Почему металлы обладают высокой электрической проводимостью?

Классическая теория электропроводности металлов зародилась в начале ХХ века. ЕЕ основоположником стал немецкий физик Карл Рикке. Он опытным путем установил, что прохождение заряда через металл не сопряжено с переносом атомов проводника, в отличие от жидких электролитов. Однако это открытие не объяснило, что именно является носителем электрических импульсов в структуре металла.

Ответить на это вопрос позволили опыты ученых Стюарта и Толмена, проведенные в 1916 году. Им удалось установить, что за перенос электричества в металлах отвечают мельчайшие заряженные частицы — электроны. Это открытие легло в основу классической электронной теории электропроводности металлов. С этого момента началась новая эпоха исследований металлических проводников. Благодаря полученным результатам мы сегодня имеем возможность пользоваться бытовыми приборами, производственным оборудованием, станками и многими другими устройствами.

Золото

Золото является хорошим электрическим проводником, и оно не окисляется, как другие металлы при воздействии воздуха. Например, сталь или медь могут окисляться (корродировать) при длительном воздействии кислорода. Золото является одним из самых дорогих металлов и используется только для определенных материалов, таких как компоненты печатных плат или небольшие электрические разъемы. Некоторые материалы могут иметь золотое покрытие в качестве проводника.

Как отличается электропроводность разных металлов?

Электронная теория электропроводности металлов получила развитие в исследованиях Паулю Друде. Он сумел открыть такое свойство как сопротивление, которое наблюдается при прохождении электрического тока через проводник. В дальнейшем это позволит классифицировать разные вещества по уровню проводимости. Из полученных результатов легко понять, какой металл подойдет для изготовления того или иного кабеля. Это очень важный момент, так как неправильно подобранный материал может стать причиной возгорания в результате перегрева от прохождения тока избыточного напряжения.

Наибольшей электропроводностью обладает металл серебро. При температуре +20 градусов по Цельсию она составляет 63,3*104 сантиметров-1. Но изготавливать проводку из серебра очень дорого, так как это довольно редкий металл, который используется в основном для производства ювелирных и декоративных украшений или инвестиционных монет.

Металл, обладающий самой высокой электропроводностью среди всех элементов неблагородной группы — медь. Ее показатель составляет 57*104 сантиметров-1 при температуре +20 градусов по Цельсию. Медь является одним из наиболее распространенных проводников, которые используются в бытовых и производственных целях. Она хорошо выдерживает постоянные электрические нагрузки, отличается долговечностью и надежностью. Высокая температура плавления позволяет без проблем работать долгое время в нагретом состоянии.

Что такое электрический проводник? Определение и типы электрических проводников

Определение: Проводник — это тип металла, который позволяет электрическому току проходить через него. Электрический проводник обычно состоит из металлов, таких как медь, алюминий и их сплавы. В электрическом проводнике электрические заряды перемещаются от атома к атому, когда к ним прикладывается разность потенциалов. Электрические проводники используются в виде проволоки. Выбор проводника можно принять во внимание, учитывая различные факторы, такие как прочность на разрыв, усталостная прочность, потери на коронный разряд, местные условия и стоимость.

Электрический провод, который используется для передачи энергии, обычно многожильный. Многожильные проводники обладают большой гибкостью и механической прочностью по сравнению с одиночным проводом того же сечения. В многожильном проводе обычно центральный провод окружен последовательными слоями проводов, содержащих 6, 12, 18, 24,… проводов.

Размер проводника определяется эквивалентной площадью поперечного сечения меди и количеством жил с диаметром каждой жилы.Эквивалентное поперечное сечение многожильного проводника — это площадь поперечного сечения одножильного проводника из того же материала и длины, что и многожильный провод. А также проводник, имеющий такое же сопротивление при той же температуре.

Типы электрических проводов

Жестко вытянутые медные, твердотянутые алюминиевые проводники и алюминиевые проводники с сердечником из стали чаще всего используются в энергетике. Некоторые из важных типов проводников подробно описаны ниже.

Жестко вытянутый медный проводник

Такой тип проводов обеспечивает высокую прочность на разрыв.Он обладает высокой электропроводностью, долгим сроком службы и высокой стоимостью лома. Он наиболее подходит для распределительных работ, когда пролеты и отводы больше.

Кадмий медный проводник

Предел прочности на разрыв меди увеличивается примерно на 50 процентов за счет добавления к ней от 0,7 до 1,0 процента кадмия, но их проводимость снижается примерно на 15-17 процентов. Свойство более высокой прочности на разрыв позволяет возводить проводник на более длинные пролеты с таким же прогибом. Этот проводник обладает такими преимуществами, как простота соединения, большая устойчивость к атмосферным условиям, лучшая износостойкость, легкая обрабатываемость и т. Д.

Температура, при которой медь отжигается и размягчается, также повышается, а влияние температуры на напряжения меньше. Изменение провеса из-за изменений нагрузки и температуры сведено к минимуму.

