Ogni persona, che utilizza costantemente apparecchi elettrici, deve affrontare le proprietà della conducibilità elettrica, vale a dire:

Tutte le sostanze dipendenti dalla conducibilità elettrica sono suddivise in conduttori, semiconduttori e dielettrici:

1. conduttori -   quale passa la corrente elettrica;

2. dielettrici -   possedere proprietà isolanti;

3. semiconduttori -   combinare le caratteristiche dei primi due tipi di sostanze e modificarle in base al segnale di controllo applicato.

K conduttori   includere quelle sostanze che hanno nella loro struttura un gran numero di cariche elettriche libere, piuttosto che connesse, in grado di avviare il movimento sotto l'influenza di una forza esterna. Possono essere allo stato solido, liquido o gassoso. I conduttori più eccellenti corrente elettrica   sono metalli.P soluzioni di sali e acidi, terreno umido, corpi di persone e animali sono anche buoni conduttori di cariche elettriche.

Se prendiamo due conduttori tra i quali si forma una differenza di potenziale e colleghiamo un filo metallico al loro interno, allora una corrente elettrica scorrerà attraverso di esso. I suoi vettori saranno elettroni liberi che non sono tenuti dai legami degli atomi. Caratterizzano l'entità della conducibilità elettrica o la capacità di qualsiasi sostanza di attraversare se stessa cariche elettriche - corrente.

Il valore della conducibilità elettrica è inversamente proporzionale alla resistenza della sostanza e viene misurato dall'unità corrispondente: siemens (cm).

1 cm \u003d 1/1 ohm.

In natura, i portatori di addebiti possono essere:

elettroni;

ioni;

fori.

Secondo questo principio, la conducibilità elettrica è suddivisa in:

elettronica;

ionico;

foro.

La qualità del conduttore consente di valutare la dipendenza della corrente che vi scorre dal valore della tensione applicata. Viene comunemente chiamato con la designazione di unità di misura di queste quantità elettriche - caratteristica corrente-tensione.

Conduttori con conduttività elettronica (conduttori del 1o tipo)

Il rappresentante più comune di questo tipo sono i metalli. Creano una corrente elettrica dovuta esclusivamente al movimento del flusso di elettroni.

Quando la corrente elettrica passa attraverso i conduttori metallici, né la loro massa né la loro composizione chimica cambiano. Di conseguenza, gli atomi di metallo non partecipano al trasferimento di cariche elettriche. Studi sulla natura della corrente elettrica nei metalli hanno dimostrato che il trasferimento di cariche elettriche in essi viene effettuato solo da elettroni.

All'interno dei metalli, sono in due stati:

legato da forze di coesione atomica;

libero.

Gli elettroni tenuti in orbita dalle forze attrattive di un nucleo atomico, di regola, non partecipano alla creazione di una corrente elettrica sotto l'azione di forze elettromotrici esterne. Altrimenti, le particelle libere si comportano.

Se EMF non viene applicato al conduttore metallico, gli elettroni liberi si muovono in modo casuale, casuale, in qualsiasi direzione. Il loro movimento è dovuto all'energia termica. È caratterizzato da diverse velocità e direzioni di movimento di ogni particella in qualsiasi momento.

Quando un'energia di campo esterna con intensità E viene applicata al conduttore, una forza diretta opposta al campo di azione agisce su tutti gli elettroni insieme e ciascuno separatamente. Crea un movimento strettamente orientato di elettroni o, in altre parole, una corrente elettrica.

La caratteristica corrente-tensione dei metalli è una linea retta che si adatta alla legge di Ohm per il sito e il circuito completo.

Oltre ai metalli puri, altre sostanze possiedono anche conduttività elettronica. Questi includono:

leghe;

modifiche individuali del carbonio (grafite, carbone).

Tutte le suddette sostanze, compresi i metalli, sono classificate come conduttori di 1 ° tipo. La loro conduttività elettrica non è in alcun modo collegata al trasferimento di massa di materia a causa del passaggio della corrente elettrica, ma è causata solo dal movimento degli elettroni.

Se i metalli e le leghe vengono collocati in un ambiente a temperature ultra basse, diventano superconduttori.

