Konduktor untuk arus listrik

Setiap orang yang terus-menerus menggunakan peralatan listrik dihadapkan pada:

1. kawat yang membawa arus listrik;

2. dielektrik dengan sifat isolasi;

3. semikonduktor yang menggabungkan karakteristik dari dua jenis zat pertama dan mengubahnya tergantung pada sinyal kontrol yang diterapkan.

Ciri khas dari masing-masing kelompok ini adalah sifat konduktivitas listrik.

Apa itu konduktor

Konduktor termasuk zat-zat yang dalam strukturnya memiliki sejumlah besar muatan listrik bebas yang tidak terhubung yang dapat mulai bergerak di bawah pengaruh gaya eksternal yang diterapkan. Mereka bisa padat, cair atau gas.

Jika Anda mengambil dua kabel dengan perbedaan potensial di antara keduanya dan menghubungkan kabel logam di dalamnya, arus listrik akan mengalir melaluinya. Pembawanya adalah elektron bebas yang tidak ditahan oleh ikatan atom. Mereka mencirikan konduktivitas listrik atau kemampuan suatu zat untuk melewatkan muatan listrik melalui dirinya sendiri — arus.

Nilai konduktivitas listrik berbanding terbalik dengan resistansi zat dan diukur dengan satuan yang sesuai: siemens (cm).

1cm = 1/1ohm.

Di alam, pembawa muatan dapat berupa:

• elektron;

• ion;

• lubang.

Menurut prinsip ini, konduktivitas listrik dibagi menjadi:

• elektronik;

• ionik;

• Lubang.

Kualitas kabel memungkinkan Anda memperkirakan ketergantungan arus yang mengalir di dalamnya pada nilai tegangan yang diberikan. Biasanya disebut dengan menunjuk unit pengukuran besaran listrik ini - karakteristik volt-ampere.

Kabel konduktif

Perwakilan paling umum dari jenis ini adalah logam. Arus listrik mereka dibuat secara eksklusif dengan menggerakkan aliran elektron.

Di dalam logam, mereka ada dalam dua keadaan:

• terkait dengan kekuatan atom kohesi;

• Gratis.

Elektron yang ditahan di orbit oleh gaya tarik inti atom, sebagai aturan, tidak berpartisipasi dalam penciptaan arus listrik di bawah aksi gaya gerak listrik eksternal. Partikel bebas berperilaku berbeda.

Jika tidak ada EMF yang diterapkan pada kawat logam, maka elektron bebas bergerak secara acak, acak, ke segala arah. Gerakan ini disebabkan oleh energi panas. Ini ditandai dengan kecepatan dan arah pergerakan yang berbeda dari setiap partikel pada saat tertentu.

Ketika energi medan eksternal dengan intensitas E diterapkan pada konduktor, maka gaya yang diarahkan berlawanan dengan medan yang diterapkan bekerja pada semua elektron secara bersama-sama dan masing-masing secara individual. Ini menciptakan gerakan elektron yang berorientasi ketat, atau dengan kata lain, arus listrik.

Karakteristik arus-tegangan logam adalah garis lurus yang sesuai dengan operasi hukum Ohm untuk bagian dan rangkaian lengkap.

Selain logam murni, zat lain juga memiliki konduktivitas elektronik. Mereka termasuk:

• paduan;

• beberapa modifikasi karbon (grafit, batubara).

Semua zat di atas, termasuk logam, diklasifikasikan sebagai konduktor jenis pertama. Konduktivitas listriknya sama sekali tidak terkait dengan perpindahan massa suatu zat karena aliran arus listrik, tetapi hanya disebabkan oleh pergerakan elektron.

Jika logam dan paduan ditempatkan di lingkungan dengan suhu yang sangat rendah, mereka akan mengalami kondisi superkonduktivitas.

konduktor ion

Kelas ini mencakup zat di mana arus listrik dihasilkan karena pergerakan ion bermuatan. Mereka diklasifikasikan sebagai konduktor tipe II. Dia:

• larutan basa, garam asam;

• lelehan berbagai senyawa ionik;

• berbagai gas dan uap.

Arus listrik dalam cairan

Cairan konduktif listrik di mana elektrolisa - transfer suatu zat bersama dengan muatan dan pengendapan pada elektroda biasanya disebut elektrolit, dan prosesnya sendiri disebut elektrolisis.

Itu terjadi di bawah aksi medan energi eksternal karena penerapan potensial positif ke elektroda anoda dan potensi negatif ke katoda.

Ion di dalam cairan terbentuk karena fenomena disosiasi elektrolit, yang terdiri dari pemisahan beberapa molekul suatu zat yang memiliki sifat netral. Contohnya adalah tembaga klorida, yang terurai dalam larutan berair menjadi komponen ion tembaga (kation) dan klorin (anion).

CuCl2꞊Cu2++ 2Cl-

Di bawah aksi tegangan yang diberikan ke elektrolit, kation mulai bergerak ketat ke katoda, dan anion ke anoda. Dengan cara ini, diperoleh tembaga murni secara kimiawi tanpa pengotor, yang disimpan di katoda.

Selain cairan, ada juga elektrolit padat di alam. Mereka disebut konduktor superionik (ion super), yang memiliki struktur kristal dan sifat ikatan kimia ionik, yang menyebabkan konduktivitas listrik yang tinggi karena pergerakan ion dari jenis yang sama.

Karakteristik arus-tegangan elektrolit ditunjukkan pada grafik.

Arus listrik dalam gas

Dalam kondisi normal, media gas memiliki sifat isolasi dan tidak menghantarkan arus. Tetapi di bawah pengaruh berbagai faktor pengganggu, karakteristik dielektrik dapat menurun tajam dan memicu ionisasi medium.

Itu muncul dari pemboman atom netral dengan memindahkan elektron. Akibatnya, satu atau lebih elektron yang terikat terlempar keluar dari atom dan atom memperoleh muatan positif, menjadi ion. Pada saat yang sama, sejumlah elektron tambahan terbentuk di dalam gas, melanjutkan proses ionisasi.

Dengan cara ini, arus listrik tercipta di dalam gas melalui gerakan simultan dari partikel positif dan negatif.

Pelepasan yang tulus

Saat memanaskan atau meningkatkan kekuatan medan elektromagnetik yang diterapkan di dalam gas, percikan pertama kali muncul. Menurut prinsip ini, petir alami terbentuk, yang terdiri dari saluran, nyala api, dan obor buang.

Dalam kondisi laboratorium, percikan dapat diamati di antara elektroda elektroskop.Implementasi praktis pelepasan percikan pada busi mesin pembakaran internal diketahui setiap orang dewasa.

Pelepasan busur

Percikan dicirikan oleh fakta bahwa semua energi medan luar segera dikonsumsi melaluinya. Jika sumber tegangan mampu mempertahankan aliran arus melalui gas, maka terjadi busur.

Contoh busur listrik adalah pengelasan logam dengan berbagai cara. Untuk alirannya, emisi elektron dari permukaan katoda digunakan.

Ejeksi koronal

Ini terjadi di lingkungan gas dengan kekuatan tinggi dan medan elektromagnetik yang tidak rata, yang dimanifestasikan pada saluran listrik overhead tegangan tinggi dengan tegangan 330 kV dan lebih banyak lagi.

Itu mengalir di antara konduktor dan bidang saluran listrik yang berjarak dekat. Dalam pelepasan korona, ionisasi terjadi dengan metode tumbukan elektron di dekat salah satu elektroda, yang memiliki area dengan kekuatan yang meningkat.

Pelepasan cahaya

Ini digunakan di dalam gas dalam lampu dan tabung pelepasan gas khusus, penstabil tegangan, dibentuk dengan menurunkan tekanan di celah knalpot.

Ketika proses ionisasi dalam gas mencapai nilai yang besar dan pembawa muatan positif dan negatif dalam jumlah yang sama terbentuk di dalamnya, maka keadaan ini disebut plasma. Pelepasan pijar muncul di lingkungan plasma.

Karakteristik arus-tegangan dari aliran arus dalam gas ditunjukkan pada gambar. Ini terdiri dari bagian:

1. tanggungan;

2. Pelepasan diri.

Yang pertama ditandai dengan apa yang terjadi di bawah pengaruh ionizer eksternal dan padam saat berhenti bekerja. Self-eject terus mengalir dalam semua kondisi.

Kabel lubang

Mereka termasuk:

• germanium;

• selenium;

• silikon;

• senyawa beberapa logam dengan telurium, belerang, selenium dan beberapa zat organik.

Mereka disebut semikonduktor dan termasuk dalam kelompok No. 1, yaitu, mereka tidak membentuk transfer materi selama aliran muatan. Untuk meningkatkan konsentrasi elektron bebas di dalamnya, perlu mengeluarkan energi tambahan untuk memisahkan elektron yang terikat. Ini disebut energi ionisasi.

Persimpangan elektron-lubang beroperasi dalam semikonduktor. Karena itu, semikonduktor melewati arus dalam satu arah dan menghalangi arah yang berlawanan ketika medan eksternal yang berlawanan diterapkan padanya.

Konduktivitas dalam semikonduktor adalah:

1. memiliki;

2. kenajisan.

Jenis pertama melekat pada struktur di mana pembawa muatan muncul dalam proses ionisasi atom dari substansinya: lubang dan elektron. Konsentrasi mereka saling seimbang.

Jenis semikonduktor kedua dibuat dengan menggabungkan kristal dengan konduktivitas pengotor. Mereka memiliki atom unsur trivalen atau pentavalen.

Konduktor semikonduktor adalah:

• tipe-n elektronik «negatif»;

• lubang tipe-p «positif».

Karakteristik volt-ampere biasa dioda semikonduktor ditunjukkan dalam grafik.

Berbagai perangkat dan perangkat elektronik bekerja berdasarkan semikonduktor.

Superkonduktor

Pada suhu yang sangat rendah, zat dari kategori logam dan paduan tertentu masuk ke keadaan yang disebut superkonduktivitas. Untuk zat ini, hambatan listrik terhadap arus berkurang hampir ke nol.

Transisi terjadi karena perubahan sifat termal.Berkenaan dengan penyerapan atau pelepasan panas selama transisi ke keadaan superkonduktor tanpa adanya medan magnet, superkonduktor dibagi menjadi 2 jenis: No.1 dan No.2.

Fenomena superkonduktivitas kabel terjadi karena pembentukan pasangan Cooper ketika keadaan terikat dibuat untuk dua elektron tetangga. Pasangan yang dibuat memiliki muatan elektron ganda.

Distribusi elektron dalam logam dalam keadaan superkonduktor ditunjukkan pada grafik.

Induksi magnetik superkonduktor bergantung pada kekuatan medan elektromagnetik, dan nilai medan elektromagnetik dipengaruhi oleh suhu zat.

Sifat superkonduktor kabel dibatasi oleh nilai kritis dari medan magnet pembatas dan suhunya.

Dengan demikian, konduktor arus listrik dapat dibuat dari zat yang sama sekali berbeda dan memiliki karakteristik yang berbeda satu sama lain. Mereka selalu dipengaruhi oleh kondisi lingkungan. Untuk alasan ini, batas karakteristik kabel selalu ditentukan oleh standar teknis.