คำนี้มีความหมายสองประการ: 1) สารนำไฟฟ้า (เช่น โลหะหรืออิเล็กโทรไลต์) 2) ชิ้นส่วน ผลิตภัณฑ์ หรือโครงสร้างที่ช่วยให้ส่งไฟฟ้าได้

ค่าแรกใช้ในฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ โดยวัสดุทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นตัวนำ ไดอิเล็กทริก และเซมิคอนดักเตอร์ตามค่าการนำไฟฟ้า ในวิศวกรรมไฟฟ้า ความหมายที่สองของคำนี้ใช้บ่อยกว่า การถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าผ่านตัวนำสามารถเกิดขึ้นได้ - จากองค์ประกอบหนึ่งของแหล่งกำเนิด ตัวแปลง หรือตัวรับพลังงานไฟฟ้าไปยังอีกองค์ประกอบหนึ่งผ่านการเชื่อมต่อตัวนำที่ระยะหลายนาโนเมตร (เช่น ในวงจรรวม) ถึงหลายเมตร (เช่น ใน อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ); - จากส่วนประกอบหนึ่งของการติดตั้งไฟฟ้าไปยังอีกที่หนึ่ง หรือจากการติดตั้งไฟฟ้าหนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งตามสายไฟฟ้าที่ระยะหลายเมตร (เช่น ภายในการติดตั้งหนึ่ง) ถึงหลายพันกิโลเมตร (ระหว่างระบบไฟฟ้าขนาดใหญ่)

ชุดของเส้นและโหนดในการติดตั้งระบบไฟฟ้าเรียกว่า เดินสาย, และชุดของเส้นและโหนด, การเชื่อมต่อการติดตั้งระบบไฟฟ้า, - เครือข่ายไฟฟ้า. ตามวัตถุประสงค์และความยาวในระบบไฟฟ้า เครือข่ายแกนหลัก (หลัก) และเครือข่ายการจัดจำหน่ายมีความแตกต่างกัน ที่องค์กร เครือข่ายระหว่างร้านและร้านค้า ฯลฯ

การถ่ายโอนประจุไฟฟ้าผ่านตัวนำ (ด้ายผ้าลินิน) ถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1663 โดย Otto von Guericke นายกเทศมนตรีเมือง Magdeburg (1602–1686) ซึ่งเคยผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไฟฟ้าสถิตเครื่องแรกของโลกในปีเดียวกัน การศึกษาปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าอย่างละเอียดมากขึ้นเริ่มขึ้นในศตวรรษที่ 18 และในวันที่ 2 กรกฎาคม พ.ศ. 2272 สตีเฟน เกรย์ นักฟิสิกส์สมัครเล่นชาวอังกฤษ (สตีเฟน เกรย์ พ.ศ. 2209-2278) ได้วางป่านยาว 80.5 ฟุต เพื่อทดสอบการส่งไฟฟ้า เชือกเส้นไหมแนวนอน (รูปที่ 4.5.1) ด้วยเหตุนี้เขาจึงสร้างสายไฟฟ้าเส้นแรกของโลก เมื่อวันที่ 14 กรกฎาคม เขาจัดการสาธิตต่อสาธารณชนเกี่ยวกับเส้นลวดซึ่งมีความยาว 650 ฟุตแล้ว และเส้นลวดที่ยังคงเป็นเชือกป่านวางตามเส้นไหมที่ขึงระหว่างเสา (เส้นแรกเหนือศีรษะ) การทดลองนี้แม้จะมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาก แต่ก็ประสบความสำเร็จอย่างน่าประหลาดใจ เห็นได้ชัดว่าเชือก (เนื่องจากสภาพอากาศในอังกฤษ) ค่อนข้างเปียก เกรย์ยังแนะนำการจำแนกประเภทของสารเป็นการนำไฟฟ้าและไม่นำไฟฟ้าเป็นครั้งแรก สิบปีต่อมา (ในปี ค.ศ. 1739) Jean Theophile Desaguliers นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษอีกคนหนึ่ง (ค.ศ. 1683–1744) ได้แนะนำแนวคิดเกี่ยวกับตัวนำ สายเหนือศีรษะเส้นแรกที่มีสายโลหะ (เหล็ก) สร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1744 ในเมืองเออร์เฟิร์ต (เมืองเออร์เฟิร์ต ประเทศเยอรมนี) โดยศาสตราจารย์ด้านปรัชญาชาวเยอรมัน อันเดรียส กอร์ดอน (Andreas Gordon, ค.ศ. 1712–1751) และสายทดลองสายแรก (โทรเลข) ถูกวางใน 2384 ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก Boris Semenovich Jacobi (Moritz Hermann Jacobi)

