В чем отличие понятий провод проводник идеальный проводник

Идеальный проводник

• Идеальный проводник — материал, который беспрепятственно проводит электрический ток при любой напряженности электростатического поля, однако обладает обычными магнитными свойствами (положительная или малая отрицательная магнитная восприимчивость).

В природе идеальные проводники не встречаются, однако это полезная модель для случаев, когда сопротивление какого-либо объекта пренебрежимо мало. Так, в электрических схемах провода, как правило, считаются идеальными проводниками; в так называемой идеальной магнитной гидродинамике среду считают идеальным проводником.

Связанные понятия

Магнитосопротивление (магниторезистивный эффект) — изменение электрического сопротивления материала в магнитном поле. Впервые эффект был обнаружен в 1856 Уильямом Томсоном. В общем случае можно говорить о любом изменении тока через образец при том же приложенном напряжении и изменении магнитного поля. Все вещества в той или иной мере обладают магнетосопротивлением. Для сверхпроводников, способных без сопротивления проводить электрический ток, существует критическое магнитное поле, которое разрушает.

Силовая линия, или интегральная кривая, — это кривая, касательная к которой в любой точке совпадает по направлению с вектором, являющимся элементом векторного поля в этой же точке. Применяется для визуализации векторных полей, которые сложно наглядно изобразить каким-либо другим образом. Иногда (не всегда) на этих кривых ставятся стрелочки, показывающие направление вектора вдоль кривой. Для обозначения векторов физического поля, образующих силовые линии, обычно используется термин «напряжённость.

Пинч (англ. pinch — сужение, сжатие) — эффект сжатия токового канала под действием магнитного поля, индуцированного самим током. Сильный ток, протекающий в плазме, твёрдом или жидком металле создаёт магнитное поле. Оно действует на заряженные частицы (электроны и/или ионы), что может сильно изменить распределение тока. При больших токах сила Ампера приводит к деформации проводящего канала, вплоть до разрушения. В природе наблюдается в молниях .

Источник

Проводник — это что? Чему равно сопротивление проводника

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:

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:

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.

Источник

Проводник (физика)

Из Википедии — свободной энциклопедии

Проводни́к — вещество, среда, материал, хорошо проводящие электрический ток [1] [2] .

В проводнике имеется большое число свободных носителей заряда, то есть заряженных частиц, которые могут свободно перемещаться внутри объёма проводника и под действием приложенного к проводнику электрического напряжения создают ток проводимости [3] . Благодаря большому числу свободных носителей заряда и их высокой подвижности значение удельной электропроводности проводников велико.

С точки зрения электродинамики проводник — среда с большим на рассматриваемой частоте значением тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ >> 1) [4] , в такой среде сила тока проводимости много больше силы тока смещения. При этом под идеальным проводником (сверхпроводником) понимают среду с бесконечно большим значением tgδ, прочие проводники называют реальными или проводниками с потерями.

Проводниками называют также части электрических цепей — соединительные провода [5] , металлические шины и др.

Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, полуметаллы, углерод (в виде угля и графита). Пример проводящих жидкостей при нормальных условиях — ртуть, электролиты, при высоких температурах — расплавы металлов. Пример проводящих газов — ионизированный газ (плазма). Некоторые вещества, при нормальных условиях являющиеся изоляторами, при внешних воздействиях могут переходить в проводящее состояние, а именно проводимость полупроводников может сильно варьироваться при изменении температуры, освещённости, легировании и т. п.

Микроскопическое описание проводников связано с электронной теорией металлов. Наиболее простая модель описания проводимости известна с начала прошлого века и была развита Друде.

• проводники первого рода — проводники с электронной проводимостью.
• проводники второго рода — проводники с ионной проводимостью (электролиты).

Источник

Что такое проводник и диэлектрик?

Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, из всего многообразия физических веществ в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока.

Что представляют собой проводники?

Проводник – это такой материал, особенностью которого является наличие в составе свободно передвигающихся заряженных частиц, которые распространены по всему веществу.

Проводящими электрический ток веществами являются расплавы металлов и сами металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.