Conduttori con conducibilità ionica (conduttori del 2o tipo)

Questa classe include sostanze in cui viene creata una corrente elettrica a causa del movimento delle cariche da parte degli ioni. Sono classificati come conduttori del secondo tipo.

soluzioni di alcali, sali di acidi;

fonde di vari composti ionici;

vari gas e vapori.

Corrente elettrica in un liquido

Condurre correnti elettriche in mezzi liquidi in cui si verifica l'elettrolisi: il trasferimento di una sostanza insieme alle cariche e la sua deposizione su elettrodi è comunemente chiamato elettroliti e il processo stesso è chiamato elettrolisi.

Si verifica sotto l'influenza di un campo di energia esterno a causa dell'applicazione di un potenziale positivo all'elettrodo anodico e di un potenziale negativo al catodo.

Gli ioni all'interno dei liquidi si formano a causa del fenomeno della dissociazione elettrolitica, che consiste nella scissione di una parte delle molecole di una sostanza con proprietà neutre.

Sotto l'azione di una tensione applicata all'elettrolita, i cationi iniziano a muoversi rigorosamente verso il catodo e gli anioni - verso l'anodo. In questo modo, chimicamente puro, senza impurità, si ottiene il rame, che viene rilasciato al catodo.

Oltre ai liquidi, esistono elettroliti solidi in natura. Si chiamano conduttori superionici   (superionica) avente una struttura cristallina e la natura ionica dei legami chimici, che provoca un'alta conduttività elettrica dovuta al movimento di ioni dello stesso tipo.

Conduttori per fori

Questi includono:

germanio;

selenio;

silicio;

composti di singoli metalli con tellurio, zolfo, selenio e alcune sostanze organiche.

Hanno preso il nome semiconduttore   e appartengono al gruppo n. 1, cioè non formano un trasferimento di materia durante il flusso di cariche. Per aumentare la concentrazione di elettroni liberi al loro interno, è necessario spendere energia aggiuntiva per la separazione degli elettroni legati. Si chiama energia di ionizzazione.

Il semiconduttore ha una transizione di buco elettronico. A causa di ciò, il semiconduttore passa la corrente in una direzione e si blocca nella direzione opposta quando viene applicato un campo esterno opposto.

  Struttura a semiconduttore

La conduttività nei semiconduttori è:

1. possedere;

2. impurità.

Il primo tipo è inerente alle strutture in cui i portatori di carica compaiono nel processo di ionizzazione degli atomi della loro sostanza: buchi ed elettroni. La loro concentrazione è reciprocamente equilibrata.

Tutti gli oggetti intorno a noi sono costituiti da particelle estremamente piccole di materia invisibili all'occhio - molecole in cui vengono combinate anche particelle più piccole - atomi. Un atomo a sua volta è costituito da un nucleo e elettroni carichi elettricamente. La struttura dell'atomo è piuttosto complessa: al suo centro c'è un nucleo carico positivamente, attorno al quale si muovono elettroni carichi negativamente.

In assenza di influenza esterna sugli atomi, la sostanza che formano è elettricamente neutra: la carica positiva del nucleo di ciascun atomo è bilanciata dalle cariche negative dei suoi elettroni. Ma se una mancanza di elettroni viene creata artificialmente in un atomo di una sostanza, tale sostanza avrà una carica positiva e, al contrario, se si crea un eccesso di elettroni, tale sostanza verrà caricata negativamente.

Se la neutralità elettrica dell'atomo viene violata, il suo stato è estremamente instabile, quindi l'atomo tende a dare elettroni in eccesso ad altri atomi o, al contrario, a collegare gli elettroni mancanti a se stesso. Pertanto, se ci connettiamo con sostanze conduttrici con cariche diverse, il conduttore inizia a spostare elettroni da una sostanza caricata negativamente a una sostanza caricata positivamente, - corrente elettrica. Questo movimento di elettroni o, in altre parole, la corrente elettrica nel conduttore, sarà fino a quando le cariche delle sostanze collegate dal conduttore non si bilanciano. Al fine di mantenere continuamente una corrente elettrica, è necessario mantenere continuamente un eccesso di elettroni a un'estremità del conduttore e una loro mancanza sull'altra.

L'elettricità è un tipo di energia insieme a chimica, termica, meccanica, ecc. L'energia elettrica è soggetta alla legge generale di conservazione e conversione dell'energia. L'energia elettrica può essere convertita in energia chimica, meccanica e di altro tipo, che a sua volta può anche essere convertita in energia elettrica.

Considera, ad esempio, come l'energia chimica viene convertita in energia elettrica.

Se una soluzione di acido solforico e acqua viene versata in un recipiente di vetro 2 e le piastre di rame e zinco (elettrodi) vengono abbassate al suo interno, otteniamo la cella galvanica più semplice.

Fig. Cella galvanica: 1 - una lampadina elettrica; 2 - nave

Quando le estremità (poli) delle piastre di rame e zinco sono chiuse, una corrente elettrica scorre attraverso il circuito. L'effetto attuale può essere visto se una lampadina 1 è collegata alle piastre: il filo della lampadina si riscalda e si illumina.

La corrente è apparsa perché è iniziata un'interazione chimica tra gli elettrodi e la soluzione acida. Come risultato di questa interazione, si forma un eccesso di elettroni sull'elettrodo di zinco e una mancanza di elettroni sull'elettrodo di rame.

La corrente elettrica in questo caso si sposta sia attraverso i fili della lampadina (circuito esterno) sia all'interno dell'elemento attraverso una soluzione di acido solforico (circuito interno) - da una piastra di zinco caricata negativamente a una piastra di rame caricata positivamente.

In pratica, per tradizione, la direzione tecnica della corrente elettrica è convenzionalmente considerata l'opposto - dal polo positivo al negativo.

Una corrente elettrica si muove sotto l'influenza di una forza elettromotrice. Questa forza viene spesa per superare la resistenza al movimento degli elettroni sia nel circuito esterno che nell'interno.

La parte della forza elettromotrice che va a superare la resistenza del circuito esterno, causando il movimento della corrente nel circuito, è chiamata tensione.

La forza e la tensione elettromotrice sono espresse in volt (c) e sono misurate da dispositivi speciali - voltometros.

La quantità di elettricità che fluisce attraverso il conduttore per unità di tempo (al secondo) determina la quantità di corrente. È espresso in ampere (a) ed è misurato da un dispositivo speciale - amperometroesimo.

La resistenza del conduttore al movimento della corrente elettrica si chiama resistenza elettrica. resistenza   espresso in ohm (ohm) e misurato con un ohmmetro.

Varie sostanze presentano una resistenza ineguale al passaggio della corrente elettrica. Quindi, per esempio, rame e alluminio conducono bene l'elettricità; vetro, plastica, porcellana praticamente non lo conducono. Dalla capacità di condurre corrente elettrica, tutte le sostanze sono generalmente divise in conduttori (metalli, carbone, soluzioni di acidi, alcali, ecc.) E non conduttori (gomma, vetro, ebanite, ecc.).

In un chiuso circuito elettrico   la tensione, il suo valore e la resistenza del circuito sono interconnessi da un certo rapporto (legge di Ohm); maggiore è la tensione della sorgente di corrente e minore è la resistenza del conduttore, maggiore è l'entità della corrente elettrica.

Fig. Schema di collegamento della batteria: a - collegamento seriale; b - connessione parallela

Questo rapporto può essere arbitrariamente confrontato con il movimento dell'acqua che scorre attraverso i tubi da una torre d'acqua. Maggiore è la torre dell'acqua, che crea la pressione (tensione) dell'acqua e maggiore è la dimensione dei tubi attraverso i quali viene fornita l'acqua (ovvero, la sua resistenza al movimento è piccola), più acqua scorre per unità di tempo.

Nel sistema elettrico di un veicolo, una connessione in serie, parallela o mista di fonti e consumatori di corrente elettrica viene utilizzata per modificare l'entità e la tensione della corrente e la resistenza al suo movimento.

Considerare le caratteristiche delle connessioni seriali e parallele nell'esempio di due fonti identiche di corrente elettrica con una tensione di 2 V.

Se le sorgenti correnti sono interconnesse in serie (Fig. A), cioè il terminale negativo della prima sorgente è collegato al terminale positivo della seconda, il terminale negativo della seconda e il terminale positivo della terza, e il terminale positivo della prima sorgente è collegato attraverso qualsiasi consumatore al terminale negativo della terza , quindi la tensione totale delle fonti di corrente sarà di 6 V.

Se le sorgenti correnti sono interconnesse in parallelo (Fig. B), ad es. Se si collegano i terminali positivi delle sorgenti in un nodo e si collegano i terminali negativi in \u200b\u200bun nodo e si collegano le estremità dei fili dai nodi al consumatore corrente, la tensione totale delle fonti correnti non aumenterà, sarà di 2 V. Ma in quest'ultimo caso, saranno in grado di trasferire al circuito esterno tre volte più corrente rispetto al primo caso, quando le fonti di corrente erano collegate in serie.

I consumatori elettrici possono anche essere collegati in serie o in parallelo. Con una connessione in serie degli attuali consumatori, la loro totale resistenza al movimento della corrente aumenta, mentre in parallelo diminuisce.

Questo fenomeno può essere nuovamente confrontato con il movimento dell'acqua attraverso diversi tubi con gli stessi diametri e lunghezze interne.

Se l'acqua scorre attraverso tubi dello stesso diametro, disposti uno dopo l'altro in serie, la sua resistenza ai movimenti è grande; se l'acqua scorre simultaneamente attraverso tutti i tubi in parallelo, la sua resistenza ai movimenti è molto inferiore.

La quantità di elettricità che attraversa qualsiasi consumatore corrente è determinata dal prodotto del valore corrente (in ampere) dalla durata della corrente (in ore) ed è espressa in ampere-ore.

Muovendosi lungo il conduttore, la corrente fa il lavoro, ad esempio, riscalda il conduttore, spendendo energia elettrica per questo. Il lavoro svolto dalla corrente dipende dalla tensione, dalla grandezza della corrente e dalla durata. Il lavoro della corrente elettrica è determinato dal prodotto della tensione (in volt) dalla quantità di corrente (in ampere) e dalla durata della corrente (in ore) ed è espresso in wattora.

Corrente elettrica   chiamato il lavoro svolto da lui in 1 sec. È il prodotto della tensione (in volt) e della corrente (in ampere) ed è espresso in watt. La potenza della corrente elettrica può anche essere espressa in cavalli: 1 cavallo è 736 watt.

Il termine ha due significati: 1) una sostanza elettricamente conduttiva (ad esempio metallo o elettrolita), 2) una parte, un prodotto o una struttura che consente la trasmissione di elettricità.

Il primo valore è usato nella fisica e nella scienza dei materiali, dove tutti i materiali sono divisi in conduttori, dielettrici e semiconduttori dalla loro conduttività elettrica. In ingegneria energetica, usano spesso il secondo significato di questo termine. La trasmissione di energia elettrica attraverso i conduttori può avvenire - da un elemento di una sorgente, convertitore o ricevitore di energia elettrica a un altro attraverso il collegamento di conduttori a una distanza di diversi nanometri (ad esempio, in circuiti integrati) a diversi metri (ad esempio, in potenti apparecchiature di potenza); - da un elemento di un impianto elettrico a un altro o da un impianto elettrico a un altro lungo linee elettriche a una distanza di diversi metri (ad esempio, all'interno della stessa installazione) a diverse migliaia di chilometri (tra grandi sistemi di alimentazione).

Viene chiamato l'insieme di linee e i relativi nodi in un'installazione elettrica cablaggio elettricoe l'insieme di linee e i relativi nodi, che collegano le installazioni elettriche, - rete elettrica. Per scopo e lunghezza nei sistemi di alimentazione, si distinguono le reti di formazione del sistema (principali) e di distribuzione, nelle imprese ci sono reti tra officine e officine, ecc.

La trasmissione di una carica elettrica attraverso un conduttore (filo di lino) fu scoperta nel 1663 dal sindaco di Magdeburgo, Otto von Guericke, 1602-1686, che aveva realizzato il primo generatore elettrostatico al mondo nello stesso anno. Uno studio più dettagliato dei fenomeni elettrici iniziò nel XVIII secolo e il 2 luglio 1729 il fisico amatoriale inglese Stephen Grey (1666-1735) pavimentò usando una corda di canapa lunga 80,5 piedi su seta orizzontale per testare la trasmissione di elettricità. cavi (Fig. 4.5.1); ha creato la prima linea elettrica al mondo. Il 14 luglio, ha tenuto una dimostrazione pubblica della linea, che era già lunga 650 piedi, con la corda di canapa che ancora correva lungo le corde di seta tese tra i pilastri (prima linea aerea). L'esperienza, nonostante la scarsa conduttività del filo, sorprendentemente fallì; la corda era ovviamente (grazie al clima inglese) piuttosto bagnata. Gray ha anche introdotto per la prima volta la classificazione delle sostanze come conduttiva e non conduttiva. Dopo 10 anni (nel 1739), un altro fisico inglese, Jean Theophile Desaguliers (1683-1744), introdusse il concetto di direttore d'orchestra. La prima linea aerea con fili di metallo (ferro) fu costruita nel 1744 a Erfurt (Erfurt, Germania) dal professore di filosofia tedesco Andreas Gordon (1712–1751), e la prima linea sperimentale di cavi (telegrafo) fu posata nel 1841 a San Pietroburgo Boris Semenovich Jacobi (Moritz Hermann Jacobi).

Fig. 1. Il principio del dispositivo della prima linea elettrica di Stephen Gray. 1 corda di canapa (filo), 2 cordoncini di seta (isolanti)

I conduttori flessibili e rigidi sono utilizzati nella tecnologia di trasmissione di potenza. I primi includono vari fili e cavial secondo autobus. Cavi e sbarre possono essere isolati o non isolati (nudi). I fili e i cavi isolati possono contenere da uno a più fili vene che trasportano correnteisolati l'uno dall'altro.

caratteristica cavo   è una guaina sigillata realizzata con materiali polimerici (ad esempio polivinilcloruro) o metallo (attualmente più spesso alluminio, precedentemente principalmente piombo), che protegge i nuclei dagli effetti dannosi dell'ambiente. Una classificazione semplificata dei conduttori in base alla loro flessibilità, isolamento e portata è mostrata in Fig. 2.

Fig. 2. Classificazione dei conduttori (semplificata)

La parte metallica dei nuclei, a seconda della sezione trasversale e della flessibilità richiesta, può essere massiccia o costituita da fili; il diametro dei fili può variare da decimi di millimetro (in nuclei di filo sottile) a diversi millimetri. Conduttori richiesti

Alta conducibilità
  - buone proprietà di contatto,
  - elevata rigidità dielettrica,
  - sufficiente resistenza meccanica,
  - sufficiente flessibilità (nel caso di fili e cavi),
  - stabilità chimica a lungo termine,
  - sufficiente resistenza al calore,
  - capacità termica sufficiente,
  - protezione da influenze esterne,
  - innocuo per l'ambiente,
  - facilità d'uso nei lavori elettrici,
  - costo moderato.

Di materiali conduttivi, questi requisiti sono meglio soddisfatti
  - rame puro (senza impurità),
  - alluminio puro (per motivi di affidabilità, a partire da 16 mm2),
  - nei fili delle linee aeree
  - combinazioni di alluminio e acciaio.
  Dei materiali isolanti più comunemente usati
  - polietilene n,
  - cloruro di polivinile n, che resiste all'accensione meglio di altri materiali, ma che contiene cloro tossico e pericoloso per l'ambiente, - gomme sintetiche (incluso organosilicio particolarmente resistente al calore).

I conduttori (e i conduttori dei conduttori incagliati) sono divisi in base al loro scopo
  - acceso conduttori di lavoro   (a cui nel caso alimentazione AC   conduttori di fase e neutri; alcune reti o installazioni potrebbero non avere conduttori neutri);
  - acceso conduttori di protezionenecessario per garantire la sicurezza delle persone;
  - acceso conduttori ausiliari   (ad es. per controllo, comunicazione o segnalazione). I conduttori di lavoro possono essere tutti isolati da terra, ma spesso uno di essi (normalmente neutro) è collegato a terra. Tale messa a terra di lavoro raggiunge una tensione inferiore e uniformemente distribuita dei conduttori di fase rispetto alla terra, che, ad esempio, nelle reti ad alta tensione può ridurre il costo dell'isolamento.

Sono previsti conduttori di protezione per una messa a terra affidabile di quelle parti degli impianti elettrici che, se l'isolamento è rotto, possono essere eccitati (parti conduttive aperte). Tale messa a terra di protezione dovrebbe eliminare il verificarsi di tensioni pericolose tra queste parti e la terra e quindi escludere la possibilità di scosse elettriche per le persone. Nelle reti elettriche a bassa tensione, era precedentemente praticata la combinazione di conduttori di protezione e neutri; questi conduttori sono attualmente separati per motivi di affidabilità e sicurezza.