Отличие полупроводников от проводников и изоляторов. Что такое проводник и диэлектрик? Выбор между кабелем и проводом
Очень часто даже сами электрики путают два таких понятия как заземление и зануление. Как же их отличить рядовому потребителю?
По определению заземление — это принудительное соединение металлических частей оборудования с землей. Главное его назначение — понизить до минимума напряжение, которое может возникнуть на корпусе аппарата, если произойдет пробой изоляции.
Зануление — это соединение металлических частей эл.оборудования с нулевым проводом. Если произойдет пробой изоляции и фаза попадет на зануленный корпус — получится однофазное короткое замыкание. Оно то и вызовет отключение напряжение через защитный автомат.
Зануление и заземление выполняют по сути одну задачу, но немного разными способами.
Как на практике отличить проводник заземления от нулевого провода?
Допустим у вас не завершен до конца ремонт и из подрозетника торчит кабель с тремя жилами. Определить какая из них фазная не так сложно. Для этого нужно воспользоваться индикаторной отверткой или тестером.
Только поняв какой из проводников является фазным, можно приступать с методам поиска земли и нуля.
1-й способ отличия заземления от зануления
Чтобы выяснить, где заземление и зануление, необходимо в первую очередь обратить внимание на цветовою маркировку. Если проводку делал грамотный электрик, то как правило нулевой рабочий проводник имеет синий цвет, а заземляющий защитный желто-зеленый.
Но не стоит полагаться на это на 100% и всегда перепроверяйте другими способами:
2-й способ
3-й способ отличия заземляющего проводника от нулевого
Данный метод применим, когда на вводе установлен двухполюсный автомат (то есть автомат одновременно отключает фазный и нулевой проводники):
4-й способ как определить заземление и зануление
Данный способ наименее предпочтительный и несет за собой большие риски для неопытного пользователя эл.энергии. Поэтому используйте его в последнюю очередь, если имеете необходимые навыки и знания.
Сопротивление проводников. Проводимость. Диэлектрики. Применение проводников и изоляторов. Полупроводники.
Физические вещества многообразны по своим электрическим свойствам. Наиболее обширные классы вещества составляют проводники и диэлектрики.
Проводники
Основная особенность проводников
– наличие свободных носителей зарядов, которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему вещества.
Как правило, к таким веществам относятся растворы солей, расплавы, вода (кроме дистиллированной), влажная почва, тело человека и, конечно же, металлы.
Металлы
считаются наиболее хорошими проводниками электрического заряда.
Есть также очень хорошие проводники, которые не являются металлами.
Среди таких проводников лучшим примером является углерод.
Все проводники
обладают такими свойствами, как сопротивление
и проводимость
. Ввиду того, что электрические заряды, сталкиваясь с атомами или ионами вещества, преодолевают некоторое сопротивление своему движению в электрическом поле, принято говорить, что проводники обладают электрическим сопротивлением (R
).
Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью (G
).
G = 1/ R
То есть, проводимость
– это свойство или способность проводника проводить электрический ток.
Нужно понимать, что хорошие проводники
представляют собой очень малое сопротивление потоку электрических зарядов и, соответственно, имеют высокую проводимость
. Чем лучше проводник, тем больше его проводимость. Например, проводник из меди имеет бо
льшую проводимость, чем проводник из алюминия, а проводимость серебряного проводника выше, чем такого же проводника из меди.
Диэлектрики
К диэлектрикам относятся , в первую очередь, газы, которые проводят электрические заряды очень плохо. А также стекло, фарфор, керамика, резина, картон, сухая древесина, различные пластмассы и смолы.
Предметы , изготовленные из диэлектриков, называют изоляторами. Надо отметить, что диэлектрические свойства изоляторов во многом зависят от состояния окружающей среды. Так, в условиях повышенной влажности (вода является хорошим проводником) некоторые диэлектрики могут частично терять свои диэлектрические свойства.
О применении проводников и изоляторов
К примеру , все электрические провода в доме выполнены из металла (чаще всего медь или алюминий). А оболочка этих проводов или вилка, которая включается в розетку, обязательно выполняются из различных полимеров, которые являются хорошими изоляторами и не пропускают электрические заряды.
