Izraz ima dva značenja: 1) električno vodljiva tvar (na primjer, metal ili elektrolit), 2) dio, proizvod ili struktura koja omogućuje prijenos električne energije.

Prva vrijednost koristi se u fizici i znanosti o materijalima, gdje su svi materijali podijeljeni u vodiče, dielektrike i poluvodiče svojom električnom vodljivošću. U elektroenergetici često koriste drugo značenje ovog termina. Prijenos električne energije kroz vodiče može se dogoditi - s jednog elementa izvora, pretvarača ili prijemnika električne energije na drugi putem povezivanja vodiča na udaljenosti od nekoliko nanometara (na primjer, u integriranim krugovima) do nekoliko metara (na primjer, u snažnoj energetskoj opremi); - od jednog elementa električne instalacije do drugog ili od jedne električne instalacije do druge duž električnih vodova na udaljenosti od nekoliko metara (na primjer, unutar iste instalacije) do nekoliko tisuća kilometara (između velikih elektroenergetskih sustava).

Naziva se niz linija i njihovih čvorova u električnoj instalaciji električno ožičenjei skup linija i njihovih čvorova koji povezuju električne instalacije, - električna mreža, Prema namjeni i duljini u elektroenergetskim sustavima, razlikuju se mreže (glavne) i distribucijske mreže, na poduzećima postoje mreže i radionice.

Prijenos električnog naboja kroz vodič (platneni navoj) otkrio je 1663. godine gradonačelnik Magdeburga Otto von Guericke 1602–1686., Koji je iste godine napravio prvi elektrostatički generator na svijetu. Detaljnije proučavanje električnih pojava započelo je u 18. stoljeću, a 2. srpnja 1729. godine engleski fizičar amater Stephen Gray (1666. - 1735.) popločao je konopljom konop dužine 80,5 stopa na vodoravnoj svili kako bi testirao prijenos električne energije. kablovi (Sl. 4.5.1); stvorio je prvu električnu liniju na svijetu. 14. srpnja održao je javnu demonstraciju pruge, koja je već dugačka 650 stopa, s konopljom užeta koji je i dalje tekao duž svilenih vrpci razvučenih između stupova (prva nadzemna linija). Iskustvo, usprkos vrlo lošoj vodljivosti žice, iznenađujuće nije uspjelo; konop je očito bio (zahvaljujući engleskoj klimi) prilično mokar. Gray je također prvi uveo klasifikaciju tvari kao dirigirajućih i neprovodnih. Nakon 10 godina (1739.), drugi engleski fizičar, Jean Theophile Desaguliers (1683–1744), uveo je koncept dirigenta. Prvu nadzemnu liniju s metalnim (željeznim) žicama sagradio je 1744. u Erfurtu (Erfurt, Njemačka) njemački profesor filozofije Andreas Gordon (1712–1751), a prva eksperimentalna kablovska (telegrafska) linija položena je 1841. u Sankt Peterburgu Boris Semenovich Jacobi (Moritz Hermann Jacobi).

Sl. 1. Princip rada prve električne linije Stephena Greya. 1 konop konoplja (žica), 2 svilene vrpce (izolatori)

U tehnologiji prijenosa snage koriste se i fleksibilni i kruti vodiči. Prvi uključuju razne žice i kablovido drugog autobus, Žice i sabirnice mogu biti izolirani ili neizolirani (goli). Izolirane žice i kablovi mogu sadržavati od jedne do nekoliko vene koje nose strujuizolirani jedni od drugih.

žig kabel  je zapečaćena ovojnica izrađena od polimernih materijala (na primjer, polivinilklorida) ili metala (trenutno najčešće aluminija, prethodno uglavnom olova) koji štiti jezgre od štetnih utjecaja okoliša. Pojednostavljena klasifikacija vodiča prema njihovoj fleksibilnosti, izolaciji i opsegu prikazana je na Sl. 2.

