Электрический проводник это: Электрический проводник | это… Что такое Электрический проводник?

Проводник (электрический проводник) — Простое объяснение

Что такое проводник?

Проводник — это вещество или материал, которое отлично проводит электрический ток.

Как вы все знаете, любое вещество состоит из атомов. Атомы в свою очередь состоят из электронов и ядер. (Подробнее про строение атома).

Давайте для понимания рассмотрим вот такую картинку. Предположим, что пастух — это ядро, а овцы вокруг него — это электроны.

Те овцы, которые находятся рядом с пастухом, не могут от него просто так взять и убежать, так как он присматривает за ними. Иначе останется без мяса и шерсти к осени. Но вот те овцы, которые находятся поодаль от пастуха, имеют все шансы от него убежать.

То же самое можно сказать и про атомы и электроны. Электроны, которые находятся на самой дальней орбите от ядра менее зависимы, чем те, которые расположены ближе к ядру.

В результате, такие электроны могут «оторваться» от ядра и начать самостоятельное путешествие по веществу. Такие электроны называются свободными электронами.

Чем больше свободных электронов, тем лучше проводимость вещества.

Сопротивление проводника

Удельное сопротивление

И вот мы плавно переходим к другому вопросу, что такое сопротивление проводника? Как я уже говорил выше, чем больше свободных электронов в веществе, тем лучше такое вещество проводит электрический ток. Следовательно, сопротивление проводника зависит от того, сколько свободных электронов содержит такой проводник. Поэтому, в физике есть такое понятие, как удельное сопротивление вещества.

Узнай что такое протон прямо сейчас.

Еще раз. Если в каком-либо веществе полно свободных электронов, то такое вещество будет хорошо проводить электрический ток. Если электронов еще меньше, то такое вещество будет плохо проводить электрический ток. А если свободных электронов почти нет, то такое вещество совсем не будет проводить ток. Поэтому, удельное сопротивление вещества показывает способность этого вещества препятствовать электрическому току, проходящему через него.

Удельное сопротивление выражается в единицах Ом × м.

Формула удельного сопротивления проводника

где

ρ — это удельное сопротивление, Ом × м

R — сопротивление проводника, Ом

S — площадь поперечного сечения, м²

l — длина проводника, м

Площадь поперечного сечения проводника — это что-то типа этого:

площадь поперечного сечения проводника

 

Формула сопротивления проводника

Итак, мы теперь знаем такую физическую величину, как удельное сопротивление. Теперь мы с легкостью можем найти сопротивление проводника.

где

ρ — это удельное сопротивление, Ом × м

R — сопротивление проводника, Ом

S — площадь поперечного сечения, м²

l — длина проводника, м

Длина проводника

Допустим перед нами стоит задача: у нас есть медный провод с поперечным сечением в 0,1 мм² . Нам надо получить сопротивление проводника в 1 Ом. Какая длина проводника должна быть?

Оказывается, эта задачка решается очень просто. Достаточно вспомнить формулу выше.

Отсюда получаем, что

Удельное сопротивление меди можно узнать из таблицы. Оно равняется 0,017 Ом × мм² /м.

Получаем, что

Проводники на печатных платах

Как вы знаете, все схемы состоят из проводов или печатных дорожек, которые соединяют различные радиоэлементы в единое целое. Например, в статье «самый простой усилитель звука«, я с помощью проводов соединял различные радиоэлементы, и у меня получилась схема, которая усиливала звуковые частоты.

Для того, чтобы все было красиво, эстетично и занимало мало пространства, прямо на платах создают «проводки», которые уже называются «печатными дорожками».

В домашних условиях все это делается с помощью технологии ЛУТ (Лазерно-Утюжная-Технология). 

На другой стороне печатной платы уже располагаются радиоэлементы

Так как радиолюбители стараются делать свои устройства как можно меньше по габаритам, то и плотность монтажа возрастает. Поэтому, в некоторых случаях радиоэлементы и печатные дорожки располагают по обе стороны платы.

Промышленные печатные платы уже делают многослойными. Они состоят из слоев, как торт из коржей:

Бум  SMD  технологий вызвал в свою очередь нужду в многослойных печатных платах.

Сверхпроводимость

Также в природе существует и такой эффект, как сверхпроводимость. Сверхпроводимость — это когда некоторые материалы и их сплавы вообще не обладают сопротивлением. То есть их сопротивление очень и очень близко к нулю. Но, спешу вас разочаровать, в простых условиях это получить невозможно, так как это достигается только при критических температурах.

