Проводники и их классификация. Проводники это

Проводники, полупроводники и диэлектрики в электрическом поле

В электричестве выделяют три основных группы материалов – это проводники, полупроводники и диэлектрики. Основным их отличием является возможность проводить ток. В этой статье мы рассмотрим, чем отличаются эти виды материалов и как они ведут себя в электрическом поле.

Что такое проводник

Вещество, в котором присутствуют свободные носители зарядов, называют проводником. Движение свободных носителей называют тепловым. Основной характеристикой проводника является его сопротивление (R) или проводимость (G) – величина обратная сопротивлению.

G=1/R

Говоря простыми словами – проводник проводит ток.

Проводник

К таким веществам можно отнести металлы, но если говорить о неметаллах то, например, углерод – отличный проводник, нашел применение в скользящих контактах, например, щетки электродвигателя. Влажная почва, растворы солей и кислот в воде, тело человека – тоже проводит ток, но их электропроводность зачастую меньше, чем у меди или алюминия, например.

Металлы являются отличными проводниками, как раз таки благодаря большому числу свободных носителей зарядов в их структуре. Под воздействием электрического поля заряды начинают перемещаться, а также перераспределяться, наблюдается явление электростатической индукции.

Что такое диэлектрик

Диэлектриками называют вещества, которые не проводят ток, или проводят, но очень плохо. В них нет свободных носителей зарядов, потому что связь частиц атома достаточно сильная, для образования свободных носителей, поэтому под воздействием электрического поля тока в диэлектрике не возникает.

Газ, стекло, керамика, фарфор, некоторые смолы, текстолит, карболит, дистиллированная вода, сухая древесина, резина – являются диэлектриками и не проводят электрический ток. В быту диэлектрики встречаются повсеместно, например, из них делаются корпуса электроприборов, электрические выключатели, корпуса вилок, розеток и прочее. В линиях электропередач изоляторы выполняются из диэлектриков.

Диэлектрики

Однако, при наличии определенных факторов, например повышенный уровень влажности, напряженность электрического поля выше допустимого значения и прочее – приводят к тому, что материал начинает терять свои диэлектрические функции и становится проводником. Иногда вы можете слышать фразы типа «пробой изолятора» — это и есть описанное выше явление.

Если сказать кратко, то основными свойствами диэлектрика в сфере электричества являются электроизоляционные. Именно способность препятствовать протеканию тока защищает человека от электротравматизма и прочих неприятностей. Основной характеристикой диэлектрика является электрическая прочность – величина равная напряжению его пробоя.

Что такое полупроводник

Полупроводник проводит электрический ток, но не так как металлы, а при соблюдении определенных условий – сообщении веществу энергии в нужных количествах. Это связано с тем, что свободных носителей (дырок и электронов) зарядов слишком мало или их вовсе нет, но если приложить какое-то количество энергии – они появятся. Энергия может быть различных форм – электрической, тепловой. Также свободные дырки и электроны в полупроводнике могут возникать под воздействием излучений, например в УФ-спектре.

Полупроводники

Где применяются полупроводники? Из них изготавливают транзисторы, тиристоры, диоды, микросхемы, светодиоды и прочее. К таким материалам относят кремний, германий, смеси разных материалов, например арсенид-галия, селен, мышьяк.

Чтобы понять, почему полупроводник проводит электрический ток, но не так как металлы, нужно рассматривать эти материалы с точки зрения зонной теории.

Зонная теория

Зонная теория описывает наличие или отсутствие свободных носителей зарядов, относительно определенных энергетических слоев. Энергетическим уровнем или слоем называют количество энергии электронов (ядер атомов, молекул – простых частиц), их измеряют в величине Электронвольты (ЭВ).

