высокой электропроводностью обладают , и по физической природе, проводники в природе представлены двумя родами: металлами и электролитами. В металлах ток обусловлен перемещением свободных электронов, то есть проводимость у них электронная, а в электролитах (в растворах кислот, солей, щелочей) — перемещением ионов — частей молекул, имеющих положительный и отрицательный заряд, то есть проводимость у электролитов ионная. Ионизированные пары и газы отличаются смешанной проводимостью, в них ток обусловлен движением и электронов и ионов.

Электронная теория отлично объясняет высокую электропроводность металлов. Связь валентных электронов с их ядрами в металлах слаба, потому эти электроны свободно перемещаются от атома к атому по объему проводника.

Получается, что свободные электроны в металлах заполняют пространство между атомами подобно газу, электронному газу, и находятся в хаотичном движении. Но при внесении металлического проводника в электрическое поле, свободные электроны станут двигаться упорядоченно, они переместятся по направлению к положительному полюсу, чем создадут ток. Таким образом, упорядоченное движение свободных электронов в металлическом проводнике называется электрическим током.

Известно, что скорость распространения электрического поля в пространстве примерно равна 300000000 м/с, то есть скорости света. Это та же скорость, с которой ток проходит по проводнику.

Что это значит? Это не значит, что каждый электрон в металле движется с такой огромной скоростью, электроны в проводнике напротив — имеют скорость от нескольких миллиметров в секунду до нескольких сантиметров в секунду, в зависимости от , а вот скорость распространения электрического тока по проводнику как раз равна скорости света.

Все дело в том, что каждый свободный электрон оказывается в общем электронном потоке того самого «электронного газа», и во время прохождения тока, электрическое поле оказывает действие на весь этот поток, в итоге электроны непрерывно друг другу передают это действие поля — от соседа к соседу.

Но движутся электроны на своих местах очень медленно, несмотря на то, что скорость распространения электрической энергии по проводнику оказывается огромной. Так, когда на электростанции включают рубильник, ток мгновенно возникает во всей сети, а электроны при этом практически стоят на местах.

Однако, когда свободные электроны движутся по проводнику, они испытывают многочисленные столкновения на своем пути, они сталкиваются с атомами, ионами, молекулами, передавая им часть своей энергии. Энергия движущихся электронов, преодолевающих такое сопротивление, частично рассеивается в виде тепла, и проводник нагревается.

Эти столкновения служат сопротивлением движению электронов, потому свойство проводника препятствовать движению заряженных частиц и называют электрическим сопротивлением. При малом сопротивлении проводника проводник нагревается током слабо, при значительном — намного сильнее, и даже до бела, этот эффект применяется в нагревательных приборах и в лампах накаливания.

Единица изменения сопротивления — Ом. Сопротивление R = 1 Ом — это сопротивление такого проводника, при прохождении по которому постоянного тока в 1 ампер, разность потенциалов на концах проводника равна 1 вольту. Эталон сопротивления в 1 Ом — столб ртути высотой 1063 мм, сечением 1 кв.мм при температуре 0°С.

Поскольку проводникам характерно электрическое сопротивление, то можно сказать, что в какой-то степени проводник способен проводить электрический ток. В связи с этим введена величина, называемая проводимостью или электропроводностью. Электропроводность — это способность проводника проводить электрический ток, то есть величина, обратная электрическому сопротивлению.

Единица измерения электропроводности G (проводимости) — Сименс (См), и 1 См = 1/(1 Ом). G = 1/R.

Так как атомы различных веществ в разной степени препятствуют прохождению электрического тока, то и электрическое сопротивление у различных веществ разное. По этой причине введено понятие , величина которого «р» характеризует проводящие свойства того или иного вещества.

Удельное электрическое сопротивление измеряется в Ом*м, то есть сопротивление куба вещества с ребром в 1 метр. Таким же образом электропроводность вещества характеризуется удельной электропроводностью?, измеряемой в См/м, то есть проводимость куба вещества с ребром в 1 метр.

Сегодня проводящие материалы в электротехнике используют в основном в виде лент, шин, проволок, с определенной площадью поперечного сечения и определенной длины, но не в виде метровых кубов. И для более удобных расчетов электрического сопротивления и электропроводности проводников конкретных размеров были введены более приемлемые единицы измерения как для удельного электрического сопротивления, так и для удельной электропроводности. Ом*мм2/м — для удельного сопротивления, и См*м/мм2 — для удельной электропроводности.

Теперь можно говорить, что удельное электрическое сопротивление и удельная электропроводность характеризуют проводящие свойства проводника площадью поперечного сечения в 1 кв.мм, длиной в 1 метр при температуре 20°C, это более удобно.

Лучшей электропроводностью обладают такие металлы как: золото, медь, серебро, хром, алюминий. Сталь и железо проводят ток хуже. Чистые металлы всегда обладают лучшей электропроводностью, чем их сплавы, поэтому чистая медь в электротехнике предпочтительней. Если нужно специально высокое сопротивление, то используют вольфрам, нихром, константан.

Зная величину удельного электрического сопротивления или удельной электропроводности, можно легко вычислить сопротивление или электропроводность конкретного проводника, изготовленного из данного материала, приняв в расчет длину l и площадь поперечного сечения S этого проводника.

Электропроводность и электрическое сопротивление всех материалов зависит от температуры
, поскольку частота и амплитуда тепловых колебаний атомов кристаллической решетки с ростом температуры так же возрастает, соответственно возрастает и сопротивление электрическому току, потоку электронов.

При понижении температуры — наоборот, колебания атомов кристаллической решетки становятся меньше, сопротивление уменьшается (возрастает электропроводность). У одних веществ зависимость сопротивления от температуры выражена слабее, у других — сильнее. Например такие сплавы как константан, фехраль и манганин слабо меняют удельное сопротивление в определенном интервале температур, поэтому из них делают термостабильные резисторы.

Позволяет вычислить для конкретного материала приращение его сопротивления при определенной температуре, и численно характеризует относительное приращение сопротивления при увеличении температуры на 1 °С.

Зная температурный коэффициент сопротивления и приращение температуры, можно легко вычислить удельное сопротивление вещества при заданной температуре.

Надеемся, что наша статья была для вас полезной, и теперь вы легко сможете вычислить сопротивление и проводимость любого провода при любой температуре.

Электронная проводимость металлов

В начале XX века была создана классическая электронная теория проводимости металлов (П. Друде, 1900 г., Х.Лоренц, 1904 г.), которая дала простое и наглядное объяснение большинства электрических и тепловых свойств металлов.
Рассмотрим некоторые положения этой теории.

