Conductores para corriente eléctrica

Toda persona que utiliza constantemente electrodomésticos se enfrenta a:

1. cables que transportan corriente eléctrica;

2. dieléctricos con propiedades aislantes;

3. Semiconductores que combinan las características de los dos primeros tipos de sustancias y las modifican en función de la señal de control aplicada.

Una característica distintiva de cada uno de estos grupos es la propiedad de la conductividad eléctrica.

que es un conductor

Los conductores incluyen aquellas sustancias que tienen en su estructura una gran cantidad de cargas eléctricas libres, no conectadas, que pueden comenzar a moverse bajo la influencia de una fuerza externa aplicada. Pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.

Si toma dos cables con una diferencia de potencial entre ellos y conecta un cable de metal dentro de ellos, fluirá una corriente eléctrica a través de ellos. Sus portadores serán electrones libres que no son retenidos por los enlaces de los átomos. caracterizan conductividad eléctrica o la capacidad de cualquier sustancia para pasar cargas eléctricas a través de sí misma: corriente.

El valor de la conductividad eléctrica es inversamente proporcional a la resistencia de la sustancia y se mide con la unidad correspondiente: siemens (cm).

1 cm = 1/1 ohmio.

Por naturaleza, los portadores de carga pueden ser:

• electrones;

• iones;

• agujeros

Según este principio, la conductividad eléctrica se divide en:

• electrónico;

• iónico;

• un agujero.

La calidad del cable le permite estimar la dependencia de la corriente que fluye en él con respecto al valor del voltaje aplicado. Es costumbre llamarlo designando las unidades de medida de estas cantidades eléctricas: la característica de voltios-amperios.

alambres conductores

Los representantes más comunes de este tipo son los metales. Su corriente eléctrica se crea exclusivamente moviendo el flujo de electrones.

Dentro de los metales, existen en dos estados:

• asociado con las fuerzas atómicas de cohesión;

• Gratis.

Los electrones mantenidos en órbita por las fuerzas de atracción del núcleo de un átomo, por regla general, no participan en la creación de una corriente eléctrica bajo la acción de fuerzas electromotrices externas. Las partículas libres se comportan de manera diferente.

Si no se aplica EMF al alambre de metal, entonces los electrones libres se mueven al azar, al azar, en cualquier dirección. Este movimiento se debe a la energía térmica. Se caracteriza por diferentes velocidades y direcciones de movimiento de cada partícula en un momento dado.

Cuando la energía de un campo externo de intensidad E se aplica al conductor, entonces una fuerza dirigida en dirección opuesta al campo aplicado actúa sobre todos los electrones juntos y cada uno individualmente. Crea un movimiento estrictamente orientado de electrones, o en otras palabras, una corriente eléctrica.

La característica corriente-voltaje de los metales es una línea recta que se ajusta a la operación de la ley de Ohm para una sección y un circuito completo.

Además de los metales puros, otras sustancias también tienen conductividad electrónica. Incluyen:

• aleaciones;

• algunas modificaciones del carbono (grafito, carbón).

Todas las sustancias anteriores, incluidos los metales, se clasifican como conductores del primer tipo. Su conductividad eléctrica no está relacionada de ninguna manera con la transferencia de masa de una sustancia debido al paso de una corriente eléctrica, sino que es causada únicamente por el movimiento de electrones.

Si los metales y las aleaciones se colocan en un ambiente con temperaturas extremadamente bajas, pasan a un estado de superconductividad.

Conductores de iones

Esta clase incluye sustancias en las que se crea una corriente eléctrica debido al movimiento de iones cargados. Se clasifican como conductores de tipo II. Él:

• soluciones de bases, sales de ácidos;

• fundidos de varios compuestos iónicos;

• diversos gases y vapores.

Corriente electrica en un liquido

Líquidos eléctricamente conductores en los que electrólisis — la transferencia de una sustancia junto con las cargas y su depósito en los electrodos se suele denominar electrolitos, y el proceso en sí se denomina electrólisis.

Ocurre bajo la acción de un campo de energía externo debido a la aplicación de un potencial positivo al electrodo del ánodo y un potencial negativo al cátodo.

Los iones en el interior de los líquidos se forman debido al fenómeno de disociación de electrolitos, que consiste en la separación de algunas de las moléculas de una sustancia que tienen propiedades neutras. Un ejemplo es el cloruro de cobre, que se descompone en solución acuosa en sus componentes iones de cobre (cationes) y cloro (aniones).

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

Bajo la acción del voltaje aplicado al electrolito, los cationes comienzan a moverse estrictamente hacia el cátodo y los aniones hacia el ánodo. De esta forma se obtiene cobre químicamente puro y sin impurezas, que se deposita sobre el cátodo.

Además de los líquidos, también existen electrolitos sólidos en la naturaleza. Se denominan conductores superiónicos (super-iones), los cuales tienen una estructura cristalina y naturaleza iónica de enlaces químicos, lo que provoca una alta conductividad eléctrica debido al movimiento de iones del mismo tipo.

La característica corriente-voltaje de los electrolitos se muestra en el gráfico.