Металл – это самый лучший проводник электрического тока. Также и среди неметаллов есть хорошие проводники, например, углерод.

Все, существующие в природе проводники электрического тока, характеризуются двумя свойствами:

• показатель сопротивления;
• показатель электропроводности.

Сопротивление возникает из-за того, что электроны при движении испытывают столкновение с атомами и ионами, которые являются своеобразным препятствием. Именно поэтому проводникам присвоена характеристика электрического сопротивления. Обратной сопротивлению величиной является электропроводность.

Электропроводность – это характеристика (способность) физического вещества проводить ток. Поэтому свойствами надежного проводника являются низкое сопротивление потоку движущихся электронов и, следовательно, высокая электропроводность. То есть, лучший проводник характеризуется большим показателем проводимости.

Например кабельная продукция: медный кабель обладает большей электропроводностью по сравнению с алюминиевым.

Что представляют собой диэлектрики?

Диэлектрики – это такие физические вещества, в которых при заниженных температурах отсутствуют электрические заряды. В состав таких веществ входят лишь атомы нейтрального заряда и молекулы. Заряды нейтрального атома имеют тесную связь друг с другом, поэтому лишены возможности свободного перемещения по всему веществу.

Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы.

Диэлектрические предметы – это изоляторы, свойства которых главным образом зависимы от состояния окружающей атмосферы. Например, при высокой влажности некоторые диэлектрические материалы частично лишаются своих свойств.

Проводники и диэлектрики широко используются в сфере электротехники для решения различных задач.

Например, вся кабельно-проводниковая продукция изготавливается из металлов, как правило, из меди или алюминия. Оболочка проводов и кабелей полимерная, также, как и вилках всех электрических приборов. Полимеры – отличные диэлектрики, которые не допускают пропуска заряженных частиц.

Серебряные, золотые и платиновые изделия – очень хорошие проводники. Но их отрицательная характеристика, которая ограничивает использование, состоит в очень высокой стоимости.

Поэтому применяются такие вещества в сферах, где качество гораздо важнее цены, которая за него уплачивается (оборонная промышленность и космос).

Медные и алюминиевые изделия также являются хорошими проводниками, при этом имеют не столь высокую стоимость. Следовательно, использование медных и алюминиевых проводов распространено повсеместно.

Вольфрамовые и молибденовые проводники имеют менее хорошие свойства, поэтому используются в основном в лампочках накаливания и нагревательных элементах высокой температуры. Плохая электропроводность может существенно нарушить работу электросхемы.

Диэлектрики также различаются между собой своими характеристиками и свойствами. Например, в некоторых диэлектрических материалах также присутствуют свободные электрически заряды, пусть и в небольшом количестве. Свободные заряды возникают из-за тепловых колебаний электронов, т.е. повышение температуры все-таки в некоторых случаях провоцирует отрыв электронов от ядра, что понижает изоляционные свойства материала. Некоторые изоляторы отличаются большим числом «оторванных» электронов, что говорит о плохих изоляционных свойствах.

Самый лучший диэлектрик – полный вакуум, которого очень трудно добиться на планете Земля.

Полностью очищенная вода также имеет высокие диэлектрические свойства, но таковой даже не существует в реальности. При этом стоит помнить, что присутствие каких-либо примесей в жидкости наделяет ее свойствами проводника.

Главный критерий качества любого диэлектрического материала – это степень соответствия возложенным на него функциям в конкретной электрической схеме. Например, если свойства диэлектрика таковы, что утечка тока совсем незначительная и не приносит никакого ущерба работе схемы, то диэлектрик является надежным.

Промежуточное место между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники. Главное отличие проводников заключается в зависимости степени электропроводности от температуры и количества примесей в составе. При том материалу свойственны характеристики и диэлектрика, и проводника.

С ростом температуры электропроводность полупроводников растет, а степень сопротивления при этом падает. При понижении температуры сопротивление стремится к бесконечности. То есть, при достижении нулевой температуры полупроводники начинают вести себя как изоляторы.

Полупроводниками являются кремний и германий.

Источник