Проводники и изоляторы

April 11, 2015 by admin Комментировать »

Можно выделить две большие группы материалов: те, у которых удельное электросопротивление измеряется микроомами — это проводники, а материалы, имеющие удельное электросопротивление выше миллиона мегом, называются изоляторами или диэлектриками.

Деление всех окружающих нас материалов на проводники и изоляторы возникло впервые 300 лет тому назад. В начале 18 в. физики исследовали электризацию трением и установили, что: «янтарь, шелк, волосы, смолы, стекло, драгоценные камни, сера, каучук, фарфор не проводят электричества, а металлы, уголь, живые ткани растений, наоборот, электричество передают».

Десять в восемнадцатой степени, даже десять в двадцатой степени — такозо соотношение электросопротивлений типичных представителей этих двух групп материалов. Но как всякая классификация, так и это деление всех материалов на изоляторы и проводники электричества относительно и не всегда справедливы.

Стекло, к примеру, при комнатной температуре относится к хорошим изоляторам. Но при красном калении оно довольно прилично проводит ток. Стеклянную палочку или трубочку можно включить последовательно в провода от штепселя к осветительной лампе. Пока стекло холодное, лампочка не горит. Но стоит подогреть стекло (горелкой, например), и лампочка зажжется. Стекло пропустит через себя ток.

 Природа электрической проводимости

Ток проводимости — это движение заряженных частиц, а такими частицами могут быть электроны и заряженные атомы — т. е. атомы, у которых недостает одного или более электронов или, наоборот, имеется избыток электронов. Нейтральные атомы остаются неподвижными под действием электрических сил, а заряженные ускоряются пропорционально их заряду и обратно пропорционально их массе. Эти заряженные атомы называются ионами, что по-гречески значит странник. Атомы с недостачей электронов — это ионы положительные, а атомы с избытком электронов — ионы отрицательные.

В металлах имеется мною не связанных с атомами электронов; самые слабые электрические силы приводят эти электроны в движение. Поэтому металлы хорошо проводят ток и такая проводимость называется электронной.

Кроме металлов электронной проводимостью обладают и некоторые соединения — к примеру, сернистая медь.

В стекле, бумаге, фарфоре свободных электронов при комнатной температуре нет. Эти вещества могут проводить ток только за счет движения ионов. Ионной проводимостью обладает также обычная соль NaCl и многие другие материалы.

Есть еще вещества со смешанной проводимостью — это такие, в которых ток переносится и ионами, и электронами.

Когда вещество раскалено, когда оно светится, многие из ею атомов возбуждены, а многие и ионизованы. В таком состоянии вещество не является изолятором. Чем прочнее химическое соединение, чем более высокая температура нужна для его разложения, тем лучше оно может работать как изолятор. Окись алюминия АЬОз может служить изолятором при температурах около 1 000°. Окисью алюминия изолируют вольфрамовые грелки для катодов электронных ламп. Но при еще более высоком нагреве и этот материал проводит ток. При очень высоких температурах нет электрических изоляторов, как нет и химических соединений, существуют одни только проводники. Правда, довольно плохие проводники с высоким электросопротивлением.

Но вернемся снова в область комнатных температур. Вода очень хорошо очищенная — это почти изолятор. Но достаточно малейших загрязнений, чтобы вода стала проводником. В замерзшем же виде даже загрязненная вода становится довольно хорошим изолятором. Можно прокладывать по снегу голые высоковольтные провода и утечки тока почти не будет.

Вода с растворенными в ней соединениями называется электролитом. В электролитах свободных электронов не бывает, а ток в электролитах проводится ионами. Поэтому ионную проводимость часто называют еще электролитической проводимостью.

Электролитическая проводимость всегда связана с переносом вещества. Отрицательные ионы движутся к положительному полюсу — аноду, а положительные . ионы к отрицательному полюсу — катоду.

Окружающий нас мир в своем естественном состоянии — в значительной части мир изоляторов. К ним относятся все газы, большинство горных пород, сухая древесина.

Впрочем, надо заметить, что при очень сильных электрических напряжениях все без исключения изоляторы становятся проводниками. В них происходит пробой. Связь между частицами нарушается. В сильных электрических полях нет изоляторов. Но обратное не всегда имеет место. Как бы мало ни было электрическое напряжение, металлы не становятся изоляторами.

 Не проводника и не изоляторы

Существует множество веществ с сопротивлением сантиметрового кубика в пределах от единиц ом до килоом. Электротехника прошлого века отбрасывала подобные материалы. В то время электротехника строилась еще весьма грубо. Материал должен был или хорошо проводить электрический ток, или изолировать ею. Иначе он просто считался неэлектротехническим.

В живом организме циркулируют электрические токи. Но в нем нет ни одной детали, которая проводила бы ток так же хорошо, как медь, или изолировала, как янтарь. Живой организм состоит из полупроводников. Одни с большим электросопротивлением, как жировые вещества, другие с меньшим, как мышцы.

Современная электротехника широко применяет полупроводники. Контакт металлов и полупроводников обладает свойством выпрямлять переменные токи. Из закиси меди, из селена строят выпрямители для зарядки аккумуляторов, для питания реле, для измерительных устройств. Различные кристаллы — как сернистый свинец, сернистая медь, карборунд, ферросилиций — применялись как детекторы для радиоприема. В последние годы для сантиметровых волн, для радиолокации и многократной связи применяются детекторы из германия, имеющие особо хорошие качества.

Контакт металла с полупроводником может генерировать электромагнитные колебания.

Двойной контакт металла и полупроводника может усиливать электрические токи. Впервые это показал советский радиолюбитель О. Лосев 25 лет тому назад, и, быть может, такие устройства во многих случаях заменят электронные лампы.

Из полупроводников же, в частности ив того же сернистого свинца, можно изготовить очень эффективные термоэлементы.

Источник: Электричество работает Г.И.Бабат 1950-600M

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты