Condutores de corrente elétrica

Toda pessoa que usa constantemente aparelhos elétricos se depara com:

1. fios que conduzem corrente elétrica;

2. dielétricos com propriedades isolantes;

3. semicondutores que combinam as características dos dois primeiros tipos de substâncias e as alteram dependendo do sinal de controle aplicado.

Uma característica distintiva de cada um desses grupos é a propriedade da condutividade elétrica.

o que é um condutor

Os condutores incluem aquelas substâncias que possuem em sua estrutura um grande número de cargas elétricas livres e não conectadas que podem começar a se mover sob a influência de uma força externa aplicada. Podem ser sólidos, líquidos ou gasosos.

Se você pegar dois fios com uma diferença de potencial entre eles e conectar um fio de metal dentro deles, uma corrente elétrica fluirá através dele. Seus portadores serão elétrons livres que não são retidos pelas ligações dos átomos. eles caracterizam condutividade elétrica ou a capacidade de qualquer substância de passar cargas elétricas através de si mesma — corrente.

O valor da condutividade elétrica é inversamente proporcional à resistência da substância e é medido com a unidade correspondente: siemens (cm).

1 cm = 1/1 ohm.

Na natureza, os portadores de carga podem ser:

• elétrons;

• íons;

• buracos.

De acordo com este princípio, a condutividade elétrica é dividida em:

• eletrônico;

• iônico;

• um buraco.

A qualidade do fio permite estimar a dependência da corrente que flui nele do valor da tensão aplicada. Costuma-se chamá-lo designando as unidades de medida dessas grandezas elétricas — a característica volt-ampère.

Fios condutores

Os representantes mais comuns desse tipo são os metais. Sua corrente elétrica é criada exclusivamente pelo movimento do fluxo de elétrons.

Dentro dos metais, eles existem em dois estados:

• associado a forças atômicas de coesão;

• Grátis.

Os elétrons mantidos em órbita pelas forças atrativas do núcleo de um átomo, via de regra, não participam da criação de uma corrente elétrica sob a ação de forças eletromotrizes externas. Partículas livres se comportam de maneira diferente.

Se nenhum EMF for aplicado ao fio de metal, os elétrons livres se moverão aleatoriamente, aleatoriamente, em qualquer direção. Este movimento é devido à energia térmica. É caracterizada por diferentes velocidades e direções de movimento de cada partícula em um determinado momento.

Quando a energia de um campo externo de intensidade E é aplicada ao condutor, uma força oposta ao campo aplicado atua sobre todos os elétrons juntos e individualmente. Ele cria um movimento estritamente orientado de elétrons, ou seja, uma corrente elétrica.

A característica corrente-tensão dos metais é uma linha reta que se ajusta à operação da lei de Ohm para uma seção e um circuito completo.

Além dos metais puros, outras substâncias também possuem condutividade eletrônica. Eles incluem:

• ligas;

• algumas modificações de carbono (grafite, carvão).

Todas as substâncias acima, incluindo metais, são classificadas como condutores do primeiro tipo. Sua condutividade elétrica não está de forma alguma relacionada à transferência de massa de uma substância devido à passagem de uma corrente elétrica, mas é causada apenas pelo movimento de elétrons.

Se metais e ligas forem colocados em um ambiente com temperaturas extremamente baixas, eles passam para um estado de supercondutividade.

condutores de íons

Esta classe inclui substâncias nas quais uma corrente elétrica é criada devido ao movimento de íons carregados. Eles são classificados como condutores do tipo II. Isto:

• soluções de bases, sais ácidos;

• fusão de vários compostos iônicos;

• diversos gases e vapores.

Corrente elétrica em um líquido

Líquidos eletricamente condutores nos quais eletrólise — a transferência de uma substância junto com as cargas e sua deposição nos eletrodos são geralmente chamadas de eletrólitos, e o próprio processo é chamado de eletrólise.

Ocorre sob a ação de um campo de energia externo devido à aplicação de um potencial positivo no eletrodo do ânodo e um potencial negativo no cátodo.

Os íons no interior dos líquidos são formados devido ao fenômeno de dissociação de eletrólitos, que consiste na separação de algumas moléculas de uma substância que possuem propriedades neutras. Um exemplo é o cloreto de cobre, que se decompõe em solução aquosa em seus componentes íons de cobre (cátions) e cloro (ânions).

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

Sob a ação da tensão aplicada ao eletrólito, os cátions começam a se mover estritamente para o cátodo e os ânions para o ânodo. Desta forma, obtém-se cobre quimicamente puro, sem impurezas, que se deposita no cátodo.

Além dos líquidos, também existem eletrólitos sólidos na natureza. São chamados de condutores superiônicos (super-íons), que possuem estrutura cristalina e natureza iônica de ligações químicas, o que causa alta condutividade elétrica devido ao movimento de íons do mesmo tipo.

A característica corrente-tensão dos eletrólitos é mostrada no gráfico.

Corrente elétrica em gases

Em condições normais, o meio gasoso tem propriedades isolantes e não conduz corrente. Mas sob a influência de vários fatores perturbadores, as características dielétricas podem diminuir drasticamente e provocar a passagem da ionização do meio.

Surge do bombardeio de átomos neutros por elétrons em movimento. Como resultado, um ou mais elétrons ligados são eliminados do átomo e o átomo adquire uma carga positiva, tornando-se um íon. Ao mesmo tempo, uma quantidade adicional de elétrons é formada dentro do gás, continuando o processo de ionização.

Desta forma, uma corrente elétrica é criada dentro do gás pelo movimento simultâneo de partículas positivas e negativas.

Uma dispensa sincera

Ao aquecer ou aumentar a força do campo eletromagnético aplicado dentro do gás, uma faísca aparece primeiro. De acordo com esse princípio, forma-se a iluminação natural, que consiste em canais, uma chama e uma tocha de exaustão.

Em condições de laboratório, uma faísca pode ser observada entre os eletrodos do eletroscópio.A implementação prática da descarga de faísca em velas de ignição de motores de combustão interna é conhecida por todos os adultos.

descarga de arco

A faísca é caracterizada pelo fato de que toda a energia do campo externo é imediatamente consumida por ela. Se a fonte de tensão for capaz de manter o fluxo de corrente através do gás, ocorre um arco.

Um exemplo de arco elétrico é a soldagem de metais de várias maneiras. Para seu fluxo, é utilizada a emissão de elétrons da superfície do cátodo.

ejeção coronal

Isso acontece em um ambiente de gás com campos eletromagnéticos de alta resistência e desiguais, que se manifesta em linhas aéreas de alta tensão com tensão de 330 kV e mais.

Ele flui entre o condutor e o plano próximo da linha de energia. Em uma descarga corona, a ionização ocorre pelo método de impacto de elétrons próximo a um dos eletrodos, que possui uma área de maior resistência.

Discarga brilhante

É utilizado no interior de gases em lâmpadas e tubos especiais de descarga de gás, estabilizadores de tensão, é formado pela diminuição da pressão no vão de exaustão.

Quando o processo de ionização em gases atinge um valor grande e um número igual de portadores de carga positiva e negativa é formado neles, esse estado é chamado de plasma. Uma descarga luminosa aparece em um ambiente de plasma.

A característica corrente-tensão do fluxo de correntes nos gases é mostrada na figura. É composto por seções:

1. dependente;

2. Auto-descarga.

A primeira é caracterizada pelo que acontece sob a influência de um ionizador externo e se apaga quando ele para de funcionar. Uma auto-ejeção continua a fluir sob todas as condições.

fios de furo

Eles incluem:

• germânio;

• selênio;

• silício;

• compostos de alguns metais com telúrio, enxofre, selênio e algumas substâncias orgânicas.

Eles são chamados de semicondutores e pertencem ao grupo nº 1, ou seja, não formam transferência de matéria durante o fluxo de cargas. Para aumentar a concentração de elétrons livres dentro deles, é necessário gastar energia adicional para separar os elétrons ligados. É chamada de energia de ionização.

Uma junção elétron-buraco opera em um semicondutor. Por causa disso, o semicondutor passa a corrente em uma direção e bloqueia na direção oposta quando um campo externo oposto é aplicado a ele.

A condutividade em semicondutores é:

1. próprio;

2. impureza.

O primeiro tipo é inerente a estruturas nas quais os portadores de carga aparecem no processo de ionização dos átomos de sua substância: buracos e elétrons. Sua concentração é mutuamente equilibrada.

O segundo tipo de semicondutor é criado pela incorporação de cristais com condutividade de impurezas. Possuem átomos de um elemento trivalente ou pentavalente.

Os semicondutores condutores são:

• tipo n eletrônico «negativo»;

• furo tipo p «positivo».

Volt-amperes característicos do comum diodo semicondutor mostrado no gráfico.

Vários dispositivos e dispositivos eletrônicos funcionam com base em semicondutores.

Supercondutores

Em temperaturas muito baixas, substâncias de certas categorias de metais e ligas passam para um estado chamado supercondutividade. Para essas substâncias, a resistência elétrica à corrente diminui quase a zero.

A transição ocorre devido a uma mudança nas propriedades térmicas.No que diz respeito à absorção ou liberação de calor durante a transição para o estado supercondutor na ausência de um campo magnético, os supercondutores são divididos em 2 tipos: nº 1 e nº 2.

O fenômeno da supercondutividade dos fios ocorre devido à formação de pares de Cooper quando um estado ligado é criado para dois elétrons vizinhos. O par criado tem uma carga dupla de elétrons.

A distribuição de elétrons em um metal em um estado supercondutor é mostrada no gráfico.

A indução magnética dos supercondutores depende da força do campo eletromagnético, e o valor deste último é afetado pela temperatura da substância.

As propriedades supercondutoras dos fios são limitadas pelos valores críticos do campo magnético limitante e da temperatura para eles.

Assim, os condutores de corrente elétrica podem ser feitos de substâncias completamente diferentes e ter características diferentes entre si. Eles são sempre influenciados pelas condições ambientais. Por esta razão, os limites das características dos fios são sempre determinados pelas normas técnicas.