Медный проводник со стальным сердечником (SCC)

В медном проводнике со стальным сердечником один или два слоя медных жил окружают медные проводники со стальным сердечником. Стальной сердечник увеличивает прочность на разрыв.

Медный сварной провод

В проводниках такого типа однородные слои меди привариваются к стальной проволоке.Электропроводность медного сварного проводника варьируется от 30 до 60 процентов по сравнению со сплошным медным проводником того же диаметра. Такие типы проводов можно использовать на более длительных участках, например, при переходе через реку.

Жестко вытянутый алюминиевый проводник или полностью алюминиевый проводник

Стоимость медного проводника очень высока, поэтому его заменяют алюминиевым. Обработка, транспортировка и монтаж алюминиевых проводов становятся очень экономичными. Он используется в распределительных линиях в городской местности и коротких линиях электропередачи с более низким напряжением.

Алюминиевый проводник, армированный сталью

Все алюминиевые жилы не обладают достаточной механической прочностью для строительства длиннопролетных линий. Этот недостаток прочности можно компенсировать, добавив к проводнику стальной сердечник. Такой проводник называется алюминиевым проводником со стальным сердечником (SCA) или алюминиевым проводником, армированным сталью (ACSR).

Провод ACSR имеет семь стальных жил, образующих центральную жилу, вокруг которой расположены два слоя из 30 алюминиевых жил.Скрутка проводов определяется как 30 Al / 7 St. Проводники ACSR обладают высокой прочностью на разрыв и легким весом, поэтому они используются для небольшого прогиба.

Гладкий провод ACSR

Такой тип жилы еще называют уплотненным ACSR. Обычный провод ACSR продавливают через матрицы для придания алюминиевым жилам сегментарной формы. Межпрядное пространство заполняется, а диаметр проводника уменьшается, не влияя на его электрические и механические свойства.Этот проводник может быть выполнен с различным соотношением алюминия к стали. На рисунке ниже показан проводник с соотношением 6 Al / 1 St.

.

Расширенный проводник ACSR

Для уменьшения потерь на коронный разряд и радиопомех при высоком напряжении между нитями залиты волокнистый или пластиковый материал. Диаметр проводника увеличивается из-за наполнителя, поэтому его называют расширенным проводником. Эти проводники состоят из бумажного материала, который отделяет внутренние алюминиевые жилы от внешних стальных.

Проводник из алюминиевого сплава

Такой тип проводов чаще всего используется в городских условиях. Этот проводник имеет хорошее сочетание проводимости и прочности на разрыв. Одним из сплавов, которые используются для изготовления такого проводника, является Silmalec. Этот сплав содержит 0,5% кремния, 0,5% магния и остальное алюминий. Эти сплавы очень дороги, так как они подвергаются термообработке.

Проводник ACAR

Армированный алюминиевый проводник
имеет центральную сердцевину из алюминиевого сплава, окруженную слоями проводящего алюминия.Такой проводник дает лучшую проводимость при удельном весе, равном конструкции ACSR того же диаметра.

Проводник из алюмосварки

Алюминиевый порошок приваривается к высокопрочной стальной проволоке. Около 75% площади проводника покрыто алюминием. Это дороже, чем кремниевый провод с сердечником. Для изготовления жил SCA проводов использовался заземляющий провод.

Проводник из фосфорной бронзы

Фосфорная бронза используется в качестве проводящего материала на очень длинных участках, например, при переправе через реки.Он прочнее медного проводника, но имеет низкую проводимость. Этот проводник превосходит проводник из алюминиевой бронзы для сред, содержащих вредные газы, такие как аммиак.

Проводник из оцинкованной стали

Трос из оцинкованной стали имеет высокую прочность на разрыв. Они используются в очень длинных пролетах и ​​в сельской местности, где нагрузка невелика. В таких случаях стальные проводники могут быть заменены проводником со стальным сердечником, чтобы справиться с дополнительной нагрузкой в ​​будущем. Этот проводник имеет большое сопротивление, индуктивность и падение напряжения.Но у него небольшой срок службы по сравнению с другими проводниками.

.

Классическая модель проводимости

Без внешнего электрического поля электроны совершают тепловые хаотические движения, сталкиваясь друг с другом, а также сталкиваясь с ионами кристаллической решетки. В результате такого движения среднее положение электронов практически не меняется (см. рис. 1.).

Рис. 1. Пример траектории электрона во время его хаотического теплового движения в металле

Из-за квантовых эффектов, и в частности из-за принципа запрета Паули, который не позволяет всем электронам занимать самое низкое энергетическое состояние, средняя скорость электронов в металлах, связанная с их хаотическим тепловым движением, больше, чем скорость частиц в классическом идеальном газе той же температуры. Она составляет порядка 10 м/с.

Если электрическое напряжение U приложено к концам проводника длиной L в нем появится электрическое поле с напряженностью E = U / L

Под действием этого внешнего поля, согласно второму закону динамики, электроны ускоряются: a = F / m,

где F = e*E — сила, с которой электрическое поле действует на электрон с зарядом . Таким образом, ускорение электрона составляет: a = e*E / m .

