המוליכים הטובים ביותר של זרם חשמלי: מאפיינים של חומרים המאפשרים לחשמל לעבור

בעת שימוש במכשירים חשמליים, אדם מתמודד כל הזמן עם חומרים שהם מוליכים, מוליכים למחצה ודיאלקטריים שאינם מוליכים. חומרים אלה נבדלים זה מזה במידת המוליכות החשמלית. כדי לעבוד עם מכשירי חשמל ביתיים, אתה צריך לדעת את כל התכונות והמאפיינים שלהם. אתה יכול לבחור את המוליך הטוב ביותר של זרם חשמלי ממתכות.

תכונות של הרעיון

מוליכים זרם הם אותם חומרים שמספר המטענים החשמליים החופשיים בהם עולה על מספר המטענים הקשורים. הם יכולים להתחיל לנוע בהשפעת כוח חיצוני. מצב החומרים יכול להיות גזי, מוצק ונוזל. חשמל יכול לזרום דרך חוט מתכת אם הוא מחובר בין שני מוליכים בעלי פוטנציאל שונה.

הזרם מועבר על ידי אלקטרונים שאינם מחוברים זה לזה על ידי אטומים. הם אלה שמסוגלים לאפיין את יכולתו של אובייקט להעביר מטענים חשמליים דרכו, או את כמות מוליכות הזרם. ערכו הוא ביחס הפוך להתנגדות, הוא נמדד בסימנס: Cm = 1 / Ohm.

נושאי החשמל העיקריים בטבע הם יונים, חורים ואלקטרונים. לכן, יכולת ההולכה מחולקת לשלושה סוגים:

• יונית;
• אֶלֶקטרוֹנִי;
• חור.

המתח המופעל מאפשר להעריך את איכות המוליך. יכולת זו של חומר נקראת גם מאפיין וולט-אמפר.

סוג ראשון ושני

לאחר שהתברר להבין מה מוליך זרם חשמלי, אתה צריך לגלות את התכונות של כמה חומרים. מוליכים יכולים להיות שונים - חוט מתכת, מי ים. אבל בהם הזרם שונה, ולכן החומרים מחולקים לשתי קבוצות:

• הסוג הראשון, שבו חשמל זורם דרך אלקטרונים;
• הסוג השני מבוסס על יונים.

הראשון כולל את כל המתכות והפחמן. הסוג השני כולל אלקליות, חומצות, נמס מלח - אלקטרוליטים. בהם, הזרם מייצג את התנועה המסודרת של יונים שליליים וחיוביים. חשמל בחומרים כאלה זורם בכל מתח. בתנאים רגילים מוליך טוב של זרם חשמלי האם מוצר עשוי זהב, כסף, אלומיניום או נחושת.

שני החומרים האחרונים משמשים לייצור כבלים הבולטים בעלותם הנמוכה. חומר נוזלי איכותי שמוליך זרם הוא כספית, והזרם זורם היטב בפחמן. אבל החומר הזה אינו גמיש, ולכן לא נעשה בו שימוש בפועל. למרות שהפיזיקאים הצליחו לאחרונה לדמיין פחמן בצורת גרפן, מה שאיפשר ליצור חוטים מחוטים שלו.

במוצרי גרפן, ההתנגדות היא כזו שאינה מקובלת על מוליכים. ניתן להשתמש בהם רק בתנורי חימום. במקרה זה, חוטי מתכת ניקל וכרום מאבדים, מכיוון שהם אינם יכולים לעמוד בטמפרטורות גבוהות מאוד. הספירלות במנורות פלורסנט עשויות מטונגסטן. חומר זה מסוגל ללבון, שכן החומר הוא עקשן.

תהליכים במוליכים חשמליים

במהלך זרימת החשמל, המוליך מקבל השפעה מסוימת. הדבר החשוב ביותר הוא עליית הטמפרטורה. הם גם משחררים כמה תגובות כימיות שיכולות לשנות את התכונות הפיזיקליות של חומר. יותר מכל, מנצחים מהסוג השני חשופים להשפעה זו. הם עוברים תגובה כימית הנקראת אלקטרוליזה.

יונים של חומרים בערך עמודי חשמל לקבל את המטען הדרוש ולהחזיר את המצב המקורי שהיה להם לפני היווצרות של אלקלי, חומצה או מלח. באמצעות אלקטרוליזה, כימאים ופיזיקאים יכולים להשיג כימיקלים טהורים מחומרי גלם טבעיים. כך נוצרים אלומיניום ושאר סוגי מתכות.

חומרים מהסוג הראשון והשני מעורבים בתהליכים שאינם הולכת חשמל. לדוגמה, כאשר חומצה מקיימת אינטראקציה עם עופרת, מתרחשת תגובה כימית הגורמת לשחרור זרם. כל הסוללות פועלות לפי עיקרון זה. המנצחים של הקבוצה הראשונה יכולים להשתנות כאשר הם במגע אחד עם השני. במהלך הפעולה, נחושת ואלומיניום חייבים להיות מכוסים בנדן מיוחד, אחרת שתי המתכות פשוט יימסו. אוויר לח יגרום להתרחשות תגובה אלקטרוכימית. לכן, המוליכים מכוסים בשכבת לכה או חומר מגן אחר.

חלק מהמוליכים אינם יכולים לעמוד בפני חשמל באוויר קר. תופעה זו נקראת מוליכות-על, התואמת לערך טמפרטורה קרוב למצב הכימי של הליום נוזלי. אבל המחקר הוביל לעובדה שיש מוליכים חדשים עם טמפרטורות גבוהות.

חומרים כאלה התגלו במאה ה-20. קרמיקה של חמצן, בריום, נחושת ולנטנום אינה מוליכה זרם בתנאים רגילים, אך לאחר החימום היא הופכת מוליך-על. בפועל, כדאי להשתמש בחומרים שיכולים להעביר חשמל ב-58 מעלות קלווין ומעלה - טמפרטורה מעל נקודת הרתיחה של חנקן.

נוזלים וגזים מוליכים זרם משמשים בתדירות נמוכה יותר מאשר במוצקים. אבל הם גם נחוצים לייצור מכשירים חשמליים מודרניים.