Sl. 2. Klasifikacija vodiča (pojednostavljeno)

Metalni dio jezgara, ovisno o presjeku i potrebnoj fleksibilnosti, može biti masivan ili se sastoji od žica; promjer žica može varirati od desetine milimetra (u jezgrama tankih žica) do nekoliko milimetara. Potrebni su provodnici

Visoka vodljivost
  - dobra kontaktna svojstva,
  - visoka dielektrična čvrstoća,
  - dovoljna mehanička čvrstoća,
  - dovoljna fleksibilnost (u slučaju žica i kabela),
  - dugoročna kemijska stabilnost,
  - dovoljna otpornost na toplinu,
  - dovoljan toplinski kapacitet,
  - zaštita od vanjskih utjecaja,
  - neškodljiv za okoliš,
  - jednostavnost uporabe u električnom radu,
  - umjereni trošak.

Ovi provodljivi materijali najbolje se ispunjavaju
  - čisti (bez nečistoća) bakar,
  - čisti aluminij (zbog pouzdanosti, počevši od 16 mm2),
  - u žicama nadzemnih vodova
  - kombinacije aluminija i čelika.
  Od izolacijskih materijala koji se najčešće koriste
  - polietilen n,
  - polivinilklorid n, koji odolijeva paljenju bolje nego drugi materijali, ali koji sadrži toksičan i štetan za okoliš klor, - sintetičke (uključujući organosilikonske gume koje su posebno otporne na toplinu).

Provodnici (i vodnici nasukanih vodiča) dijele se prema svojoj namjeni
  - na radni vodiči  (na koji u slučaju aC struja  fazni i neutralni vodiči; neke mreže ili instalacije možda nemaju neutralne vodiče);
  - na zaštitni vodičineophodno da se osigura sigurnost ljudi;
  - na pomoćni vodiči  (npr. za kontrolu, komunikaciju ili signalizaciju). Svi radni vodiči mogu se izolirati od tla, ali često je jedan od njih (obično neutralan) uzemljen. Takvim radnim uzemljenjem postiže se niži i ravnomjerno raspoređeni napon faznih vodiča u odnosu na zemlju, što, na primjer, u mrežama visokog napona može smanjiti troškove izolacije.

Zaštitni vodiči predviđeni su za pouzdano uzemljenje onih dijelova električnih instalacija koji, ako se izolira izolacija, mogu biti pod naponom (otvoreni provodni dijelovi). Takva zaštitna uzemljenja trebala bi ukloniti pojavu opasnog napona između tih dijelova i zemlje i tako isključiti mogućnost strujnog udara za ljude. U niskonaponskim električnim mrežama prethodno se prakticirala kombinacija zaštitnih i neutralnih vodiča; ovi se vodiči trenutno razdvajaju iz razloga pouzdanosti i sigurnosti.

Svi predmeti oko nas sastoje se od izuzetno sitnih čestica materije koje su oku nevidljive - molekule u kojima se kombiniraju još manje čestice - atomi. Atom se pak sastoji od električno nabijene jezgre i elektrona. Struktura atoma je prilično složena: u njenom središtu je pozitivno nabijeno jezgro, oko kojega se kreću negativno nabijeni elektroni.

U nedostatku vanjskog utjecaja na atome, tvar koju oni tvore je električno neutralna: pozitivni naboj jezgre svakog atoma uravnotežen je s negativnim nabojima njegovih elektrona. Ali ako se u atomu tvari umjetno stvori nedostatak elektrona, tada će takva tvar imati pozitivan naboj, i obrnuto, ako se stvori višak elektrona, takva će tvar postati negativno nabijena.

Ako je kršena električna neutralnost atoma, njegovo je stanje izuzetno nestabilno, tada atom ima tendenciju da ili da višak elektrona drugim atomima, ili, obrnuto, da sebi pripiše nedostajuće elektrone. Stoga, ako se povežemo s vodičkim tvarima s različitim nabojima, vodič počinje kretati elektrone iz negativno nabijene tvari u pozitivno nabijenu tvar, - električna struja, To kretanje elektrona ili, drugim riječima, električna struja u vodiču bit će sve dok se naboji tvari spojeni vodičem međusobno ne uravnoteže. Da bi se kontinuirano održavala električna struja, potrebno je kontinuirano održavati višak elektrona na jednom kraju vodiča, a nedostatak na drugom.