Ускоренное движение электрона длится лишь довольно короткое время, пока он не столкнется с иономкристаллической решетки. В результате такого столкновения электрон теряет практически всю свою кинетическую энергию. Однако замедленный электрон не остается в состоянии покоя — он снова ускоряется под действием электрического поля, снова сталкивается с одним из ионов из ионы кристаллической решетки и т.д. Этот эффект добавляет к скорости тепловых движений дополнительную направленную среднюю скорость u, которая из-за отрицательного заряда электрона имеет направление, противоположное напряженности внешнего электрического поля. Эта скорость называется средней скоростью дрейфа (рис. 2).

Рис. 2. Дрейф электрона под действием внешнего электрического поля

В проводнике начинает течь электрический ток с силой тока I (см. рисунок 3).

Рис. 3. Дрейфующие электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки

Предполагая, что движение электрона равномерно ускоряется между столкновениями с ионами решетки, с ускорением a = e*E / m , и предполагая, что в результате столкновения электрон передает всю свою кинетическую энергию кристаллической решетке, мы можем вычислить скорость, которую развивает электрон в своем свободном движении: v = a*τ . В этой формуле τ — средний интервал времени между последующими столкновениями дрейфующего электрона с ионами кристаллической решетки.

Поскольку при равномерно ускоренном движении без начальной скорости средняя скорость является средним арифметическим начальной (равной нулю) и конечной скоростью, то получаем: u = v / 2 = e*E*τ / 2*m .

Из полученной формулы следует, что скорость дрейфа, помимо внешнего электрического поля, определяется средним интервалом времени между столкновениями электронов с ионами решетки. Этот параметр зависит от многих факторов (включая температуру, кристаллическую структуру металла, дефекты кристаллической структуры, примеси) и, как выясняется, существенно влияет на электрическое сопротивление материала.

Средняя дрейфовая скорость электронов составляет порядка 10-4 м/с. Она очень мала по сравнению со скоростью теплового движения, которая составляет порядка 106 м/с.

Классическая теория проводимости достаточно хорошо описывает явление электропроводности в металлах. Однако эта теория не может объяснить экспериментально наблюдаемую зависимость электрического сопротивления от температуры.

Причина упомянутой неудачи классической теории проводимости заключается в том, что она не учитывает влияние ионов решетки на движение электронов между столкновениями. Более близкие к реальности результаты дает квантовая теория проводимости, которая описывает электроны как частицы, подверженные квантовой статистике, движущиеся в периодическом электрическом поле, создаваемом положительными ионами решетки.

Единица измерения

Единицей удельной электропроводности σ в СИ является: [ σ ] = 1 См/м ( Сименс на метр ).

Эти единицы определяются по формуле G = σ * S / l . Если решить эту формулу в соответствии с σ, то получим σ = G * l / S .

Единица измерения электрической проводимости G задается как: [ G ] = 1 / σ = 1 См ( Сименс, международное обозначение: S ).

Если теперь ввести в формулу все единицы измерения, то получится:

[ σ ] = 1 См * 1 м / м2 = 1 См / м .

Вы также будете чаще использовать единицы измерения См / см , м / Ом * мм2 или См * м / мм2 . Вы можете преобразовать отдельные измеряемые переменные так: См / см = См / 10-2 м и так: м / Ом * мм2 = См * м / мм2 = См * м / 10-3 м * 10-3 м = 106 См / м .

Откуда берётся ток

Следует отметить, что электрический ток может образоваться не только в металлическом проводнике, но и в других веществах. Например, атмосферная энергия появляется в дождевых облаках, но использовать её не представляется возможным. Для получения электричества, применяемого в хозяйственных нуждах, катушки медных генераторных установок, подходят идеально.

Электрический ток в металлах создаётся упорядоченным движением электронов. Термин «Электричество» впервые был введён Уильямом Гилбертом в XVI веке, но естествоиспытатель ограничился только получением электрических разрядов статического электричества. Два столетия спустя, Майкл Фарадей уже создал действующую модель динамо-машины, появление на свет которой обязано именно эффекту образования электричества в металлах.

Учёный усовершенствовал ранее известный физический опыт, при котором ток в металлах создавался движением магнитного поля вокруг статичного металлического объекта. Первый генератор представлял собой конструкцию, состоящую из вращающего постоянного магнита и медной катушки. Такая машина позволяла получить относительно небольшое напряжение в проводнике. В то время доподлинно ещё не было известно какими частицами создаётся ток в металлах. Только в 1913 году учёным удалось доказать электронную природу этого явления.

Проведение опытов по определению причин возникновения напряжения в металлах были начаты русскими учёными Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси. Спустя 3 года физики Р. Толмен и Б. Стюарт значительно усовершенствовали методику, что позволило провести количественные измерения.