Энергетические уровни

На изображении ниже показаны три вида материалов с их энергетическими уровнями:

Элементы зонной теории

Обратите внимание, что у проводника энергетические уровни от валентной зоны до зоны проводимости объединены в неразрывную диаграмму. Зона проводимости и валентная зоны накладываются друг на друга, это называется зоной перекрытия. В зависимости от наличия электрического поля (напряжения), температуры и прочих факторов количество электронов может изменяться. Благодаря вышеописанному, электроны могут передвигаться в проводниках, даже если сообщить им какое-то минимальное количество энергии.

У полупроводника между зоной валентности и зоной проводимости присутствует определенная запрещенная. Ширина запрещенной зоны описывает, какое количество энергии нужно сообщить полупроводнику, чтобы начал протекать ток.

У диэлектрика диаграмма похожа на ту, которая описывает полупроводники, однако отличие лишь в ширине запрещенной зоны – она здесь во много раз большая. Различия обусловлены внутренним строением и вещества.

Мы рассмотрели основные три типа материалов и привели их примеры и особенности. Главным их отличием является способность проводить ток. Поэтому каждый из них нашел свою сферу применения: проводники используются для передачи электроэнергии, диэлектрики – для изоляции токоведущих частей, полупроводники – для электроники. Надеемся, предоставленная информация помогла вам понять, что собой представляют проводники, полупроводники и диэлектрики в электрическом поле, а также в чем их отличие между собой.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Наверняка вы не знаете:

samelectrik.ru

проводники - это... Что такое проводники?

вещества, хорошо проводящие электрический ток, то есть обладающие высокой электропроводностью (>104—106 Ом-1·см-1), благодаря наличию в них большого количества подвижных заряженных частиц. Делятся на электронные (металлы), ионные (электролиты) и смешанные, где имеет место движение как электронов, так и ионов (например, плазма).

ПРОВОДНИКИ́, вещества, хорошо проводящие электрический ток благодаря наличию в них большого количества подвижных заряженных частиц. К хорошим проводникам обычно относят вещества с удельным сопротивлением 10-6 ом.см. Проводниками электрического тока (проводниковыми материалами) могут быть твердые тела, жидкости, а при соответствующих условиях и газы. Твердыми проводниками являются металлы (см. МЕТАЛЛЫ), металлические сплавы (см. СПЛАВЫ), некоторые модификации углерода, а также твердые электролиты (см. ТВЕРДЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ). К жидким проводникам относятся жидкие металлы (см. ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ) и различные электролиты (см. ЭЛЕКТРОЛИТЫ). Механизм прохождения тока в металлах в твердом и жидком состоянии обусловлен направленным движением свободных электронов, поэтому их называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками 1 рода. При низких температурах многие металлы и сплавы переходят в сверхпроводящее состояние (см. Сверхпроводники (см. СВЕРХПРОВОДНИКИ)). Проводимость в твердых электролитах обеспечивается переносом заряда одним типом ионов. Механизм прохождения тока в жидких электролитах, или проводниках 2 рода, связан с переносом вместе с электрическими зарядами ионов. Проводниками 2 рода являются растворы (в основном водные) кислот, щелочей и солей, а также расплавы ионных соединений. В результате прохождения тока через такие проводники состав электролита постепенно меняется, а на электродах выделяются продукты электролиза. Все газы и пары при низких напряженностях электрического поля не являются проводниками. Однако, если напряженность поля выше некоторого критического значения, то газ может стать проводником, обладающим электронной и ионной электропроводностями. В ионизированных газах и парах веществ, в том числе в парах металлов, прохождение электрического тока будет обусловлено движением как электронов, так и ионов, и механизм проводимости будет смешанным. Сильно ионизированный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны, называется плазмой (см. ПЛАЗМА).

dic.academic.ru

Проводники и их классификация

Проводники – вещества, хорошо проводящие электрический ток, т.е. обладающие высокой электропроводностью (небольшим удельным электросопротивлением r ~ 10-6 ¸ 10-4 Ом×м).

К проводникам относятся: металлы и их сплавы, графит, некоторые окислы и сернистые соединения металлов, электролиты и плазма.