Нужно отметить
, что понятия «проводник» или «изолятор» не отражают качественных характеристик: характеристики этих материалов в действительности находятся в широком диапазоне – от очень хорошего до очень плохого.
Серебро, золото, платина являются очень хорошими проводниками, но это дорогие металлы, поэтому они используются только там, где цена менее важна по сравнению с функцией изделия (космос, оборонка).
Медь и алюминий также являются хорошими проводниками и в то же время недорогими, что и предопределило их повсеместное применение.
Вольфрам и молибден, напротив, являются плохими проводниками и по этой причине не могут использоваться в электрических схемах (будут нарушать работу схемы), но высокое сопротивление этих металлов в сочетании с тугоплавкостью предопределило их применение в лампах накаливания и высокотемпературных нагревательных элементах.
Изоляторы также есть очень хорошие, просто хорошие и плохие. Связано это с тем, что в реальных диэлектриках также есть свободные электроны, хотя их очень мало. Появление свободных зарядов даже в изоляторах обусловлено тепловыми колебаниями электронов: под воздействием высокой температуры некоторым электронам все-таки удается оторваться от ядра и изоляционные свойства диэлектрика при этом ухудшаются. В некоторых диэлектриках свободных электронов больше и качество изоляции у них, соответственно, хуже. Достаточно сравнить, например, керамику и картон.
Самым лучшим изолятором
является идеальный вакуум, но он практически не достижим на Земле. Абсолютно чистая вода также будет отличным изолятором, но кто-нибудь видел ее в реальности? А вода с наличием каких-либо примесей уже является достаточно хорошим проводником.
Критерием качества изолятора является соответствие его функциям, которые он должен выполнять в данной схеме. Если диэлектрические свойства материала таковы, что любая утечка через него ничтожно мала (не влияет на работу схемы), то такой материал считается хорошим изолятором.
Полупроводники
Существуют вещества
, которые по своей проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.
Такие вещества называют полупроводниками
.
Они отличаются от проводников сильной зависимостью проводимости электрических зарядов от температуры, а также от концентрации примесей и могут иметь свойства, как проводников, так и диэлектриков.
В отличие от металлических проводников , у которых с ростом температуры проводимость уменьшается, у полупроводников проводимость растет с увеличением температуры, а сопротивление, как величина обратная проводимости - уменьшается.
При низких температурах
сопротивление полупроводников, как видно из рис. 1
, стремится к бесконечности.
Это значит, что при температуре абсолютного нуля полупроводник не имеет свободных носителей в зоне проводимости и в отличие от проводников ведёт себя, как диэлектрик.
При увеличении температуры, а также при добавлении примесей (легировании) проводимость полупроводника растет и он приобретает свойства проводника.
Рис. 1 . Зависимость сопротивлений проводников и полупроводников от температуры
Современная кабельная промышленность располагает обширным ассортиментом различных проводов. И каждый вид провода предназначен для решения определенного круга задач.
Связавшись с электромонтажом на своем собственном участке или в собственной квартире, можно очень скоро заметить, что кабели и провода, используемые в монтаже - преимущественно медные, реже алюминиевые. Других материалов при всем разнообразии просто нет. Далее можно заметить, что различной бывает и структура жил этих кабелей: жила может состоять из множества проволочек, а может быть цельной. Структура жил влияет на гибкость кабеля, но никак не сказывается на его проводимости.
Кажется, что на том спектр и заканчивается. Но откуда же тогда такое разнообразие марок? ВВГ, NYM, СИП, ПВС, ШВВП - чем же они отличаются друг от друга? Большей частью - свойствами изоляции.
В этой статье мы рассмотрим основные распространенные разновидности электрических проводов, остановимся на их характеристиках, и отметим области их применения.
Для электрификации жилых домов используют разные, в основном медные, кабели, но в последние годы чаще всего можно встретить кабель ВВГ, включая его модифицированные версии.
Маркировка кабеля ВВГ означает: внешняя изоляция из поливинилхлорида, изоляция жил - также из поливинилхлорида, жилы кабеля гибкие. Хотя гибкость кабеля ВВГ относительна, ведь до сечения 25 кв. мм. включительно его жилы выполняются сплошными, а не многопроволочными.