Свободные электроны

Металлический проводник состоит из:

1) положительно заряженных ионов, колеблющихся около положения равновесия, и

2) свободных электронов, способных перемещаться по всему объему проводника.

Таким образом, электрические свойства металлов обусловлены наличием в них свободных электронов с концентрацией порядка 1028 м–3, что примерно соответствует концентрации атомов. Эти электроны называются электронами проводимости. Они образуются путем отрыва от атомов металлов их валентных электронов. Такие электроны не принадлежат какому-то определенному атому и способны перемещаться по всему объему тела.
В металле в отсутствие электрического поля электроны проводимости хаотически движутся и сталкиваются, чаще всего с ионами кристаллической решетки (рис. 1). Совокупность этих электронов можно приближенно рассматривать как некий электронный газ, подчиняющийся законам идеального газа. Средняя скорость теплового движения электронов при комнатной температуре составляет примерно 105 м/с.

Рисунок 1

Электрический ток в металлах

Ионы кристаллической решетки металла не принимают участие в создании тока. Их перемещение при прохождении тока означало бы перенос вещества вдоль проводника, что не наблюдается. Например, в опытах Э. Рикке (1901 г.) масса и химический состав проводника не изменялся при прохождении тока в течении года.

Экспериментальное доказательство того, что ток в металлах создается свободными электронами, было дано в опытах Л.И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси (1912 г., результаты не были опубликованы), а также Т. Стюарта и Р. Толмена (1916 г.). Они обнаружили, что при резкой остановке быстро вращающейся катушки в проводнике катушки возникает электрический ток, создаваемый отрицательно заряженными частицами — электронами.

Следовательно, электрический ток в металлах — это направленное движением свободных электронов.

Так как электрический ток в металлах образуют свободные электроны, то проводимость металлических проводников называется электронной проводимостью.

Электрический ток в металлах возникает под действием внешнего электрического поля. На электроны проводимости, находящиеся в этом поле, действует электрическая сила, сообщающая им ускорение, направленное в сторону, противоположную вектору напряженности поля. В результате электроны приобретают некоторую добавочную скорость (ее называют дрейфовой). Эта скорость возрастает до тех пор, пока электрон не столкнется с атомом кристаллической решетки металла. При таких столкновениях электроны теряют свою избыточную кинетическую энергию, передавая ее ионам. Затем электроны снова разгоняются электрическим полем, снова тормозятся ионами и т.д.Средняя скорость дрейфа электронов очень мала, около 10–4 м/с.

Скорость распространения тока и скорость дрейфа не одно и то же. Скорость распространения тока равна скорости распространения электрического поля в пространстве, т.е. 3⋅108 м/с.

При столкновении с ионами электроны проводимости передают часть кинетической энергии ионам, что приводит к увеличению энергии движения ионов кристаллической решетки, а, следовательно, и к нагреванию проводника.

Сопротивление металлов

Сопротивление металлов объясняется столкновениями электронов проводимости с ионами кристаллической решетки. При этом, очевидно, чем чаще происходят такие столкновения, т. е. чем меньше среднее время свободного пробега электрона между столкновениями τ, тем больше удельное сопротивление металла.

В свою очередь, время τ зависит от расстояния между ионами решетки, амплитуды их колебаний, характера взаимодействия электронов с ионами и скорости теплового движения электронов. С ростом температуры металла амплитуда колебаний ионов и скорость теплового движения электронов увеличиваются. Возрастает и число дефектов кристаллической решетки. Все это приводит к тому, что при увеличении температуры металла столкновения электронов с ионами будут происходить чаще, т.е. время τ уменьшается, а удельное сопротивление металла увеличивается.

Опыт Мандельштама и Папалекси по выяснению движения электрона

Если электрон обладает массой, то его масса, или способность двигаться по инерции, должна проявляться повсюду, а не только в электрическом поле. Русские ученые Л. И. Мандельштам (1879-1949; основатель школы радиофизиков) и Н. Д. Папалекси (1880 — 1947; крупнейший советский физик, академик, председатель Всесоюзного научного совета по радиофизике и радиотехнике при АН СССР) в 1913 году поставили оригинальный опыт. Взяли катушку с проводом и стали крутить ее в разные стороны.

Раскрутят, к примеру, по часовой стрелке, потом резко остановят и — назад.

Рассуждали они примерно так: если электроны и вправду обладают массой, то, когда катушка внезапно останавливается, электроны еще некоторое время должны двигаться по инерции. Движение электронов по проводу — электрический ток. Как задумали, так и получилось. Подсоединили к концам провода телефон и услышали звук. Раз в телефоне слышен звук, следовательно, через него ток протекает.

Опыт Мандельштама и Папалекси в 1916 году повторили американские ученые Толмен и Стюарт. Они тоже крутили катушку, но вместо телефона к ее концам подсоединили прибор для измерения заряда. Им удалось не только доказать существование у электрона массы, но и измерить ее. Данные Толмена и Стюарта потом много раз проверялись и уточнялись другими учеными, и теперь вы знаете, что масса электрона равна 9,109 Ю-31 килограмма.

При постановке этих опытов исходили из следующей мысли. Если в металле есть свободные заряды, обладающие массой, то они должны подчиняться закону инерции, Быстро движущийся, например, слева направо проводник представляет собой совокупность движущихся в этом направлении атомов металла, которые увлекают вместе с собой и свободные заряды. Когда такой проводник внезапно останавливается, то останавливаются входящие в его состав атомы; свободные же заряды по инерции должны продолжать движение слева направо, пока различные помехи (соударения с остановившимися атомами) не остановят их. Происходящее явление подобно тому, что наблюдается при внезапной остановке трамвая, когда «свободные», не прикрепленные к вагону предметы и люди по инерции некоторое время продолжают двигаться вперед.

Таким образом, краткое время после остановки проводника свободные заряды в нем должны двигаться в одну сторону. Но движение зарядов в определенную сторону есть электрический ток. Следовательно, если наши рассуждения справедливы, то после внезапной остановки проводника надо ожидать появления в нем кратковременного тока. Направление этого тока позволит судить о знаке. Заряда. Если же в этом направлении будут двигаться отрицательные заряды, то должен наблюдаться ток, имеющий направление справа налево и наоборот. Возникающий ток зависит от зарядов и способности их носителей более или менее долго сохранять по инерции свое движение, несмотря на помехи, т. е. от их массы. Таким образом, этот опыт не только позволяет проверить предположение о существовании в металле свободных зарядов, но и определить сами заряды, их знак и массу их носителей (точнее, отношение заряда к массе elm).

В практическом осуществлении опыта оказалось более удобным использовать не поступательное, а вращательное движение проводника. Схема такого опыта приведена на рис.2.