Električna energija je vrsta energije, zajedno s kemijskom, termičkom, mehaničkom, itd. Električna energija podložna je općem zakonu očuvanja i pretvorbe energije. Električna energija može se pretvoriti u kemijsku, mehaničku i drugu vrstu energije, koja se zauzvrat može pretvoriti i u električnu.

Razmotrimo, na primjer, kako se kemijska energija pretvara u električnu.

Ako se otopina sumporne kiseline i vode ulije u staklenu posudu 2, a bakarne i cinkove ploče (elektrode) spuste u nju, tada dobivamo najjednostavniju galvansku ćeliju.

Sl. Galvanska ćelija: 1 - električna žarulja; 2 - posuda

Kad se završe krajevi (stupovi) ploča bakra i cinka, kroz strujni krug struja struja. Trenutni učinak može se vidjeti ako je žarulja 1 spojena na ploče: nit žarulje se zagrijava i svijetli.

Struja se pojavila jer je započela kemijska interakcija između elektroda i otopine kiseline. Kao rezultat ove interakcije, na cinkova elektroda nastaje višak elektrona, a na bakrenom elektrodu nedostatak elektrona.

Električna struja se u ovom slučaju kreće kako kroz žice žarulje (vanjski krug) tako i unutar elementa kroz otopinu sumporne kiseline (unutarnji krug) - od negativno nabijene cinkove ploče do bakreno pozitivno nabijene ploče.

U praksi, prema tradiciji, tehnički smjer električna struja  konvencionalno se smatra suprotno - od pozitivnog pola do negativnog.

Električna struja kreće se pod utjecajem elektromotorne sile. Ta se sila troši na svladavanje otpora gibanju elektrona i u vanjskom krugu i u unutarnjem.

Dio elektromotorne sile koji ide na prevladavanje otpora vanjskog kruga, uzrokujući kretanje struje u krugu, naziva se naponom.

Elektromotorna sila i napon su izraženi u voltima (c) i mjere se posebnim uređajima - voltmetara.

Količina električne energije koja teče kroz vodič kroz jedinicu vremena (u sekundi) određuje količinu struje. Izražava se u amperima (a) i mjeri se posebnim uređajem - ampermetarog.

Otpor vodiča na kretanje električne struje naziva se električnim otporom. otpornost  izraženo u ohima (ohma) i mjereno ohmmetrom.

Razne tvari pokazuju nejednaku otpornost na prolazak električne struje. Tako, na primjer, bakar i aluminij dobro provode struju; staklo, plastika, porculan praktički ga ne provode. Sposobnošću provođenja električne struje sve se tvari obično dijele na vodiče (metali, ugljen, otopine kiselina, alkalija itd.) I neprovodnike (guma, staklo, ebonit itd.).

U zatvorenom električni krug napon, njegova vrijednost i otpor kruga međusobno su povezani određenim omjerom (Ohmov zakon); što je veći napon izvora struje i manji je otpor vodiča, veća je jačina električne struje.

Sl. Dijagram veze baterije: a - serijska veza; b - paralelna veza

Taj se omjer može proizvoljno usporediti s kretanjem vode koja teče kroz cijevi iz vodenog tornja. Što je vodeni toranj veći, što stvara tlak (napon) vode, i što je veća veličina cijevi kroz koje se dovodi voda (tj., Njen otpor prema kretanju je mali), više vode teče po jedinici vremena.

U električnom sustavu vozila koristi se niz, paralelno ili miješano povezivanje izvora i potrošača električne struje za promjenu veličine i napona struje i otpora njenom kretanju.

Razmotrite značajke serijskih i paralelnih veza na primjeru dva identična izvora električne struje s naponom od 2 V.

Ako su izvori struje međusobno povezani (slika A), tj. Minus terminal prvog izvora povezan je s plus terminalom drugog, minus terminal drugog izvora i plus terminal trećeg, a plus terminal prvog izvora povezan je preko nekog potrošača s negativnim terminalom trećeg , tada će ukupni napon izvora struje biti 6 V.