Носителями зарядов в проводниках являются:

а) в металлах и их сплавах - квазисвободные электроны проводимости;

б) в электролитах - положительные и отрицательные ионы;

в) в плазме - свободные электроны и ионы.

Все проводники можно подразделить на проводники первого и второго рода.

Проводники первого рода - металлы и их сплавы, графит, некоторые окислы и сернистые соединения металлов.

Проводники второго рода - электролиты (растворы солей кислот и щелочей).

Отличительными особенностями проводников первого рода являются:

а) электрический ток в них представляет собой упорядоченное движение квазисвободных электронов проводимости, при этом никаких химических изменений в проводниках не происходит;

б) кристаллическое строение. Это последовательность правильно расположенных групп ионов, образующих пространственную кристаллическую решетку, в межузельном пространстве которой находятся квазисвободные электроны проводимости.

2.2. Электростатическое поле в полости идеального проводника и у его поверхности. Электростатическая защита. Распределение зарядов в объеме проводника и по его поверхности

В отсутствие внешнего электрического поля заряды узлов кристаллической решетки металлических проводников скомпенсированы зарядами квазисвободных электронов проводимости. В поле на электроны проводимости действуют сила

. (2.1)

В результате происходит перераспределение электрических зарядов в объёме проводника (электростатическая индукция), которое приводит к появлению внутри проводника "собственного" электрического поля с напряженностью E', направление которого противоположно направлению вектора напряженности внешнего электрического поля Eo. Поэтому условием перераспределения (движения) электрических зарядов в объёме проводника может служить выражение

E = Eo + E' ¹ 0, (2.2)

где E – напряженность результирующего электрического поля.

Перераспределение электрических зарядов в объёме проводника (рис. 2.1, а) приводит к искажению внешнего электрического поля (рис. 2.1, б).

При

E= Eo + E' = 0 (2.3)

перераспределение электрических зарядов внутри проводника прекращается (рис. 2.1б). Выражение (2.3) называют условием равновесия зарядов в проводнике.

Таким образом, нескомпенсированные электрические заряды (в заряженном проводнике) могут находиться только на его поверхности.

Доказать приведенное утверждение можно, воспользовавшись теоремой Остроградского – Гаусса:

Так как внутри проводника E = 0, то En = E×cosa = 0, . Следовательно,

что и требовалось доказать.

Между поверхностной плотностью заряда проводника и напряженностью электрического поля вблизи его поверхности существует связь, которую можно установить из следующих рассуждений.

Поток вектора напряженности электрического поля E через замкнутую цилиндрическую поверхность, перпендикулярную некоторой площадке dS поверхности проводника (рис. 2.2),

Ф'E = Ф'o + Ф''o + Ф'б + Ф''б. (2.4)

Так как внутри проводника электри-ческое поле отсут-ствует (E = 0), то Ф''о и Ф''б внутри прово-дника равны нулю. Поток вектора нпряженности электрического поля через боковую поверх-ность вне проводника Ф'б тоже равен нулю, так как проекция вектора напряженности электрического поля на направление положительной нормали (En) в любой точке боковой поверхности равна нулю. Следовательно,

. (2.5)

Согласно теореме Остроградского - Гаусса

. (2.6)

В нашем случае можно принять

Таким образом

. (2.7)

Следовательно, напряженность электрического поля вблизи поверхности проводника пропорциональна поверхностной плотности его заряда.

С этим связан тот факт, что у выпуклых частей проводника напряженность электрического поля и поверхностная плотность электрических зарядов больше, чем у вогнутых (рис. 2. 3). Особенно велики они на остриях. В результате вблизи выпуклых частей проводника возникает ионизация и движение ионов, молекул газа, возникает так называемый "электрический ветер". Заряд проводника при этом уменьшается. Он как бы стекает с поверхности проводника. Такое явление называют истечением заряда с поверхности проводника (с острия).

Поверхностное распределение зарядов на проводниках используется для передачи заряда от одного проводника к другому, в устройстве электростатических машин для получения больших разностей потенциала.