Рисунок 2

На катушке, в которую вделаны две изолированные друг от друга полуоси 00, укреплена проволочная спираль 1. Концы спирали припаяны к обеим половинам оси и при помощи скользящих контактов 2 («щеток») присоединены к чувствительному гальванометру 3. Катушка приводилась в быстрое вращение и затем внезапно тормозилась. Опыт действительно обнаружил, что при этом в гальванометре возникал электрический ток. Направление этого тока показало, что по инерции движутся отрицательные заряды. Измерив заряд, переносимый этим кратковременным током, можно было найти отношение свободного заряда к массе его носителя. Отношение это оказалось равным e/m=l,8 1011 Кл/кг, что хорошо совпадает со значением такого отношения для электронов, определенным другими способами.

Прохождение
тока через металлы (проводники первого рода) не сопровождается химическим
изменением их (§ 40). Это обстоятельство заставляет предполагать, что атомы
металла при прохождении тока не перемещаются от одного участка проводника к
другому. Это предположение было подтверждено опытами немецкого физика Карла
Виктора Эдуарда Рикке (1845-1915). Рикке составил цепь, в которую входили три
тесно прижатых друг к другу торцами цилиндра, из которых два крайних были
медные, а средний алюминиевый. Через эти цилиндры пропускался электрический ток
в течение весьма длительного времени (больше года), так что общее количество
протекшего электричества достигло огромной величины (свыше 3000000 Кл).
Производя затем тщательный анализ места соприкосновения меди и алюминия, Рикке
не мог обнаружить следов проникновения одного металла в другой. Таким образом,
при прохождении тока через металлы атомы металла не перемещаются вместе с
током.

Каким
же образом происходит перенос зарядов при прохождении тока через металл?

Согласно
представлениям электронной теории, которыми мы неоднократно пользовались,
отрицательные и положительные заряды, входящие в состав каждого атома,
существенно отличаются друг от друга. Положительный заряд связан с самим атомом
и в обычных условиях неотделим от основной части атома (его ядра).
Отрицательные же заряды – электроны, обладающие определенным зарядом и массой,
почти в 2000 раз меньшей массы самого легкого атома – водорода, сравнительно
легко могут быть отделены от атома; атом, потерявший электрон, образует
положительно заряженный ион. В металлах всегда есть значительное число
«свободных», отделившихся от атомов электронов, которые блуждают по металлу,
переходя от одного иона к другому. Эти электроны под действием электрического поля
легко перемещаются по металлу. Ионы же составляют остов металла, образуя его
кристаллическую решетку (см. том I).

Одним
из наиболее убедительных явлений, обнаруживающих различие между положительным и
отрицательным электрическими зарядами в металле, является упомянутый в § 9
фотоэлектрический эффект, показывающий, что электроны сравнительно легко могут
быть вырваны из металла, тогда как положительные заряды крепко связаны с
веществом металла. Так как при прохождении тока атомы, а следовательно, и
связанные с ними положительные заряды не перемещаются по проводнику, то
переносчиками электричества в металле следует считать свободные электроны.
Непосредственным подтверждением этих представлений явились важные опыты,
выполненные впервые в 1912 г. Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси, но не
опубликованные ими. Четыре года спустя (1916 г.) Р. Ч. Толмен и Т. Д. Стюарт
опубликовали результаты своих опытов, оказавшихся аналогичными опытам
Мандельштама и Папалекси.

При
постановке этих опытов исходили из следующей мысли. Если в металле есть
свободные заряды, обладающие массой, то они должны подчиняться закону инерции
(см. том I). Быстро движущийся, например, слева направо проводник представляет
собой совокупность движущихся в этом направлении атомов металла, которые увлекают
вместе с собой и свободные заряды. Когда такой проводник внезапно
останавливается, то останавливаются входящие в его состав атомы; свободные же
заряды по инерции должны продолжать движение слева направо, пока различные
помехи (соударения с остановившимися атомами) не остановят их. Происходящее
явление подобно тому, что наблюдается при внезапной остановке трамвая, когда
«свободные», не прикрепленные к вагону предметы и люди по инерции некоторое
время продолжают двигаться вперед.

Таким
образом, краткое время после остановки проводника свободные заряды в нем должны
двигаться в одну сторону. Но движение зарядов в определенную сторону есть
электрический ток. Следовательно, если наши рассуждения справедливы, то после
внезапной остановки проводника надо ожидать появления в нем кратковременного
тока. Направление этого тока позволит судить о знаке тех зарядов, которые
двигались по инерции; если слева направо будут двигаться положительные заряды,
то обнаружится ток, направленный слева направо; если же в этом направлении
будут двигаться отрицательные заряды, то должен наблюдаться ток, имеющий
направление справа налево. Возникающий ток зависит от зарядов и способности их
носителей более или менее долго сохранять по инерции свое движение, несмотря на
помехи, т. е. от их массы. Таким образом, этот опыт не только позволяет
проверить предположение о существовании в металле свободных зарядов, но и
определить сами заряды, их знак и массу их носителей (точнее, отношение заряда
к массе ).

В
практическом осуществлении опыта оказалось более удобным использовать не
поступательное, а вращательное движение проводника. Схема такого опыта
приведена на рис. 141. На катушке, в которую вделаны две изолированные друг от
друга полуоси ,
укреплена проволочная спираль 1. Концы спирали припаяны к обеим половинам оси и
при помощи скользящих контактов 2 («щеток») присоединены к чувствительному
гальванометру 3. Катушка приводилась в быстрое вращение и затем внезапно
тормозилась. Опыт действительно обнаружил, что при этом в гальванометре
возникал электрический ток. Направление этого тока показало, что по инерции
движутся отрицательные заряды. Измерив заряд, переносимый этим кратковременным
током, можно было найти отношение свободного заряда к массе его носителя.
Отношение это оказалось равным Кл/кг, что хорошо совпадает со
значением такого отношения для электронов, определенным другими способами.

Рис. 141. Исследование природы
электрического тока в металлах

Итак,
опыты показывают, что в металлах имеются свободные электроны. Эти опыты
являются одним из наиболее важных подтверждений электронной теории металлов.
Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение
свободных электронов (в отличие от их беспорядочного теплового движения, всегда
имеющегося в проводнике).

86.1.
Металлический незаряженный диск
приводится в быстрое вращение и, таким образом, становится «центрифугой для
электронов». Между центром и периферией диска возникает
разность потенциалов (рис. 142; 1 – диск, 2 – контакты, 3 – электрометр). Каков
будет знак этой разности?

