Узнаем о важности проводника в передаче электроэнергии.
Поток электронов через проводник создает электрический ток. По определению, два существенных фактора способствуют электрическому току. Во-первых, вам понадобится поток электронов, который определяется разностью потенциалов. Следующим является проводник - материал, который позволяет электронам течь.
Но зачем электричеству нужен проводник, чтобы преодолевать расстояния? Почему он просто не проходит через какой-либо материал? Давайте рассмотрим!
Как электричество течет через проводник?
Чтобы понять потребность в проводнике, мы должны сначала понять, как электроны движутся через проводник и как они ведут себя в изоляторе. В проводнике слабые электростатические силы могут раскачивать электроны во внешней оболочке, также называемой орбитой. Это означает, что ядро атома недостаточно сильное, чтобы удерживать все электроны внутри атома.
Когда мы прикладываем электрический потенциал или ЭДС (электродвижущая сила) на концах проводника, плохо удерживаемые электроны освобождаются от атомов и начинают двигаться внутри проводника. Этот поток электронов создает электрический ток, который переносит электрическую энергию от источника ЭДС. Если мы возьмем к примеру медь, каждый её атом имеет 29 электронов. Первая оболочка или самая внутренняя оболочка атома меди имеет 2 электрона. Вторая оболочка имеет 8 электронов, что является максимумом, который она может вместить. Третья оболочка имеет 18 электронов, а внешняя оболочка имеет только 1 электрон. Такое расположение делает электрон во внешней оболочке очень подвижным и чувствительным к электрическим полям. Это также причина, почему медь является отличным проводником электричества.
Что делает изолятор?
Изолятор является противоположностью проводника, где материал не имеет много свободных электронов для перемещения между ними. Это происходит, когда электроны в атоме плотно удерживаются ядром, что делает их очень устойчивыми к воздействию ЭДС. Итак, проводимость в первую очередь зависит от атома и его характеристик.
Чем резистор отличается от изолятора?
Резисторы находят широкое применение в электрических цепях для контроля тока. Но если проводники обеспечивают поток электричества, а изоляторы блокируют его, то каково назначение резисторов? Резисторы уменьшают электрический ток, проходящий через цепь, ограничивая протекание тока. В отличие от изолятора, резистор не блокирует протекание электрического тока. Он просто ограничивает поток электрического тока до определенной степени. И вы можете точно настроить уровень сопротивления резистора, так как существуют разные уровни для резисторов.
Что делает металлы хорошими проводниками электричества?
Как мы уже говорили выше, поток электричества возможен, только если в материале движутся электроны. Внешняя оболочка атома является одним из лучших способов определения проводимости материала. Металлы имеют неполную внешнюю оболочку. Это означает, что внешняя оболочка атома металла имеет меньше электронов, чем может полностью вместить. Таким образом, эти электроны могут свободно перемещаться в металле, просто применяя достаточную электродвижущую силу. Такие материалы, как резина, имеют плотную внешнюю оболочку в своих атомах. Таким образом, даже если вы примените достаточно большую ЭДС к материалу, это не позволит атомам течь. Это причина, почему мы используем производные резины или пластика для изоляции медных проводов. В общем, материалы, которые имеют полную внешнюю орбиту или оболочку, являются хорошими изоляторами. И материалы с менее чем четырьмя внешними электронами являются отличными проводниками. Металлы имеют менее 4 электронов на своих внешних орбитах.
Как текут электроны в проводнике?
Когда мы используем термин «поток» к электронам, это иногда приводит к неправильной интерпретации того, что электроны с одной стороны проводника будут перетекать на другую, тогда как сам проводник действует как магистраль. Однако это не так электроны движутся внутри проводника. Электрон, выпущенный из одного атома, переместится во внешнюю оболочку соседнего атома. Это движение создает нестабильность внутри атома, что приводит к непропорциональному количеству электронов и протонов. Следовательно, атом из внешней оболочки переходит на другой соседний атом. И этот процесс продолжает повторяться. Следовательно, электрон с одной стороны проводника не переходит напрямую на другую сторону. Вместо этого он перемещается к другому атому и заставляет внешнюю оболочку электрона этого атома перемещаться к следующему.
Происходит ли поток электронов в проводниках без ЭДС?
Да, даже без ЭДС валентные электроны в проводнике находятся в постоянном движении от одного атома к другому. Однако направление электронов находится в случайном порядке. Таким образом, общий заряд проводника нейтрализуется, следовательно, равен нулю.
Какие электрические проводники самые лучшие?
Мы используем медь в большинстве электрических применений. Тем не менее, лучший электрический проводник - серебро. Серебро имеет в общей сложности 47 электронов с одним валентным электроном во внешней оболочке. Высокая энергия этого электрона делает его уязвимым для движения даже от очень маленькой ЭДС. Эта характеристика серебра делает его отличным проводником. Однако из-за высокой цены использование серебра в электротехнике ограничено.
Медь является вторым наиболее электропроводящим металлом с 29 электронами и одним валентным электроном во внешней оболочке. Медь имеет 8.5x1028 свободных электронов на кубический метр при комнатной температуре. Золото является третьим наиболее эффективным проводником. Он имеет 79 электронов с одним валентным электроном во внешней оболочке. Организм человека также является хорошим проводником электричества из-за присутствующих в нем ионов (калия, натрия, железа и т. д.). Эти ионы свободно перемещаются через жидкости организма и делают наши тела восприимчивыми к электрическим зарядам.
Электричество, несомненно, является захватывающим и интригующим явлением. Однако без проводников было бы невозможно использовать эту энергию так, как мы делаем это сегодня. Проводники - мосты для электричества, и они работают, чтобы наши устройства были включены и готовы к использованию.