Corriente eléctrica en gases

En condiciones normales, el medio gaseoso tiene propiedades aislantes y no conduce corriente. Pero bajo la influencia de varios factores perturbadores, las características dieléctricas pueden disminuir bruscamente y provocar el paso de la ionización del medio.

Surge del bombardeo de átomos neutros por electrones en movimiento. Como resultado, uno o más electrones enlazados son eliminados del átomo y el átomo adquiere una carga positiva, convirtiéndose en un ion. Al mismo tiempo, se forma una cantidad adicional de electrones dentro del gas, continuando el proceso de ionización.

De esta manera, se crea una corriente eléctrica dentro del gas por el movimiento simultáneo de partículas positivas y negativas.

Una descarga sincera

Al calentar o aumentar la fuerza del campo electromagnético aplicado dentro del gas, primero salta una chispa. De acuerdo con este principio, se forma un rayo natural, que consta de canales, una llama y una antorcha de escape.

En condiciones de laboratorio, se puede observar una chispa entre los electrodos del electroscopio.La implementación práctica de la descarga de chispa en bujías de motores de combustión interna es conocida por todos los adultos.

Descarga de arco

La chispa se caracteriza porque toda la energía del campo externo se consume inmediatamente a través de ella. Si la fuente de voltaje puede mantener el flujo de corriente a través del gas, se produce un arco.

Un ejemplo de arco eléctrico es la soldadura de metales de diversas formas. Para su flujo se utiliza la emisión de electrones desde la superficie del cátodo.

eyección coronal

Esto sucede en un ambiente de gas con campos electromagnéticos desiguales y de alta intensidad, que se manifiesta en líneas eléctricas aéreas de alto voltaje con un voltaje de 330 kV y más.

Fluye entre el conductor y el plano poco espaciado de la línea eléctrica. En una descarga de corona, la ionización tiene lugar por el método de impacto de electrones cerca de uno de los electrodos, que tiene un área de mayor fuerza.

Descarga luminiscente

Se utiliza dentro de los gases en lámparas y tubos de descarga de gas especiales, estabilizadores de voltaje.Se forma al reducir la presión en el espacio de escape.

Cuando el proceso de ionización en los gases alcanza un gran valor y se forma en ellos un número igual de portadores de carga positiva y negativa, este estado se denomina plasma. Aparece una descarga luminiscente en un entorno de plasma.

La característica corriente-voltaje del flujo de corrientes en los gases se muestra en la imagen. Consta de secciones:

1. dependiente;

2. Autodescarga.

El primero se caracteriza por lo que sucede bajo la influencia de un ionizador externo y se apaga cuando deja de funcionar. Una autoexpulsión continúa fluyendo en todas las condiciones.

Agujero de cables

Incluyen:

• germanio;

• selenio;

• silicio;

• compuestos de algunos metales con telurio, azufre, selenio y algunas sustancias orgánicas.

Se denominan semiconductores y pertenecen al grupo N° 1, es decir, no forman transferencia de materia durante el flujo de cargas. Para aumentar la concentración de electrones libres dentro de ellos, es necesario gastar energía adicional para separar los electrones enlazados. Se llama energía de ionización.

Una unión electrón-hueco opera en un semiconductor. Debido a esto, el semiconductor deja pasar corriente en una dirección y se bloquea en la dirección opuesta cuando se le aplica un campo externo opuesto.

La conductividad en semiconductores es:

1. propio;

2. impureza.

El primer tipo es inherente a estructuras en las que aparecen portadores de carga en el proceso de ionización de átomos a partir de su sustancia: huecos y electrones. Su concentración es mutuamente equilibrada.

El segundo tipo de semiconductor se crea incorporando cristales con conductividad de impurezas. Tienen átomos de un elemento trivalente o pentavalente.

Los semiconductores conductores son:

• electrónico tipo n «negativo»;

• agujero tipo p «positivo».

Voltio-amperios característicos de ordinario diodo semiconductor se muestra en el gráfico.

Varios dispositivos electrónicos y dispositivos funcionan sobre la base de semiconductores.

superconductores

A temperaturas muy bajas, las sustancias de ciertas categorías de metales y aleaciones pasan a un estado llamado superconductividad. Para estas sustancias, la resistencia eléctrica a la corriente disminuye casi a cero.

La transición ocurre debido a un cambio en las propiedades térmicas.Con respecto a la absorción o liberación de calor durante la transición al estado superconductor en ausencia de un campo magnético, los superconductores se dividen en 2 tipos: No. 1 y No. 2.

El fenómeno de la superconductividad de los cables ocurre debido a la formación de pares de Cooper cuando se crea un estado ligado para dos electrones vecinos. El par creado tiene una carga de doble electrón.

La distribución de electrones en un metal en estado superconductor se muestra en el gráfico.

La inducción magnética de los superconductores depende de la fuerza del campo electromagnético, y el valor de este último se ve afectado por la temperatura de la sustancia.

Las propiedades superconductoras de los cables están limitadas por los valores críticos del campo magnético y la temperatura límite para ellos.

Por lo tanto, los conductores de corriente eléctrica pueden estar hechos de sustancias completamente diferentes y tener características diferentes entre sí. Siempre están influenciados por las condiciones ambientales. Por este motivo, los límites de las características de los hilos están siempre determinados por las normas técnicas.