Ako su izvori struje paralelno povezani (sl. B), tj. Ako pozitivne stezaljke izvora povežete u jedan čvor i povežete negativne terminale u jedan čvor, a krajeve žica povežete s čvorova na trenutnog potrošača, ukupni napon izvora struje neće se povećati, iznosit će 2 V. Ali u potonjem slučaju, oni će moći prenijeti tri puta više struje u vanjski krug nego u prvom slučaju, kada su izvori struje bili spojeni serijski.

Potrošači električne energije također se mogu spojiti serijski ili paralelno. Serijskim povezivanjem postojećih potrošača povećava se njihov ukupni otpor kretanju struje, dok se paralelno smanjuje.

Taj se fenomen opet može usporediti s kretanjem vode kroz nekoliko cijevi istih unutarnjih promjera i duljina.

Ako voda teče kroz cijevi istog promjera, poredane jedna za drugom u nizu, otpornost na kretanje je velika; ako voda istodobno teče kroz sve cijevi, otpornost na kretanje je mnogo manja.

Količina električne energije koja prolazi kroz bilo kojeg trenutnog potrošača određuje se proizvodom trenutne vrijednosti (u amperima) trajanjem struje (u satima) i izražava se u amperskim satima.

Krećući se duž vodiča, struja radi, na primjer, zagrijava vodič, trošeći za to električnu energiju. Rad koji obavlja struja ovisi o naponu, veličini struje i trajanju. Rad električne struje određuje se proizvodom napona (u voltima) količinom struje (u amperima) i trajanjem struje (u satima), a izražava se u vat satima.

Električna struja  nazvao je djelo koje je učinio u 1 sek. To je proizvod napona (u voltima) i struje (u amperima), a izražava se u vatima. Snaga električne struje može se izraziti i u konjskim snagama: 1 konjska snaga je 736 vata.

Svaka osoba, koja se stalno koristi električnim uređajima, suočena je sa svojstvima električne vodljivosti, naime:

Sve tvari ovisno o električnoj vodljivosti dijele se na vodiče, poluvodiče i dielektrike:

1. vodiči -  koji prolaze električnu struju;

2. dielektričari -  posjeduju izolacijska svojstva;

3. poluvodiči -  kombiniraju karakteristike prve dvije vrste tvari i mijenjaju ih ovisno o primijenjenom upravljačkom signalu.

K vodiči   uključuju one tvari koje u svojoj strukturi imaju velik broj slobodnih, a ne povezanih električnih naboja koji mogu pokrenuti kretanje pod utjecajem vanjske sile. Mogu biti u čvrstom, tekućem ili plinovitom stanju. Najučinkovitiji provodnici električne struje su metali.P otopine soli i kiselina, vlažno tlo, tijela ljudi i životinja također su dobri provodnici električnih naboja.

Ako uzmemo dva vodiča između kojih se formira razlika potencijala i povežemo metalnu žicu unutar njih, tada će kroz nju strujati električna struja. Njeni nosači bit će slobodni elektroni koje ne drže veze atoma. Oni karakteriziraju veličinu električne vodljivosti ili sposobnost bilo koje tvari da prolazi kroz sebe električna naboja - struja.

Vrijednost električne vodljivosti obrnuto je proporcionalna otporu tvari i mjeri se odgovarajućom jedinicom: siemens (cm).

1 cm \u003d 1/1 ohm.

Nositelji naboja u prirodi mogu biti:

elektrona;

iona;

rupe.

Prema ovom principu, električna vodljivost dijeli se na:

elektronički;

ion;

rupa.

Kvaliteta vodiča omogućuje procjenu ovisnosti struje koja teče u njemu o vrijednosti primijenjenog napona. Obično se naziva oznakom mjernih jedinica tih električnih veličina - karakteristika struje i napona.

Provodnici s elektroničkom vodljivošću (vodiči 1. vrste)

Najčešći predstavnik ove vrste su metali. Oni stvaraju električnu struju isključivo zbog kretanja protoka elektrona.

Kad električna struja prolazi kroz metalne vodiče, ne mijenja se ni njihova masa, niti njihov kemijski sastav. Stoga metalni atomi ne sudjeluju u prijenosu električnih naboja. Studije prirode električne struje u metalima pokazale su da prijenos električnih naboja u njima obavljaju samo elektroni.