Изоляция кабеля стойка к агрессивным средам, при этом довольно прочна и не поддерживает горение. Жилы могут быть как однопроволочными, так и многопроволочными, в зависимости от модификации кабеля ВВГ.
Главное назначение данного кабеля — передача и распределение электроэнергии в сетях с напряжением до 1000 вольт при промышленной частоте переменного тока 50 Гц. Для прокладки домашних сетей используют кабель ВВГ с сечением до 6 кв.мм, для электрификации частных домов — до 16 кв.мм. При монтаже допускается изгиб по минимальному радиусу в 10 размеров провода по ширине. Кабель поставляется в бухтах по 100 метров.
Среди разновидностей кабеля ВВГ встречаются: АВВГ — с алюминиевой жилой, ВВГнг — с огнеупорной оболочкой, ВВГп — плоское сечение, ВВГз — с добавлением ПВХ или в резиновой изоляции еще и между отдельными жилами.
ВВГ - самый распространенный медный кабель для внутреннего монтажа. Его прокладывают открыто, в коробах, закладывают в штробы. Изоляция ВВГ обеспечивает ему длительный срок службы - 30 лет. Количество жил кабеля ВВГ может соответствовать потребностям как трехфазной, так и однофазной сети: от двух до пяти.
Самый распространенный цвет внешней изоляции кабелей ВВГ - черный, но в последнее время и белый ВВГ совсем перестал быть редкостью. Цвет изоляции отдельных жил ВВГ соответствует стандартной маркировке: для жилы РЕ - желто-зеленый, для жилы N - голубой или белый с голубой полосой, а изоляция фазных жил наиболее часто выполняется чисто белой.
Модификации кабеля ВВГ с пометками «НГ» и «LS» отличаются, соответственно, неспособностью изоляции распространять горение и низким уровнем дымовыделения при воздействии огня. Существует и модификация ВВГ, отличающаяся способностью полностью противостоять открытому огню на протяжении какого-то определенного времени в минутах. Такая модификация обозначается латинскими буквами FR.
В быту уже практически не встречается кабель, аналогичный по характеристикам кабелю ВВГ, но имеющий жилы из алюминия - АВВГ. Его непопулярность обоснована ограничением на использование алюминия в распределительных сетях, а также недостатками алюминиевой кабельной продукции.
Кроме того, существует зарубежный аналог кабеля ВВГ, изготавливаемый по международному стандарту DIN. Речь идет о кабеле NYM. От ВВГ он отличается несколько улучшенными характеристиками, в частности, тем, что имеет специальный самозатухающий внутренний наполнитель, обеспечивающий герметизацию соединений.
Медные цельнопроволочные токопроводящие жилы имеет ПВХ-изоляцию, внешняя оболочка — также из ПВХ, не поддерживает горение, стойка к воздействию агрессивных сред. От одной до пяти жил сечением от 1,5 до 35 кв.мм. расположены плотно внутри белой защитной оболочки. Между проводниками имеется уплотнение мелованной резиной без галогенов, обеспечивающее кабелю термостойкость и прочность. Данный кабель применим в широком температурном диапазоне от -40°C до +70°C, влагостоек. Цвета изоляции жил: коричневый, черный, серый, синий, желто-зеленый.
Кабель NYM предназначен для монтажа силовых и осветительных сетей в промышленных и жилых зданиях при максимальном напряжении до 660 вольт (300/500/660). Кабель может быть проложен как внутри помещения, так и на открытом воздухе, с учетом, однако, того, что солнечный свет изоляции кабеля вредит, поэтому при монтаже на открытом воздухе его обязательно необходимо от солнечного света защищать, например поместив в гофру.
При монтаже допускается изгиб по радиусу не менее четырех диаметров кабеля. Поставляется в бухтах от 50 метров.
В отличие от ВВГ, кабель NYM всегда имеет только медные и только цельнопроволочные жилы (моножилы). Он достаточно удобен при обычном монтаже, поскольку имеет идеально круглое сечение, но по этой же причине его несколько неудобно закладывать в штукатурку или в бетон, в остальном похож на ВВГ.
