Явление электрического тока в проводниках

Термин имеет два значения: 1) электропроводящее вещество (например, металл или электролит), 2) деталь, изделие или конструкция, позволяющие передавать электричество.

Первое значение используется в физике и в материаловедении, где все материалы по своей электропроводности делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники. В энерготехнике чаще пользуются вторым значением этого термина. Передача электрической энергии по проводникам может происходить - от одного элемента источника, преобразователя или приемника электрической энергии к другому по соединяющим проводникам на расстояние от нескольких нанометров (например, в интегральных схемах) до нескольких метров (например, в мощном силовом оборудовании); - от одного элемента электроустановки к другому или от одной электроустановки к другой по электрическим линиям на расстояние от нескольких метров (например, в пределах одной установки) до нескольких тысяч километров (между крупными энергосистемами).

Задача неводов заключается в разделении напряженности. Руководители вынуждены терпеть электричество. Лестницы разрушены слишком большой силой. Непроводники должны выдерживать напряжение. Если будет слишком много напряжения, будут вспышки с искрообразованием.

Водители - это все те материалы или элементы, которые позволяют им протекать. текущих или электрических зарядов в движении. Если мы установим аналогию с трубой, которая. содержит жидкость, проводником будет труба, а жидкость - среда, которая позволяет перемещать. грузы.

Коробка, подготовленная с использованием электрических медных проводников. Розетки в бытовой электрической установке. Когда к концам куска металла применяется разность потенциалов, он установлен. Сразу поток тока, потому что электроны или электрические заряды атомов, которые образуют. Металлические молекулы начинают двигаться сразу же под давлением давления на них. оказывает напряжение или напряжение.

Совокупность линий и их узлов в электроустановке называется электропроводкой , а совокупность линий и их узлов, связывающая между собой электроустановки, – электрической сетью . По назначению и протяженности в энергосистемах различают системообразующие (основные) и распределительные сети, на предприятиях межцеховые и цеховые сети и др.

Это давление из любого источника электродвижущей силы является тем, что позволяет установить поток электрического тока через металл. Лучшими проводниками электрического тока являются. металлы, потому что они дают легче, чем другие материалы. электронов, которые вращаются на последней орбите их атомов. Однако не все металлы - хорошие проводники, так как есть и другие. напротив, они оказывают большое сопротивление прохождению. тока и поэтому используются в качестве электрического сопротивления. для производства тепла.

Примером металла, который ведет себя таким образом, является нихромная проволока. Сопротивление нехромовой проволоки, используемой как. нагревательный элемент в феном. Наиболее широко используемым из всех металлов в любом типе электрической цепи является медь, поскольку она относительно дешева и хороший проводник электричества, как и алюминий. Однако лучшие проводящие металлы - золото и серебро, хотя оба они очень ограничены из-за их высокой стоимости.

Передачу электрического заряда по проводнику (льняной нити) обнаружил в 1663 г. мэр города Магдебурга Отто фон Гюрике (Otto von Guericke, 1602–1686), который перед этим в том же году изготовил первый в мире электростатический генератор. Более подробное исследование электрических явлений началось в 18-м веке, и 2 июля 1729 года английский физик-любитель Стивен Грей (Stephen Gray, 1666–1735) проложил, использовав для проверки передаваемости электричества, конопляную веревку длиной в 80,5 футов на горизонтальных шелковых шнурах (рис. 4.5.1); этим он создал первую в мире электрическую линию. 14 июля он провел публичную демонстрацию линии, длина которой была уже 650 футов, а проводом в которой по-прежнему служила конопляная веревка, проложенная по шелковым шнурам, натянутым между опорами (первая воздушная линия). Опыт, несмотря на очень плохую проводимость провода, удивительным образом удался; веревка, очевидно, была (благодаря английскому климату) достаточно влажной. Грей впервые ввел также классификацию веществ на проводящие и непроводящие. Спустя 10 лет (в 1739 году) другой английский физик Жан Теофил Дезагюлье (Jean Theophile Desaguliers, 1683–1744) ввел понятие проводник (англ. conductor). Первую воздушную линию с металлическими (железными) проводами построил в 1744 году в Эрфурте (Erfurt, Германия) немецкий профессор философии Андреас Гордон (Andreas Gordon, 1712–1751), а первую опытную кабельную (телеграфную) линию проложил в 1841 году в Санкт-Петербурге Борис Семенович Якоби (Moritz Hermann Jacobi).