Условие E = 0 внутри проводника используется для устройства электростатической защиты приборов от влияния внешних электрических полей. С этой целью достаточно поместить прибор внутрь проводника – экрана.

Внутри проводника

что возможно при

E = 0, , . (2.8)

Таким образом, весь объём проводника, при условии равновесия заряда, является эквипотенциальным.

Поверхность такого проводника также является эквипотенциальной, так как при перемещении по ней в каждой точке вектор напряженности электрического поля E перпендикулярен направлению перемещения (E ^ l), cosa = 0. Следовательно,

; .

Это означает, что при соединении проводников с различными потенциалами происходит выравнивание потенциалов на проводниках за счет переноса зарядов от одних проводников к другим. Это происходит до тех пор, пока у всех проводников потенциал не станет одним и тем же.

Равенство потенциала на всех соединенных между собой проводниках используется для экспериментального определения потенциала в различных точках электрического поля.

2.3. Электроемкость уединенного проводника и ее физический смысл

Опыты показывают, что изменение заряда проводника приводит к изменению его потенциала, а отношение изменения заряда dq (Dq) к изменению потенциала dj (Dj) для данного проводника остается величиной постоянной. Это отношение и называют электрической емкостью (электроемкостью) уединенного проводника. Следовательно, каждый проводник можно характеризовать электроемкостью (отношением)

или , (2.9)

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц измерения физических величин.

В системе СИ k = 1, поэтому

или . (2.10)

Таким образом, электроемкость уединенного проводника – это физическая величина, численно равная количеству электричества, на которое необходимо изменить заряд проводника, чтобы его потенциал изменился на единицу. В этом и заключается физический смысл электроемкости уединенного проводника.

Так как при q = 0, j = 0, а изменение заряда проводника Dq пропорционально изменению его потенциала Dj, то и заряд проводника q пропорционален его потенциалу j. Следовательно,

. (2.11)

В системе СИ

. (2.12)

Экспериментальные данные говорят о том, что электроемкость (емкость) проводника зависит только от формы его поверхности, линейных размеров, расположения проводника относительно других проводников и диэлектрической проницаемости среды, окружающей проводник.

За единицу емкости принимается емкость такого проводника, потенциал которого изменяется на единицу при изменении его заряда на единицу.

В системе СИ единицей емкости является Фарада. 1 Ф = 1 Кл/В = = 10-6 мкФ = 10-12 пФ.

Электрический проводник - это... Что такое Электрический проводник?

Электрический проводник

Электрический провод

Проводник — вещество, проводящее электрический ток. Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, полуметаллы. Пример проводящих жидкостей — электролиты. Пример проводящих газов — ионизированный газ (плазма). Некоторые вещества при нормальных условиях являющиеся изоляторами при внешних воздействиях могут переходить в проводящее состояние, а именно проводимость полупроводников может сильно варьироваться при изменении температуры, освещённости, легировании и т. п.

Проводниками также называют части электрических цепей — соединительные провода и шины.

Микроскопическое описание проводников связано с электронной теорией металлов. Наиболее простая модель описания проводимости известна с начала прошлого века и была развита Друде.

Проводники бывают первого и второго рода. К проводникам первого рода относят те проводники, в которых имеется электронная проводимость (посредством движения электронов). К проводникам второго рода относят проводники с ионной проводимостью (электролиты)

См. также

Литература

Жан М. Рабаи, Ананта Чандракасан, Боривож Николич 4. Проводник // Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования = Digital Integrated Circuits. — 2-ое изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 912. — ISBN 0-13-090996-3

Wikimedia Foundation. 2010.

Электрический разъем
Электрический разряд

Смотреть что такое "Электрический проводник" в других словарях:

электрический проводник — elektros laidininkas statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiaga, laidi elektros srovei. atitikmenys: angl. conductor of electricity; electric conductor; electrical conductor rus. электрический проводник … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
электрический проводник — elektros laidininkas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. conductor of electricity vok. elektrischer Leiter, m rus. электрический проводник, m pranc. conducteur électrique, m … Fizikos terminų žodynas
Электрический — заряд количество электричества, содержащееся в данномтеле. Электрический ток. Если погрузить в проводящую жидкость, напр.,в раствор серной кислоты, два разнородных металла, напр., Zn и Сu, исоединить эти металлы между собой металлической… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона
Электрический контакт — Электрический контакт поверхность соприкосновения проводящих электрический ток материалов, обладающая электропроводностью, или приспособление, обеспечивающее такое соприкосновение (соединение). В зависимости от природы соприкасающихся… … Википедия
проводник — (1) Вещество, основным электрическим свойством которого является электропроводность. [ГОСТ Р 52002 2003] проводник (2) Всё то, что используется (предназначается) для проведения электрического тока: провод; кабель; шина; шинопровод; жила провода… … Справочник технического переводчика
проводник питающей линии — Параллельные тексты EN RU Unless a plug is provided with the machine for the connection to the supply, it is recommended that the supply conductors are terminated at the supply disconnecting device. [IEC 60204 1 2006] Если проводники питающей… … Справочник технического переводчика
электрический провод — провод Кабельное изделие, содержащее одну или несколько скрученных проволок или одну или более изолированных жил, поверх оторых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься легкая неметаллическая оболочка, обмотка и (или)… … Справочник технического переводчика
ПРОВОДНИК — ПРОВОДНИК, вещество или предмет, по которым легко проходят свободные ЭЛЕКТРОНЫ, то есть, создается поток тепловой энергии или заряженных частиц. У проводников низкое электрическое СОПРОТИВЛЕНИЕ. Самыми лучшими проводниками являются металлы,… … Научно-технический энциклопедический словарь
Электрический предохранитель — Символы обозначения предохранителя У этого термина существуют и другие значения, см. Предохранитель. Электрический предохранитель электрический апп … Википедия
Электрический двигатель — Основная статья: Электрическая машина Электродвигатели разной мощности (750 Вт, 25 Вт, к CD плееру, к игрушке, к дисководу). Батарейка «Крона» дана для сравнения Электрический двигатель … Википедия

dic.academic.ru

проводник - это... Что такое проводник?

проводник — (PEL conductor): Проводник, совмещающий функции защитного заземляющего проводника и линейного проводника. 826 13 30 [195 02 22] зажим уравнивания потенциалов (equipotential bonding terminal): Зажим, предусмотренный на оборудовании или устройстве… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

проводник — (1) Вещество, основным электрическим свойством которого является электропроводность. [ГОСТ Р 52002 2003] проводник (2) Всё то, что используется (предназначается) для проведения электрического тока: провод; кабель; шина; шинопровод; жила провода… … Справочник технического переводчика

проводник — См … Словарь синонимов

ПРОВОДНИК — проводника, м. 1. Провожатый для указания пути в незнакомой местности. Поездка верхом в горы без проводника опасна. 2. Железнодорожный служащий, наблюдающий за порядком в вагоне во время пути. 3. Почтовый ямщик, кучер при лошадях (истор.). 4.… … Толковый словарь Ушакова

проводник — ПРОВОДНИК, провожатый, устар. вожатый … Словарь-тезаурус синонимов русской речи

ПРОВОДНИК — ПРОВОДНИК, вещество или предмет, по которым легко проходят свободные ЭЛЕКТРОНЫ, то есть, создается поток тепловой энергии или заряженных частиц. У проводников низкое электрическое СОПРОТИВЛЕНИЕ. Самыми лучшими проводниками являются металлы,… … Научно-технический энциклопедический словарь

ПРОВОДНИК 1 — ПРОВОДНИК 1, а, м. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

ПРОВОДНИК 2 — ПРОВОДНИК 2, а, м. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Проводник — вещество, основным электрическим свойством которого является электропроводность... Источник: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА . ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ. ГОСТ Р 52002 2003 (утв. Постановлением Госстандарта РФ от 09.01.2003 N 3 ст) … Официальная терминология

проводник — 1. ПРОВОДНИК, а; м. 1. Вещество или среда обладающие проводимостью (1 зн.). Металл п. электричества. Вода хороший п. звука. Проводники и полупроводники. 2. Посредник при распространении чего л. (каких л. идей, взглядов и т.п.). П. чужих идей и… … Энциклопедический словарь

dic.academic.ru

проводник - это... Что такое проводник?

проводник — См … Словарь синонимов

проводник — ПРОВОДНИК, провожатый, устар. вожатый … Словарь-тезаурус синонимов русской речи

проводник — ПРОВОДНИК, а, муж. 1. Провожатый, указывающий путь. П. по горным тропам. 2. Железнодорожный служащий, сопровождающий вагон. Бригада проводников. 3. Специалист, работающий со служебной собакой. П. с розыскной собакой. | жен. проводница, ы (к 1 и 2 … Толковый словарь Ожегова

dic.academic.ru

Проводники | Электрознайка. Домашний Электромастер.

Представление о электричестве люди имели уже давно. Впервые это явление было замечено еще учеными древней Греции, оно наблюдалось при натирании замшей янтарных предметов. Янтарь по-гречески называется электрон. Поэтому стали говорить об электрических явлениях., о появлении в телах, при натирании, электричества, или электрического заряда.

Исследованиями таких ученых как, М.Ломоносов, А.Попов, Ш.Кулон, А.Вольта, А.Ампер, Г.Ом, Г.Кирхгоф и многих других, появились законы, объясняющие электрические явления. Появились первые электрические приборы, источники и приемники электрической энергии, применяемые в промышленности. Образовались новые направления, области применения электричества: электротехника, радиотехника, электроника, электросвязь. Электричество прочно вошло и в наш дом.

Все вещества делятся на три основные группы: проводники, полупроводники и диэлектрики.

Проводники.Очень часто электроны (особенно те, которые слабо связаны с ядром атома) могут покинуть свою орбиту, перейти в междуатомное пространство. Tакие электроны называются свободными. Вещества, в междуатомном пространстве которых всегда есть свободные электроны, относятся к проводникам первого рода. и ток в проводнике создается свободными электронами. К ним относятся все металлы. На практике это провода, жилы кабелей, контакты реле, нити эл. ламп и т.д.

Растворы кислот, солей и щелочей (электролиты), относятся к проводникам второго рода. В электролите непрерывно образуются положительные и отрицательные ионы. Электрический ток в электролите создается не свободными электронами, а ионами.

Из школьного курса по физике электрический ток это: направленное движение электронов в проводнике или направленное движение ионов в электролите. Электрический ток существует в проводниках, полупроводниках, так же в газах, вакууме и др.

Полупроводники. В настоящее время широчайшее применение нашли полупроводники. В основном это кристаллы кремния и германия. В обычных условиях свободных электронов в этих веществах очень мало и они плохо проводят электрический ток.

Но при нагревании или под действием света, электрических или магнитных полей, радиоактивного излучения и других факторов количество свободных электронов в полупроводнике возрастает и он начинает проводить электрический ток. Это, так называемая, электронная или дырочная проводимость — характерный признак полупроводников.

На практике это полупроводниковые диоды, транзисторы, микросхемы и многое другое.

Диэлектрики. В обычных условиях в диэлектрике нет ни свободных электронов ни ионов, а значит и ток через них не проходит. На практике это такие вещества, как резина, стекло, слюда, фарфор и множество других.

Диэлектрики широко применяются в электротехнике в качестве изоляторов (прокладки, оплетки проводов и кабелей, каркасы электрических узлов и др.). Если к диэлектрику приложить очень высокое напряжение, может произойти электрический пробой и он превратится в проводник — потеряет свои диэлектрические свойства.

С пробоями в изоляции проводов, конденсаторов, прогары в прокладках между эл. шинами, пробой диодов и транзисторов и др. все довольно часто сталкивались.

domasniyelektromaster.ru