Unutar metala su u dva stanja:

vezane atomskim kohezijskim silama;

besplatno.

Elektroni koje u orbiti drže privlačne sile atomskog jezgra, u pravilu ne sudjeluju u stvaranju električne struje pod djelovanjem vanjskih elektromotornih sila. U protivnom se ponašaju slobodne čestice.

Ako se EMF ne primijeni na metalni vodič, onda se slobodni elektroni kreću nasumično, nasumično, u bilo kojem smjeru. Njihovo kretanje je zbog toplinske energije. Karakteriziraju ga različite brzine i smjerovi kretanja svake čestice u bilo koje vrijeme.

Kada se energija vanjskog polja s intenzitetom E primijeni na provodnik, tada sila usmjerena suprotno od polja djelovanja djeluje na sve elektrone zajedno i svaki zasebno. Stvara strogo orijentirano kretanje elektrona, ili drugim riječima - električnu struju.

Karakteristika struje napona struje je ravna linija koja se uklapa u Ohmov zakon za mjesto i cjeloviti krug.

Pored čistih metala, druge tvari posjeduju i elektroničku vodljivost. To uključuje:

legure;

pojedinačne modifikacije ugljika (grafit, ugljen).

Sve gore navedene tvari, uključujući metale, klasificirane su kao dirigenti 1. vrste, Njihova električna vodljivost ni na koji način nije povezana s prijenosom mase materije uslijed prolaska električne struje, već je uzrokovana samo kretanjem elektrona.

Ako se metali i legure stave u okruženje ultra-niskih temperatura, tada postaju superprovodne.

Provodnici s ionskom vodljivošću (dirigenti 2. vrste)

U ovu klasu spadaju tvari u kojima nastaje električna struja uslijed gibanja naboja pomoću iona. Oni su klasificirani kao dirigenti druge vrste.

otopine alkalija, soli kiselina;

rastopine raznih ionskih spojeva;

razni plinovi i pare.

Električna struja u tekućini

Provođenje električnih struja u tekućim medijima u kojima dolazi do elektrolize - prijenos neke tvari zajedno sa nabojima i njeno taloženje na elektrodama obično se naziva elektrolitima, a sam postupak naziva se elektrolizom.

Nastaje pod utjecajem vanjskog energetskog polja uslijed primjene pozitivnog potencijala na anodnu elektrodu i negativnog potencijala na katodu.

Ioni unutar tekućina nastaju zbog fenomena elektrolitičke disocijacije, koji se sastoji u cijepanju dijela molekula tvari s neutralnim svojstvima.

Pod djelovanjem primijenjenog napona na elektrolitu, kationi se počinju kretati strogo prema katodi, a anioni - prema anodi. Na taj se način dobiva kemijski čist, bez nečistoća bakar koji se oslobađa na katodi.

Osim tekućina, u prirodi postoje i kruti elektroliti. Oni su pozvani superionski vodiči  (superionika) koji ima kristalnu strukturu i ionsku prirodu kemijskih veza, što uzrokuje visoku električnu vodljivost uslijed gibanja jona istog tipa.

Provodnici na otvorima

To uključuje:

germanij;

selena;

silicij;

spojevi pojedinih metala s telurijom, sumporom, selenom i nekim organskim tvarima.

Dobili su ime poluprovodnik  i pripadaju grupi br. 1, odnosno ne tvore prijenos tvari tijekom protoka naboja. Da biste povećali koncentraciju slobodnih elektrona unutar njih, potrebno je potrošiti dodatnu energiju na odvajanje vezanih elektrona. Zove se energija ionizacije.

Poluvodič ima prijelaz elektrona-rupa. Zbog njega poluvodič prolazi struju u jednom smjeru i blokira se u suprotnom smjeru kada se na njega primijeni suprotno vanjsko polje.

  Struktura poluvodiča

Vodljivost u poluvodičima je:

1. posjedovati;

2. nečistoća.

Prvi tip je svojstven strukturama u kojima se nosači naboja pojavljuju u procesu ionizacije atoma svoje tvari: rupe i elektrona. Njihova koncentracija je obostrano uravnotežena.