Если желаете больше узнать про материалы, которые используются в электронике и электротехнике, скачайте эту книгу.

Рекомендую к прочтению — Мощность электрического тока.

Проводники и диэлектрики

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.

Статья по теме: Электрический ток и его скорость

Что такое проводник?

К

• Рахул Авати

Что такое проводник?

Проводник или электрический проводник — это вещество или материал, через который проходит электричество. В проводнике носители электрического заряда, обычно электроны или ионы, легко перемещаются от атома к атому при приложении напряжения. Большинство металлов, таких как медь, считаются хорошими проводниками, в то время как неметаллы считаются плохими проводниками, то есть изоляторами.

Понимание электрических проводников

В целом под проводимостью понимается способность вещества передавать электричество или тепло. Проводник проводит электричество, так как он оказывает небольшое сопротивление потоку электронов или не оказывает никакого сопротивления, что приводит к протеканию электрического тока. Обычно металлы, металлические сплавы, электролиты и даже некоторые неметаллы, такие как графит и жидкости, включая воду, являются хорошими проводниками электричества. Чистое элементарное серебро является одним из лучших проводников электричества. Другие хорошие электрические проводники включают следующее:

• медь
• сталь
• золото
• серебро
• платина
• алюминий
• латунь

Люди также являются хорошими проводниками электричества, поэтому прикосновение к человеку, пораженному электрическим током, вызывает такой же удар. В электрических и электронных системах проводники состоят из твердых металлов, отформованных в провода или вытравленных на печатных платах.

Основные характеристики электрических проводников

Важные особенности электрического проводника включают следующее:

• Обеспечивает свободное движение через него электронов или ионов.
• У него внутри нулевое электрическое поле, что позволяет двигаться электронам или ионам.
• Снаружи проводника электрическое поле перпендикулярно поверхности проводника.
• Он имеет нулевую плотность заряда, благодаря чему положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга, а свободные заряды существуют только на поверхности.

Кроме того, проводники имеют низкое сопротивление и высокую теплопроводность. Кроме того, проводник, помещенный в магнитное поле, не накапливает энергию. Наконец, оба конца проводника находятся под одинаковым потенциалом. Электричество течет по проводнику, когда потенциал меняется на одном конце, что позволяет электронам течь от одного конца к другому.

Как работают кондукторы

Согласно зонной теории в физике твердого тела, твердые тела имеют валентную зону и зону проводимости. Чтобы материал мог проводить через него электрический ток, между его валентной зоной и зоной проводимости не должно быть энергетической щели. Таким образом, в проводниках эти полосы перекрываются, позволяя электронам проходить через материал даже при приложении минимального напряжения. Поскольку внешние электроны в валентной зоне слабо связаны с атомом, приложение напряжения, электродвижущая сила или тепловое воздействие возбуждают их, что перемещает их из валентной зоны в зону проводимости.

Схема энергетической зоны проводника

В зоне проводимости эти электроны могут свободно перемещаться где угодно, что приводит к обилию электронов в этой зоне. Эти электроны движутся вперед и назад, а не по прямой линии. Вот почему их скорость известна как скорость дрейфа

или V _d . Именно из-за этой скорости дрейфа электроны сталкиваются с атомами материала или другими электронами внутри зоны проводимости проводника.

Когда в проводнике есть разность потенциалов в двух точках, электроны перетекают из точки с более низким потенциалом в точку с более высоким потенциалом. Электроны и электричество текут в противоположных направлениях. В этой ситуации материал проводника оказывает лишь небольшое сопротивление.

Что такое изоляторы?

Материалы, которые не пропускают электрический ток или тепло, известны как изоляторы или диэлектрические материалы. Большинство изоляторов являются твердыми по своей природе. Примеры включают следующее:

• дерево
• ткань
• стекло
• кварц
• слюда
• пластик
• фарфор
• резина

Большинство газов и некоторые типы дистиллированной воды также являются хорошими изоляторами.

Резисторы, полупроводники и сверхпроводники

Материал, который довольно хорошо проводит электричество, но не так хорошо, как проводник, известен как резистор . Наиболее распространенным примером резистора является комбинация углерода и глины, смешанных в определенном соотношении для создания постоянного, предсказуемого сопротивления электрическому току.

Полупроводники ведут себя как хорошие проводники при одних условиях, но как плохие проводники при других. В полупроводнике как электроны, так и так называемые дырки — отсутствие электронов — действуют как носители заряда. Примеры полупроводников включают кремний, германий и различные оксиды металлов.

Интегральные схемы, такие как микросхемы, состоят из полупроводниковых материалов.

При экстремально низких температурах некоторые металлы проводят электричество лучше, чем любое известное вещество при комнатной температуре. Это явление называется сверхпроводимость . Вещество, которое ведет себя таким образом, называется сверхпроводником .

Влияние температуры на проводимость

Температура и проводимость обратно пропорциональны, то есть повышение температуры отрицательно влияет на проводимость. С повышением температуры увеличивается и колебание молекул проводника. Это препятствует плавному потоку электронов, тем самым уменьшая проводимость материала.

Кроме того, повышение температуры приводит к разрыву связей в молекулах проводника, что приводит к высвобождению электронов. Это оставляет материал с меньшим количеством электронов, тем самым снижая способность материала проводить через него электрический ток.

Типы проводников

В зависимости от омической характеристики электрические проводники классифицируются как:

• жилы омические
• неомические проводники

Омические проводники всегда следуют закону Ома, согласно которому приложенное напряжение прямо пропорционально протекающему току. Примеры включают алюминий, медь и серебро. Неомические проводники, которые не подчиняются закону Ома, включают термисторы и фоторезисторы, зависящие от света.

Применение электрических проводников Проводники

полезны для многих приложений, включая следующие:

• Алюминий, хорошо проводящий тепло и электричество, обычно используется для изготовления кухонной утвари. Он также используется в фольге для хранения и консервации пищевых продуктов.
• Железо, хорошо проводящее тепло, используется в производстве автомобильных двигателей.
• Проводники также используются в автомобильных радиаторах для отвода тепла от двигателя.

Изоляторы также используются для многих распространенных применений. Например, каучук используется для изготовления огнеупорной одежды и обуви. Пластик часто включают в электрические приборы, чтобы предотвратить поражение пользователей электрическим током. Изоляторы также защищают пользователей от огня и звука.

См. также: Эффект Зеебека , переменный ток , постоянный ток , проводимость , поток , ампер , эффект Холла , индукция и электромагнитное сопротивление 074 .

Последнее обновление: май 2022 г.

Продолжить чтение О дирижере

• IBM: еще один чип в стене

• Подготовьте провода к Интернету вещей

• Создание руководства по электробезопасности для центра обработки данных

• Подсоедините анизотропную проводящую пленку для ваших устройств IoT

• Баланс электроэнергии — построение устойчивой электросети

Далл-Е

Dall-E — это технология генеративного искусственного интеллекта, которая позволяет пользователям создавать новые изображения с подсказками преобразования текста в графику.

Сеть

• коллизия в сети

  В полудуплексной сети Ethernet коллизия возникает в результате попытки двух устройств в одной сети Ethernet передать…

• краеугольный камень домкрат

  Гнездо трапецеидального искажения — это гнездовой разъем, используемый для передачи аудио, видео и данных. Он служит гнездом для соответствующей вилки…

• инкапсуляция (объектно-ориентированное программирование)

  В объектно-ориентированном программировании (ООП) инкапсуляция — это практика объединения связанных данных в структурированный блок вместе с …

Безопасность

• Общая система оценки уязвимостей (CVSS)

  Общая система оценки уязвимостей (CVSS) — это общедоступная система оценки серьезности уязвимостей безопасности в …

• WPA3

  WPA3, также известный как Wi-Fi Protected Access 3, является третьей итерацией стандарта сертификации безопасности, разработанного Wi-Fi . ..

• брандмауэр

  Брандмауэр — это устройство сетевой безопасности, которое предотвращает несанкционированный доступ к сети. Проверяет входящий и исходящий трафик…

ИТ-директор

• Agile-манифест

  Манифест Agile — это документ, определяющий четыре ключевые ценности и 12 принципов, в которые его авторы верят разработчики программного обеспечения…

• Общее управление качеством (TQM)

  Total Quality Management (TQM) — это структура управления, основанная на убеждении, что организация может добиться долгосрочного успеха, …

• системное мышление

  Системное мышление — это целостный подход к анализу, который фокусируется на том, как взаимодействуют составные части системы и как…

HRSoftware

• непрерывное управление производительностью

  Непрерывное управление эффективностью в контексте управления человеческими ресурсами (HR) представляет собой надзор за работой сотрудника . ..

• вовлечения сотрудников

  Вовлеченность сотрудников — это эмоциональная и профессиональная связь, которую сотрудник испытывает к своей организации, коллегам и работе.

• кадровый резерв

  Кадровый резерв — это база данных кандидатов на работу, которые могут удовлетворить немедленные и долгосрочные потребности организации.

Служба поддержки клиентов

• Облачная служба Salesforce

  Salesforce Service Cloud — это платформа управления взаимоотношениями с клиентами (CRM), позволяющая клиентам Salesforce предоставлять услуги и …

• БАНТ

  BANT — это аббревиатура от «Budget, Authority, Need, Timing».

• бесконтактная оплата

  Бесконтактный платеж — это беспроводная финансовая транзакция, при которой покупатель совершает покупку, перемещая жетон безопасности в . ..

Электрический проводник | Encyclopedia.com

Проводимость электричества

Типы проводников

Сопротивление электрической энергии

Сверхпроводники

Электрический проводник (или просто «проводник») — это любой материал, который может эффективно проводить электричество. К хорошим проводникам относятся некоторые металлы, ионные растворы и ионизированные газы.

Проводимость, то есть движение зарядов через материальную среду, вызвана наличием электрического поля в проводящей среде. Хорошие проводники — это материалы, имеющие отрицательные или положительные заряды, такие как электроны или ионы, которые могут двигаться и таким образом создавать ток. Полупроводники являются менее эффективными проводниками электричества, в то время как многие другие материалы, такие как стекло и воздух, являются изоляторами .

В металлах атомные ядра образуют кристаллические структуры, в которых электроны с внешних орбит подвижны или «свободны». Ток (чистый перенос электрического заряда в единицу времени) переносится свободными электронами. Тем не менее, передача энергии происходит намного быстрее, чем реальное движение электронов. Среди металлов при комнатной температуре лучшим проводником является серебро, за ним следует медь. Железо является относительно плохим проводником.

В растворах электролитов положительные и отрицательные ионы растворенных солей могут проводить ток. Чистая вода — хороший изолятор, а различные соли — хорошие проводники; вместе, как морская вода, они составляют хороший проводник.

Газы обычно являются хорошими изоляторами. Однако когда они ионизируются под влиянием сильных электрических полей, они могут проводить электричество. Часть энергии излучается в виде световых фотонов, причем наиболее впечатляющие эффекты наблюдаются в молниях.

В полупроводниках, таких как германий и кремний, ограниченное количество свободных электронов или дырок (положительных зарядов) доступно для переноса тока. В отличие от металлов проводимость полупроводников увеличивается с температурой, так как больше электронов становится свободными.

Электричество передается по металлическим проводникам. Провода обычно мягкие и гибкие. Они могут быть голыми или, чаще, покрытыми гибким изоляционным материалом. В большинстве случаев они имеют круглое сечение. Кабели имеют большее поперечное сечение, чем провода, и обычно скручены в виде сборки меньших одножильных проводников. Шнуры представляют собой гибкие кабели малого диаметра, обычно изолированные. Многожильный кабель представляет собой совокупность нескольких изолированных проводов в общей оболочке. Шины жесткие и сплошные, имеют форму прямоугольника, стержня или трубы и используются в распределительных щитах.

Большинство проводников изготовлены из меди или алюминия, которые являются гибкими материалами. Хотя медь является лучшим проводником, алюминий дешевле и легче. Для воздушных линий проводники выполняются с сердечником из стали или алюминиевого сплава, окруженным алюминием. Проводники поддерживаются изоляторами, обычно керамическими или фарфоровыми. Они могут быть покрыты резиной, полиэтиленом, асбестом, термопластом, лакированным батистом. Конкретный тип изоляционного материала зависит от напряжения цепи, температуры и того, подвергается ли цепь воздействию воды или химикатов.

Идеальный проводник — это материал, в котором заряды могут двигаться без сопротивления, в то время как в идеальном изоляторе заряды вообще не могут двигаться. Однако все проводящие материалы имеют некоторое сопротивление электрической энергии, что приводит к нескольким основным эффектам. Одним из них является потеря электрической энергии, которая преобразуется в тепло; во-вторых, нагрев проводников приводит к их старению. Кроме того, потери энергии в проводниках вызывают снижение напряжения на нагрузке. Падение напряжения необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации схемы, поскольку большинство коммунальных устройств работают в узком диапазоне напряжений, и напряжение ниже желаемого может оказаться недостаточным для их работы.