Električna provodljivost je jedno od osnovnih svojstava materijala i igra ključnu ulogu u višestrukim industrijskim i znanstvenim primjenama. Od prijenosa energije u električnim kablovima do analize tla i vode, razumijevanje ovog koncepta je ključno u polju fizike i inženjerstva.
U ovom članku ćemo se pozabaviti onim što je električna provodljivost, koji faktori utiču na to i kako varira u različitim materijalima kao npr metali, vodu i tlo. Ako ste se ikada zapitali zašto neki materijali provode struju bolje od drugih, odgovore ćete pronaći ovdje.
Šta je električna provodljivost?
La električna provodljivost To je sposobnost materijala da omogući prolaz električne struje kroz njega. Meri se u siemens po metru (S/m) a njegov simbol je grčko slovo sigma (σ).
Ovo svojstvo je direktno povezano sa atomskom i molekularnom strukturom materijala. U metaliNa primjer, elektroni se mogu lako kretati, omogućavajući tako protok električne energije. Izolatori, s druge strane, imaju elektrone čvrsto vezane za svoje atome, što sprječava prolaz struje.
La provodljivost je inverzna otpornosti. Odnosno, što je veća vrijednost provodljivosti, to je manji otpor materijala protoku električne energije. Matematička formula koja povezuje ove koncepte je:
σ = J / E
Gde:
- σ je električna provodljivost.
- J je gustina struje.
- E je primijenjeno električno polje.
Faktori koji utječu na električnu provodljivost
Postoji nekoliko faktora koji mogu uticati na električna provodljivost od materijala:
Temperatura
La temperatura ima značajan uticaj na provodljivost. U metali, povećanje temperature uzrokuje veće vibracije atoma, što otežava kretanje elektrona i smanjuje provodljivost. Naprotiv, u poluvodičiKako temperatura raste, više elektrona dobiva energiju i može lakše provoditi električnu energiju.
Nečistoće i hemijski sastav
La prisustvo nečistoća može modificirati provodljivost. Na primjer, čisti bakar je odličan provodnik, ali ako se pomiješa s drugim elementima, njegova sposobnost da prenosi električnu energiju se smanjuje.
U tečnim rastvorima, provodljivost zavisiće od količine rastvorenih jona. Voda s visokim sadržajem soli bit će mnogo provodljivija od destilovane vode.
Struktura materijala
Materijali sa a organizovana kristalna struktura Obično imaju bolja provodljiva svojstva. U metali Poput bakra i srebra, elektroni se mogu slobodno kretati kroz atomsku strukturu, olakšavajući električni protok.
Električna provodljivost u različitim materijalima
Provodljivost u metalima
u Metali su najbolji električni provodnici zbog njegovog atomska struktura, koji omogućava slobodno kretanje elektrona. Među najprovodljivijim metalima nalazimo:
- Plata: Najbolji je provodnik, iako njegova visoka cijena ograničava njegovu upotrebu.
- Bakar: Široko se koristi u električnim kablovima i strujnim krugovima.
- Oro: Ima dobru provodljivost i otporan je na koroziju.
- Aluminijum: Lakši je od bakra i koristi se u nekim električnim aplikacijama.
Provodljivost vode
Čista voda, kao što je destilovana voda, jeste loš električni provodnik jer nema jone koji nose naboj. Međutim, kada se rastvore prodajni i minerala u vodi, stvaraju se nabijeni joni koji omogućavaju prolaz električne struje.
El slana voda, na primjer, ima a mnogo veća provodljivost od slatke vode, jer sadrži veću koncentraciju jona.
Provodljivost tla
La električna provodljivost tla To u velikoj mjeri zavisi od vas sadržaj vlage i soli. Što je tlo vlažnije i bogatije soli, to će bolje provoditi struju.
Ovaj parametar se koristi u poljoprivredi za određivanje salinitet tla i proceni da li je pogodan za rast useva. Previše slana tla mogu uticati na razvoj biljaka.
Odnos između električne provodljivosti i otpora
Otpor i provodljivost su obrnuto povezani. Otpornost materijala (R) Izračunava se po sljedećoj formuli:
R = ρ * (L / A)
Gde:
- ρ: Otpornost materijala.
- L: Dužina provodnika.
- A: Površina poprečnog presjeka.
Materijali visoke otpornosti, kao što su staklo ili plastika, imaju vrlo nisku provodljivost i koriste se kao električni izolatori.
Primjena električne provodljivosti
Električna provodljivost ima višestruku primjenu u različitim poljima:
- U elektroindustriji: Koristi se za projektovanje kablova i sistema za prenos energije.
- U hemiji i biologiji: Meri se provodljivost rastvora radi analize njihovog hemijskog sastava.
- U geologiji: Proučava se provodljivost tla i podzemnih voda.
- U naučnim istraživanjima: Studije se provode na novim provodljivim i poluprovodničkim materijalima.
S obzirom na veliki uticaj električne provodljivosti u mnogim oblastima, razumevanje njenih osnovnih principa je neophodno, kako za tehnološki razvoj, tako i za optimizaciju industrijskih i naučnih procesa.