Производство кабеля на видео:
Как отличить качественный кабель при его покупке:
СИП означает «самонесущий изолированный провод». Это означает, что СИП способен выдерживать воздействие существенных механических нагрузок. Если учесть и то, что изоляция СИПа выполнена из сшитого полиэтилена, невосприимчивого к воздействию влаги и прямых солнечных лучей, то очевидной становится сфера его использования: это уличный кабель для выполнения ЛЭП и . Он потихоньку вытесняет ранее широко использовавшиеся для этих целей неизолированные алюминиевые провода А и АС.
СИП - это алюминиевый кабель, жилы которого не имеют общей изоляции. Минимальное сечение жил СИП составляет 16 кв. мм., а максимальное - 150 кв. мм. В маркировке этого провода напрямую не указывается количество жил - приводится лишь номенклатурный номер, в котором и зашифрованы все данные.
К примеру, СИП-1 - это кабель из трех жил, одна из которых - нулевая несущая. СИП-2 - это кабель из четырех жил, одна из которых - нулевая несущая. А СИП-4 имеет в своем составе четыре токоведущих жилы, механическая нагрузка на которые распределена равномерно.
Поскольку СИП - очень специфичный кабель, то для монтажа с его использованием выпускается весь спектр специальной арматуры: ответвительные и соединительные зажимы и анкерные кронштейны.
ПВС - медный провод в изоляции из винила соединительный. Оболочка изготовлена так, что заполняет собой пространство между жилами, чем придает проводу высокую прочность. Количество жил — от двух до пяти, а сечение каждой — от 0,75 до 16 кв.мм.
Диапазон рабочих температур - от -25°C до +40°C, устойчив к химическим воздействиям, допускается 100% влажность окружающей среды. Провод выдерживает многократные циклы перегибов, до 3000 раз гарантированно. Цвет оболочки белый. Цвет жил: красный, черный, оранжевый, синий, серый, коричневый, зеленый, желтый, желто-зеленый.
Провод ПВС широко применяется в быту в качестве различных бытовых приборов, например электрочайников, а также в удлинителях. Он предназначен для работы в цепях переменного тока частотой 50 Гц с напряжением до 380 вольт, поэтому провод ПВС используют и в сетях, где требуется гибкий провод для прокладки проводки систем освещения, розеток и т. д. Гибкость — одно из важнейшых достоинств этого провода.
Изоляция ПВС, как внутренняя, так и внешняя, выполнена из поливинилхлорида. Внутренняя изоляция жил, как и у ВВГ, имеет стандартную маркировку. Но жилы ПВС - многопроволочные, поэтому это очень гибкий кабель. Необходимо только учесть, что жилы ПВС при монтаже надо обязательно оконцовывать или лудить.
С учетом того, что внешний слой винила у круглого ПВС имеет толщину до нескольких миллиметров, этот кабель отлично подходит для шнуров . То есть для их «соединения» с сетью. Поэтому его и называют соединительным.
ПВС относительно хорошо выдерживает механические нагрузки. Сечение его жил варьируется от 0,75 до 16 кв. мм., поэтому этот кабель можно использовать для изготовления любых удлинителей и переносок, не эксплуатирующихся в условиях низких температур. Ведь на морозе оболочка ПВС, к сожалению, просто лопается.
ШВВП - шнур в виниловой оболочке, с жилами в виниловой изоляции, плоский. В целом этот кабель похож на ВВГ, но, в отличие от последнего, ШВВП имеет гибкие многопроволочные медные жилы. Поэтому он, как и ПВС, часто . Однако изоляция ШВВП не отличается повышенной прочностью, и ответственные нагруженные линии этим шнуром не выполняются.
Соответственно, и сечения у ШВВП бывают только небольшие: 0,5 или 0,75 кв. мм. при количестве жил, равном двум или трем. Провод по форме плоский. Данный провод может эксплуатироваться при температурах от -25°C до +70°C, и выдерживает влажность до 98%. Легко сносит воздействие химически агрессивных сред. Цвет оболочки белый либо черный. Цвет жил: голубой, коричневый, черный, красный, желтый.
Кроме слабеньких удлинителей (которые, кстати, часто становятся причиной неприятностей в хозяйстве плохо знакомых с электричеством людей), ШВВП чаще всего используется в автоматизации, для питания слаботочных систем.
Также его применяют для присоединения к сети бытовых приборов, таких как холодильники, стиральные машины, приборы личной гигиены и т. д. Он способен работать в сетях переменного тока частотой 50 Гц при напряжении до 380 вольт. Весьма гибок, что очень важно в быту.
Основная функция провода ШВВП — присоединительный шнур: на одном конце прибор, на другом — вилка.
КГ - это гибкий медный резиновый кабель с многопроволочными жилами, сечение которых изменяется от 0,5 до 240 кв. мм. Число жил может составлять от одной до пяти. Резина изоляции жил — на основе натуральных каучуков.
Рабочий температурный диапазон кабеля от -60°C до +50°C при влажности до 98%. Изоляция кабеля КГ позволяет прокладывать его на открытом воздухе и даже на открытом солнечном свете. Жилы всегда многопроволочные, что и делает данный кабель гибким. Цветовая маркировка жил: голубой, черный, коричневый, желто-зеленый, серый.
КГ чаще всего используется в промышленных установках, там где необходимо обеспечить гибкий подвижный кабельный ввод.
Кабель КГ предназначен для питания переносных мобильных устройств, таких как тепловые пушки, сварочные аппараты, прожекторы и т. д., от сети переменного тока или от генераторов с частотой до 400 Гц при напряжении до 660 вольт, либо постоянным напряжением до 1000 вольт.
При монтаже допускается изгиб по радиусу не менее восьми наружных диаметров. Обычно поставляется в бухтах по 100 метров и более. Имеется модификация КГнг — в негорючей изоляции.
Очень важно, что резиновая изоляция этого кабеля даже на сильном морозе частично сохраняет свои свойства, и КГ практически всегда остается гибким, особенно если говорить о модификации ХЛ. Поэтому его часто используют для изготовления удлинителей, эксплуатирующихся в самых разных жестких условиях.
Силовой бронированный кабель с медными токопроводящими жилами, которые могут быть как однопроволочными, так и многопроволочными. От одной до шести жил сечением от 1,5 до 240 кв.мм. имеют ПВХ изоляцию и ПВХ оболочку. Особенность данного кабеля заключается в наличии между жилами и оболочкой слоя стальной двухленточной брони.
Кабель легко выдерживает температуру от -50°C до +50°C при влажности до 98%. Изоляция из ПВХ обеспечивает устойчивость к агрессивным средам. Цвет оболочки — черный. Цвет изоляции жил либо сплошной либо в сочетании основных маркировочных цветов с белым.
Бронированный кабель ВББШв предназначен для прокладки сетей электроснабжения отдельно стоящих зданий и сооружений, а также электрических установок, как под землей, так и в трубах на открытом воздухе (для защиты от солнечных лучей). Максимальное напряжение переменного тока — до 6000 вольт. Для постоянного тока применяют традиционно одножильные модификации данного кабеля.
При монтаже допускаются изгибы радиуса не менее десяти внешних диаметров кабеля. Поставляется традиционно в бухтах от 100 метров. Имеются модификации: АВББШв — алюминиевые жилы, ВББШвнг — негорючее исполнение, ВББШвнг-LS - негорючее исполнение с низким газовыделением в условиях повышенной температуры.
Плоский монтажный провод с медными однопроволочными жилами в ПВХ-изоляции и в ПВХ-оболочке. Жил может быть две или три, сечением от 1,5 до 6 кв.мм. Диапазон рабочих температур от -15°C до +50°C, допустимая влажность 98%. Стоек к агрессивным средам. Цвет оболочки белый или черный, цвет жил: белый, синий, желто-зеленый.
Предназначен для монтажа осветительных систем и проводки розеток в зданиях, при максимальном напряжении переменного тока промышленной частоты в 250 вольт. При монтаже допускаются изгибы радиусом не менее десятикратной ширины. Поставляется в бухтах по 100 и 200 метров.
Модификация ПБППг (ПУГНП) — многопроволочные жилы, при монтаже допускается изгиб по радиусу не менее шестикратной ширины. Модификация АПУНП — алюминиевые цельнопроволочные (только цельнопроволочные) жилы.
Плоский провод с однопроволочными медными жилами в ПВХ-изоляции с разделительными междужильными вставками. Жил может быть две либо три. Сечение жил от 0,75 до 6 кв.мм. Провод допускается эксплуатировать в температурном диапазоне от -50°C до +70°C.
Изоляция стойка к воздействиям агрессивных сред и к вибрациям, не поддерживает горение, а допустимая влажность окружающей среды составляет 100%. Цвет изоляции традиционно белый, дополнительной защитной оболочки не требуется.
Провод ППВ предназначен для монтажа стационарных осветительных систем и бытовых сетей электрификации, которые прокладываются внутри зданий. Максимальное напряжение составляет 450 вольт при переменном токе частотой до 400 Гц. При монтаже допускается изгиб радиусом не менее десятикратной ширины. Поставляется в бухтах по 100 метров. Модификация АППВ — с алюминиевыми жилами.
Алюминиевый одножильный провод круглого сечения в ПВХ изоляции. Встречается как многопроволочный, так и однопроволочный. Многопроволочная токопроводящая жила может иметь сечение от 25 до 95 кв.мм, а однопроволочная — от 2,5 до 16 кв.мм. Диапазон рабочих температур довольно широк — от -50°C до +70°C.
Изоляция устойчива к воздействиям агрессивных сред, а сам провод устойчив к вибрациям. Допускается влажность до 100%. Изоляция белого цвета.
Провод АПВ применяется при монтаже распределительных щитов, силовых сетей, осветительных систем, электрооборудования, например станков. Может работать под напряжением до 750 вольт при переменном токе частотой до 400 Гц, или при постоянном токе с напряжением до 1000 вольт.
Прокладка допускается в закрытых помещениях, либо вне помещений, но с обязательным условием — с защитой от прямых солнечных лучей, в трубе, в гофре, в специальном канале и т. д. При монтаже допустим изгиб радиусом не менее десятикратного диаметра провода. Поставляется в бухтах от 100 метров.
Медный одножильный провод круглого сечения в ПВХ-изоляции. Минимальное количество проволок в жиле — одна, минимальное сечение одной проволоки составляет 0,5 кв.мм. Многопроволочная жила может иметь сечение от 16 до 120 кв.мм, а однопроволочная — от 0,5 до 10 кв.мм.
Диапазон допустимых эксплуатационных температур — от -50°C до +70°C, изоляция стойка к химическим воздействиям, провод устойчив к механическим вибрациям, допустимая влажность — до 100%. Цвет изоляции может быть разным: красный, белый, синий, черный, желто-зеленый.
Применяется для электрификации в различных сферах, начиная с монтажа распределительных щитов и осветительных систем, заканчивая намоткой обмоток трансформаторов для бытовых нужд. Провод рассчитан на напряжение до 750 вольт при переменном токе частотой до 400 Гц, и до 1000 вольт при постоянном токе.
Прокладывают либо в помещениях, либо во внешних условиях, но в защитных трубах, гофрах, либо в кабельных каналах. Недопустима открытая прокладка в условиях постоянного нахождения провода под действием солнечных лучей.
Радиус изгиба не менее десятикратного диаметра провода. Поставляется в бухтах от 100 метров. Провод АПВ является модификацией провода ПВ1, но только с алюминием в качестве материала жилы.
Медный одножильный провод круглого сечения в ПВХ-изоляции. Многопроволочная жила провода может иметь сечение от 0,5 до 400 кв.мм. Диапазон безопасных рабочих температур — от -50°C до +70°C, изоляция стойка к воздействиям агрессивных сред, допустимая влажность — до 100%. Цвет изоляции может быть разным: красный, синий, белый, черный, желто-зеленый.
Применяется для электрификации в различных сферах: монтаж распределительных щитов, проводка осветительных систем, электропроводка для питания оборудования в промышленных цехах и т. д., то есть там, где требуется многократный изгиб. Провод рассчитан на напряжение до 750 вольт при переменном токе частотой до 400 Гц, и до 1000 вольт при постоянном токе.
Провод ПВ3 прокладывают либо в помещениях, либо во внешних условиях, но в защитных трубах, гофрах, либо в кабельных каналах. Идеален при прокладке проводки по стоякам в домах. Кроме того, этот провод популярен в автомобильном тюнинге. Недопустима открытая прокладка в условиях постоянного нахождения провода под действием солнечных лучей. Радиус изгиба не менее пятикратного диаметра провода. Поставляется в бухтах от 100 метров.
Надеемся, что данная статья помогла вам получить общее представление о наиболее распространенных электрических проводах, об их характеристиках и областях применения, и теперь вы сможете без труда правильно подобрать провод подходящего типа для своих нужд.
Многие химические элементы являются полупроводниками и проводниками. В чем особенности тех и других? Чем отличаются полупроводники от проводников?
Что представляют собой полупроводники?
Под полупроводниками понимаются химические элементы, обладающие ограниченной способностью передавать электрический ток. Это обусловлено небольшим количеством свободных электронов, формирующихся в их структуре при подключении электродов.
Типичными полупроводниками считаются такие химические элементы, как кремний - относящийся, в частности, к 4-й группе веществ по периодической системе Д. И. Менделеева. На внешней оболочке кремния располагается 4 электрона, классифицируемых как валентные. К иным чистым полупроводникам можно отнести, к примеру, германий.
Одна из главных характеристик полупроводников - удельное сопротивление. Оно может находиться в интервале от 10 в 4 до 10 в минус 5 степени Ом на метр. Для того чтобы понизить удельное сопротивление рассматриваемых элементов, в их состав могут быть включены легирующие примеси. Такие как, например, бор и мышьяк.
Если легирование полупроводников осуществляется посредством элементов 3-й группы по таблице Менделеева (в частности, при использовании бора), то полупроводник будет классифицирован как относящийся к p-типу. У элементов 3-й группы в оболочке присутствует 3 электрона. Это значит, что в структуре кристалла легированного полупроводника из-за недостающего электрона образуются «дырки», которые при подключении тока начинают движение в обратном направлении относительно положительного контакта (к которому, в свою очередь, стремятся электроны).
Если легирование полупроводников осуществляется посредством элементов 5-й группы (например, при использовании мышьяка), то проводник будет относиться к n-типу. У элементов 5-й группы на внешней оболочке располагается 5 электронов. Поэтому при легировании полупроводника часть из них освобождается, вследствие чего элемент приобретает проводимость.
Можно отметить, что пограничная область, располагающаяся между полупроводниками p-типа и n-типа, обладает свойством проводить ток только при подключении электродов в определенном положении. Благодаря данной особенности функционируют различные электронные компоненты, в составе которых используются полупроводниковые вещества, - диоды, транзисторы.
Еще одно примечательное свойство рассматриваемых элементов - усиление проводимости по мере увеличения температуры.
Что представляют собой проводники?
Под проводниками понимаются химические элементы, в которых есть электроны, способные отделяться от одного ядра и перемещаться к другому при подключении тока. Как правило, это металлы. Хорошими проводниками считаются медь, алюминий.
Чем чище металл - тем большей проводимостью он обладает. Примеси снижают данное свойство. При нагревании металлов их проводимость снижается - в то время как у полупроводников, как мы отметили выше, увеличивается.
Сравнение
Главное отличие полупроводников от проводников заключается в небольшом количестве образующихся при подключении тока свободных электронов в структуре первых (которые, в свою очередь, появляются в большем количестве наряду с «дырками» при легировании или же в процессе нагрева) и высоком уровне электрического сопротивления соответствующих элементов. А вот проводники имеют множество свободных электронов и характеризуются невысоким сопротивлением. При нагревании первых элементов их сопротивление снижается, при тепловом воздействии на проводники - увеличивается.
Определив, в чем разница между полупроводниками и проводниками, зафиксируем выводы в таблице.
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.
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.
Что такое полупроводник?
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.
Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства