A kifejezésnek két jelentése van: 1) elektromosan vezető anyag (például fém vagy elektrolit), 2) alkatrész, termék vagy szerkezet, amely lehetővé teszi az áram továbbítását.

Az első értéket a fizikában és az anyagtudományban használják, ahol az összes anyagot villamos vezetőképességük szerint vezetőkre, dielektrikákra és félvezetőkre osztják. Az energetika területén gyakran használják e kifejezés második jelentését. Előfordulhat, hogy az elektromos energia vezetőkön keresztül továbbadódik - az egyik forrás, átalakító vagy villamosenergia-vevő egyik elemétől a másikhoz több nanométertől (például integrált áramkörökben) több méterre (például erős hajtóművekben) lévő távolságban lévő vezetékeket csatlakoztatva; - az elektromos berendezés egyik elemétől a másikig vagy az egyik elektromos berendezéstől a másikig elektromos vezetékek mentén, néhány méter távolságra (például egy létesítményen belül) több ezer kilométer távolságra (nagy erőművek között).

Az elektromos telepítésben levő vonalak és csomópontjaikat nevezzük elektromos kábelezés, valamint az elektromos berendezéseket összekötő vezetékek és csomópontjaik - elektromos hálózat... Az energiaellátó rendszerek célja és hossza szerint megkülönböztetik a rendszerképző (fő) és az elosztóhálózatokat, a vállalkozásokban műhelyközi és műhelyhálózatokat stb.

Az elektromos töltés vezetéken keresztüli átvitelét (vászonfonal) 1663-ban fedezte fel Magdeburg város polgármestere, Otto von Guericke (1602-1686), aki ugyanabban az évben gyártotta a világ első elektrosztatikus generátort. Az elektromos jelenségek részletesebb vizsgálatát a 18. században kezdték meg, és 1729. július 2-án az angol amatőr fizikus, Stephen Gray (1666–1735) egy 80,5 láb hosszú kenderkötelet fektetett vízszintes selyemre, hogy megvizsgálja az elektromosság átvitelét. zsinórok (4.5.1. ábra); ezzel létrehozta a világ első elektromos vezetékét. Július 14-én nyilvános demonstrációt tartott a 650 méter hosszú vonatról, amelyet még mindig a támaszok (az első felső vonal) között meghúzott selyemhuzalok mentén futó kenderkötélkel szállítottak. A kísérlet a huzal nagyon rossz vezetőképessége ellenére meglepően sikeres volt; a kötél nyilvánvalóan (az angol éghajlatnak köszönhetően) elég nedves volt. Szürke volt az első, aki bevezette az anyagok vezetőképességű és nem vezetőképességű osztályozását. Tíz évvel később (1739-ben) egy másik angol fizikus, Jean Theophile Desaguliers (1683–1744) vezette be a karmester fogalmát. Az első fémvezeték (vas) huzalokkal 1744-ben épült Erfurtban (Erfurt, Németország), a német filozófia professzor Andreas Gordon (1712-1751) által, és az első kísérleti kábel (távíró) vezetéket 1841-ben fektették Szentpéterváron. Boris Semenovich Jacobi (Moritz Hermann Jacobi).

Ábra. 1. Az első elektromos vezeték elve, Stephen Gray. 1 kender kötél (huzal), 2 selyem zsinór (szigetelő)

Az energiaátviteli technológiában mind rugalmas, mind merev vezetékeket használnak. Az előbbiek különbözőek vezetékek és kábelek, a másodikra gumiabroncsok... A vezetékek és a gyűjtősínek szigetelhetők vagy csupaszak lehetnek. A szigetelt vezetékek és kábelek egytől többig terjedhetnek élő karmesterekelkülönítve egymástól.

Fémjel kábel A polimer anyagokból (például polivinil-kloridból) vagy fémből (manapság leggyakrabban alumíniumból, korábban főleg ólomból) készült lezárt burkolat védi a vezetőket a káros környezeti hatásoktól. A vezetők egyszerűsített besorolása rugalmasságuk, szigetelésük és alkalmazási területük alapján az 1. ábrán látható. 2.

Ábra. 2. A vezetők osztályozása (egyszerűsített)

A vezetők fém része a keresztmetszetétől és a szükséges rugalmasságtól függően masszív lehet, vagy vezetékekből állhat; a huzalok átmérője lehet milliméter tizedrészétől (finoman sodrott vezetőkben) több milliméterig terjedni. A vezetőkhöz szükséges

Magas elektromos vezetőképesség,
- jó érintkezési tulajdonságok,
- a szigetelés nagy dielektromos szilárdsága,
- megfelelő mechanikai szilárdság,
- elegendő rugalmasság (vezetékek és kábelek esetén),
- hosszú távú kémiai stabilitás,
- elegendő tartósság hevítéskor,
- elegendő hőkapacitás,
- védelem a külső behatásoktól,
- ártalmatlan a környezetre,
- könnyű használat az elektromos munkában,
- elfogadható költség.

Az elektromosan vezető anyagok közül ezeket a követelményeket lehet a legjobban teljesíteni
- tiszta (szennyeződések nélkül) réz,
- tiszta alumínium (a megbízhatóság érdekében 16 mm2 keresztmetszettel),
- a felsővezetékek vezetékeiben
- alumínium és acél kombinációi.
Szigetelő anyagok közül a leggyakrabban használt
- polietilén n,
- n poli (vinil-klorid), amely jobban ellenáll a tűzveszélyességnek, mint más anyagok, de klórt tartalmaz, amely mérgező és a környezetre ártalmas, - szintetikus (ideértve a hőhatású szerves szilícium-szilikát) gumik.

A vezetékeket (és az sodrott vezetékek magokat) rendeltetésük szerint osztják fel.
- a működési útmutatók (amelyre abban az esetben váltakozó áram tartalmaznak fázis- és semleges vezetékeket; egyes hálózatokban vagy létesítményekben semleges vezetékek hiányozhatnak);
- a védő vezetőkaz emberek biztonságának biztosításához szükséges;
- a segédvezetők (például vezérléshez, kommunikációhoz vagy jelzéshez). A munkavezetők mindegyike leválasztható a talajtól, de egyikük (általában semleges) földelt. Egy ilyen működő földelés a fázisvezetők alacsonyabb és egyenletesebben elosztott feszültségét érinti a talajhoz képest, ami például a nagyfeszültségű hálózatokban csökkenti a szigetelés költségeit.

Védővezetők vannak az elektromos berendezések azon részeinek megbízható földelésére, amelyek megszakad a szigetelés esetén, feszültség alatt állnak (nyitott vezető alkatrészek). Ennek a védőföldelésnek biztosítania kell, hogy ezen részek és a föld között ne kerüljön veszélyes feszültség, és ezzel megakadályozhatja az emberek áramütését. Az alacsony feszültségű villamos hálózatokban korábban gyakoroltak védő és semleges vezetők kombinálását; ezeket a vezetőket megbízhatósági és biztonsági okokból jelenleg elválasztják egymástól.

Minden körülöttünk lévő tárgy rendkívül kicsi, a szem számára láthatatlan anyagrészecskékből áll - molekulákból, amelyekbe még kisebb részecskék is atomokba kerülnek. Az atom viszont egy elektromosan töltött magból és elektronokból áll. Az atom szerkezete meglehetősen bonyolult: központjában pozitív töltésű atommag van, amely körül a negatív töltésű elektronok mozognak.

Az atomokra gyakorolt \u200b\u200bkülső hatás hiányában az általuk alkotott anyag elektromosan semleges: az atomok pozitív töltését az atomok negatív töltései kiegyensúlyozzák. De ha egy anyag atomjában mesterségesen elektronhiány keletkezik, akkor egy ilyen anyag pozitív töltéssel rendelkezik, és fordítva, ha túlzott elektronok jönnek létre, akkor egy ilyen anyag negatív töltésű lesz.

Ha az atom elektromos semlegességét megsértik, annak állapota rendkívül instabil, akkor az atom arra törekszik, hogy felesleges elektronokat adjon más atomoknak, vagy fordítva, hogy a hiányzó elektronokat magához rögzítse. Ezért ha egy vezetőt olyan anyagokkal kapcsol össze, amelyek eltérő töltésűek, az elektronok a vezető mentén mozogni kezdenek egy negatív töltésű anyagból egy pozitív töltésű anyagba - elektromosság... Az elektronok, vagyis az elektromos áramnak a vezetőben történő mozgása mindaddig folytatódik, amíg a vezető által összekapcsolt anyagok töltései egyensúlyba nem kerülnek. Az elektromos áram folyamatos fenntartása érdekében folyamatosan fenn kell tartani az elektronfelesleget a vezető egyik végén, és hiányzik a másikban.

A villamos energia az egyik energiatípus, a kémiai, termikus, mechanikus stb. Mellett. Az elektromos energiára az energiamegtakarításról és az energia átalakításáról szóló általános törvény vonatkozik. Az elektromos energiát kémiai, mechanikai és más típusú energiává alakíthatják, amely viszont villamos energiává is átalakítható.