Рис. 142. К упражнению 86.1

86.2.
По серебряной проволоке с
сечением 1 мм2 проходит ток силы 1 А. Вычислите среднюю скорость
упорядоченного движения электронов в этой проволоке, полагая, что каждый атом
серебра дает один свободный электрон. Плотность серебра равна кг/м3,
его относительная атомная масса равна 108. Постоянная Авогадро моль-1.

86.3.
Сколько электронов должно
проходить через поперечное сечение провода ежесекундно, чтобы в проводе шел ток
2 А? Заряд электрона равен Кл.

В Международной системе измерения единиц электропроводность значится буквой S и измеряется в сименсах.

В зависимости от вида и природы зарядоносителей проводимость бывает электронной, ионной и дырочной. Электронной проводимостью обладают металлы. Существует такая проводимость и в верхних слоях атмосферы, где плотность вещества невелика, благодаря чему электроны могут свободно перемещаться, не соединяясь с положительно заряженными ионами. Жидкие электроны обладают ионной проводимостью. Ионы, являющиеся зарядоносителями, при движении перемещают вещество, в результате чего происходит выделение его на электродах.Возможен механизм проводимости, обусловленный разрывом валентной связи, приводящим к появлению вакантного места с отсутствующей связью. Такое “пустое” место с отсутствующими электронами связи получило название — дырка. Возникновение дырки в кристалле проводника создаёт дополнительную возможность для переноса заряда. Этот процесс, сопровождающийся перемещением электронов, получил название дырочной проводимостью.

Электропроводность металлов. Виды электропроводности. Уровень Ферми.

Виды электропроводности

В зависимости от вида и природы зарядоносителей проводимость бывает электронной, ионной и дырочной.

Электронной проводимостью обладают металлы.

К твердым проводникам относят металлы, металлические сплавы и некоторые модификации углерода.

5 самых проводящих металлов на Земле

В гальванической промышленности каждый металл служит определенной цели. Некоторые из них за их твердость, другие за их пластичность, а третьи используются за их устойчивость к коррозии. Металлы также ценятся за их проводящие свойства.

Почему токопроводящие металлы так важны?

Наиболее проводящие металлы выполняют две основные функции:

Электропроводность – В целом, как величина, обратная удельному электрическому сопротивлению, металлы с высокой электропроводностью позволяют электрическому току проходить с небольшим сопротивлением. В заключение, это отличная функция для производителей электрических проводников или других отраслей промышленности.

Теплопроводность — Следовательно, тепло может передаваться только тремя способами: проводимостью, конвекцией и излучением. Кроме того, проводимость, пожалуй, самая распространенная и регулярно встречается в природе. Короче говоря, это передача тепла через физический контакт. Эти свойства делают металлы с теплопроводностью превосходными для автомобильной и авиационной промышленности, где передача и сопротивление тепла является частой проблемой.

Примечание. Как правило, металлы с высокой электропроводностью также обладают высокой теплопроводностью

Какие металлы являются самыми проводящими?

Серебро – Следовательно, серебро по проводимости не занимает 2 ^и место. В результате серебро на сегодняшний день является самым проводящим металлом на Земле. Это потому, что серебро имеет только один валентный электрон. Кроме того, этот единственный электрон может свободно перемещаться с небольшим сопротивлением. В результате такие металлы, как серебро и медь, являются одними из металлов с этой особой характеристикой.Именно поэтому они являются отличными проводниками электричества и тепла.

Медь . Медь, как и серебро, имеет только один валентный электрон, что делает этот металл очень проводящим. Поэтому одним из наиболее популярных коммерческих применений является покрытие высококачественной посуды и кухонных приборов.

Золото . В целом, список ограничен, и это основная причина (помимо его редкости), почему этот материал такой дорогой. Кроме того, сочетание устойчивости золота к коррозии и его проводимости делает этот металл чрезвычайно ценным ресурсом, используемым во многих промышленных отраслях.

Алюминий — в целом отличный металлический проводник. Эта особенность, в дополнение к его низкой плотности и высокой устойчивости к коррозии, делает этот металл идеальным для авиационной и коммуникационной (трансмиссионной) промышленности.

Цинк/латунь – Хотя эти металлы гораздо менее электропроводны, чем их четыре аналога. Эти металлы часто являются менее дорогими и экономичными заменителями, когда это применимо.

Вот и все — 5 самых проводящих металлов на Земле!

Какие металлы являются самыми проводящими?

Проводимость играет жизненно важную роль во многих отраслях промышленности, включая электронику, аэрокосмическую промышленность и телекоммуникации.Однако на самом деле существует несколько видов проводимости. Теплопроводность относится к способности материала передавать тепло, а электропроводность относится к способности материала пропускать электрический ток без сопротивления. Как правило, материалы с высокой теплопроводностью также обладают высокой электропроводностью.

Проводимость зависит от различных материалов и внешних условий. Некоторые из факторов, влияющих на проводимость, включают форму, размер, температуру и внешние электромагнитные поля. Примеси в веществе также могут препятствовать потоку электронов и снижать проводимость.

Большинство металлов в той или иной степени проводят тепло и электричество, но некоторые металлы обладают большей проводимостью, чем другие. В результате проводимость является важным фактором, который следует учитывать при гальванике. Если вам нужен конечный продукт, который может хорошо проводить тепло или электричество, вам нужно будет выбрать проводящее металлическое покрытие, которое будет соответствовать уникальным требованиям вашего приложения.

Шесть самых проводящих металлических покрытий

Выбор металла с правильным уровнем электропроводности может обеспечить или сломать функциональный успех продукта или компонента.Чтобы помочь вам оценить ваши варианты, мы создали это руководство по наиболее проводящим металлам, используемым для гальваники на подложках в промышленных отраслях. Шесть самых проводящих металлов, которые следует учитывать, включают:

Серебро: Серебро, самый проводящий металл, эффективно проводит тепло и электричество благодаря своей уникальной кристаллической структуре и единственному валентному электрону. Серебро обеспечивает низкую износостойкость контактов и отличную оптическую отражательную способность, что делает его идеальным для покрытия контактов, зеркал и проводников в телекоммуникационных приложениях.Однако серебряные покрытия также легко тускнеют, поэтому их используют реже, чем покрытия из меди и золота.
Медь: Как и серебро, единственный валентный электрон меди делает ее металлом с высокой проводимостью. Он также обеспечивает хорошую коррозионную стойкость. Медные покрытия находят применение в полупроводниках, печатных платах и других устройствах, где важна электропроводность.
Золото: высокая электропроводность золота в сочетании с его коррозионной стойкостью, износостойкостью и стабильным контактным сопротивлением делает его идеальным для покрытия полупроводников, разъемов, печатных и травленых схем.Если вы готовы согласиться на более высокую цену, золото обычно предлагает наибольшую выгоду для продуктов, требующих проводимости.
Цинк: Хотя цинк обладает значительно меньшей электропроводностью, чем золото, медь и серебро, он может быть доступной альтернативой этим более дорогим металлам. Цинк обеспечивает хорошую проводимость и большую долговечность.
Никель: Другой проводящий металл, никель, обычно наносится на поверхность компонента для увеличения толщины и повышения устойчивости к износу и коррозии.Вы можете выбрать никелевые покрытия для сложных промышленных и военных применений.
Платина: Платина — это драгоценный металл, часто используемый для создания защитного покрытия для других металлов, которые легко подвергаются коррозии. Чрезвычайно высокая температура плавления платины также делает ее подходящей для применений, требующих высокой теплопроводности.

Компания SPC может покрывать изделия и компоненты всеми этими высокопроводящими металлами. Если вы не уверены, какой вариант лучше всего соответствует вашим требованиям, наша команда экспертов по отделке поверхностей будет рада помочь вам.

Свяжитесь с SPC, чтобы узнать больше

Sharretts Plating Company – это компания, предоставляющая полный комплекс услуг по отделке, которая занимается инновациями в гальванотехнике уже более 90 лет. Чтобы узнать больше о предлагаемых нами проводящих металлических покрытиях или получить компетентные ответы на другие вопросы, связанные с гальванопокрытием, заполните нашу контактную онлайн-форму сегодня.

Электропроводность

Проводимость является мерой

легкость, с которой электрический заряд или тепло могут пройти через материал.А

проводник представляет собой материал, который оказывает очень небольшое сопротивление потоку

электрический ток или тепловую энергию. Материалы классифицируются как металлы,

полупроводники и изоляторы. Металлы – самые проводящие и изоляторы

(керамика, дерево, пластик) наименее проводящие.

Электропроводность

говорит нам, насколько хорошо материал пропускает через себя электричество.Многие люди думают о медных проводах как о чем-то, что обладает отличными электрическими свойствами.

проводимость.

Теплопроводность

говорит нам о том, с какой легкостью можно использовать тепловую энергию (тепло для большинства целей).

двигаться через материал. Некоторые материалы, такие как металлы, пропускают тепло.

через них довольно быстро. Представьте, что одной рукой вы касаетесь

кусок металла, а другой кусок дерева.Какой материал будет

чувствовать себя холоднее? Если бы вы сказали «металл», вы были бы правы. Но,

на самом деле оба материала имеют одинаковую температуру. это относительно

теплопроводность. Металл обладает более высокой теплопроводностью, или термической

проводимость, чем древесина, позволяя теплу от вашей руки уйти быстрее. Если

вы хотите, чтобы что-то было холодным, лучше всего завернуть это во что-нибудь

не обладает высокой теплопроводностью или высокой теплопроводностью,

это будет изолятор.Керамика и полимеры обычно являются хорошими изоляторами.

но вы должны помнить, что полимеры обычно имеют очень низкую температуру плавления.

Это означает, что если вы проектируете что-то, что будет сильно нагреваться, полимер

может расплавиться в зависимости от температуры плавления.

Серебро

обладает самой высокой электропроводностью среди всех металлов.

На самом деле серебро определяет проводимость — все остальные металлы сравниваются с

Это.По шкале от 0 до 100 серебро занимает 100 место, медь — 97, а золото.

на 76. Из-за этого свойства, а также из-за того, что оно не легко воспламеняется, серебро

обычно используется в электрических цепях и контактах. Серебро также используется

в батареях, где надежность является обязательной и применяются ограничения по весу,

например, для портативных хирургических инструментов, слуховых аппаратов, кардиостимуляторов и

космическое путешествие.

Звенья

http://www. физика4kids.com/files/elec_conduct.html

План урока по проводимости для учителей — http://www.infinitepower.org/pdf/09-Lesson-Plan.pdf

Все

информация на этой странице предоставлена U of C-Click on the University of Cambridge.

значок для благодарностей.

Топ-10 теплопроводных материалов

Теплопроводность — это мера способности материалов пропускать через себя тепло.Материалы с высокой теплопроводностью могут эффективно передавать тепло и легко поглощать тепло из окружающей среды. Плохие теплопроводники сопротивляются тепловому потоку и медленно получают тепло из окружающей среды. Теплопроводность материала измеряется в ваттах на метр на градус Кельвина (Вт/м•К) в соответствии с рекомендациями S.I (Международная система).

10 наиболее теплопроводных материалов и их значения приведены ниже. Эти значения проводимости являются средними из-за различий в теплопроводности в зависимости от используемого оборудования и окружающей среды, в которой были получены измерения.

