В данной статье мы рассмотрим, что это – проводник. Здесь будут затронуты вопросы его определения, особенностей и свойств. Также мы остановимся на понятии потенциала проводника. Изучаемый объект представляет собой важное открытие и достижение науки, которое позволяет человеку на современном этапе развития снижать расходы на потребление важных и исчерпаемых ресурсов земли.
Введение
Проводник – это преимущественно вещество, а также определенная среда или материал, которые проводят электрический ток практически без препятствования. В проводниках находится большое количество свободно двигающихся носителей заряда (частиц с зарядом), которые способны в свободном виде перемещаться внутри проводников. Эти носители находятся под влиянием проводника, что приближен к объекту электронапряжения и создают ток проводимости.
Существует понятие однородного проводника. Это набор характеристик, которые являются одинаковыми в любой его точке. Примером может служить реохорд – устройство для измерения эл. сопротивления посредством мостового метода Уитстона.
В связи с наличием большого числа свободных переносчиков заряда и высокой степенью их подвижности, значение удельной величины, определяющей электропроводимость, достигает больших значений. С точки зрения электродинамической науки, проводник – это среда, обладающая огромным значением тангенса, указывающего на угол диэлектрической потери. Рассмотрение происходит всегда посредством определения четкой частоты. Идеальный проводник в таком случае - это материал, обладающий значением tgδ в бесконечно большом размере. Все остальные виды таких структур именуют реальными, или обладающими потерей.
Часть электрической цепи
Проводник – это часть электрической цепочки (соединительный провод, металлическая шина и т.д.).
Одними из наиболее распространенных проводящих структур твердого типа являются вещества металлов, полуметаллов и углеродов (графит и уголь). Среди проводящих жидкостей, примером может служить ртуть, электролитические растворы, а также металлические расплавы. Среди газов, способных проводить ток, самым ярким представителем является газ в ионизированном виде (плазма). Некоторые вещества, чаще полупроводники, могут изменять свои свойства проводимости, если изменять внешние условия вокруг них, например, повышать температуру или легировать.
Электрические проводники – это вещества и материалы, которые, в соответствии с формой движения частиц, делятся на первый и второй род. В первом случае свойство проводимости обуславливается электронным движением, а во втором, ионным.
Ток в проводнике
Под электрическим током подразумевают передвижение частиц, обладающих зарядом, в упорядоченном виде. Ток способен образоваться в разнообразных средах. Обязательным условием является наличие подвижных носителей заряда, которые смогут передвигаться под воздействием поля, которое приложили извне.
Силой тока называют скалярную величину, что может принимать два значения: положительное и отрицательное. Это зависит от произвольного направления, вдоль которого движутся частицы. Единицей, определяющей силу тока, является ампер (А).
Сила тока в проводника – это величина, что может обуславливаться направлением положительно заряженных элементов, образующих ток. В случае, когда ток был обусловлен частицами с зарядом «-», он приобретает направление, противоположное курсу реальной скорости движения частичек.
Силу тока определяют, анализируя отношение Dq (количество заряда), что был перенесенным сквозь проводниковое поперечное сечение, за единицу времеи Dt, к размерной величине самого интервала:
I = Delta q/ Dela t.
Понятие дрейфа
Показатель, указывающий на силу тока, тесно связан с явлением дрейфа заряж. частиц. Допустим, у нас есть проводник, на участке поперечного сечения (S) которого, есть определенное количество носителей заряда в конкретном объеме, соответствующем числу – n. Заряд всех носителей соответствует значению q0. Если приложить внешнее электр. поле (E), то переносчики приобретут среднюю величину скорости v (показатель скорости дрейфа), которая направляется по направлению к противоположному полю. Если допустить, что дрейф обладает постоянной скоростью (ток движется в одном темпе и с одной мощностью), можно рассчитать силу взаимосвязи дрейфа и перемещения частичек:
∆q=q0nv∆ts, из которого следует, что I=q0nvS
Полная величина заряда в общей величине объема цилиндра со значением образующей величины Dl = vDt равна.
Явление сопротивления
Электрическое сопротивление проводника – это величина, характеризующая его свойства, способные препятствовать переправе тока, а еще она равна соотношению напряжения на концевых участках провода к силе тока, который пропускают.
Понятие импеданса и явление волновой формы сопротивления описывают противодействие для цепи тока с переменными значениями, а также электромагнитные поля. Под понятием резистора в таком случае подразумевают радиодеталь, предназначение которой заключено во введении активного сопротивления в электр. цепь.
Сопротивление проводника – это величина, которую чаще всего обозначают буквой R (малой или большой). В некоторых пределах, оно является постоянным и рассчитывается по формуле:
R = U/I,
где R – это величина сопротивления, I – указывает на силу тока, что протекает между разными концами проводника под воздействием потенциальной разности (A), а U – это степень разности электр. потенциалов, которые расположены по его разные стороны.
Физический аспект явления
Электрический ток в проводнике – это упорядоченное перемещение частиц с определенным зарядом. Металлы обладают высокой электропроводимостью, что связано с наличием огромного количества носителей эл. тока (электроны проводимости), которые образуются из валентного ряда электронов металлов. Последние не должны принадлежать определенному виду атомов.
Электроны, которые передвигаются благодаря воздействию поля, начинают рассеиваться на неоднородности ионных решеток. Сам электрон в таком случае теряет силу импульса, а энергия, отвечающая за движение, превращается во внутреннюю энергию решетки кристаллического характера. Она вызывает нагревание проводника вследствие прохождения эл. тока по нему. Важно помнить о том, что значение линейной зависимости, которая выражается законом Ома, не всегда соблюдается. Величина сопротивления обуславливается также особенностями его геометрии и свойствами удельного эл. сопротивления материала, из которого его образовали.
Сечение проводника
Поперечное сечение проводника – это характеристика, тесно связанная с явлением его сопротивления. Дело в том, что носителем заряда в металле является свободный электрон. Находясь в хаотической форме движения, они подобны газовым молекулам. По этой причина, классическая физика определяет электроны в металле как электронный газ. Здесь применимы постановления закона для идеальных газов.
Показатель плотности эл. газа и структура кристаллических решеток обусловлены родом металла. По этой причине, сопротивление зависит от рода самого вещества, из которого был создан проводник. Также учитывается его длина, температура и площадь поперечного сечения. Влияние последней объяснить можно благодаря тому, что уменьшение сечения электронного потока внутри проводника, с одним и тем же значением силы тока, приводит к уплотнению потока. Это вызывает усиление взаимодействия между электроном и частицей вещества проводника.
Потенциал
Электрический потенциал проводника – это особая характеристика проводника, представленная в виде скалярного энергетического параметра потенциальной энергии, которой «наполнен» положительно заряженный единичный вариант пробного заряда, который поместили в конкретную точку на поле. Для измерения подобного значения используют Международную систему единиц (СИ), а именно Вольт (1В = 1Дж/Кл). Электрический потенциал равняется соотношению величины потенциальной энергии, указывающей на взаимодействие заряда и поля к размерности самого заряда.