Gondoljunk például arra, hogy a kémiai energia hogyan alakul át elektromos energiává.

Ha kénsav és víz oldatát öntjük egy 2 üvegedénybe, és réz- és cinklemezeket (elektródákat) engedünk bele, akkor kapjuk a legegyszerűbb galváncellát.

Ábra. Galván cella: 1 - izzó; 2 - hajó

Amikor a réz- és cinklemezek végei (pólusai) zárva vannak, akkor az áramkörön át áram áramlik. Az áram működése látható, ha egy elektromos 1 izzó van csatlakoztatva a lemezekhez: a villanykörte izzószála felmelegszik, és izzani fog.

Az áramerősség azért fordult elő, mert kémiai kölcsönhatás indult az elektródok és a savas oldat között. Ennek a kölcsönhatásnak az eredményeként felesleges elektronok képződnek a cink elektródán, és elektron hiánya a réz elektródon.

Ebben az esetben az elektromos áram mind a lámpa izzószálának vezetékein (külső áramkör), mind az elem belsejében kénsav oldattal (belső áramkör) keresztül mozog - egy negatív töltésű cinklemezről egy pozitív töltésű rézlemezre.

A gyakorlatban a hagyomány szerint a műszaki irány elektromos áram hagyományosan ellentétesnek tekintik - a pozitív pólusról a negatívra.

Egy elektromos áram egy villamos erő hatására mozog. Ezt az erőt arra használják, hogy legyőzzék az elektronok mozgásának ellenállását mind a külső, mind a belső áramkörben.

Az elektromotoros erőnek azt a részét, amely a külső áramkör ellenállásának legyőzéséhez vezet, és amely az áram áramlását okozza az áramkörben, feszültségnek nevezzük.

Az elektromotor erőt és feszültséget voltokban (V) fejezik ki, és speciális műszerekkel mérik - voltmérőamy.

A vezetőn keresztül áramló villamosenergia mennyisége időegységben (másodpercenként) határozza meg az áram mennyiségét. Amperben (a) fejezik ki, és egy speciális készülékkel mérik - árammérőohm.

Felhívjuk a vezető ellenállását az elektromos áram mozgására elektromos ellenállás. Ellenállás ohmban (ohmban) kifejezve és ohmmérővel mérve.

A különböző anyagok eltérő ellenállással bírnak az elektromos áram áthaladása ellen. Például a réz és az alumínium jól vezeti az elektromosságot; üveg, műanyag, porcelán gyakorlatilag nem vezeti azt. Az elektromos áramvezetési képesség szerint az összes anyagot általában vezetőkre (fémek, szén, savak, lúgok stb.) És nem vezetőképes (gumi, üveg, ebonit stb.) Osztják fel.

Zárt elektromos áramkör az áramfeszültség, annak értéke és az áramkör ellenállása bizonyos arányban kapcsolódnak egymáshoz (Ohmi törvény); minél nagyobb az áramforrás feszültsége és annál alacsonyabb a vezető ellenállása, annál nagyobb az elektromos áram nagysága.

Ábra. Az akkumulátor csatlakoztatási diagramja: a - soros csatlakozás; b - párhuzamos kapcsolat

Ez az arány nagyjából összehasonlítható a víz mozgásával, amely a csöveken keresztül halad a víztornyból. Minél magasabb a víztorony, amely megteremti a víz nyomását (feszültségét), és minél nagyobb a csövek mérete, amelyeken a vizet továbbítják (azaz a mozgás ellenállása kicsi), annál több víz áramlik egy időegységben.

Az autó elektromos rendszerében az áramforrások és az áramfogyasztók soros, párhuzamos vagy vegyes csatlakoztatását használják az áram nagyságának és feszültségének, valamint a mozgás ellenállásának megváltoztatására.

Vegye figyelembe a soros és a párhuzamos csatlakozás jellemzőit két azonos, 2 V feszültségű áramforrás példáján.

Ha az áramforrások egymással sorban vannak egymással összekötve (A ábra), azaz az első forrás negatív kivezetése a második pozitív kivezetésével van összekötve, a második kimenete negatív kivezetése pedig a harmadik pozitív kivezetésével és az első forrás pozitív kivezetése valamilyen fogyasztón keresztül kapcsolódik a harmadik negatív kivezetéséhez. , akkor az áramforrások teljes feszültsége 6 volt.

Ha az áramforrások párhuzamosan vannak csatlakoztatva (B. ábra), azaz kösse össze a források pozitív kivezetéseit egy csomóponttal, és csatlakoztassa a negatív kimeneteket egy csomópontba, és kösse össze a vezetékek végét a csomópontokból az aktuális fogyasztóval, akkor az áramforrások teljes feszültsége nem fog nőni, 2 V lesz. De az utóbbi esetben háromszor annyi áramot tudnak továbbítani a külső áramkörhöz, mint az első esetben, amikor az áramforrásokat sorba kötötték.

Az elektromos fogyasztók sorba vagy párhuzamosan is csatlakoztathatók. Az áramfogyasztók soros csatlakoztatásával növekszik az áram ellenállásuk teljes ellenállása, párhuzamos csatlakozás esetén ez csökken.

Ezt a jelenséget ismét össze lehet hasonlítani a víz mozgatásával több csően, amelyek belső átmérője és hossza azonos.

Ha a víz ugyanazon átmérőjű csöveken folyik keresztül, amelyek egymás után helyezkednek el, a mozgásállóság nagy; ha a víz egyszerre áramlik az összes csövön párhuzamosan, akkor a mozgása ellenállása sokkal kisebb.

Az aktuális fogyasztón áthaladó villamosenergia mennyiségét az aktuális érték szorzata (amperben) határozza meg az aktuális időtartammal (órákban), és amperórákban fejezik ki.

A vezető mentén haladva az áram működik, például felmelegíti a vezetőt, és ehhez elektromos energiát költ. Az áram által végzett munka függ a feszültségtől, az áram nagyságától és a művelet időtartamától. Az elektromos áram működését a feszültség szorzata (voltban) az áram mennyisége (amperben) és az áram időtartama (órákban) határozza meg, és watt-órában fejezik ki.

Elektromos energia az általa elvégzett munkát 1 másodperc alatt hívta fel. Ez a feszültség szorzata (voltban) az áram mennyiségével (amperben), wattban kifejezve. Az elektromos áram teljesítménye lóerőben is kifejezhető: 1 lóerő 736 watt.

Minden ember, állandóan elektromos készülékeket használva, szembe kell néznie az elektromos vezetőképesség tulajdonságaival, nevezetesen:

Valamennyi anyagot, az elektromos vezetőképességüktől függően, vezetőkre, félvezetőkre és dielektrikákra osztják:

1. vezetők - amelyek átmennek az elektromos áramon;

2. dielektrikumok - szigetelő tulajdonságokkal rendelkeznek;

3. félvezetők - kombinálja az első két típusú anyag jellemzőit és változtassa meg őket az alkalmazott vezérlőjeltől függően.

NAK NEK vezetékek Ide tartoznak azok az anyagok, amelyek szerkezetében nagy számban vannak szabad és nem kötött elektromos töltések, amelyek egy alkalmazott külső erő hatására elindulhatnak. Lehetnek szilárd, folyékony vagy gáznemű állapotban. Az elektromos áram legkiválóbb vezetői a fémek.R a só- és savoldatok, a nedves talaj, az emberi és az állati testek szintén jó vezetői az elektromos töltéseknek.

Ha két vezetőt vesz fel, amelyek között potenciálkülönbség alakul ki, és egy fémhuzalt csatlakoztat bennük, akkor egy elektromos áram áramlik rajta. Hordozói szabad elektronok lesznek, amelyeket az atomok kötelékei nem tartanak fenn. Jellemzik az elektromos vezetőképesség értékét vagy bármely anyag azon képességét, hogy az elektromos töltéseket magán keresztülhaladja - áram.

Az elektromos vezetőképesség értéke fordítva arányos az anyag ellenállásával, és a megfelelő egységgel mérik: siemens (cm).

1 cm \u003d 1/1 ohm.

A természetben a töltő hordozók lehetnek:

elektronok

ionok;

lyukak.

Ezen elv szerint az elektromos vezetőképességet fel kell osztani:

elektronikus;

ión;

lyuk.

A vezető minősége lehetővé teszi, hogy felmérje az abban áramló áram függését az alkalmazott feszültség értékétől. Ezt általában ezen elektromos mennyiségek mértékegységeinek - volt-amper karakterisztika - megnevezésével hívják.

Elektromosan vezető vezetők (1. típusú vezetők)

Az ilyen típusú leggyakoribb képviselők a fémek. Kizárólag az elektronok áramlásának mozgatásával hoznak létre elektromos áramot.

Ha az elektromos áram áthalad a fémvezetékeken, akkor sem a tömegük, sem pedig a tömegük kémiai összetétel... Következésképpen a fématomok nem vesznek részt az elektromos töltések átadásában. A fémek elektromos áramerősségének tanulmányozása azt mutatta, hogy a bennük lévő elektromos töltések csak elektronokon mennek keresztül.

A fémeken belül két állapotban vannak:

atomi kohéziós erők kötik;

ingyenes.

Az atommag vonzóerőinek körüli pályán tartott elektronok általában nem vesznek részt az elektromos áram létrehozásában külső elektromotoros erők hatására. A szabad részecskék eltérően viselkednek.

Ha nem alkalmaznak EMF-t egy fémvezetőre, akkor a szabad elektron kaotikusan, véletlenszerűen, bármely irányba mozog. Ez a mozgás a hőenergiának köszönhető. Jellemzője, hogy az egyes részecskék adott időben eltérő sebességgel és mozgási irányokkal rendelkezzenek.

Ha egy E erősségű külső mező energiáját vezetik a vezetőre, akkor az aktív mezővel szemben irányított erő hat az összes elektronra együtt és mindegyikre külön-külön. Szigorúan orientált elektronok mozgását, vagyis más szavakkal egy elektromos áramot hoz létre.

A fémek áram-feszültség karakterisztikája egy egyenes, amely illeszkedik az Ohmi törvény végrehajtásához egy szakaszra és egy teljes körre.

A tiszta fémek mellett más anyagok elektronikus vezetőképességgel is rendelkeznek. Ezek tartalmazzák:

ötvözetek;

bizonyos szénmódosítások (grafit, szén).

A fenti anyagok mindegyikét, ideértve a fémeket is, az alábbiak szerint kell besorolni 1. típusú karmesterek... Elektromos vezetőképességük semmilyen módon nem kapcsolódik az anyag tömegének transzferéhez az elektromos áram áthaladása miatt, hanem csak az elektronok mozgása határozza meg.

Ha a fémeket és ötvözeteiket rendkívül alacsony hőmérsékleten helyezik el, akkor azok szupravezető állapotba kerülnek.

Ionos vezetők (2. típusú vezetők)

Ez az osztály magában foglalja azokat az anyagokat, amelyekben elektromos áram keletkezik a töltések ionok általi mozgatása miatt. Osztályozzák őket második fajta vezetők.

lúgok, savas sók;

különféle ionos vegyületek olvadékai;

különféle gázok és gőzök.

Elektromos áram folyadékban

Az elektromos áramot vezető folyékony közeget, amelyben az elektrolízis zajlik - egy anyagnak a töltéssel együtt történő átadását és az elektródokra történő lerakódását általában elektrolitoknak nevezzük, maga a folyamatot pedig elektrolízisnek nevezzük.

Egy külső energiamező hatására fordul elő, mivel pozitív potenciál van az anód elektródra, és negatív potenciál van a katódra.

A folyadékok belsejében az ionok az elektrolitikus disszociáció jelensége miatt képződnek, amely egy semleges tulajdonságokkal rendelkező anyag molekuláinak egy részének felosztásából áll.

Az elektrolit feszültsége hatására a kationok szigorúan a katód felé mozognak, az anionok pedig az anódhoz vezetnek. Ily módon kémiailag tiszta réz keletkezik szennyeződések nélkül, amely a katódnál szabadul fel.

A folyadékok mellett a természetben szilárd elektrolitok is vannak. Felhívták őket szuperionos vezetők (szuperionikumok), amelyek kristályszerkezettel és kémiai kötések ionos természetével bírnak, ami magas elektromos vezetőképességet okoz az azonos típusú ionok mozgása miatt.

Lyukvezetők

Ezek tartalmazzák:

germánium;

szelén;

szilícium;

egyes fémek vegyületei tellúrral, kénnel, szelénnel és néhány szerves anyaggal.

Megkapta a nevét félvezetők és az 1. csoportba tartoznak, vagyis nem képeznek anyagátadást a díjak áramlása során. A szabad elektronok koncentrációjának növelése érdekében további energiát kell költeni a kötött elektronok elválasztására. Ionizációs energiának nevezzük.

Egy elektron-lyuk csatlakozás félvezetőben működik. Ennek köszönhetően a félvezető egy irányban halad át az árammal, és ellentétes irányba blokkol, amikor egy ellenkező külső mezőt alkalmaznak rá.

Félvezető szerkezete

A vezetőképesség a félvezetőkben:

1. saját;

2. szennyeződés.

Az első típus azon struktúrákban rejlik, amelyekben anyagaik atomjainak ionizálása során töltéshordozók jelennek meg: lyukak és elektronok. Koncentrációjuk kölcsönösen kiegyensúlyozott.