в чем отличие понятий провод проводник и идеальный проводник
Проводник (электрический проводник)
Что такое проводник?
Проводник — это вещество или материал, которое отлично проводит электрический ток.
Как вы все знаете, любое вещество состоит из атомов. Атомы в свою очередь состоят из электронов и ядер. (Подробнее про строение атома).
Давайте для понимания рассмотрим вот такую картинку. Предположим, что пастух — это ядро, а овцы вокруг него — это электроны.
Те овцы, которые находятся рядом с пастухом, не могут от него просто так взять и убежать, так как он присматривает за ними. Иначе останется без мяса и шерсти к осени. Но вот те овцы, которые находятся поодаль от пастуха, имеют все шансы от него убежать.
То же самое можно сказать и про атомы и электроны. Электроны, которые находятся на самой дальней орбите от ядра менее зависимы, чем те, которые расположены ближе к ядру.
В результате, такие электроны могут «оторваться» от ядра и начать самостоятельное путешествие по веществу. Такие электроны называются свободными электронами.
Сопротивление проводника
Удельное сопротивление
И вот мы плавно переходим к другому вопросу, что такое сопротивление проводника? Как я уже говорил выше, чем больше свободных электронов в веществе, тем лучше такое вещество проводит электрический ток. Следовательно, сопротивление проводника зависит от того, сколько свободных электронов содержит такой проводник. Поэтому, в физике есть такое понятие, как удельное сопротивление вещества.
Еще раз. Если в каком-либо веществе полно свободных электронов, то такое вещество будет хорошо проводить электрический ток. Если электронов еще меньше, то такое вещество будет плохо проводить электрический ток. А если свободных электронов почти нет, то такое вещество совсем не будет проводить ток. Поэтому, удельное сопротивление вещества показывает способность этого вещества препятствовать электрическому току, проходящему через него.
Удельное сопротивление выражается в единицах Ом × м.
Формула удельного сопротивления проводника
ρ — это удельное сопротивление, Ом × м
R — сопротивление проводника, Ом
S — площадь поперечного сечения, м 2
l — длина проводника, м
Площадь поперечного сечения проводника — это что-то типа этого:
площадь поперечного сечения проводника
Формула сопротивления проводника
Итак, мы теперь знаем такую физическую величину, как удельное сопротивление. Теперь мы с легкостью можем найти сопротивление проводника.
ρ — это удельное сопротивление, Ом × м
R — сопротивление проводника, Ом
S — площадь поперечного сечения, м 2
l — длина проводника, м
Длина проводника
Оказывается, эта задачка решается очень просто. Достаточно вспомнить формулу выше.
Отсюда получаем, что
Удельное сопротивление меди можно узнать из таблицы. Оно равняется 0,017 Ом × мм 2 /м.
Проводники на печатных платах
Как вы знаете, все схемы состоят из проводов или печатных дорожек, которые соединяют различные радиоэлементы в единое целое. Например, в статье «самый простой усилитель звука«, я с помощью проводов соединял различные радиоэлементы, и у меня получилась схема, которая усиливала звуковые частоты.
Для того, чтобы все было красиво, эстетично и занимало мало пространства, прямо на платах создают «проводки», которые уже называются «печатными дорожками».
В домашних условиях все это делается с помощью технологии ЛУТ (Лазерно-Утюжная-Технология).
На другой стороне печатной платы уже располагаются радиоэлементы
Так как радиолюбители стараются делать свои устройства как можно меньше по габаритам, то и плотность монтажа возрастает. Поэтому, в некоторых случаях радиоэлементы и печатные дорожки располагают по обе стороны платы.
Промышленные печатные платы уже делают многослойными. Они состоят из слоев, как торт из коржей:
Бум SMD технологий вызвал в свою очередь нужду в многослойных печатных платах.
Сверхпроводимость
Также в природе существует и такой эффект, как сверхпроводимость. Сверхпроводимость — это когда некоторые материалы и их сплавы вообще не обладают сопротивлением. То есть их сопротивление очень и очень близко к нулю. Но, спешу вас разочаровать, в простых условиях это получить невозможно, так как это достигается только при критических температурах.
Если желаете больше узнать про материалы, которые используются в электронике и электротехнике, скачайте эту книгу.
В чем разница между проводом и кабелем — по ПУЭ
Часто потребители, не получившие специальных знаний по электротехнике, сталкиваются с прокладкой электросети или ремонтом устройств. Бытовые проводники похожи внешними характеристиками и маркировкой, поэтому пользователям нелегко определить, чем отличается кабель от провода или шнура по ГОСТ 22483-2012 и ТУ производителей. Следует разобраться в терминологии и получить достоверные сведения.
Разница между кабелем и проводом
Отличие кабеля от провода
Кабель — пластиковая или резиновая магистраль, размещающая внутри несколько изолированных проводников. Проводники объединены в единую систему для удобства монтажа и эксплуатации, защиты от внешнего воздействия. Специальный кабель легко отличить по наличию броневого кожуха, предупреждающего повреждение при механическом действии.
Провод — это многожильный или одножильный носитель, оснащенный легкой трубчатой изоляцией или представленный полым металлическим стержнем с сечением жил от 1,5 мм.
Отличия кабелей от проводов заключаются в количестве жил, типе изоляции, маркировке и назначении. Ввиду двойной изоляции токонесущих жил кабель пропускает большие токи и напряжение, относительно провода. Разница составляет сотни киловольт в пользу кабеля.
Внешняя оболочка
Согласно ГОСТ 15845-80, провод – один проводник, кабель – две или более изолированных жил, объединенных в дополнительной изоляции. Если на двух или более металлических стержнях отсутствует защитная оболочка, по классификации – это провод.
Расшифровка значений
Маркировка кабеля и провода отличается буквами и цифрами.
Названия проводов содержат следующие значения:
Цифры в коде указывают на сечение проводов.
Маркировка силового кабеля
При маркировке кабелей ГОСТом установлен следующий порядок:
Сфера использования
Кабель 5 категории
Надежная защита от механического и агрессивного действия, увеличенный срок эксплуатации, номинальное напряжение — главные особенности кабеля, которые следует отличать от провода при монтаже в специальных условиях. Мощные изолированные системы пригодны для прокладки электросети под водой, землей, в шахтах, зонах повышенной пожароопасности, коррозионной активности.
По ПУЭ (правилам устройства электроустановок) кабель разделяют на 5 категорий:
По области применения провода классифицируют на монтажные, силовые, установочные группы. Первые служат для гибкой или фиксированной проводки в распределительных щитах, изготовлении радио и электронной техники. Силовые варианты являются частью электросетей, установочные провода применимы при подключении установок, систем электропередач внутри, снаружи зданий.
Классификация электропроводников подробно описана в стандарте ISO 11801 2002.
Срок службы
Средний срок службы кабеля составляет 30 лет, провода — от 6 до 15 лет. Продолжительность эксплуатации обусловлена наличием/отсутствием двух и более изоляций, бронированной оболочки.
Отличие кабеля от шнура
Согласно определению, шнуры представляют собой гибкие проводки, включающие несколько эластичных жил – переплетенных проволок, изолированных неметаллической оболочкой. Изделия предназначены для подвижного соединения. Различие между шнурами составляет количество жил: различают многожильные и двухжильные изделия, чем больше нитей в жиле на единицу сечения, тем гибче проводник. Существуют гибкие жилы с повышенной пластичностью, используемые для создания шнуров.
Плоская форма и минимальное сечение жил (1,5 мм2), применение в бытовой электропроводке — основные показатели, позволяющие определить, чем отличаются шнуры от кабелей и проводов. Чаще встречаются многожильные варианты, однако для электроприборов, не требующих специального заземления, вполне подойдут двужильные шнуры.
Изоляция
Гибкие жилы шнура покрыты полимерной изоляцией и заключены в один защитный кожух из мягкого пластика или резины.
Электрокабель образован несколькими проводами, защищенными общей изоляцией (из ПВХ, резины, пластика). В зависимости от области применения, многие производители стремятся комплектовать кабель усиленными защитными покровами, а провод или шнур скрыт под легкой оболочкой.
Только кабель может иметь дополнительную броню из свинцовой, алюминиевой или стальной проволоки/ленты, указываемой в маркировке.
Маркировка
В зависимости от назначения и типа изоляции в электротехнике встречаются следующие маркировки кабеля:
Среди распространенных марок шнуров выделяют: ШВП, ШВВП, ШТЛП. Первый вариант пригоден для подсоединения радиоэлектронной техники, квартирных светильников и климатического оборудования (вентиляторов, ионизаторов), при условии легких механических деформаций.
ШВВП – многожильный шнур с медными многопроволочными жилами, изолированными поливинилхлоридом-пластикатом. Виниловая оболочка препятствует распространению огня при возгорании.
ШТЛП — телефонный проводник. Шнур линейный, содержит медные многопроволочные жилы в полиэтиленовой пленке с ПВХ изоляцией.
Условия применения
Срок службы шнура ШВВП в нормальных условиях максимум 6 лет
Мягкость и гибкость шнура определяет широкое применение в быту, при подключении бытовых приборов. Для фиксированного монтажа предпочтительны монолитные кабели (силовые, контрольные, управления и связи, радиочастотные).
Срок службы
Срок службы кабеля зависит от технических характеристик и условий эксплуатации. Например, изделия силового типа используются на протяжении 30 лет при температуре −50…+50°C. Контрольный кабель при прокладке на открытом воздухе и в траншеях работает более 15 лет, в помещениях, туннелях, каналах — 25 лет. Шнур ШВВП в нормальных условиях прослужит максимум 6 лет.
Постоянное рабочее напряжение для кабеля варьируется в пределах 25-70 кВ и более, для шнура — 380 В.
Выбор между кабелем и проводом
Выбор между кабелем, шнуром и проводом зависит от условий эксплуатации и характеристик системы. Например, приобретать кабель для соединений с низкой мощностью нерентабельно, лучше отдать предпочтение 2 проводам, сплетенным воедино. Знание отличий электроносителей повышает вероятность рационального использования материала и систем защиты, обеспечения безопасности электросистемы.
Проводник электричества (в электроустановках): что это такое, определение, особенности, примеры
В этой статье мы рассмотрим базовое понятие в низковольтных электроустановках, а именно термин «проводник». Данный термин постоянно путают, например, со словом «провод». Но провод — это лишь один из видов проводников.
Что такое проводник?
Проводник — проводящая часть, предназначенная для проведения электрического тока определенного значения (согласно ГОСТ 30331.1-2013 [1]).
Особенности.
Грамотно некоторые особенности термина «проводник» описал в своей книге [2] Ю.В. Харечко:
« Термин «проводник» используют в нормативной и правовой документации для вычленения из всего многообразия проводящих частей тех, которые изначально предназначены для проведения электрического тока в каких-либо электрических цепях электроустановок или электрооборудования. Помимо качественной характеристики проводника, указывающей на его способность проводить электрический ток, каждый проводник имеет количественную характеристику – значение электрического тока, который он может проводить длительное время в нормальных условиях. Последнюю характеристику называют допустимым длительным током проводника (реже – номинальным током проводника). »
Примеры.
Харечко Ю.В. также в своей книге [2] привел примеры того, что относится к проводникам:
« К проводникам, прежде всего, относят жилы проводов и кабелей, из которых выполнены стационарные электропроводки в электроустановке здания, жилы гибких проводов и кабелей, используемых для подключения переносного и передвижного электрооборудования к стационарным электропроводкам, различные шины, применяемые в низковольтных распределительных устройствах и шинопроводах, а также другие проводящие части, выполняющие функции проводников. »
Разновидности проводников в электроустановках зданий.
Ю.В. Харечко в своей книге [2] на основе ГОСТ 30331.1-2013 [1] пишет:
« В электроустановках зданий применяют проводники различного назначения. Для обеспечения электрооборудования электрической энергией в электрических цепях переменного тока используют фазные проводники, нейтральные проводники и PEN-проводники, а в электрических цепях постоянного тока – полюсные проводники, средние проводники и PEM-проводники. Защитные проводники, включая защитные заземляющие проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов, а также PEN-, PEM- и PEL-проводники применяют в электроустановках зданий для защиты человека и животных от поражения электрическим током. »
« В нормальных условиях линейные (фазные и полюсные) проводники, нейтральный и средний проводники находятся под напряжением. Поэтому они являются токоведущими проводниками. PEN-, PEM- и PEL-проводники не рассматривают в качестве токоведущих проводников. Однако в нормальных условиях PEN-, PEM- и PEL-проводники так же, как линейные, нейтральные и средние проводники, проводят электрические токи. Поэтому перечисленные проводники являются токопроводящими проводниками, которые учитывают при указании общего числа проводников в электрической цепи, сети или системе. Защитные проводники PE не предназначены для проведения электрических токов в нормальных условиях. Их не указывают в общем числе проводников. »
Знакомство с проводниками, полупроводниками и диэлектриками: технические характеристики
Что главное в материалах, которые используются для электричества? Главным их свойством является токопроводимость. Такие материалы делятся на три вида — проводники, полупроводники, диэлектрики.
Сегодняшняя статья посвящена именно этим материалам. Мы подробно рассмотрим что они из себя представляют, для чего используются и каким образом пропускают ток.
Итак, начнем с проводника
Проводник — это материя, которая состоит из свободных носителей заряженных частиц. При движении этих частиц возникает тепловая энергия, поэтому ему дали название — тепловое движение.
Есть два основных параметра проводника — сопротивление, обозначается буквой R или же проводимость, обозначается буквой G. Проводимость это показатель противоположный сопротивлению — G=1/R.
То есть проводник — это материал, который ведет ток.
Что же является проводником. Металлы — лучшие проводники, особенно медь и алюминий. Также проводниками являются солевые растворы, влажный грунт, углерод. Последний нашел широкое применение в работе со скользящими связями.
Примером такого применения являются щетки в электрическом двигателе. Человеческое тело — тоже проводник электрического тока. Но электропроводные свойства у вышеперечисленных материалов все же ниже, чем в металлах.
Сама структура металлов предполагает в себе огромное количество свободных заряженных частиц, что и делает их лучшими проводниками.
Когда металл попадает под действие электрических полей, то происходит процесс так называемой электроиндукции. То есть заряженные частицы начинают активно двигаться и распределятся.
Перейдем к диэлектрикам
Диэлектрик — это материя, которая не подчиняется воздействию электрического поля, то есть не пропускает через себя ток, а если и пропускает, то в незначительном количестве.
Происходит это потому, что они не обладают свободно передвигающимися частицами — носителями тока, поскольку в них очень сильная атомная связь.
В жизни такими веществами выступают резина, керамические компоненты, стекло, отдельные виды смол, дистиллированная вода, карбонит, фарфор, текстолит, а так же сухое дерево и так далее.
Именно благодаря свои свойствам, вышеперечисленные материалы являются основой корпусов различных электрических приборов, выключателей, розеток, вилок и других приспособлений, которые контактируют с электричеством непосредственно.
Изоляционные элементы в сетях также изготовляются из диэлектрических материалов.
Но, не все так просто и с диэлектриками. Если пропускать через них ток выше нормы, хранить их или устанавливать в среде с высокими показателями влажности или неправильно их использовать, то можно вызвать такое явление, как «пробой изолятора» — это означает, что материал диэлектрика теряет свои токонепроводимые функции и становится проводником.
То есть, если в двух словах описать ситуацию, то основное в диэлектрике — это его электроизоляционные способности. Таким образом эти приборы помогают нам защититься от травмирующего воздействия электричества.
Свойства диэлектрика измеряются его электрической прочностью — это показатель, который равняется с напряжением пробоя диэлектрика.
И наконец мы дошли до полупроводников
Полупроводники называются так, потому что у них есть свойство проводить ток, но не всегда. Для этого данному веществу необходимо создать специальные условия. Нужно подать к нему энергию в определенным количестве.
Свои свойства полупроводник имеет потому, что в его структуре очень мало частиц, являющихся свободными носителями, а может быть такое, что их там вовсе нет. Но, стоит повлиять на них определенной энергией — и они появляются и активно двигаются.
Энергия может быть не только электрической, также можно воздействовать тепловой энергией, или различными излучениями. Например, свободно движущиеся элементы появляются при влиянии излучения в УФ-Спектре.
Материалами с такими свойствами являются германий, кремний, так же это может быть смешение арсенида и гелия, мышьяк, селен и прочие.
Применение полупроводников может быть различное. Из данного материала делают микросхемы, светодиоды, транзисторы, диоды и многое другое.
Для того, чтоб более подробно объяснить работу полупроводника, применим к нему так называемую зонную теорию. Упомянутая теория объясняет существование или неимение свободных заряженных частиц в отношении конкретных энергетических уровней.
Энергетический уровень (слой) — это число простых частиц, таких как молекул, атомов, то есть электронов. Данный показатель измеряется в Электронвольтах (ЭВ).
Следует обратить внимание на то, что слои проводника составляют непрерывную диаграмму от зоны валентности и до зоны проводимости. Если эти две зоны осуществляют накладку друг на друга, то возникает зона перекрытия.
В соответствии с влиянием некоторых влияний, например электрических полей, температурного режима и прочего, число электронов может меняться.
Исходя из вышеописанных процессов электроны при минимальной энергетическом воздействии начинают движение в проводнике.
Полупроводники между двумя вышеупомянутыми зонами имеют еще зону запрещенную. Величина данной зоны показывает количество той энергии, которой будет достаточно для проведения тока.
Диэлектрики по структуре похожи на полупроводники, но их защитный шар намного больше благодаря внутренним связям материала.
Мы рассказали о главных свойствах проводников, полупроводников и диэлектриков. Можно сделать вывод, что отличаются они друг от друга своей проводимостью тока. Именно из-за этого у каждого материала есть своя зона применения.
Так, проводники применяются там, где нужна стопроцентная проводимость тока.
Использование диэлектриков приходится на изготовление различной изоляции токопроводящих участков.
Ну, а полупроводники активно применяют в электронике.
Думаем, данная статья раскрыла перед вами все нюансы работы проводников, диэлектриков и полупроводников, их основные отличия и сферы применения.