Для получения точных результатов учёным пришлось создавать специальные машины, благодаря применению которых и удалось определить причину возникновения тока. Если кратко изложить суть экспериментов, проведённых с целью доказать электронную природу появления тока, то получится конспект следующего содержания:

• Необходимо подготовить катушку, которая может вращаться вокруг своей оси.
• Поставить изделие на твёрдую поверхность, например, на пол.
• Выход проводников этой электрической машины подключить к гальванометру.
• Раскрутить катушку (скорость вращения должна быть значительной).
• Резко затормозить устройство.

В результате эксперимента возникает электрический импульс, который можно зарегистрировать измерительным прибором. Обусловить появление напряжения в цепи могло только наличие заряженных частиц, которые называются электронами. На эти элементы оказывает воздействие, как и на любое твёрдое тело, сила инерции, которая и заставляет их «выходить» из проводника после резкой остановки катушки.

Электропроводность древесины

Способность проводить электрический ток характеризует электрическое сопротивление древесины. В общем случае полное сопротивление образца древесины, размещенного между двумя электродами, определяется как результирующее двух сопротивлений: объемного и поверхностного. Объемное сопротивление численно характеризует препятствие прохождению тока сквозь толщу образца, а поверхностное сопротивление определяет препятствие прохождению тока по поверхности образца. Показателями электрического сопротивления служат удельное объемное и поверхностное сопротивление. Первый из названных показателей имеет размерность ом на сантиметр (ом х см) и численно равен сопротивлению при прохождении тока через две противоположные грани кубика размером 1X1X1 см из данного материала (древесины). Второй показатель измеряется в омах и численно равен сопротивлению квадрата любого размера на поверхности образца древесины при подведении тока к электродам, ограничивающим две противоположные стороны этого квадрата. Электропроводность зависит от породы древесины и направления движения тока. В качестве иллюстрации порядка величии объемного и поверхностного сопротивления в табл. 22 приведены некоторые данные.

Таблица 22. Сравнительные данные об удельном объемном и поверхностном сопротивлении древесины.

Для характеристики электропроводности наибольшее значение имеет удельное объемное сопротивление. Сопротивление сильно зависит от влажности древесины. С повышением содержания влаги в древесине сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение сопротивления наблюдается при увеличении содержания связанной влаги от абсолютно сухого состояния до предела гигроскопичности. При этом удельное объемное сопротивление уменьшается в миллионы раз. Дальнейшее увеличение влажности вызывает падение сопротивления лишь в десятки раз. Это иллюстрируют данные табл. 24.

Таблица 23. Удельное объемное сопротивление древесины в абсолютно сухом состоянии.

Таблица 24. Влияние влажности на электрическое сопротивление древесины.

Поверхностное сопротивление древесины также существенно снижается с увеличением влажности. Повышение температуры приводит к уменьшению объемного сопротивления древесины. Так, сопротивление древесины лжетсуги при повышении температуры с 22—23° до 44—45° С (примерно вдвое) падает в 2,5 раза, а древесины бука при повышении температуры с 20—21° до 50° С — в 3 раза. При отрицательных температурах объемное сопротивление древесины возрастает. Удельное объемное сопротивление вдоль волокон образцов березы влажностью 76% при температуре 0°С составило 1,2 х 107 ом см, а при охлаждении до температуры —24° С оно оказалось равным 1,02 х 108 ом см. Пропитка древесины минеральными антисептиками (например, хлористым цинком) уменьшает удельное сопротивление, в то время как пропитка креозотом мало отражается на электропроводности. Электропроводность древесины имеет практическое значение тогда, когда она применяется для столбов связи, мачт линий высоковольтных передач, рукояток электроинструментов и т. д. Кроме того, на зависимости электропроводности от влажности древесины основано устройство электрических влагомеров.

Что такое электропроводность? (с изображением)

Электропроводность (ЕС) — это свойство, которое используется для описания того, насколько хорошо материалы позволяют электронам течь. Он определяется с помощью экспериментов и математических уравнений. Электропроводность обратно пропорциональна удельному сопротивлению, то есть чем выше проводимость, тем ниже удельное сопротивление. Проводник — это материал с высокой электропроводностью, а изолятор — это материал с высоким удельным электрическим сопротивлением. Оба свойства зависят от температуры и чистоты материалов.

Линии электропередач выполнены из токопроводящих материалов.

Температурная зависимость электропроводности имеет общий характер. Металл является проводником, и он имеет более низкую проводимость при более высоких температурах. Стекло является изолятором и показывает более высокую проводимость при более высоких температурах.

При очень высоких температурах проводники ведут себя как изоляторы, а изоляторы как проводники. Такое поведение диэлектриков и проводников объясняется моделью свободных электронов. В этой модели проводники ясно демонстрируют способность освобождать электроны, и когда применяется ток или электрическая сила, сила может легко проталкивать лишние электроны.

Почва представляет собой смесь минералов, солей и органических материалов. Он имеет особую электропроводность, называемую электропроводностью почвы, которая измеряет количество соли в образце почвы, называемое ее засолением. С помощью этого процесса можно также измерить другие свойства почвы, где засоление достаточно низкое.Эти свойства связаны с влиянием чистоты на данные ЕС.

Данные

EC для образца почвы могут определить количество примесей в почве. Примеси почвы — вода, воздух и минералы. Каждая примесь по-разному влияет на данные, но опытный почвовед может определить эту информацию из собранных данных.Как правило, большее количество примесей снижает ЕС, за исключением минералов, которые повышают ЕС. Примеси также могут объяснить использование чистой меди в электропроводке.

Металлы часто состоят из сплавов, состоящих из двух или более элементов. Это бесполезно для проведения электричества.Металлы в сплавах — это не одни и те же элементы, и электроны не могут легко перемещаться между разными элементами. Чистые металлы, такие как медная проволока, обладают высокой электропроводностью. Это относится только к твердым металлам, потому что воздушные карманы могут снизить электрическую проводимость материалов.

Материалы, не являющиеся металлами, обычно являются хорошими изоляторами.Лучшие изоляторы — это материалы, в которых естественно есть воздушные карманы, например резина. Воздушные карманы похожи на примеси и нарушают поток электронов. Лучшими естественными изоляторами являются газы, например воздух. Современная химия освоила изоляторы, создав материалы с удельным сопротивлением в тысячи раз больше, чем воздух.

.

Опыт Рикке

Почему мы решили, что ток в металлах создаётся движением именно свободных электронов? Положительные ионы кристаллической решётки также испытывают на себе действие внешнего электрического поля. Может, они тоже перемещаются внутри металлического проводника и участвуют в создании тока?

Упорядоченное движение ионов означало бы постепенный перенос вещества вдоль направления электрического тока. Поэтому надо просто пропускать ток по проводнику на протяжении весьма длительного времени и посмотреть, что в итоге получится. Такого рода эксперимент и был поставлен Э.Рикке в 1901 году.

В электрическую цепь были включены три прижатых друг к другу цилиндра: два медных по краям и один алюминиевый между ними (рис. 2). По этой цепи пропускался электрический ток в течение года.

Рис. 2. Опыт Рикке

За год сквозь цилиндры прошёл заряд более трёх миллионов кулон. Предположим, что каждый атом металла теряет по одному валентному электрону, так что заряд иона равен элементарному заряду Кл. Если ток создаётся движением положительных ионов, то нетрудно подсчитать (сделайте это сами!), что такая величина прошедшего по цепи заряда соответствует переносу вдоль цепи около 2кг меди.

Однако после разъединения цилиндров было обнаружено лишь незначительное проникновение металлов друг в друга, обусловленное естественной диффузией их атомов (и не более того). Электрический ток в металлах не сопровождается переносом вещества, поэтому положительные ионы металла не принимают участия в создании тока.

Почему металлы так хорошо проводят тепло и электричество?

Структура металлов

Структуры чистых металлов описать просто, поскольку атомы, образующие эти металлы, можно рассматривать как идентичные совершенные сферы. Более конкретно, металлическая структура состоит из «выровненных положительных ионов» (катионов) в «море» делокализованных электронов. Это означает, что электроны могут свободно перемещаться по структуре и обуславливают такие свойства, как проводимость.

Какие бывают виды облигаций?

Ковалентные облигации

Ковалентная связь — это связь, которая образуется, когда два атома разделяют электроны. Примерами соединений с ковалентными связями являются вода, сахар и диоксид углерода.

Ионные связи

Ионная связь — это полный перенос валентных электронов между металлом и неметаллом. В результате возникают два противоположно заряженных иона, которые притягиваются друг к другу.В ионных связях металл теряет электроны, чтобы стать положительно заряженным катионом, тогда как неметалл принимает эти электроны, чтобы стать отрицательно заряженным анионом. Примером ионной связи может быть соль (NaCl).

Металлические облигации

Металлическая связь — это результат электростатической силы притяжения, которая возникает между электронами проводимости (в форме электронного облака делокализованных электронов) и положительно заряженными ионами металлов.Это можно описать как распределение свободных электронов между решеткой положительно заряженных ионов (катионов). Металлическое соединение определяет многие физические свойства металлов, такие как прочность, пластичность, термическое и электрическое сопротивление и проводимость, непрозрачность и блеск.

Делокализованные движущиеся электроны в металлах —

Это свободное движение электронов в металлах, которое придает им проводимость.

Электропроводность

Металлы содержат свободно движущиеся делокализованные электроны.Когда прикладывается электрическое напряжение, электрическое поле внутри металла вызывает движение электронов, заставляя их перемещаться от одного конца проводника к другому. Электроны будут двигаться в положительную сторону.

Теплопроводность

Металл хорошо проводит тепло.Проводимость возникает, когда вещество нагревается, частицы получают больше энергии и больше вибрируют. Затем эти молекулы сталкиваются с соседними частицами и передают им часть своей энергии. Затем это продолжается и передает энергию от горячего конца к более холодному концу вещества.

Почему металлы так хорошо проводят тепло?

Электроны в металле — это делокализованные электроны и свободно движущиеся электроны, поэтому, когда они набирают энергию (тепло), они вибрируют быстрее и могут перемещаться, это означает, что они могут быстрее передавать энергию.

Какие металлы проводят лучше всего?

Вверху: Электронные оболочки Золото (au), Серебро (Ag), Медь (Cu) и Цинк (Zn). По логике можно было бы подумать, что Золото — лучший проводник, имеющий единственный s-орбитальный электрон в последней оболочке (диаграмма выше)… так почему серебро и медь на самом деле лучше (см. таблицу ниже).

Серебро имеет больший атомный радиус (160 мкм), чем золото (135 мкм), несмотря на то, что в золоте больше электронов, чем в серебре! Причину этого см. В комментарии ниже.

Примечание: Серебро является лучшим проводником, чем золото, но золото более желательно, потому что оно не подвержено коррозии.(Медь является наиболее распространенной, потому что она наиболее экономична) Ответ немного сложен, и мы размещаем здесь один из лучших ответов, которые мы видели для тех, кто знаком с материалом.
«Серебро находится в середине переходных металлов примерно на 1/2 пути между благородными газами и щелочными металлами. В столбце 11 периодической таблицы все эти элементы (медь, серебро и золото) имеют единичный s -орбитальный электрон электрон внешней оболочки (платина также, в столбце 10).

Орбитальная структура электронов этих элементов не имеет особого сродства приобретать или терять электрон по отношению к более тяжелым или легким благородным газам, потому что они находятся на полпути между ними. В общем, это означает, что не требуется много энергии, чтобы временно сбить электрон или добавить его. Удельное сродство к электрону и потенциалы ионизации варьируются, и в отношении проводимости наличие относительно низких энергий для этих двух критериев в некоторой степени важно.

Если бы это были единственные критерии, золото было бы лучшим проводником, чем серебро, но у золота есть дополнительные 14 f-орбитальных электронов под 10 d-орбитальными электронами и единственным s-орбитальным электроном. 14 f-электронов связаны с дополнительными атомами в ряду актинидов. С 14 дополнительными электронами, которые, по-видимому, выталкивают d- и s-электроны, можно подумать, что s-электрон просто «созрел» для проводимости (почти не требовалось энергии, чтобы оттолкнуть его), но НЕТ. Электроны на f-орбите упакованы таким образом, что это приводит к тому, что атомный радиус золота на самом деле МЕНЬШЕ, чем атомный радиус серебра — не намного, но он меньше. Меньший радиус означает большую силу со стороны ядра на внешние электроны, поэтому серебро побеждает в «соревновании» проводимости. Помните, сила электрического заряда обратно пропорциональна квадрату расстояния. Чем ближе 2 заряда вместе, тем выше сила между ними.

И медь, и платина имеют еще меньший диаметр; следовательно, большее притяжение от ядра, следовательно, больше энергии, чтобы сбить этот одинокий s-электрон, следовательно, меньшая проводимость.

Другие элементы с единственным s-орбитальным электроном, находящимся там, «созревшим для того, чтобы появился сборщик проводимости», также имеют меньшие атомные радиусы (молибден, ниобий, хром, рутений, родий), чем серебро.

Итак, именно то место, где оно находится — то место, где «мать-природа» поместила серебро в периодической таблице, что определяет его превосходную проводимость ».

Источник из фунтов101 Yahoo

ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ И ЧИТАТЕЛЕЙ —

Структура и физические свойства металлов

Почему одни металлы проводят тепло лучше, чем другие?

Как передается тепло?

Теплопроводность металлов

.

Опыт Стюарта–Толмена

Прямое экспериментальное доказательство того, что электрический ток в металлах создаётся движением свободных электронов, было дано в опыте Т.Стюарта и Р.Толмена (1916 год).

Эксперименту Стюарта–Толмена предшествовали качественные наблюдения, сделанные четырьмя годами ранее русскими физиками Л.И.Мандельштамом и Н.Д.Папалекси. Они обратили внимание на так называемый электроинерционный эффект: если резко затормозить движущийся проводник, то в нём возникает кратковременный импульс тока. Эффект объясняется тем, что в течение небольшого времени после торможения проводника его свободные заряды продолжают двигаться по инерции.

Однако никаких количественных результатов Мандельштам и Папалекси не получили, и наблюдения их опубликованы не были. Честь назвать опыт своим именем принадлежит Стюарту и Толмену, которые не только наблюдали указанный электроинерционный эффект, но и произвели необходимые измерения и расчёты.

Установка Стюарта и Толмена показана на рис. 3.

Рис. 3. Опыт Стюарта–Толмена

Катушка большим числом витков металлического провода приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы обмотки с помощью скользящих контактов были подсоединены к специальному прибору — баллистическому гальванометру, который позволяет измерять проходящий через него заряд.

После резкого торможения катушки в цепи возникал импульс тока. Направление тока указывало на то, что он вызван движением отрицательных зарядов. Измеряя баллистическим гальванометром суммарный заряд, проходящий по цепи, Стюарт и Толмен вычислили отношение заряда одной частицы к её массе. Оно оказалось равно отношению для электрона, которое в то время уже было хорошо известно.

