Conducteurs pour le courant électrique

Toute personne qui utilise constamment des appareils électriques est confrontée à :

1. les fils qui transportent le courant électrique ;

2. diélectriques aux propriétés isolantes ;

3. semi-conducteurs qui combinent les caractéristiques des deux premiers types de substances et les modifient en fonction du signal de commande appliqué.

Une caractéristique distinctive de chacun de ces groupes est la propriété de conductivité électrique.

Qu'est-ce qu'un chef d'orchestre

Les conducteurs comprennent les substances qui ont dans leur structure un grand nombre de charges électriques libres et non connectées qui peuvent commencer à se déplacer sous l'influence d'une force externe appliquée. Ils peuvent être solides, liquides ou gazeux.

Si vous prenez deux fils avec une différence de potentiel entre eux et connectez un fil métallique à l'intérieur, un courant électrique le traversera. Ses porteurs seront des électrons libres qui ne sont pas retenus par les liaisons des atomes. Ils caractérisent conductivité électrique ou la capacité de toute substance à transmettre des charges électriques à travers elle-même - le courant.

La valeur de la conductivité électrique est inversement proportionnelle à la résistance de la substance et se mesure avec l'unité correspondante : siemens (cm).

1 cm = 1/1 ohm.

Dans la nature, les porteurs de charge peuvent être :

• électrons ;

• les ions ;

• des trous.

Selon ce principe, la conductivité électrique est divisée en :

• électronique;

• ionique;

• un trou.

La qualité du fil vous permet d'estimer la dépendance du courant qui y circule sur la valeur de la tension appliquée. Il est d'usage de l'appeler en désignant les unités de mesure de ces grandeurs électriques - la caractéristique volt-ampère.

Fils conducteurs

Les représentants les plus courants de ce type sont les métaux. Leur courant électrique est créé exclusivement en déplaçant le flux d'électrons.

A l'intérieur des métaux, ils existent sous deux états :

• associés aux forces atomiques de cohésion ;

• Gratuit.

Les électrons maintenus en orbite par les forces attractives du noyau d'un atome ne participent en règle générale pas à la création d'un courant électrique sous l'action de forces électromotrices externes. Les particules libres se comportent différemment.

Si aucun champ électromagnétique n'est appliqué au fil métallique, les électrons libres se déplacent au hasard, au hasard, dans n'importe quelle direction. Ce mouvement est dû à l'énergie thermique. Il se caractérise par des vitesses et des directions de mouvement différentes pour chaque particule à un instant donné.

Lorsque l'énergie d'un champ extérieur d'intensité E est appliquée au conducteur, alors une force dirigée à l'opposé du champ appliqué agit sur tous les électrons ensemble et chacun individuellement. Il crée un mouvement strictement orienté d'électrons, ou en d'autres termes, un courant électrique.

La caractéristique courant-tension des métaux est une ligne droite qui correspond au fonctionnement de la loi d'Ohm pour une section et un circuit complet.

Outre les métaux purs, d'autres substances ont également une conductivité électronique. Ils comprennent:

• alliages;

• certaines modifications du carbone (graphite, charbon).

Toutes les substances ci-dessus, y compris les métaux, sont classées comme conducteurs du premier type. Leur conductivité électrique n'est en aucun cas liée au transfert de masse d'une substance dû au passage d'un courant électrique, mais est causée uniquement par le mouvement des électrons.

Si les métaux et alliages sont placés dans un environnement à des températures extrêmement basses, ils passent dans un état de supraconductivité.

Conducteurs ioniques

Cette classe comprend les substances dans lesquelles un courant électrique est créé en raison du mouvement d'ions chargés. Ils sont classés comme conducteurs de type II. Il:

• solutions de bases, sels acides;

• fond de divers composés ioniques;

• divers gaz et vapeurs.

Courant électrique dans un liquide

Liquides conducteurs d'électricité dans lesquels électrolyse - le transfert d'une substance avec les charges et son dépôt sur les électrodes sont généralement appelés électrolytes, et le processus lui-même est appelé électrolyse.

Elle se produit sous l'action d'un champ énergétique extérieur dû à l'application d'un potentiel positif à l'électrode anodique et d'un potentiel négatif à la cathode.

Les ions à l'intérieur des liquides se forment en raison du phénomène de dissociation électrolytique, qui consiste en la séparation de certaines molécules d'une substance ayant des propriétés neutres. Un exemple est le chlorure de cuivre, qui se décompose en solution aqueuse en ses composants ions cuivre (cations) et chlore (anions).

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

Sous l'action de la tension appliquée à l'électrolyte, les cations commencent à se déplacer strictement vers la cathode, et les anions vers l'anode. De cette manière, on obtient du cuivre chimiquement pur sans impuretés, qui se dépose sur la cathode.

En plus des liquides, il existe également des électrolytes solides dans la nature. Ils sont appelés conducteurs superioniques (super-ions), qui ont une structure cristalline et une nature ionique des liaisons chimiques, ce qui provoque une conductivité électrique élevée en raison du mouvement des ions du même type.

La caractéristique courant-tension des électrolytes est indiquée dans le graphique.

Courant électrique dans les gaz

Dans des conditions normales, le milieu gazeux a des propriétés isolantes et ne conduit pas le courant. Mais sous l'influence de divers facteurs perturbateurs, les caractéristiques diélectriques peuvent fortement diminuer et provoquer le passage de l'ionisation du milieu.

Il résulte du bombardement d'atomes neutres par des électrons en mouvement. En conséquence, un ou plusieurs électrons liés sont expulsés de l'atome et l'atome acquiert une charge positive, devenant un ion. Dans le même temps, une quantité supplémentaire d'électrons se forme à l'intérieur du gaz, poursuivant le processus d'ionisation.

De cette façon, un courant électrique est créé à l'intérieur du gaz par le mouvement simultané des particules positives et négatives.

Une décharge sincère

Lors du chauffage ou de l'augmentation de la force du champ électromagnétique appliqué à l'intérieur du gaz, une étincelle apparaît d'abord. Selon ce principe, un éclair naturel se forme, composé de canaux, d'une flamme et d'une torche d'échappement.

Dans des conditions de laboratoire, une étincelle peut être observée entre les électrodes de l'électroscope.La mise en œuvre pratique de la décharge d'étincelle dans les bougies d'allumage des moteurs à combustion interne est connue de tous les adultes.

Décharge d'arc

L'étincelle se caractérise par le fait que toute l'énergie du champ extérieur est immédiatement consommée à travers elle. Si la source de tension est capable de maintenir le flux de courant dans le gaz, un arc se produit.

Un exemple d'arc électrique est le soudage de métaux de différentes manières. Pour son écoulement, l'émission d'électrons depuis la surface de la cathode est utilisée.

Éjection coronale

Cela se produit dans un environnement gazeux avec des champs électromagnétiques de haute intensité et inégaux, qui se manifestent sur les lignes électriques aériennes à haute tension avec une tension de 330 kV et plus.

Il circule entre le conducteur et le plan rapproché de la ligne électrique. Dans une décharge corona, l'ionisation se produit par la méthode de l'impact électronique près de l'une des électrodes, qui a une zone de force accrue.

Décharge luminescente

Il est utilisé à l'intérieur des gaz dans des lampes à décharge et des tubes spéciaux, des stabilisateurs de tension.Il est formé en abaissant la pression dans l'espace d'échappement.

Lorsque le processus d'ionisation dans les gaz atteint une valeur élevée et qu'un nombre égal de porteurs de charge positifs et négatifs s'y forment, cet état est appelé plasma. Une décharge luminescente apparaît dans un environnement plasma.

La caractéristique courant-tension de la circulation des courants dans les gaz est représentée sur l'image. Il se compose de rubriques :

1. dépendant ;

2. Auto-décharge.

Le premier se caractérise par ce qui se passe sous l'influence d'un ioniseur externe et s'éteint lorsqu'il cesse de fonctionner. Une auto-éjection continue de s'écouler dans toutes les conditions.

Fils de trou

Ils comprennent:

• germanium;

• sélénium;

• silicium;

• composés de certains métaux avec le tellure, le soufre, le sélénium et certaines substances organiques.

Ils sont appelés semi-conducteurs et appartiennent au groupe n ° 1, c'est-à-dire qu'ils ne forment pas de transfert de matière lors du flux de charges. Pour augmenter la concentration d'électrons libres à l'intérieur, il est nécessaire de dépenser de l'énergie supplémentaire pour séparer les électrons liés. C'est ce qu'on appelle l'énergie d'ionisation.

Une jonction électron-trou fonctionne dans un semi-conducteur. De ce fait, le semi-conducteur laisse passer le courant dans un sens et se bloque dans le sens opposé lorsqu'un champ externe opposé lui est appliqué.

La conductivité dans les semi-conducteurs est :

1. propre;

2. impureté.

Le premier type est inhérent aux structures dans lesquelles des porteurs de charge apparaissent lors du processus d'ionisation des atomes à partir de leur substance : les trous et les électrons. Leur concentration s'équilibre mutuellement.

Le deuxième type de semi-conducteur est créé en incorporant des cristaux avec une conductivité d'impureté. Ils ont des atomes d'un élément trivalent ou pentavalent.

Les semi-conducteurs conducteurs sont :

• électronique de type n « négatif » ;

• trou de type p «positif».

Volt-ampères caractéristique de l'ordinaire diode à semi-conducteur montré dans le graphique.

Divers appareils et appareils électroniques fonctionnent à base de semi-conducteurs.

Supraconducteurs

À très basse température, les substances de certaines catégories de métaux et d'alliages passent dans un état appelé supraconductivité. Pour ces substances, la résistance électrique au courant diminue presque jusqu'à zéro.

La transition se produit en raison d'un changement des propriétés thermiques.En ce qui concerne l'absorption ou le dégagement de chaleur lors du passage à l'état supraconducteur en l'absence de champ magnétique, les supraconducteurs sont divisés en 2 types : n° 1 et n° 2.

Le phénomène de supraconductivité des fils se produit en raison de la formation de paires de Cooper lorsqu'un état lié est créé pour deux électrons voisins. La paire créée a une double charge électronique.

La distribution des électrons dans un métal à l'état supraconducteur est représentée sur le graphique.

L'induction magnétique des supraconducteurs dépend de la force du champ électromagnétique, et la valeur de ce dernier est affectée par la température de la substance.

Les propriétés supraconductrices des fils sont limitées par les valeurs critiques du champ magnétique limite et de la température pour eux.

Ainsi, les conducteurs de courant électrique peuvent être constitués de substances complètement différentes et avoir des caractéristiques différentes les uns des autres. Ils sont toujours influencés par les conditions environnementales. Pour cette raison, les limites des caractéristiques des fils sont toujours déterminées par les normes techniques.