Золото используется в виде очень тонкой проволоки для соединения контактов интегральных микросхем и. микропроцессоры к контактам, которые соединяют их с внешними штырями этих элементов. в то время как серебро используется для покрытия электрических контактов некоторых типов. реле, предназначенные для прерывания потока больших токовых нагрузок в амперах.

Алюминий, тем временем, используется для изготовления толстых кабелей, без подкладки. Этот тип кабеля размещается, как правило, на открытом воздухе, висит от крупных фарфоровых изоляторов, расположенных в детали. наивысшая из металлических башен, предназначенных для распределения электрического тока высокого напряжения.

Рис. 1. Принцип устройства первой электрической линии Стивена Грея. 1 конопляная веревка (провод), 2 шелковые шнуры (изоляторы)

В технике электропередачи находят применение как гибкие, так и жесткие проводники. К первым относятся различные провода и кабели , ко вторым шины . Провода и шины могут быть изолированными или неизолированными (голыми). Изолированные провода и кабели могут содержать от одной до нескольких токоведущих жил , изолированных друг от друга.

Кабель или проводник, состоящий из одного жесткого провода. меди. кабель или проводник, состоящий из нескольких гибких проводов. меди. Большинство водителей, которые используют разные устройства или электроприборы, имеют. Однопроводная сплошная медная проволока, или также может быть образована несколькими более тонкими проводами. также из меди.

Среди этих элементов или материалов - кремний, галлий и германий. Атомы этих элементов с меньшей вероятностью откажутся от электронов, когда они пройдут через один. электрический ток и его главная характеристика - позволить ему проходить только в одном направлении и предотвращать его в смысле. в противном случае. Кремниевый кристалл сегодня является наиболее часто используемым элементом. как полупроводниковый материал для производства диодов, транзисторов. интегральные схемы и микропроцессоры, которые их используют. компьютеров или персональных компьютеров, а также других. цифровых устройств.

Отличительным признаком кабеля является герметичная оболочка, изготовленная из полимерных материалов (например, из поливинилхлорида) или из металла (в настоящее время чаще всего из алюминия, раньше главным образом из свинца), защищающая жилы от вредных воздействий окружающей среды. Упрощенная классификация проводников по их гибкости, изоляции и области применения приведена на рис. 2.

Справа вы можете увидеть бакенбарды. соединение, расположенное в нижней части микропроцессора. Наконец, существуют изоляционные материалы, атомы которых не дают и не захватывают электроны. Среди этих материалов - пластик, слюда, стекло, резина, керамика и т.д. все эти материалы и другие аналогичные с равными свойствами, сопротивляются полному сопротивлению проходу электрического тока.

Если мы снова установим аналогию с циркулирующей жидкостью. через гидравлический контур трубы, как это было сделано при. В начале этой темы с драйверами, изолятор будет. что эквивалентно той же трубке гидравлического контура, но в этом случае. содержащей замороженную жидкость, которая полностью препятствовала бы. движение атомов жидкости через трубу. Это было бы похоже на то, что происходит с электрическими зарядами, когда.


Рис. 2. Классификация проводников (упрощенно)

Металлическая часть жил, в зависимости от сечения и требуемой гибкости, может быть массивной или состоять из проволок; диаметр проволок может при этом составлять от десятых долей миллиметра (в тонкопроволочных жилах) до нескольких миллиметров. От проводников требуется

Это именно функция изоляторов, которые мы видим. висящих от электрических распределительных башен, для поддержки. кабелей и не пропускать ток от металлической конструкции или из. цемент башни. Изолятор используется для поддержки алюминиевых кабелей, которые висели у башен высокого напряжения. они передают энергию. электричество в местах, которые этого требуют.

Вам когда-нибудь случалось, что после зарядки или включения электрического устройства вы заметили, что это горячо? Что происходит с кабелем и устройством? В этой статье мы предлагаем эксперимент по этому явлению, столь важный для транспорта электричества: эффект Джоуля, который можно определить как «тепловую энергию, создаваемую электрическим током при прохождении через проводящий материал» или «количество энергии теплотворная способность, создаваемая электрическим током, который циркулирует через проводник и его сопротивление».

Высокая электропроводность,
- хорошие контактные свойства,
- высокая электрическая прочность изоляции,
- достаточная механическая прочность,
- достаточная гибкость (в случае проводов и кабелей),
- долгосрочная химическая стабильность,
- достаточная стойкость при нагреве,
- достаточная теплоемкость,
- защищенность от внешних воздействий,
- безвредность для окружающей среды,
- простота использования в электромонтажных работах,
- умеренная стоимость.

Как вы экспериментируете с эффектом Джоуля?

Внимание: подготовка этого эксперимента не является сложной задачей, но мы должны быть осторожны, поскольку материалы, которые мы используем в качестве проводников, можно сжечь при прохождении электрического тока. Прежде чем мы начнем, мы должны подготовить небольшую сборку для моделирования электрической башни. Это облегчит нам выполнение различных частей эксперимента.

Эксперимент 1: материалы и эффект Джоуля

Присоединитесь к двум палочкам к куску полиэкспана, прибивая их к нему, оставляя промежуток около 10 сантиметров. Для этого первого эксперимента нам понадобятся.

  • 1, 5-вольтовая батарея.
  • Два провода из разных материалов: одна медь и один пластик или нейлон.
  • Сборка сделана.
К зажимам крокодила мы подключим один из проводов и другие концы кабеля к каждой клемме аккумулятора. Мы должны наблюдать, что происходит, когда ток проходит через пластиковую или нейлоновую нить, слегка касаясь пальцем.

Из электропроводных материалов этим требованиям лучше всех соответствуют
- чистая (без каких-либо примесей) медь,
- чистый алюминий (по соображениям надежности начиная с сечения 16 mm2),
- в проводах воздушных линий
- комбинации алюминия и стали.
Из изоляционных материалов наиболее часто используют
- полиэтилен n ,
- поливинилхлорид n , который лучше других материалов сопротивляется воспламенению, но который содержит ядовитый и опасный для окружающей среды хлор, - синтетические (в том числе особо нагревостойкие кремнийорганические) каучуки.

Что происходит и как мы это объясняем?

Теперь мы заменим пластиковую или нейлоновую проволоку медным проводом, убедившись, что последний теплее, используя кусок полиэксана. Более 100 лет назад физик по имени Джеймс Прескотт Джоуль обнаружил, что когда электрический ток циркулировал через проводник, в нем генерировалось тепло из-за влияния сопротивления материала на прохождение электрического тока.

Это сопротивление материала происходит потому, что электрический ток или ток - это движение электронов проводником. Эти электрические заряды, имеющие массу и скорость, обладают кинетической энергией, которая выделяется в виде тепла, когда заряды сталкиваются с атомами проводника.

Проводники (и жилы многожильных проводников) делятся по их назначению
- на рабочие проводники (к которым в случае переменного тока относятся фазные и нейтральные проводники; в некоторых сетях или установках нейтральные проводники могут отсутствовать);
- на защитные проводники , необходимые для обеспечения безопасности людей;
- на вспомогательные проводники (например, для управления, связи или сигнализации). Рабочие проводники могут быть все изолированы от земли, но часто один из них (обычно нейтральный) заземлен. Таким рабочим заземлением достигается более низкое и равномерно распределенное напряжение фазных проводников относительно земли, что, например, в сетях высокого напряжения позволяет снизить стоимость изоляции.

Эксперимент 2: Факторы, связанные с эффектом Джоуля

С медным проводом цепь замкнута и электрический ток течет, тем самым проявляя эффект Джоуля. Однако это не появляется, когда пластмассовая резьба вставлена ​​в цепь, так как это изоляционный материал, который не позволяет циркуляцию тока. Аккумулятор емкостью 1, 5 В и батареей емкостью 4, 5 В, нити разных типов и проводящие материалы. Во-первых, мы подключим батарею 1, 5 В к нашей особой электрической башне, и мы обменяемся различными проводами проводящего материала, чтобы определить, какая из них излучает больше тепла, касаясь их куском полиэксана.

Защитные проводники предусмотрены для надежного заземления тех частей электроустановок, которые при нарушении изоляции могут оказаться под напряжением (открытых проводящих частей). Такое защитное заземление должно исключить возникновение опасного напряжения между этими частями и землей и тем самым исключить возможность поражения людей электрическим током. В электрических сетях низкого напряжения ранее практиковалось совмещение защитного и нейтрального проводников; в настоящее время эти проводники, по соображениям надежности и безопасности, друг от друга отделены.

Впоследствии мы заменим батарею 1, 5 В батареей 4, 5 В и повторим процесс проверки энергии, рассеиваемой в виде тепла. Что происходит с одним и тем же проводом при повышенном напряжении? Эффект Джоуля зависит от сопротивления проводника от прохождения тока, а также от количества тока, проходящего через цепь.

Таким образом, если наш электрический генератор увеличит напряжение, тепло, выделяемое в нашей цепи, будет выше. И, логично, чем больше сопротивление, противостоящее материалу, тем больше будет эффект Джоуля. То есть железная проволока нагревается до медного провода, который является лучшим проводником.