Теплопроводящие материалы

Алмаз – 2000 – 2200 Вт/м•К
Алмаз
является ведущим теплопроводным материалом, и его значения проводимости в 5 раз выше, чем у меди, наиболее производимого металла в Соединенных Штатах. Атомы алмаза состоят из простой углеродной цепи, которая представляет собой идеальную молекулярную структуру для эффективной теплопередачи. Часто материалы с простейшим химическим составом и молекулярным строением имеют самые высокие значения теплопроводности.
Diamond является важным компонентом многих современных портативных электронных устройств. Их роль в электронике заключается в облегчении рассеивания тепла и защите чувствительных частей компьютера. Высокая теплопроводность алмазов также оказывается полезной при определении подлинности камней в ювелирных изделиях. Использование небольшого количества алмаза в инструментах и технологиях может оказать существенное влияние на свойства теплопроводности.
Серебро – 429 Вт/м•K
Серебро
является относительно недорогим и распространенным теплопроводником. Серебро входит в состав многочисленных приборов и является одним из самых универсальных металлов благодаря своей ковкости. 35% серебра, производимого в США, используется для электрических инструментов и электроники (US Geological Survey Mineral Community 2013). Побочный продукт серебра, серебряная паста, пользуется все большим спросом из-за его использования в качестве экологически чистой альтернативы энергии. Серебряная паста используется в производстве фотогальванических элементов, которые являются основным компонентом панелей солнечной энергии.
Медь – 398 Вт/м•K
Медь является наиболее часто используемым металлом для производства токопроводящих приборов в Соединенных Штатах.Медь имеет высокую температуру плавления и умеренную скорость коррозии. Это также очень эффективный металл для минимизации потерь энергии при передаче тепла. Металлические кастрюли, трубы с горячей водой и автомобильные радиаторы — все это приборы, в которых используются проводящие свойства меди.
Золото – 315 Вт/м•К
Золото
— это редкий и дорогой металл, который используется для специальных электропроводных применений. В отличие от серебра и меди, золото редко тускнеет и может выдерживать условия сильной коррозии.
Нитрид алюминия – 310 Вт/м•K
Нитрид алюминия часто используется в качестве замены оксида бериллия. В отличие от оксида бериллия, нитрид алюминия не представляет опасности для здоровья при производстве, но по-прежнему демонстрирует химические и физические свойства, аналогичные оксиду бериллия. Нитрид алюминия является одним из немногих известных материалов, обладающих электроизоляционными свойствами наряду с высокой теплопроводностью. Он обладает исключительной стойкостью к тепловому удару и действует как электрический изолятор в механических микросхемах.
Карбид кремния – 270 Вт/м•K
Карбид кремния представляет собой полупроводник, состоящий из сбалансированной смеси атомов кремния и углерода. При изготовлении и сплавлении кремний и углерод образуют чрезвычайно твердый и прочный материал. Эта смесь часто используется в качестве компонента автомобильных тормозов, турбинных машин и сталеплавильных смесей.
Алюминий – 247 Вт/м•К
Алюминий
обычно используется в качестве экономичной замены меди.Хотя алюминий не обладает такой проводимостью, как медь, он широко распространен и с ним легко манипулировать из-за его низкой температуры плавления. Алюминий является важнейшим компонентом светодиодов L.E.D. Смеси меди с алюминием набирают популярность, поскольку они могут использовать свойства как меди, так и алюминия и могут производиться с меньшими затратами.
Вольфрам – 173 Вт/м•K
Вольфрам имеет высокую температуру плавления и низкое давление паров, что делает его идеальным материалом для приборов, подвергающихся воздействию высоких уровней электричества.Химическая инертность вольфрама позволяет использовать его в электродах, входящих в состав электронных микроскопов, без изменения электрического тока. Он также часто используется в лампочках и как компонент электронно-лучевых трубок.
Графит 168 Вт/м•К
Графит — это распространенная, недорогая и легкая альтернатива по сравнению с другими аллотропами углерода. Он часто используется в качестве добавки к полимерным смесям для улучшения их теплопроводности. Батареи — известный пример устройства, использующего высокую теплопроводность графита.
Цинк 116 Вт/м•К
Цинк — один из немногих металлов, которые можно легко комбинировать с другими металлами для создания металлических сплавов (смесь двух или более металлов). 20% цинковых приборов в США состоят из цинковых сплавов. При цинковании используется 40% производимого чистого цинка. Цинкование — это процесс нанесения цинкового покрытия на сталь или железо, которое предназначено для защиты металла от атмосферных воздействий и ржавчины.

Каталожные номера

Мохена, Т.К., Мочане, М.Дж., Сефади, Дж.С. , Мотлунг, С.В., и Андала, Д.М. (2018). Теплопроводность полимерных композитов на основе графита. Влияние теплопроводности на энергетические технологии. doi:10.5772/intechopen.75676
Нитрид алюминия. (н.д.). Получено с https://precision-ceramics.com/materials/alluminum-nitride/

База данных материалов Thermtest. https://thermtest.com/база данных материалов

Автор: Каллиста Уилсон, младший технический писатель Thermtest

Что не является проводником? – СидмартинБио

Что не является проводником?

сущ. Вещество, которое не проводит или не передает определенную форму энергии (в частности, тепло или электричество) или передает ее с трудом: так, шерсть не является проводником тепла; стекло и сухое дерево не являются проводниками электричества.

Что такое непроводящие примеры?

Сера, фосфор, древесина не являются проводниками электричества из-за отсутствия свободных электронов во внешней оболочке.

Что означает непроводимость?

Определения непроводящих. имя прилагательное. не в состоянии проводить тепло, электричество или звук. синонимы: непроводящий, непроводящий.

В чем разница между проводником и непроводником?

Проводники

пропускают через себя тепло и электричество.непроводники не пропускают через себя тепло и электричество. Примеры проводника: сталь, железо и т. д.

Что такое неметаллический проводник?

Определение: Графит представляет собой форму углерода, который является элементом. Графит является неметаллом, и это единственный неметалл, который может проводить электричество. Вы можете найти неметаллы в правой части периодической таблицы, а графит — единственный неметалл, который является хорошим проводником электричества.

В чем разница между диэлектриком и изолятором?

В качестве существительных разница между изолятором и непроводником заключается в том, что изолятор — это вещество, которое не пропускает тепло (теплоизолятор), звук («акустический изолятор») или электричество («электрический изолятор»), а непроводник — это любой материал, который не проводит электричество ; диэлектрик.

Что такое непроводящий металл?

Непроводящие покрытия — это специальные покрытия, которые ограничивают передачу тепла или электричества металлической подложке с нанесенным покрытием. Большинство непроводящих покрытий имеют органическую природу и достигают своих изоляционных свойств за счет отсутствия проводящих металлов, таких как медь, цинк и никель.

Что такое непроводящий металл?

Какой металл не является проводником?

Висмут — металл, не проводящий электричество.

Почему неметаллы не проводят ток?

НЕТ, они не могут проводить электричество. Потому что у них нет свободного подвижного электрона. При растворении ионы способны свободно двигаться и проводить электричество. В противном случае, как и другие неметаллы, частицы удерживаются в структуре и могут свободно двигаться, в результате чего неметаллы не могут проводить электричество.

Являются ли неметаллы электропроводными?

Неметаллы — это элементы, которые обычно не проводят электричество. Примеры неметаллов включают водород, углерод, хлор и гелий.Свойства неметаллов включают относительно низкую температуру кипения и плохую проводимость; твердые неметаллы тусклые и хрупкие.

Что такое неизолятор?

непроводящий – не может проводить тепло, электричество или звук. Материалы, через которые проходит электричество, являются проводниками, которые не являются изоляторами.. Или другими словами, или с точки зрения ширины полосы..

Что такое дирижер в науке?

Дети Определение дирижера 1 : человек, отвечающий за общественное транспортное средство (например, поезд) 2 : человек или вещь, которая направляет или ведет Она дирижер нашего школьного оркестра.3: вещество или тело, способное передавать свет, электричество, тепло или звук. Медь является хорошим проводником электричества.

Что означает непроводник?

Определение непроводника: вещество, которое проводит тепло, электричество или звук только в очень небольшой степени: вещество, которое проводит тепло, электричество или звук только в очень небольшой степени

В чем разница между проводником и изолятором?

Материалы, пропускающие электричество или тепло. Материалы, которые не пропускают тепло и электричество. Несколько примеров проводника: серебро, алюминий и железо. Несколько примеров изолятора: бумага, дерево и резина. Электроны свободно перемещаются внутри проводника.

