Как обозначается проводник в физике

Проводимость тока материалами

Для того, чтобы говорить об электропроводности, нужно вспомнить о природе электрического тока как такового. Так, при помещении какого-либо вещества внутрь электрического поля происходит передвижение зарядов. Данное движение провоцирует действие как раз электрического поля. Именно поток электронов и есть электроток. Сила тока, как известно нам из школьных уроков по физике, измеряется в Амперах и обозначается латинской буквой I. 1 А представляет собой электроток, при котором за время равное одной секунде проходит заряд в 1 Кулон.

• постоянный ток, который не изменяется в отношении показателя и траектории движения в любой момент времени;
• переменный ток, который изменяет свой показатель и траекторию во времени (производится генераторами и трансформаторами);
• пульсирующий ток претерпевает изменения в величине, но при этом не изменяет своего направления.

Показатель электропроводности напрямую связан с содержанием в материале свободно движущихся зарядов, которые не имеют связи с кристаллической сеткой, молекулами или атомами.

Таким образом, по степени проводимости тока материалы делятся на следующие типы:

• проводники;
• диэлектрики;
• полупроводники.

Высокая способность к электропроводности трактуется в электронной теории. Так, электроны курсируют среди атомов по всему проводнику из-за их слабой валентной связи с ядрами. То есть, свободно движущиеся заряженные частицы внутри металла закрывают собой пустоты среди атомов и характеризуются хаотичностью передвижения. Если же в электрическое поле будет помещен проводник из металла, электроны примут порядок в своем передвижении, перейдя к полюсу с положительным зарядом. Именно за счет этого и создается электрический ток. Скорость распространения электрического поля в пространстве аналогична скорости света. Именно с данной скоростью электроток движется внутри проводника. Стоит отметить, что это не скорость движения непосредственно электронов (их скорость совсем мала и равняется максимум нескольким мм/сек), а скорость распространения электроэнергии по всему веществу.

При свободном передвижении зарядов внутри проводника они встречают на своем пути различные микрочастицы, с которыми происходит столкновение и некоторая энергия отдается им. Проводники, как известно, испытывают нагрев. Это происходит как раз из-за того, что преодолевая сопротивление, энергия электронов распространяется в качестве теплового выделения.

Такие «аварии» зарядов создают препятствие передвижению электронов, что именуется в физике сопротивлением. Небольшое сопротивление несильно нагревает проводник, а при высоком достигаются большие температуры. Последнее явление используется в нагревательных устройствах, а также в традиционных лампах накаливания. Измерение сопротивления происходит в Омах. Обозначается латинской буквой R.

Электропроводность – явление, которое отображает способность металла или электролита проводить электроток. Данная величина обратная величине электрического сопротивления.
Измеряется электропроводность Сименсами (См), а обозначается буквой G.

Поскольку атомы создают препятствие прохождению тока, показатель сопротивления у веществ различный. Для обозначения было введено понятие удельного сопротивления (Ом-м), которое как раз дает информацию о способностях проводимости веществ.

Современные проводящие материалы имеют форму тонких ленточек, проволок с конкретной величиной площади поперечного сечения и определенной длиной. Удельная электропроводность и удельное сопротивление измеряется в следующих единицах: См-м/мм.кв и Ом-мм.кв/м соответственно.

Таким образом,удельное электрической сопротивление и удельная электропроводность являются характеристиками проводящей способности того или иного материала, площадь сечения которого равняется 1 мм.кв., а длина 1 м. Температура для характеристики – 20 градусов по Цельсию.

Хорошими проводниками электрического тока среди металлов являются драгоценные металлы, а именно золото и серебро, а также медь, хром и алюминий. Стальные и железные проводники имеют более слабые характеристики. Стоит отметить, что металлы в чистом виде отличаются более лучшими электропроводными свойствами по сравнению со сплавами металлов. Для высокого сопротивления, если это необходимо, применяют вольфрамовые, нихромовые и константные проводники.