Так было окончательно выяснено, что носителями свободных зарядов в металлах являются свободные электроны. Как видите, этот давно и хорошо знакомый вам факт был установлен сравнительно поздно — учитывая, что металлические проводники к тому моменту уже более столетия активно использовались в самых разнообразных экcпериментах по электромагнетизму (сравните, например, с датой открытия закона Ома — 1826 год. Дело, однако, заключается в том, что сам электрон был открыт лишь в 1897 году).

Основы электропроводности | mho siemens

Электропроводность и ее формулы часто используются в электротехнике и электронике в единицах сименса или mhos.

Учебное пособие по сопротивлению Включает:

Что такое сопротивление Закон Ома Удельное сопротивление Таблица удельного сопротивления для обычных материалов Температурный коэффициент сопротивления Электрическая проводимость Последовательные и параллельные резисторы Таблица параллельных резисторов Калькулятор параллельных резисторов

В отличие от сопротивления, которое измеряет сопротивление потоку электрического тока, электрическая проводимость или электропроводность является мерой того, как электрический ток движется внутри вещества.

Чем выше электропроводность материала, тем выше плотность тока для данной приложенной разности потенциалов.

Таким образом, можно увидеть, что электропроводность или электропроводность вещества является мерой его способности проводить электричество.

Электропроводность или электропроводность материала важна, потому что некоторые вещества должны проводить электричество как можно лучше. Проводники должны обеспечивать прохождение тока как можно проще.Другие материалы могут потребоваться для ограничения прохождения тока, как в случае резистора, а другие материалы не должны проводить электричество, как в случае изоляторов.

Основы электропроводности

Электропроводность — это отношение плотности тока к напряженности электрического поля. Чем выше значение проводимости, тем меньшее сопротивление оно оказывает прохождению электрического тока.

Значение электропроводности зависит от способности электронов или других носителей заряда, таких как дырки, перемещаться внутри решетки материала.

Материалы с высокой проводимостью, такие как медь, позволяют электронам свободно перемещаться внутри своей молекулярной решетки. Внутри решетки есть свободные электроны.

Материалы с низким уровнем проводимости или проводимости содержат очень мало свободных электронов в своей структуре. Электроны плотно удерживаются внутри молекулярной структуры и требуют значительного уровня энергии, чтобы вытащить их.

Единицы измерения электропроводности: siemens и mho

Единицы измерения электропроводности — сименс на метр, S⋅m -1 .

Сименс также раньше назывался mho — это величина, обратная ому, и это выводится путем обратного написания ома.

Электропроводность — величина, обратная сопротивлению, и один сименс равен одному сопротивлению, обратному величине.

Название siemens для единицы проводимости было принято 14-й Генеральной конференцией по мерам и весам в качестве производной единицы СИ в 1971 году. Она была названа в честь Эрнста Вернера фон Сименса.

Как и в случае любого названия Международной системы единиц СИ, которое образовано от имени собственного человека, первая буква его символа — заглавная, т.е.е. в этом случае буква «S» обозначает значение в сименсах, 10S. Когда полное название единицы СИ пишется на английском языке, оно всегда должно начинаться со строчной буквы, то есть в данном случае siemens. Исключение составляют случаи, когда любое слово пишется с заглавной буквы, как в случае начала предложения и т. Д.

Чаще всего используется символ в нижнем регистре греческой буквы сигма, σ, хотя иногда также используются каппа, & каппа, гамма и гамма.

Хотя единицы измерения проводимости в системе СИ используются наиболее широко, значения проводимости часто выражаются в виде процентного значения IACS.IACS, Международный стандарт на отожженную медь, был установлен Международной электрохимической комиссией 1913 года.

Электропроводность отожженной меди (5,8001 x 107S / м) определена как 100% IACS при 20 ° C.

Все остальные значения проводимости связаны с этим значением проводимости. Это означает, что железо со значением проводимости 1,04 x 107 См / м имеет проводимость примерно 18% от проводимости отожженной меди, что составляет 18% IACS.

Поскольку методы обработки металлов улучшились с момента введения стандарта, некоторые современные изделия из меди теперь часто имеют значения проводимости IACS выше 100% IACS, поскольку теперь из металла можно удалить больше примесей.

Формулы электропроводности

Удельное сопротивление и проводимость взаимосвязаны. Электропроводность обратно пропорциональна удельному сопротивлению. Соответственно, одно легко выразить через другое.

Где: σ — удельное сопротивление материала в сименсах на метр, См -1 ρ — удельное сопротивление материала в Ом-метрах, Ом · м

Затем это можно подставить в формулу для удельного сопротивления, чтобы получить следующую зависимость.

Где: σ — проводимость материала в сименсах на метр, S⋅m -1 E — величина электрического поля в вольтах на метр, V⋅m -1 J — величина плотность тока в амперах на квадратный метр, А⋅м -2

Часто необходимо связать проводимость с определенной длиной материала с постоянной площадью поперечного сечения.

Используя эту диаграмму, можно связать проводимость с сопротивлением, длиной и площадью поперечного сечения образца в приведенной ниже формуле проводимости.

Где: R — электрическое сопротивление однородного образца материала, измеренное в омах, l — длина куска материала, измеренная в метрах, м A — площадь поперечного сечения образца, измеренная в квадратных метрах, м 2

Используя эти формулы электропроводности, можно рассчитать электропроводность, зная сопротивление, длину и площадь поперечного сечения блока материала.

Дополнительные основные понятия:

Напряжение ток Сопротивление Емкость Мощность Трансформеры RF шум Децибел, дБ Q, добротность
Вернуться в меню «Основные понятия».. .
.

Как быть в безопасности с электричеством?

Советы по электробезопасности для детей

1. Никогда не вставляйте пальцы или другие предметы в розетку.
2. Не допускайте попадания металлических предметов в тостеры.
3. Никогда не используйте что-либо со шнуром или вилкой рядом с водой.
4. Никогда не вынимайте вилку за шнур.
5. Держитесь подальше от подстанций и линий электропередач.
6. Не взбирайтесь на столбы.
7. Никогда не запускайте воздушных змеев возле линий электропередач.

Чем объясняется теплопроводность?

Итак, теплопроводность у различных веществ различна. … Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Интересные материалы:

Сколько площадок на Байконуре? Сколько плоскостей проходит через различные тройки из четырех точек не принадлежащие одной плоскости? Сколько по времени длиться экзамен по истории? Сколько по времени готовить наггетсы во фритюре? Сколько подписчиков у Миланы Некрасовой в лайке 2022? Сколько подписчиков у Рахима? Сколько поездов ездит в метро? Сколько положить соли для засолки сала? Сколько получает грузчик в фикс прайсе? Сколько получает консультант в Сбербанке в Москве?

Какие вещества проводят электрический ток

В чем состоят их особенности и каковы их отличительные свойства? Насколько опасными для здоровья человека могут быть их соединения? Каков принцип действия огнезащитных покрытий? Наиболее популярным является метод горячей оцинковки. Главная Плотность металлов и сплавов Твёрдость металлов Температура плавления металлов Удельная проводимость металлов. Какие на сегодняшний день существуют наиболее эффективные способы защиты металлов от коррозии?

Разные вещества проводят электрический ток по-ра Из металлов лучшие проводники электричества – серебро, медь, алюминий. Даже в обычной.

Что является металлом?

Металлом называется светлое тело, которое ковать можно. Таких тел находим только шесть: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец.

Интересные материалы:

Сколько должен спать дневальный? Сколько должна была продлиться операция Барбаросса? Сколько должна стекать красная икра? Сколько должно быть беговых дорожек на любых международных соревнованиях? Сколько должно быть в эссе? Сколько дунган в Кыргызстане? Сколько ехать из Краснодара в Симферополь? Сколько ехать с аэропорта Борисполь до ЖД вокзала? Сколько элементов вошло в первый опубликованный вариант периодической системы Менделеева? Сколько Эло нужно для 4 лвл?

Переработка после эксплуатации

Несмотря на длительный срок службы кабелей (от 15 до 30 лет), все они нуждаются в замене после истечения данного срока. После этого кабеля должны быть утилизированы и переработаны. Поиск проводов и их сдача на пункты приема металлолома позволяет частично решить проблему получения первичного сырья. Пункты приема принимают лом:

• бытовых;
• контрольных;
• силовых;
• специальных кабелей.

Цена за килограмм лома определяется:

• Качеством сдаваемого сырья.
• Процентным содержанием того или иного металла.
• Чистотой – количество загрязнений и окислов.
• Целостностью оболочки, а также сложностью дальнейшей обработки кабельного лома.
• Объемом вторсырья – чем больше кабельного лома сдается, тем выше цена за один килограмм.

Кто виноват?

В большинстве случаев ответственность за состояние линии электропередач несет сама электроснабжающая или эксплуатирующая организация. Так как ее сотрудники постоянно следят за нависанием веток над ЛЭП или их расположением в непосредственной близи к ним. Ведь каждая линия имеет охранную зону ЛЭП, выступающую в обе стороны от проводов на расстояние от 2 до 55 м, в зависимости от уровня напряжения в ней.

Рисунок 3: охранная зона ВЛ

Электроснабжающая организация производит постоянные осмотры линии для выявления подобных угроз, а в случае выявления таковых, обязаны убрать аварийное дерево или ветки, угрожающие проводам.

В случае если старые деревья находятся на балансе какой-либо организации, предприятия и поставщик электроэнергии попросту не имел доступа или разрешения на их вырубку, то вина ложиться на эту организацию. То же можно сказать о городском электротранспорте, когда падение произошло на трамвайные или троллейбусные провода.

Помимо этого в круг виновных могут попасть и обычные граждане, решившие произвести спил на придомовой территории, проводившие вырубку в общественных местах или вдоль линии с целью заготовки дров. Сюда же можно отнести частных предпринимателей и других юридических лиц, которые организовали работу без соответствующих разрешений и их действия привели к падению дерева с последующим обрывом высоковольтного провода или межфазным замыканием.