Elektriskā vadītspēja ir viena no materiālu pamatīpašībām, un tai ir galvenā loma daudzos rūpnieciskos un zinātniskos lietojumos. Sākot ar enerģijas pārvadi elektriskajos kabeļos līdz augsnes un ūdens analīzei, šī jēdziena izpratne ir ļoti svarīga fizikas un inženierijas jomā.
Šajā rakstā mēs iedziļināsimies tajā, kas ir elektrovadītspēja, kādi faktori to ietekmē un kā tas atšķiras dažādos materiālos, piemēram, metāli, ūdens un augsne. Ja esat kādreiz domājis, kāpēc daži materiāli vada elektrību labāk nekā citi, jūs atradīsiet atbildes šeit.
Kas ir elektriskā vadītspēja?
La elektrovadītspēja Tā ir materiāla spēja ļaut caur to iziet elektrisko strāvu. Tas tiek mērīts siemens uz metru (S/m) un tā simbols ir grieķu burts sigma (σ).
Šī īpašība ir tieši saistīta ar materiāla atomu un molekulāro struktūru. In metāliPiemēram, elektroni var viegli pārvietoties, tādējādi ļaujot plūst elektrībai. No otras puses, izolatoriem ir elektroni, kas cieši saistīti ar to atomiem, kas novērš strāvas pāreju.
La vadītspēja ir pretestības apgrieztā vērtība. Tas ir, jo augstāka ir vadītspēja, jo zemāka ir materiāla pretestība elektroenerģijas plūsmai. Matemātiskā formula, kas saista šos jēdzienus, ir:
σ = J/E
Kur:
- σ ir elektriskā vadītspēja.
- J ir strāvas blīvums.
- E ir pielietotais elektriskais lauks.
Elektrovadītspēju ietekmējošie faktori
Ir vairāki faktori, kas var ietekmēt elektrovadītspēja no materiāla:
Temperatūra
La temperatūra būtiski ietekmē vadītspēju. In metāli, temperatūras paaugstināšanās izraisa lielāku atomu vibrāciju, kas kavē elektronu kustību un samazina vadītspēju. Gluži pretēji, šajā pusvadītājiPaaugstinoties temperatūrai, vairāk elektronu iegūst enerģiju un var vieglāk vadīt elektrību.
Piemaisījumi un ķīmiskais sastāvs
La piemaisījumu klātbūtne var mainīt vadītspēju. Piemēram, tīrs varš ir lielisks vadītājs, bet, ja to sajauc ar citiem elementiem, tā spēja pārvadīt elektrību samazinās.
Šķidros šķīdumos, vadītspēja būs atkarīgs no daudzuma izšķīdušie joni. Ūdens ar augstu sāls saturu būs daudz vadošāks nekā destilēts ūdens.
Materiāla struktūra
Materiāli ar a organizēta kristāla struktūra Viņiem parasti ir labākas vadītspējas īpašības. In metāli Tāpat kā varš un sudrabs, elektroni var brīvi pārvietoties pa atomu struktūru, atvieglojot elektrisko plūsmu.
Elektriskā vadītspēja dažādos materiālos
Vadītspēja metālos
L Metāli ir labākie elektriskie vadītāji viņa dēļ atomu struktūra, kas nodrošina brīvu elektronu kustību. Starp vadošākajiem metāliem mēs atrodam:
- Sudrabs: Tas ir labākais vadītājs, lai gan tā augstās izmaksas ierobežo tā izmantošanu.
- Varš: To plaši izmanto elektriskajos kabeļos un ķēdēs.
- zelts: Tam ir laba vadītspēja un tas ir izturīgs pret koroziju.
- Alumīnijs: Tas ir vieglāks par varu un tiek izmantots dažos elektriskos lietojumos.
Ūdens vadītspēja
Tīrs ūdens, piemēram, destilēts ūdens, ir slikts elektrības vadītājs jo tajā nav lādiņu nesošo jonu. Tomēr, kad tie izšķīst pārdošanas un minerālvielas ūdenī, rodas lādēti joni, kas nodrošina elektriskās strāvas pāreju.
El sālsūdens, piemēram, ir a daudz augstāka vadītspēja nekā saldūdens, jo tajā ir lielāka jonu koncentrācija.
Augsnes vadītspēja
La augsnes elektrovadītspēja Tas lielā mērā ir atkarīgs no jūsu mitruma un sāls saturs. Jo mitrāka un ar sāli bagātāka ir augsne, jo labāk tā vadīs elektrību.
Šo parametru izmanto lauksaimniecībā, lai noteiktu augsnes sāļums un novērtēt, vai tas ir piemērots kultūraugu audzēšanai. Pārāk sāļa augsne var ietekmēt augu attīstību.
Saikne starp elektrovadītspēju un pretestību
Pretestība un vadītspēja ir apgriezti saistītas. Materiāla pretestība (R) To aprēķina pēc šādas formulas:
R = ρ * (L/A)
Kur:
- ρ: Materiāla pretestība.
- L: Vadītāja garums.
- A: Šķērsgriezuma laukums.
Materiāliem ar augstu pretestību, piemēram, stiklam vai plastmasai, ir ļoti zema vadītspēja, un tos izmanto kā elektriskie izolatori.
Elektrovadītspējas pielietojumi
Elektrovadītspējai ir vairāki pielietojumi dažādās jomās:
- Elektrības nozarē: To izmanto kabeļu un elektroenerģijas pārvades sistēmu projektēšanai.
- Ķīmijā un bioloģijā: Šķīdumu vadītspēju mēra, lai analizētu to ķīmisko sastāvu.
- Ģeoloģijā: Tiek pētīta augsnes un gruntsūdeņu vadītspēja.
- Zinātniskajos pētījumos: Pētījumi tiek veikti par jauniem vadošiem un pusvadītāju materiāliem.
Ņemot vērā elektrovadītspējas lielo ietekmi daudzās jomās, tās pamatprincipu izpratne ir būtiska gan tehnoloģiju attīstībai, gan rūpniecisko un zinātnisko procesu optimizēšanai.