Имея знания о показателях удельного сопротивления или удельной проводимости очень просто вычислить сопротивление и электропроводность определенного проводника. При этом в расчетах должна использоваться длина и площадь поперечного сечения конкретного проводника.

Важно знать, что показатель электропроводности, а также сопротивление любого материала напрямую зависит от температурного режима. Это объясняется тем, что при изменении в температуре происходят и изменения в частоте и амплитуде колебаний атомов. Таким образом, при росте температуры параллельно возрастет и сопротивление потоку движущихся зарядов. А при снижении температуры, соответственно, снижается сопротивление, а электропроводность возрастает.

В некоторых материалах зависимость температуры от сопротивления выражена очень ярко, в некоторых более слабо.

Статьи по теме:

• Что такое проводник и диэлектрик?
• Какими явлениями сопровождается электрический ток?
• Электрический ток и его скорость

Как обозначается индукция магнитного поля в физике? Формула и теория

Магнитное поле относится к силовым физическим величинам – воздействует на проводник, пропускающий электрический ток. Зависит от активной длины проводника, силы Ампера и протекающего тока. Ознакомимся подробнее с понятием магнитная индукция, формулой для её вычисления, причинами появления, практическим использованием.

Теория

• по наличию силы Ампера, оказывающей воздействие на прямой проводник, пропускающий электрический ток;
• пиковым вращающим моментом, действующим на закрытый контур с магнитным моментом.

Исследуя магнитные поля посредством проводящего электричество проводника, модуль их индукции вычисляется как отношение пикового значения силы Ампера FA, оказывающей воздействие на проводник к произведению силы проходящего по нему тока, умноженную на активную длину проводящего ток провода. Магнитное поле относится к однородным, если в его точках вектор B одинаков по модулю и направлению.

Направление индукции определяется по следующему алгоритму:

1. Прямолинейный проводник ориентируется в поле так, чтобы действовала как можно большая сила FA.
2. Левая рука с раскрытой ладонью помещается у проводника.
3. Четыре пальца указывают на направление протекания тока.
4. Большой палец отгибается на 90°, указывает направление F_A.
5. Вектор индукции направлен в раскрытую ладонь под углом 90°.

Алгоритм называется правилом левой руки.

Вектор индукции для соленоида входит в катушку со стороны, где ток двигается по ходу часовой стрелки.

Силовые линии обнаруживаются и при помощи металлических опилок.

Изменяя параметры поля и соленоида, формируют интересные узоры.

Магнитная индукция: формула, единица измерения

В физике индукция магнитного поля обозначается буквой B. Вычисляется по формуле:

• F – максимальная сила Ампера;
• I – значение тока;
• l – длина проводника.

Единица измерения B: Н / (А*м) = 1 Тл – Тесла. Названа в честь югославского физика и изобретателя Никола Тесла.

Исследуя магнитную составляющую проводника при помощи замкнутого контура, направление вектора B принимают за направление, расположенное под 90° к плоскости, где установлен вращающийся контур.

По модулю B также равняется отношению пикового момента сил M, оказывающего воздействие на контур с током, к величине тока, протекающего по рамке, и её площади:

Единица измерения совпадает с описанной ранее: Н*м /А*м 2 = Н / А* м = 1 Тл.

Задача

Вычислить индукцию куска провода длиной 10 см, расположенного в магнитном поле 50 мН, если по нему протекает ток 5 А.

B = F / Il. Всё известно, подставляем значения в формулу.

B = 0,05 / (5*0,1) = 0,2 Тл.

Ответ: индукция равняется 0,02 Тл.

Что такое проводник в физике и как он работает?

В увлекательном мире физики мы сталкиваемся с множеством концепций и терминов, которые могут озадачить тех, кто с ними не знаком. Одной из таких концепций является концепция водителей. Вы когда-нибудь задумывались, что такое драйвер и как он работает? В этой статье мы подробно исследуем увлекательный мир проводников в физике и узнаем, какую фундаментальную роль они играют в передаче электрического тока. Присоединяйтесь к нам в этом увлекательном путешествии по загадкам электропроводности.

Что такое драйвер и как он работает?

Что такое проводник в физике и как он работает?

В физике под проводником понимают материал, который пропускает через себя электрический заряд. Проводники необходимы в работе электрических и электронных цепей, поскольку они позволяют передавать электрический ток из одной точки в другую.

Как работает драйвер?

Чтобы понять, как работает проводник, необходимо понять поведение электронов в его атомной структуре. В атоме электроны вращаются вокруг ядра на разных энергетических уровнях. В проводниках электроны внешней оболочки слабо притягиваются к ядру, что позволяет им свободно перемещаться.

Когда к проводнику прикладывается разность потенциалов, то есть устанавливается электрическое напряжение, свободные электроны движутся в область более низкого потенциала. Это движение электронов создает электрический ток. Важно отметить, что электроны не движутся с постоянной скоростью, а движутся во всех направлениях из-за теплового перемешивания.

Проводимость и удельное сопротивление

Способность материала проводить электричество называется проводимостью. Материалы с высокой проводимостью позволяют электронам легко перемещаться, а материалы с низкой проводимостью затрудняют движение электронов.

С другой стороны, удельное сопротивление — это свойство, которое измеряет трудность потока электронов в материале. Он обозначается греческой буквой ро (ρ) и выражается в омах на метр (Ом/м). Материалы с низким удельным сопротивлением являются хорошими проводниками, а материалы с высоким удельным сопротивлением — плохими проводниками.

Общие драйверы

Существуют различные материалы, известные своей способностью проводить электричество. Некоторые из наиболее распространенных драйверов:

– Медь: Медь является одним из лучших электрических проводников благодаря своей высокой проводимости и низкому удельному сопротивлению. Он широко используется в электротехнической и электронной промышленности.
– Алюминий: алюминий – еще один материал, обычно используемый в качестве проводника. Хотя он имеет несколько меньшую проводимость, чем медь, его более низкая стоимость делает его привлекательным для многих применений.

Какие функции есть у драйверов?

Что такое проводник в физике и как он работает?

В физике под проводником понимают материал, который позволяет электрическому току течь через него. Проводники необходимы в электрических и электронных системах, поскольку они отвечают за транспортировку электричества от источника энергии к компонентам или устройствам, которые его используют.

Проводники состоят из атомов со свободными электронами в своей структуре. Эти электроны могут легко перемещаться через материал, позволяя течь электрическому току. Напротив, в изоляционных материалах электроны прочно связаны с атомами и не позволяют току течь так легко.

Функции драйвера:

1. Транспорт электрического тока: Основная функция проводника – пропускать через себя электрический ток. Свободные электроны в проводнике движутся под действием электрического поля, создавая тем самым ток.

Вы заинтересованы в: Точное расположение Университета дель Росарио.

2. Соединение компонентов: Проводники используются для соединения различных компонентов электрической или электронной системы. Например, медные провода используются для подключения электропитания к электроприборам.

3. Распределение энергии: Проводники также используются для распределения электрической энергии от источника питания к различным точкам использования. Например, высоковольтные кабели передачи используются для передачи электроэнергии от электростанций к домам и предприятиям.

4. Передача сигнала: Помимо проведения электрического тока, проводники также используются для передачи сигналов. Например, сетевые кабели используются для передачи данных в компьютерных сетях.

5. Рассеивание тепла: Некоторые проводники, например радиаторы, используются для передачи тепла, выделяемого электронными компонентами, и обеспечения их правильного функционирования.

Что такое проводник в электромагнетизме?

Что такое проводник в физике и как он работает?

Проводник в физике — это материал, который пропускает через себя электрический ток. Способность проводить электрический ток обусловлена ​​свойством электронов в материале свободно перемещаться. Проводники в основном состоят из металлов, таких как медь и алюминий, из-за их высокой электропроводности.

Как работает драйвер?

Чтобы понять, как работает проводник, важно учитывать атомную структуру материалов. В атоме электроны вращаются вокруг ядра по разным орбиталям. В металлах валентные электроны, находящиеся во внешней оболочке атома, слабо притягиваются к ядру и могут легко перемещаться между соседними атомами.

Когда к проводнику прикладывается разность потенциалов (напряжение), свободные электроны движутся к положительной стороне напряжения. Это создает поток электрического тока вдоль проводника. Важно отметить, что электроны не движутся прямолинейно вдоль проводника, а испытывают столкновения с атомами материала. Однако эти столкновения не препятствуют протеканию тока, поскольку электроны могут свободно перемещаться в проводнике.

Свойства драйвера

Проводники обладают несколькими важными свойствами в физике и электронике. Некоторые из этих свойств включают в себя:

1. Проводимость. Проводники обладают высокой электропроводностью, что означает, что они позволяют легко пропускать электрический ток.

2. Сопротивление. Хотя проводники обладают высокой проводимостью, они также обладают определенным электрическим сопротивлением. Сопротивление возникает из-за столкновений электронов с атомами материала. Чем ниже сопротивление, тем лучше водительские способности.

3. Эффект Джоуля: когда электрический ток проходит через проводник, энергия рассеивается в виде тепла из-за сопротивления материала. Это явление известно как эффект Джоуля, и его важно учитывать при проектировании электрических систем во избежание перегрева.

4. Грузоподъемность. Проводники способны пропускать определенное количество электрического тока без повреждений.

Вот как дирижеры в физике творят чудеса! Они подобны героям мира электричества, переносящим ток из одного места в другое, не вспотев. Теперь, когда вы знаете, что это такое и как они работают, вам больше никогда не придется задаваться вопросом, как электричество проходит по этим загадочным проводам. Продолжайте гонять энергию, супергерои физики!

Электрическое сопротивление проводников

Любое тело, по которому протекает электрический ток, оказывает ему определенное сопротивление. Свойство материала проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением.

Электронная теория так объясняет сущность электрического сопротивления металлических проводников. Свободные электроны при движении по проводнику бесчисленное количество раз встречают на своем пути атомы и другие электроны и, взаимодействуя с ними, неизбежно теряют часть своей энергии.

Движущиеся электроны (от положительного полюса источника к отрицательному) ударяются о колеблющиеся ионы кристаллической решетки в проводнике и замедляют их движение

Электроны испытывают как бы сопротивление своему движению. Различные металлические проводники, имеющие различное атомное строение, оказывают различное сопротивление электрическому току.

Точно тем же объясняется сопротивление жидких проводников и газов прохождению электрического тока. Однако не следует забывать, что в этих веществах не электроны, а заряженные частицы молекул встречают сопротивление при своем движении.

Омметр — прибор для измерения электрического сопротивления

Сопротивление обозначается латинскими буквами R или r .

За единицу электрического сопротивления принят ом в честь Георга Симона Ома (1784–1854), немецкого физика, изучавшего взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.

Ом есть сопротивление столба ртути высотой 106,3 см с поперечным сечением 1 мм 2 при температуре 0° С.

Если, например, электрическое сопротивление проводника составляет 4 ом, то записывается это так: R = 4 ом или r = 4 ом.

Для измерения сопротивлений большой величины принята единица, называемая мегомом.

Один мегом равен одному миллиону ом.

Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем легче электрическому току пройти через этот проводник.

Следовательно, для характеристики проводника (с точки зрения прохождения через него электрического тока) можно рассматривать не только его сопротивление, но и величину, обратную сопротивлению.

Обратной величиной электрического сопротивления является физическая величина, называемая электропроводностью.

Медные токоведущие шины в распределительном устройстве

Электрической проводимостью (электропроводностью) называется способность материала пропускать через себя электрический ток.

Так как проводимость есть величина, обратная сопротивлению, то и выражается она как 1/ R , обозначается проводимость латинской буквой g.

Единицей электрической проводимости является сименс. Она была так названа в честь немецкого ученого Вернера Сименса (1816 — 1892).

Слово сопротивление также относится к пассивному электрическому компоненту, правильное название которого — резистор, характеризующийся одним свойством — электрическим сопротивлением.

Причина включения резистора в электрическую цепь обычно состоит в том, чтобы уменьшить величину электрического тока или получить определенное падение напряжения. Резистор часто неправильно называют сопротивлением и это может привести к двусмысленности . Величину сопротивления резисторов обозначают либо написанием числа на резисторе, либо, что чаще, цветными полосками.

Резисторы для электронных схем

Влияние материала проводника, его размеров и окружающей температуры на величину электрического сопротивления.

Величина электрического сопротивления определяется материалом, формой и температурой проводника. Величина сопротивления зависит от длины проводника (прямопропорционально), от содержания в поперечном сечении проводника (обратно пропорционально), от материала проводника (удельное электрическое сопротивление) и от температуры.

Так как сопротивление различных проводников зависит от материала, из которого они изготовлены, то для характеристики электрического сопротивления различных материалов введено понятие так называемого удельного сопротивления.

Удельным сопротивлением называется сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 . Удельное сопротивление обозначается буквой греческого алфавита р. Каждый материал, из которого изготовляется проводник, обладает своим удельным сопротивлением.

Например, удельное сопротивление меди равно 0,017, т. е. медный проводник длиной 1 м и сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,017 ом. Удельное сопротивление алюминия равно 0,03, удельное сопротивление железа — 0,12, удельное сопротивление константана — 0,48, удельное сопротивление нихрома — 1-1,1.

Вещества, обладающие высоким удельным сопротивлением, являются изоляторами. Наиболее совершенным изолятором является янтарь, а также в качестве изоляторов применяют ПВХ, слюду, стекло, фарфор и т. д.

Хорошие проводники, такие как серебро, медь и алюминий, имеют самое низкое удельное сопротивление

Электрический провод с медной жилой

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, т. е. чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление.

Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, т. е. чем толще проводник, тем его сопротивление меньше, и, наоборот, чем тоньше проводник, тем его сопротивление больше.

Чтобы лучше понять эту зависимость, представьте себе две пары сообщающихся сосудов, причем у одной пары сосудов соединяющая трубка тонкая, а у другой — толстая. Ясно, что при заполнении водой одного из сосудов (каждой пары) переход ее в другой сосуд по толстой трубке произойдет гораздо быстрее, чем по тонкой, т. е. толстая трубка окажет меньшее сопротивление течению воды. Точно так же и электрическому току легче пройти по толстому проводнику, чем по тонкому, т. е. первый оказывает ему меньшее сопротивление, чем второй.

Электрическое сопротивление проводника равно удельному сопротивлению материала, из которого этот проводник сделан, умноженному на длину проводника и деленному на площадь поперечного сечения проводника :

где — R — сопротивление проводника, ом, l — длина в проводника в м, S — площадь поперечного сечения проводника, мм 2 .

Площадь поперечного сечения круглого проводника вычисляется по формуле:

S = ( Пи х d 2 )/ 4

где Пи — постоянная величина, равная 3,14; d — диаметр проводника.

А так определяется длина проводника:

Эта формула дает возможность определить длину проводника, его сечение и удельное сопротивление, если известны остальные величины, входящие в формулу.

Если же необходимо определить площадь поперечного сечения проводника, то формулу приводят к следующему виду:

Преобразуя ту же формулу и решив равенство относительно р, найдем удельное сопротивление проводника:

Последней формулой приходится пользоваться в тех случаях, когда известны сопротивление и размеры проводника, а его материал неизвестен и к тому же трудно определим по внешнему виду. Для этого надо определить удельное сопротивление проводника и, пользуясь таблицей, найти материал, обладающий таким удельным сопротивлением.

Поперечный разрез силового кабеля на 400 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена и медной жилой. Сечение кабеля — 1600 мм 2 . Такой кабель используется в воздушно-кабельной линии электропередачи 380 кВ в Берлине. Линия протяженностью 34 км построена в 2000-м году.

Это нужно запомнить:

1. Если к одному и тому же источнику электрического напряжения последовательно подключить проводники из разных материалов, но одинаковой длины и одинакового сечения, то мы будем измерять амперметром, что по каждому проводнику протекает электрический ток разной величины. Каждый материал оказывает различное сопротивление прохождению тока.

2. Если мы используем для измерения проводники из одного и того же материала, которые будут иметь одинаковый диаметр, но всегда разную длину, то амперметр будет определять разный проходящий ток для каждой длины проводника. Наибольший ток будет течь по самому короткому проводу.

3. Если мы используем для измерения проводники из одного материала одинаковой длины, но разного сечения, то мы будем измерять разные значения тока для каждого проводника с разным сечением. Наибольший ток будет течь по проводу с наибольшим сечением.

Медные клеммные колодки для соединения жил проводов и кабелей в электрощитах

Еще одной причиной, влияющей на сопротивление проводников, является температура .

Сопротивление проводников и полупроводников зависит от температуры. Сопротивление проводников увеличивается с повышением температуры (положительный температурный коэффициент электрического сопротивления), а сопротивление полупроводников, углерода и некоторых специальных сплавов металлов с повышением температуры уменьшается (отрицательный температурный коэффициент электрического сопротивления). Электрическое сопротивление всегда имеет положительное значение. Хорошие проводники имеют малое сопротивление, плохие — высокое.

Различные проводники имеют разное сопротивление. Соединительные провода в электрической цепи имеют низкое сопротивление, чтобы как можно меньше уменьшить ток, проходящий через цепь. С другой стороны, резистивные проводники, используемые в нагревательных кабелях и электрических нагревательных приборах и резистивные нити накаливания лампочек имеют относительно высокое сопротивление, которые значительно нагреваются из-за своего высокого сопротивления при достаточном напряжении.

Нагревательный элемент для электрической плиты

Установлено, что с повышением температуры сопротивление металлических проводников возрастает, а с понижением уменьшается. Это увеличение или уменьшение сопротивления для проводников из чистых металлов почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1° C . Сопротивление жидких проводников и угля с увеличением температуры уменьшается.

Электронная теория строения вещества дает следующее объяснение увеличению сопротивления металлических проводников с повышением температуры.

При нагревании проводник получает тепловую энергию, которая неизбежно передается всем атомам вещества, в результате чего возрастает интенсивность их движения. Возросшее движение атомов создает большее сопротивление направленному движению свободных электронов, отчего и возрастает сопротивление проводника.

С понижением же температуры создаются лучшие условия для направленного движения электронов, и сопротивление проводника уменьшается. Этим объясняется интересное явление — сверхпроводимость металлов .

Сверхпроводимость , т. е. уменьшение сопротивления металлов до нуля, наступает при огромной отрицательной температуре — 273° C , называемой абсолютным нулем. При температуре абсолютного нуля атомы металла как бы застывают на месте, совершенно не препятствуя движению электронов.

Новый сверхпроводящий материал, который был открыт в 2021 году, зажатый между алмазами, может проводить электричество без электрического сопротивления при комнатной температуре

При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, колебательное движение молекул настолько мало, что свободные электроны движутся в них без всякого сопротивления. Ток, введенный в такой сильно охлаждаемый проводник, протекает непрерывно и без малейших потерь.

Постепенно охлаждая образцы платины и золота, голландский физик и химик Хейке Камерлинг-Оннес (1853 — 1926) обнаружил, что их электрическое сопротивление уменьшается. Когда он проделал свой опыт с ртутью, то при температуре около 4,27 К ее сопротивление стало резко падать, а при температуре около 4,22 К полностью исчезло. В последующие годы он открыл сверхпроводимость и в других металлах.

В 2015 году физик Института химии им. Макса Планка Михаил Еремец и его команда сжали водород и серу для достижения сверхпроводимости при -70°C. Спустя несколько лет две исследовательские группы экспериментировали с соединениями лантана и водорода при высоком давлении. Эксперименты показали, что сверхпроводимость возможна при более высоких температурах, таких как -23°C и -13°C, но некоторые эксперименты были успешными и при 7°C.

Что еще почитать:

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика