§ 3. ПРОВОДНИКИ

Проводники — это материалы, в которых при нормальных условиях имеются свободные электрические заряды и которые при приложении напряжения проводят электрический ток.

Следует подчеркнуть, что концентрация свободных электрических зарядов в проводниках очень велика. Так, например, для металлов порядка 10²³ эл./см³.

►   Проводники бывают твердыми, жидкими и газообразными (ионизированные газы). В качестве проводников для электротехнических цепей используют исключительно твердые материалы (табл. 2).

О качестве проводников судят по их свойствам. Электрические свойства проводников определяются в основном удельной проводимостью и удельным сопротивлением (табл. 3).

►   На практике для характеристики проводников обычно используют понятие сопротивления R.

Как известно, его значение зависит от материала, из которого изготовлен проводник, а также от его геометрических формы и размеров:

Электротехнические характеристики металлов и сплавов при 20 °С
 

Наименование материала	Удельное сопротивление , Ом • м	Удельная электропроводимость , См/м
Серебро Ag	0,016·10-6	62,5·106
Медь Cu	0,018·10-6	55,0·106
Алюминий Al	0,027·10-6	35,0·106
Бронза	(0,021÷0,052)·10-6	(47,6÷19,2)·106
Сталь	(0,103÷0,107)·10-6	(9,7÷7,29)·106
Чугун	0,501·10-6	1,99·106
Константен	0,50·10-6	—
Канталь	1,45·10-6	—

С возрастанием температуры сопротивление металлических проводников растет. Причиной этого является увеличение амплитуды и частоты колебаний атомов в кристаллической решетке металла с повышением температуры, что затрудняет движение электронов.

У полупроводников и жидких проводников (электролитов) зависимость от температуры обратная: с увеличением температуры сопротивление уменьшается. Причина этого — в увеличении концентрации носителей тока при повышении температуры.

Известно явление сверхпроводимости, которое наступает в некоторых металлах и сплавах при их охлаждении до температуры, близкой к абсолютному нулю (-273,15°С). В последние годы в ряде лабораторий мира созданы опытные образцы материалов, обладающих сверхпроводимостью при температурах, значительно превышающих абсолютный нуль — так называемые высокотемпературные сверхпроводники. Использование сверхпроводимости на практике встречается с множеством трудно разрешимых проблем.

Сопротивление проводников зависит также от частоты тока, проходящего через них. Переменный ток распределяется неравномерно по сечению проводника. Ближе к поверхности проводника плотность тока больше, а к центру она уменьшается. Это явление называют поверхностным эффектом. Его можно объяснить, рассматривая проникновение переменного электромагнитного поля внутрь проводника. В проводникам с малым сечением и для тока промышленной частоты этот эффект выражен слабо.

Изделия из проводников. Изделия из проводников многочисленны и имеют самую различную конструкцию, но по некоторым характерным признакам их можно подразделить на две основные группы:

1. Проводники и кабели — для них характерна значительная длина по сравнению с поперечным сечением. Области применения проводников и кабелей весьма разнообразны.

2. Токопроводящие детали — основные токопроводящие элементы в электрических аппаратах, машинах и других устройствах: зажимы, контакты, связывающие элементы и др.

В зависимости от предназначения и места монтажа токопроводящие детали могут быть изолированные и неизолированные и иметь различную конструкцию. Их изготовляют из меди или алюминия, а при необходимости для большей механической прочности и износоустойчивости — из латуни, бронзы, металлокерамики и др.

►   Соединения между токопроводящими деталями должны быть выполнены так, чтобы обеспечивалась хорошая электропроводимость. Неразборные соединения изготовляют прессованием, сваркой или пайкой.

Сварка используется главным образом при создании крупных изделий. В зависимости от материала проводника и его размеров сварка может быть электродуговой, контактной или газопламенной.

Пайку используют для создания изделий с небольшими размерами. Нагревая изделия, подлежащие пайке, и используя соответствующие флюсы и припои, получают механически крепкие с малым переходным сопротивлением соединения.