ข้าว. 1. หลักการของอุปกรณ์ของสายไฟฟ้าเส้นแรกโดย Stephen Grey เชือกป่าน 1 เส้น (เส้นลวด) เส้นไหม 2 เส้น (ฉนวน)

ในงานวิศวกรรมไฟฟ้าจะใช้ทั้งตัวนำที่ยืดหยุ่นและแข็ง ครั้งแรกรวมถึงต่างๆ สายไฟและสายเคเบิลไปที่วินาที ยาง. สายไฟและบัสบาร์สามารถหุ้มฉนวนหรือไม่หุ้มฉนวน (เปลือย) สายไฟและสายเคเบิลหุ้มฉนวนอาจมีตั้งแต่หนึ่งถึงหลายเส้น ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าแยกออกจากกัน

จุดเด่น สายเคเบิลเป็นปลอกหุ้มสุญญากาศที่ทำจากวัสดุโพลีเมอร์ (เช่น โพลีไวนิลคลอไรด์) หรือโลหะ (ปัจจุบันส่วนใหญ่มักทำจากอะลูมิเนียม ก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่ทำจากตะกั่ว) ปกป้องแกนจากผลกระทบที่เป็นอันตราย สิ่งแวดล้อม. การจำแนกประเภทตัวนำอย่างง่ายตามความยืดหยุ่น ฉนวน และการใช้งานแสดงในรูปที่ 2.

ข้าว. 2. การจำแนกประเภทของตัวนำ (แบบง่าย)

ส่วนที่เป็นโลหะของแกน ขึ้นอยู่กับส่วนตัดขวางและความยืดหยุ่นที่ต้องการ อาจมีขนาดใหญ่หรือประกอบด้วยเส้นลวด เส้นผ่านศูนย์กลางของสายไฟในกรณีนี้มีตั้งแต่หนึ่งในสิบของมิลลิเมตร (ในตัวนำลวดละเอียด) ถึงหลายมิลลิเมตร จำเป็นต้องใช้ตัวนำ

การนำไฟฟ้าสูง,
- คุณสมบัติการสัมผัสที่ดี
- ความเป็นฉนวนสูงของฉนวน
- มีความแข็งแรงเชิงกลเพียงพอ
- ความยืดหยุ่นเพียงพอ (ในกรณีของสายไฟและสายเคเบิล)
- ความเสถียรทางเคมีในระยะยาว
- ทนความร้อนได้ดี
- ความจุความร้อนเพียงพอ
- การป้องกันจากอิทธิพลภายนอก
- เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
- ใช้งานง่ายในงานไฟฟ้า
- ค่าใช้จ่ายปานกลาง

ในบรรดาวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ ความต้องการเหล่านี้เป็นไปตามข้อกำหนดที่ดีที่สุด
- ทองแดงบริสุทธิ์ (ไม่มีสิ่งเจือปน)
- อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ (เพื่อเหตุผลด้านความน่าเชื่อถือ โดยเริ่มจากส่วนที่ 16 มม.2)
- ในสายไฟเหนือศีรษะ
- ส่วนผสมของอลูมิเนียมและเหล็ก
วัสดุฉนวนที่ใช้บ่อยที่สุด
- โพลีเอทิลีน n,
- โพลิไวนิลคลอไรด์ n ซึ่งต้านทานการติดไฟได้ดีกว่าวัสดุอื่นๆ แต่มีคลอรีนที่เป็นพิษและเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม - ยางสังเคราะห์ (รวมถึงยางออร์กาโนซิลิคอนที่ทนความร้อนเป็นพิเศษ)

ตัวนำ (และแกนของตัวนำตีเกลียว) แบ่งตามวัตถุประสงค์
- บน ตัวนำการทำงาน(ซึ่งในกรณีนี้ กระแสสลับรวมเฟสและตัวนำที่เป็นกลาง เครือข่ายหรือการติดตั้งบางอย่างอาจไม่มีตัวนำที่เป็นกลาง)
- บน ตัวนำป้องกันจำเป็นเพื่อความปลอดภัยของประชาชน
- บน ตัวนำเสริม(เช่น สำหรับการควบคุม การสื่อสาร หรือการส่งสัญญาณ) ตัวนำการทำงานทั้งหมดอาจถูกหุ้มฉนวนจากดิน แต่บ่อยครั้งหนึ่งในนั้น (โดยปกติจะเป็นตัวกลาง) จะต่อลงดิน การลงกราวด์ที่ใช้งานได้นั้นทำให้แรงดันไฟฟ้าของตัวนำเฟสลดลงและกระจายอย่างสม่ำเสมอเมื่อเทียบกับกราวด์ซึ่งตัวอย่างเช่นในเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูงจะช่วยลดต้นทุนของฉนวน

ตัวนำป้องกันมีไว้สำหรับการต่อลงดินที่เชื่อถือได้ของชิ้นส่วนต่างๆ ของการติดตั้งระบบไฟฟ้า ซึ่งถ้าฉนวนแตก อาจเกิดไฟฟ้าได้ (ชิ้นส่วนที่เป็นสื่อไฟฟ้าแบบเปิด) การต่อลงดินป้องกันดังกล่าวต้องป้องกันการเกิดแรงดันไฟฟ้าอันตรายระหว่างชิ้นส่วนเหล่านี้กับสายดิน และด้วยเหตุนี้จึงไม่รวมความเป็นไปได้ที่จะเกิดไฟฟ้าช็อตต่อผู้คน ในเครือข่ายไฟฟ้าแรงต่ำ ก่อนหน้านี้มีการฝึกฝนเพื่อรวมตัวนำป้องกันและตัวนำที่เป็นกลาง ในปัจจุบันตัวนำเหล่านี้แยกออกจากกันด้วยเหตุผลด้านความน่าเชื่อถือและความปลอดภัย

วัตถุทั้งหมดรอบตัวเราประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กมากที่มองไม่เห็นของสสาร - โมเลกุล ซึ่งรวมเอาอนุภาค - อะตอมที่เล็กกว่าเข้าด้วยกัน ในทางกลับกัน อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้า โครงสร้างของอะตอมค่อนข้างซับซ้อน: ในใจกลางของมันคือนิวเคลียสที่มีประจุบวกซึ่งอิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ

ในกรณีที่ไม่มีอิทธิพลภายนอกต่ออะตอม สารที่เกิดขึ้นจะเป็นกลางทางไฟฟ้า: ประจุบวกของนิวเคลียสของแต่ละอะตอมจะสมดุลโดยประจุลบของอิเล็กตรอน แต่ถ้าขาดอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นเทียมในอะตอมของสาร สารนั้นจะมีประจุบวก และในทางกลับกัน หากมีการสร้างอิเล็กตรอนมากเกินไป สารนั้นจะกลายเป็นประจุลบ

หากความเป็นกลางทางไฟฟ้าของอะตอมถูกละเมิด สถานะของอะตอมจะไม่เสถียรอย่างมาก อะตอมมีแนวโน้มที่จะให้อิเล็กตรอนส่วนเกินแก่อะตอมอื่น หรือในทางกลับกัน ยึดอิเล็กตรอนที่ขาดหายไปไว้กับตัวมันเอง ดังนั้นหากเราเชื่อมต่อสารที่มีประจุต่างกันกับตัวนำ อิเล็กตรอนจะเริ่มเคลื่อนที่ไปตามตัวนำจากสารที่มีประจุลบไปยังสารที่มีประจุบวก - จะมี ไฟฟ้า. การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนหรืออีกนัยหนึ่งคือกระแสไฟฟ้าในตัวนำจะดำเนินต่อไปจนกว่าประจุของสารที่เชื่อมต่อด้วยตัวนำจะสมดุลกัน เพื่อรักษากระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง จำเป็นต้องรักษาอิเล็กตรอนส่วนเกินอย่างต่อเนื่องที่ปลายด้านหนึ่งของตัวนำ และขาดอิเล็กตรอนที่ปลายอีกด้านหนึ่ง

ไฟฟ้าเป็นพลังงานประเภทหนึ่งร่วมกับพลังงานเคมี ความร้อน เครื่องกล ฯลฯ พลังงานไฟฟ้าเป็นไปตามกฎทั่วไปว่าด้วยการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงาน พลังงานไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมี เครื่องกล และพลังงานประเภทอื่นๆ ซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้เช่นกัน

ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาดูว่าพลังงานเคมีถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าอย่างไร

หากสารละลายกรดซัลฟิวริกและน้ำถูกเทลงในภาชนะแก้ว 2 และแผ่นทองแดงและสังกะสี (อิเล็กโทรด) ถูกลดระดับลงไป เราจะได้เซลล์กัลวานิกที่ง่ายที่สุด

ข้าว. เซลล์กัลวานิก: 1 - หลอดไฟ; 2 - เรือ

เมื่อปิดปลาย (ขั้ว) ของแผ่นทองแดงและสังกะสี กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านวงจร สามารถเห็นการกระทำของกระแสได้หากต่อหลอดไฟฟ้า 1 เข้ากับแผ่น: ไส้หลอดจะร้อนขึ้นและเรืองแสง

กระแสน้ำปรากฏขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างอิเล็กโทรดและสารละลายกรดเริ่มขึ้น อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์นี้ อิเล็กตรอนส่วนเกินจะเกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดสังกะสี และเกิดการขาดอิเล็กตรอนขึ้นบนอิเล็กโทรดทองแดง

กระแสไฟฟ้าเข้า กรณีนี้เคลื่อนไปตามสายไฟของไส้หลอดไฟ (วงจรภายนอก) และภายในองค์ประกอบตามสารละลายกรดซัลฟิวริก (วงจรภายใน) - จากแผ่นสังกะสีที่มีประจุลบไปยังแผ่นทองแดงที่มีประจุบวก

ในทางปฏิบัติ ตามประเพณี ทิศทางทางเทคนิค กระแสไฟฟ้าถือว่าตรงกันข้ามตามอัตภาพ - จากขั้วบวกไปยังขั้วลบ

กระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงเคลื่อนไฟฟ้า แรงนี้ใช้เพื่อเอาชนะความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนทั้งในวงจรภายนอกและในวงจรภายใน

ส่วนหนึ่งของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ไปเอาชนะความต้านทานของวงจรภายนอก ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสในวงจร เรียกว่า แรงดัน

แรงเคลื่อนไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าแสดงเป็นโวลต์ (V) และวัดด้วยเครื่องมือพิเศษ - โวลต์มิเตอร์อามิ

ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำต่อหน่วยเวลา (ต่อวินาที) กำหนดขนาดของกระแสไฟฟ้า แสดงเป็นแอมแปร์ (a) และวัดด้วยอุปกรณ์พิเศษ - แอมมิเตอร์โอห์ม.

ความต้านทานของตัวนำต่อการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าเรียกว่า ความต้านทานไฟฟ้า ความต้านทานแสดงเป็นโอห์ม (โอห์ม) และวัดด้วยโอห์มมิเตอร์

สารต่างชนิดกันมีความต้านทานต่อการผ่านของกระแสไฟฟ้าต่างกัน ตัวอย่างเช่น ทองแดงและอลูมิเนียมนำกระแสไฟฟ้าได้ดี แก้ว, พลาสติก, พอร์ซเลนไม่ได้ใช้งานจริง ตามความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้า สารทั้งหมดมักจะแบ่งออกเป็นตัวนำ (โลหะ ถ่านหิน สารละลายของกรด ด่าง ฯลฯ) และสารที่ไม่เป็นตัวนำ (ยาง แก้ว มะเกลือ ฯลฯ)

ในที่ปิด วงจรไฟฟ้าแรงดันปัจจุบัน ค่าของมัน และความต้านทานของวงจรเชื่อมต่อกันด้วยอัตราส่วนที่แน่นอน (กฎของโอห์ม) ยิ่งแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้ามากขึ้นและความต้านทานของตัวนำยิ่งต่ำ ขนาดของกระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ข้าว. แผนภาพการเชื่อมต่อแบตเตอรี่: a - การเชื่อมต่อแบบอนุกรม; b - การเชื่อมต่อแบบขนาน

อัตราส่วนนี้สามารถเปรียบเทียบได้คร่าวๆ กับการเคลื่อนที่ของน้ำที่ไหลผ่านท่อจากอ่างเก็บน้ำ ยิ่งหอเก็บน้ำตั้งอยู่สูงเท่าไร ก็ยิ่งสร้างแรงดัน (แรงดัน) ของน้ำ และยิ่งขนาดของท่อที่จ่ายน้ำผ่านมีขนาดใหญ่ขึ้น (เช่น ความต้านทานต่อการเคลื่อนที่น้อย) น้ำก็ยิ่งไหลต่อหน่วยเวลามากขึ้นเท่านั้น

ในระบบไฟฟ้าของรถยนต์เพื่อเปลี่ยนขนาดและแรงดันไฟฟ้าของกระแสและความต้านทานต่อการเคลื่อนที่จะใช้การเชื่อมต่อแบบขนานหรือแบบผสมของแหล่งที่มาและผู้ใช้กระแสไฟฟ้า

พิจารณาคุณสมบัติของการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานโดยใช้ตัวอย่างแหล่งกระแสไฟฟ้าที่เหมือนกันสองแห่งที่มีแรงดันไฟฟ้า 2 V

ถ้าแหล่งกระแสไฟฟ้าเชื่อมต่อแบบอนุกรมกัน (รูปที่ a) กล่าวคือ ต่อขั้วลบของแหล่งแรกเข้ากับขั้วบวกของแหล่งที่สอง ต่อขั้วลบของแหล่งที่สองเข้ากับขั้วบวกของแหล่งที่สาม และ เชื่อมต่อขั้วบวกของแหล่งแรกผ่านผู้บริโภคไปยังขั้วลบของแหล่งที่สาม จากนั้นแรงดันรวมของแหล่งกระแสจะเท่ากับ 6 V

หากแหล่งปัจจุบันเชื่อมต่อแบบขนานกัน (รูปที่ b) เช่น เชื่อมต่อขั้วบวกของแหล่งที่มาเข้ากับโหนดเดียวและเชื่อมต่อขั้วลบเข้ากับโหนดเดียวและเชื่อมต่อปลายสายจากโหนดกับผู้บริโภคปัจจุบัน จากนั้นแรงดันรวมของแหล่งกระแสจะไม่เพิ่มขึ้น มันจะเป็น 2 วี. แต่ในกรณีหลังนี้ จะสามารถจ่ายกระแสให้กับวงจรภายนอกได้มากกว่ากรณีแรกถึงสามเท่า เมื่อเชื่อมต่อแหล่งกระแสเป็นอนุกรม

ผู้บริโภคกระแสไฟฟ้าสามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือแบบขนาน ด้วยการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของผู้บริโภคปัจจุบัน ความต้านทานรวมของพวกเขาต่อการเคลื่อนที่ของกระแสเพิ่มขึ้น ลดลงด้วยการเชื่อมต่อแบบขนาน

ปรากฏการณ์นี้สามารถเปรียบเทียบได้อีกครั้งกับการเคลื่อนที่ของน้ำผ่านท่อหลายท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวภายในเท่ากัน

หากน้ำไหลผ่านท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเดียวกันซึ่งเรียงต่อกันเป็นชุด ความต้านทานต่อการเคลื่อนที่จะดีมาก หากน้ำไหลผ่านท่อทั้งหมดพร้อมกันความต้านทานต่อการเคลื่อนที่จะน้อยกว่ามาก

ปริมาณไฟฟ้าที่ผ่านผู้บริโภคปัจจุบันใดๆ ถูกกำหนดโดยผลคูณของขนาดของกระแสไฟฟ้า (เป็นแอมแปร์) และระยะเวลาของกระแสไฟฟ้า (เป็นชั่วโมง) และแสดงเป็นแอมแปร์-ชั่วโมง

เมื่อเคลื่อนที่ไปตามตัวนำ กระแสจะทำงาน เช่น ทำให้ตัวนำร้อนขึ้น ใช้พลังงานไฟฟ้าสำหรับสิ่งนี้ งานที่ทำโดยกระแสจะขึ้นอยู่กับแรงดัน ขนาดของกระแส และเวลาของการกระทำ การทำงานของกระแสไฟฟ้าถูกกำหนดโดยผลคูณของแรงดันไฟฟ้า (เป็นโวลต์) โดยปริมาณของกระแสไฟฟ้า (เป็นแอมแปร์) และระยะเวลาของกระแสไฟฟ้า (เป็นชั่วโมง) และแสดงเป็นวัตต์-ชั่วโมง

พลังของกระแสไฟฟ้าเรียกว่างานที่เขาทำเสร็จใน 1 วินาที เป็นผลคูณของแรงดัน (เป็นโวลต์) และกระแส (เป็นแอมป์) และแสดงเป็นวัตต์ พลังของกระแสไฟฟ้าสามารถแสดงเป็นแรงม้าได้เช่นกัน 1 แรงม้าเท่ากับ 736 วัตต์

แต่ละคนที่ใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องต้องเผชิญกับคุณสมบัติของการนำไฟฟ้า ได้แก่ :

สารทั้งหมดขึ้นอยู่กับการนำไฟฟ้า แบ่งออกเป็นตัวนำ เซมิคอนดักเตอร์ และไดอิเล็กทริก:

1. ตัวนำ -ซึ่งผ่านกระแสไฟฟ้า

2. อิเล็กทริก -มีคุณสมบัติเป็นฉนวน

3. สารกึ่งตัวนำ -รวมคุณลักษณะของสารสองประเภทแรกเข้าด้วยกันและเปลี่ยนแปลงตามสัญญาณควบคุมที่ใช้

ถึง ตัวนำ รวมถึงสารเหล่านั้นที่มีโครงสร้างจำนวนมากฟรี แทนที่จะเป็นประจุไฟฟ้าที่ถูกผูกไว้ซึ่งสามารถเริ่มเคลื่อนที่ได้ภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก พวกมันสามารถอยู่ในสถานะของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซก็ได้ ตัวนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมที่สุดคือโลหะร สารละลายของเกลือและกรด ดินชื้น ร่างกายของคนและสัตว์ก็เป็นตัวนำประจุไฟฟ้าที่ดีเช่นกัน

หากคุณใช้ตัวนำสองตัวซึ่งมีความต่างศักย์เกิดขึ้นระหว่างนั้นและเชื่อมต่อลวดโลหะเข้าไปข้างใน กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่าน พาหะของมันจะเป็นอิเล็กตรอนอิสระ ไม่ถูกยึดด้วยพันธะของอะตอม พวกมันกำหนดขนาดของการนำไฟฟ้าหรือความสามารถของสารใด ๆ ที่จะผ่านประจุไฟฟ้า - กระแสไฟฟ้า

ค่าการนำไฟฟ้าแปรผกผันกับความต้านทานของสารและวัดด้วยหน่วยที่เหมาะสม: Siemens (Sm)

1 ซม. = 1/1 โอห์ม

โดยธรรมชาติแล้ว ผู้ให้บริการชาร์จสามารถ:

อิเล็กตรอน

ไอออน

หลุม

ตามหลักการนี้ การนำไฟฟ้าแบ่งออกเป็น:

อิเล็กทรอนิกส์

อิออน;

รู.

คุณภาพของตัวนำทำให้สามารถประเมินการพึ่งพาของกระแสที่ไหลในค่าของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ เป็นเรื่องปกติที่จะเรียกมันโดยการกำหนดหน่วยการวัดปริมาณไฟฟ้าเหล่านี้ - ลักษณะแรงดันกระแส

ตัวนำที่มีค่าการนำไฟฟ้า (ตัวนำชนิดที่ 1)

ตัวแทนที่พบมากที่สุดประเภทนี้คือโลหะ พวกมันสร้างกระแสไฟฟ้าเพียงเพราะการเคลื่อนที่ของการไหลของอิเล็กตรอน

เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำที่เป็นโลหะ ทั้งมวลและตัวนำ องค์ประกอบทางเคมี. ดังนั้นอะตอมของโลหะจึงไม่มีส่วนร่วมในการถ่ายโอนประจุไฟฟ้า การศึกษาธรรมชาติของกระแสไฟฟ้าในโลหะแสดงให้เห็นว่าการถ่ายโอนประจุไฟฟ้าในโลหะนั้นดำเนินการโดยอิเล็กตรอนเท่านั้น

ภายในโลหะ พวกมันอยู่ในสองสถานะ:

ผูกพันโดยแรงของอะตอม;

ฟรี.

ตามกฎแล้วอิเล็กตรอนที่โคจรอยู่ในวงโคจรโดยแรงดึงดูดของนิวเคลียสของอะตอมจะไม่มีส่วนร่วมในการสร้างกระแสไฟฟ้าภายใต้การกระทำของแรงเคลื่อนไฟฟ้าภายนอก อนุภาคอิสระทำงานแตกต่างกัน

หาก EMF ไม่ถูกนำไปใช้กับตัวนำที่เป็นโลหะ อิเล็กตรอนอิสระจะเคลื่อนที่แบบสุ่ม แบบสุ่ม ในทุกทิศทาง การเคลื่อนไหวของพวกเขาเกิดจากพลังงานความร้อน มีลักษณะเป็นความเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่ที่แตกต่างกันของแต่ละอนุภาคในเวลาใดก็ได้

เมื่อพลังงานของสนามภายนอกที่มีความแรง E ถูกนำไปใช้กับตัวนำ แรงที่ตรงข้ามกับสนามไฟฟ้าจะกระทำต่ออิเล็กตรอนทั้งหมดรวมกันและแยกกัน มันสร้างการเคลื่อนที่ที่เน้นอย่างเคร่งครัดของอิเล็กตรอนหรืออีกนัยหนึ่งคือกระแสไฟฟ้า

ลักษณะกระแส-แรงดันของโลหะเป็นเส้นตรงที่เป็นไปตามกฎของโอห์มสำหรับส่วนและวงจรทั้งหมด

นอกจากโลหะบริสุทธิ์แล้ว สารอื่นๆ ยังมีการนำไฟฟ้าด้วย เหล่านี้รวมถึง:

โลหะผสม

การดัดแปลงคาร์บอน (กราไฟต์, ถ่านหิน)

สารทั้งหมดข้างต้นรวมถึงโลหะถูกจัดประเภทเป็น ตัวนำชนิดที่ 1. การนำไฟฟ้าของพวกมันไม่ได้เชื่อมโยงกับการถ่ายโอนมวลของสารเนื่องจากการผ่านของกระแสไฟฟ้า แต่ถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเท่านั้น

หากวางโลหะและโลหะผสมไว้ในตัวกลางที่มีอุณหภูมิต่ำมาก พวกมันจะผ่านเข้าสู่สถานะของตัวนำยิ่งยวด

ตัวนำที่มีค่าการนำไฟฟ้าแบบไอออนิก (ตัวนำชนิดที่ 2)

ชั้นนี้รวมถึงสารที่กระแสไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของประจุโดยไอออน พวกมันถูกจัดประเภทเป็น ตัวนำชนิดที่สอง

สารละลายด่าง กรด เกลือ

การละลายของสารประกอบไอออนิกต่างๆ

ก๊าซและไอระเหยต่างๆ

กระแสไฟฟ้าในของเหลว

การนำสื่อกระแสไฟฟ้าที่เป็นของเหลวซึ่งอิเล็กโทรไลซิสเกิดขึ้น - การถ่ายโอนสารพร้อมกับประจุและการสะสมบนอิเล็กโทรด โดยทั่วไปเรียกว่าอิเล็กโทรไลต์ และกระบวนการนี้เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส

มันเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของภายนอก สนามพลังงานโดยใช้ศักย์ไฟฟ้าบวกที่ขั้วแอโนดและขั้วลบที่ขั้วลบ

ไอออนภายในของเหลวเกิดขึ้นจากปรากฏการณ์การแยกตัวด้วยไฟฟ้าซึ่งประกอบด้วยการแตกตัวของส่วนหนึ่งของโมเลกุลของสารที่มีคุณสมบัติเป็นกลาง

ภายใต้การกระทำของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับอิเล็กโทรไลต์ ไอออนบวกจะเริ่มเคลื่อนที่ไปทางแคโทดอย่างเคร่งครัดและแอนไอออน - ไปทางขั้วบวก ด้วยวิธีนี้จะได้ทองแดงบริสุทธิ์ทางเคมีที่ไม่มีสิ่งเจือปนซึ่งถูกปล่อยออกมาที่แคโทด

นอกจากของเหลวแล้วยังมีอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งในธรรมชาติอีกด้วย พวกเขาถูกเรียกว่า ตัวนำที่เหนือกว่า(super-ionics) ซึ่งมีโครงสร้างเป็นผลึกและลักษณะไอออนของพันธะเคมีทำให้มีค่าการนำไฟฟ้าสูงเนื่องจากการเคลื่อนที่ของไอออนชนิดเดียวกัน

ตัวนำที่มีรูนำไฟฟ้า

เหล่านี้รวมถึง:

เจอร์เมเนียม;

ซีลีเนียม;

ซิลิคอน;

สารประกอบของโลหะแต่ละชนิดที่มีเทลลูเรียม ซัลเฟอร์ ซีลีเนียม และสารอินทรีย์บางชนิด

พวกเขาได้รับชื่อ สารกึ่งตัวนำและอยู่ในกลุ่มหมายเลข 1 นั่นคือไม่ก่อให้เกิดการถ่ายโอนสสารระหว่างการไหลของประจุ ในการเพิ่มความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระที่อยู่ภายใน จำเป็นต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมในการแยกอิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้ เรียกว่าพลังงานไอออไนเซชัน

การเปลี่ยนผ่านของรูอิเล็กตรอนทำงานในองค์ประกอบของเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากเซมิคอนดักเตอร์ผ่านกระแสในทิศทางเดียวและบล็อกในทิศทางตรงกันข้ามเมื่อใช้สนามภายนอกที่ตรงกันข้ามกับมัน

โครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์

การนำไฟฟ้าในเซมิคอนดักเตอร์คือ:

1. เป็นเจ้าของ;

2. สิ่งเจือปน

ประเภทแรกมีอยู่ในโครงสร้างที่ตัวพาประจุปรากฏในกระบวนการไอออไนเซชันของอะตอมของสาร: รูและอิเล็กตรอน ความเข้มข้นของพวกเขาสมดุลกัน