Что из следующего является примером непроводящего материала?

Стекло, фарфор, пластик и резина являются примерами непроводящих материалов. Эти материалы также известны как изоляторы. Они используются для остановки потока электричества.

Почему важны непроводящие строительные материалы

Пултрузионные изделия не проводят электрический ток для таких материалов, как металл. FRP также имеют низкую теплопроводность, что означает, что теплопередача происходит с меньшей скоростью. Это приводит к более удобной поверхности продукта при физическом контакте.

Предложение непроводящих материалов во всех отраслях промышленности является одной из ключевых особенностей, которая выделяет изделия из пултрузионного стекловолокна на рынке.Стеклопластики, также называемые армированными волокнами полимерами, могут выдерживать тепло от электрических или природных источников.

Для создания пултрузионных изделий пучки углеродных, арамидных или стекловолоконных ровингов протягивают через ванну со смолой. Этот процесс укрепляет полимерные волокна и создает термостойкие, высокоэффективные материалы, которые могут прослужить до 15 лет практически без обслуживания.

Во время производственного процесса в волокнистые ровинги также вводят смолу для их дополнительного усиления.Отлитый, а затем отвержденный до нужного размера и формы, полученный материал чрезвычайно легкий и простой в установке.

Являясь превосходной альтернативой дереву, бетону, алюминию и даже стали, изделия из армированного волокном полимера (FRP) более безопасны благодаря высокой термостойкости.

В течение последних 22 лет Tencom усердно работала над созданием безопасных и долговечных пултрузионных материалов для коммерческого и жилого строительства. Чтобы узнать больше о пултрузии, нажмите здесь.

Термостойкие материалы

Теплостойкость и огнестойкость являются двумя ключевыми факторами, обеспечивающими безопасность коммерческих и жилых зданий.

Для придания дереву, бетону и асфальту теплостойкости необходимо нанести слой защитного покрытия. Это тип химического покрытия, которое очень токсично для окружающей среды и работает не так, как композиты FRP.

Пултрузионные изделия устойчивы к высоким температурам с самого начала.Нет необходимости добавлять слои токсичных химикатов. Что касается таких металлов, как алюминий и сталь, то они обладают большей теплоемкостью, чем древесина, но не являются полностью жаростойкими. Они все еще могут плавиться при более высоких температурах, которые могут возникнуть во время безудержного пожара.

Насколько термостойки композиты FRP?

Все сводится к способу создания полимерных композитов, армированных волокном. Волокнистые ровинги подаются в пултрузионную машину, поддерживая постоянный уровень прочности на протяжении всего продукта.

Натяжной ролик также пропускает катушки с материалом и армирование через машину. Это формирует армированный волокнами полимер в композит. Затем ровницы проходят стадию «пропитки», на которой они погружаются в жидкую смолу.

По мере намокания ровницы пропитываются смолой, что еще больше улучшает состав изделия. На этом этапе можно добавить различные цвета, вводя пигменты в незавершенное изделие.

Наконец, продукт будет отлит и отвержден, что сделает композит устойчивым к ударам, ультрафиолетовым лучам, коррозии и нагреву.

Композиты FRP и древесина

Проще всего сравнить пултрузионный стекловолоконный продукт и обычный строительный материал, если сравнить композиты FRP с древесиной. Древесина легко воспламеняется и быстро сгорает без надлежащего химического покрытия для ее защиты.

Древесина использовалась в строительных проектах, когда человечество впервые научилось срубать дерево. На протяжении всей истории человечества он служил основным материалом для строительства, но у использования дерева есть много недостатков.

Одна из самых больших проблем заключается в том, насколько он токопроводящий. Это чемпион по удержанию тепла в конкурсе, который отдает предпочтение непроводящим материалам. По соображениям безопасности композиты FRP все чаще предпочтительнее дерева в строительных проектах.

Композиты

, армированные стекловолокном, имеют сверхвысокую температуру стеклования (Tg) около 575°F (302°C). Как пултрузионный материал с самым высоким рейтингом Tg, когда-либо испытанный, эти композиты FRP остаются непроводящими, химически стойкими и коррозионно-стойкими при чрезвычайно высоких температурах.

Это означает, что в случае пожара внутри здания несущие конструкции из композитных материалов FRP не шатаются. Они выдержат сильный жар и давление.

Нет необходимости добавлять токсичные химические покрытия на композитные детали FRP, и они практически не требуют обслуживания.

Пултрузионное стекловолокно, часто используемое в качестве перекладин, столбов, балок, столбов и других элементов структурной поддержки, поможет сохранить целостность здания в случае пожара.Он также может помочь замедлить распространение этого огня благодаря своим термостойким свойствам.

Композиты FRP и металлы

По сравнению с алюминием или сталью изделия из стеклопластика по-прежнему являются лучшим выбором. Непроводящие, коррозионностойкие и до 75% легче, чем изделия из стали, пултрузионные материалы из стекловолокна обеспечивают дополнительную безопасность без ущерба для прочности или жесткости.

В зданиях требуется много (мили) электропроводки, чтобы обеспечить электричеством каждую комнату и каждое устройство.Это может генерировать много тепла, особенно в больших корпоративных зданиях. Тепло, поступающее от тепловых или электрических источников, не повредит и не расплавит композиты FRP, как это происходит с алюминием и сталью.

Хотя известно, что металлы обладают более высокой термостойкостью, чем древесина, они все же не могут сравниться с пултрузионными изделиями.

Наличие непроводящих свойств полезно не только для зданий. Это также большое преимущество в автомобильном мире. На протяжении десятилетий автомобили, грузовики и внедорожники производились в основном из стали.

Это сделало автомобили слишком тяжелыми и неудобными для бензина. Он также не подходил для высокопроизводительных автомобилей или грузовиков на топливных элементах. В поисках непроводящего легкого материала автомобильные инженеры обратились к композитам из стекловолокна.

Этот термостойкий материал можно увидеть в кузове знаменитого Lamborghini. Изящный и легкий, водителю не нужно беспокоиться о том, что во время гонки под капотом станет слишком жарко.

Композитные материалы

FRP также используются для создания непроводящих водородных баков для грузовиков на топливных элементах. Это обеспечивает безопасность водителя и других людей на дорогах в случае аварии. Кроме того, с более высокой прочностью на растяжение бак с меньшей вероятностью лопнет при ударе, что само по себе является еще одной функцией безопасности.

Благодаря способности выдерживать чрезвычайно высокие температуры при сохранении целостности здания, стеклопластики обеспечивают душевное спокойствие и безопасность, которых просто нет в других продуктах, таких как дерево и металл.

Какой материал является наименее проводящим? — Ответы на все

Какой материал является наименее проводящим?

Металлы обладают наибольшей проводимостью, а изоляторы (керамика, дерево, пластик) — наименьшей.

Какие металлы являются плохими проводниками?

Металлы, такие как ртуть, свинец, сплавы железа и хрома, титан и нержавеющая сталь, являются плохими проводниками по сравнению с серебром, медью и золотом.

Что от наименее проводящего к наиболее проводящему?

В порядке от наиболее проводящего к наименее проводящему:

Серебро.
Медь.
Золото.
Алюминий.
Цинк.
Никель.
Латунь.
Бронза.

Какой металл является наименее теплопроводным?

бронза
Какие металлы лучше всего проводят тепло? Как видите, из наиболее распространенных металлов медь и алюминий имеют самую высокую теплопроводность, а сталь и бронза — самую низкую. Теплопроводность является очень важным свойством при принятии решения о том, какой металл использовать для конкретного применения.

Какой материал имеет самое низкое электрическое сопротивление?

Серебро
Серебро — лучший проводник, потому что оно имеет наименьшее сопротивление потоку электричества.

Что такое плохие электрические проводники?

Материалы, плохо проводящие электричество, называются изоляторами. Некоторыми примерами являются дерево, стекло, пластмассы, неметаллические элементы, которые представляют собой полимеры углеводородов. Таким образом, среди следующих вариантов алюминий, серебро и медь являются металлами, и они являются хорошими проводниками электричества.

Является ли металл плохим проводником?

Материалы, хорошо проводящие тепловую энергию, называются теплопроводниками. Металлы являются очень хорошими теплопроводниками.Материалы, плохо проводящие тепловую энергию, называются теплоизоляционными.

Какой металл лучше всего проводит электричество?

Какой металл является лучшим проводником электричества?

Серебро. Лучшим проводником электричества является чистое серебро, но неудивительно, что это не один из наиболее часто используемых металлов для проведения электричества.
Медь. Одним из наиболее часто используемых металлов для проведения электричества является медь.
Алюминий.

Какой металл является лучшим проводником тепла?

Медь обладает очень высокой теплопроводностью и намного дешевле и доступнее серебра, которое является лучшим металлом для проведения тепла.

Какой металл с наименьшим сопротивлением?

Какой металл имеет наибольшее электрическое сопротивление?

серебро
Серебро обладает самым высоким электрическим сопротивлением. После серебра медь и золото являются материалами, имеющими наибольшее электрическое сопротивление.

Какие металлы не являются проводниками?

Какой металл имеет самую низкую теплопроводность?

Как видите, из наиболее распространенных металлов медь и алюминий имеют самую высокую теплопроводность, а самая низкая — сталь и бронза.Теплопроводность является очень важным свойством при принятии решения о том, какой металл использовать для конкретного применения.

Какие материалы не являются проводящими?

Термохромные чернила для непроводящих материалов. Термохромные краски — это пигменты, которые при определенной температуре меняют цвет на бесцветный. Плавкая пряжа для валяния. Некоторые шерстяные нити превращаются в войлочные после вязания спицами или крючком. Бумажная пряжа. Эта «бумажная» пряжа от Habu изготовлена из 100% льна! Пемотекс. Чувствовал себя. Флюс.Мыло. Неопрен. Жидкая изолента.

Какой металл имеет низкую теплопроводность?

Теплопроводность – это мера способности металла проводить тепло. Это означает, что металл охлаждает температуру посредством процесса рассеяния. Металлы с наибольшей теплопроводностью – это медь и алюминий. Самыми низкими являются сталь и бронза.

Самый электропроводный металл на Земле • Люди

Самый электропроводный металл на Земле

Какое вещество является наихудшим проводником. Самый электропроводный металл в мире

Физический смысл проводимости

Удельная проводимость

Проводимость металлов

Топ лучших проводников — металлов

Факторы, влияющие на проводимость металлов

Удельное сопротивление

Сопротивление, ток и мощность

Направление электрического тока

Почему проводники хорошо проводят электрический ток. Самый электропроводный металл в мире

Физический смысл проводимости

Удельная проводимость

Проводимость металлов

Топ лучших проводников — металлов

Факторы, влияющие на проводимость металлов

См. также

Литература

Смотреть что такое «Электрический проводник» в других словарях:

КИМ по профессии «Радиомонтажник»

2

3

Алюминий, что такое, основные свойства, где применяется – Алюминиевая Ассоциация

Электронная проводимость металлов. Электронная проводимость металлов — Гипермаркет знаний

Физический смысл проводимости

Удельная проводимость

Проводимость металлов

Топ лучших проводников — металлов

Факторы, влияющие на проводимость металлов

Металлы

Полупроводники

Удельная электропроводность стали. Самый электропроводный металл в мире

Опыт Мандельштама и Папалекси по выяснению движения электрона

5 самых проводящих металлов на Земле

Почему токопроводящие металлы так важны?

Какие металлы являются самыми проводящими?

Какие металлы являются самыми проводящими?

Шесть самых проводящих металлических покрытий

Свяжитесь с SPC, чтобы узнать больше

Электропроводность

Звенья

Топ-10 теплопроводных материалов

Теплопроводящие материалы

Алмаз – 2000 – 2200 Вт/м•К

Серебро – 429 Вт/м•K

Медь – 398 Вт/м•K

Золото – 315 Вт/м•К

Нитрид алюминия – 310 Вт/м•K

Карбид кремния – 270 Вт/м•K

Алюминий – 247 Вт/м•К

Вольфрам – 173 Вт/м•K

Графит 168 Вт/м•К

Цинк 116 Вт/м•К

Каталожные номера

Что не является проводником? – СидмартинБио

Что не является проводником?

Что такое непроводящие примеры?

Что означает непроводимость?

В чем разница между проводником и непроводником?

Что такое неметаллический проводник?

В чем разница между диэлектриком и изолятором?

Что такое непроводящий металл?

Что такое непроводящий металл?

Какой металл не является проводником?

Почему неметаллы не проводят ток?

Являются ли неметаллы электропроводными?

Что такое неизолятор?

Что такое дирижер в науке?

Что означает непроводник?

В чем разница между проводником и изолятором?

Что из следующего является примером непроводящего материала?

Почему важны непроводящие строительные материалы

Какой материал является наименее проводящим? — Ответы на все

Какой материал является наименее проводящим?

Какие металлы являются плохими проводниками?

Что от наименее проводящего к наиболее проводящему?

Какой металл является наименее теплопроводным?

Какой материал имеет самое низкое электрическое сопротивление?

Что такое плохие электрические проводники?