מוליכות חשמלית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

מוליכות חשמלית של גוף מסוים היא מידת היכולת של זרם חשמלי לעבור באותו גוף. חומרים מוליכים הם חומרים בהם קיימים חלקיקים טעונים עם חופש תנועה (למשל אלקטרונים בנחושת). חומרים מוליכים יכולים להיות מתכת, תמיסה מוליכה (למשל מי ים) או פולימר מוליך.

תוכן עניינים

1 הגדרה
2 התנגדות/מוליכות חשמלית סגולית
3 יחידות מידה
4 חישוב התנגדות אוהמית
5 חומרים מוליכים ומבדדים

[עריכה] הגדרה

ההגדרה המדויקת של מוליכות חשמלית היא הזרם חשמלי בין שתי נקודות בגוף חלקי המתח החשמלי ביניהם. ובנוסחה:

$\ I=VG$

כאשר:

$\ V$ - מסמן מתח חשמלי בין שתי נקודות בגוף.
$\ I$ - מסמן זרם חשמלי בין שתי נקודות בגוף.
$\ G$ - מסמן את מוליכות החשמלית של הגוף הנידון.

ובצורה דיפרנצאלית (יותר מדויקת):

$\ G= \frac{dI}{dV}$

נהוג להגדיר גם גודל הופכי למוליכות חשמלית הנקרא התנגדות חשמלית. ההגדרה המדויקת של התנגדות חשמלית היא המתח החשמלי בין שתי נקודות בגוף חלקי הזרם החשמלי ביניהם. ובנוסחה:

$\ V=IR$ (ראו חוק אוהם)

כאשר:

$\ R$ - מסמן את ההתנגדות החשמלית של הגוף הנידון.

ובצורה דיפרנצאלית:

$\ R= \frac{dV}{dI}$

או בניסוח פשוט יותר (אם מוליכות כבר מוגדרת):

$R = \frac{1}{G}$

נהוג לומר שאם המוליכות (ובהתאמה ההתנגדות) היא גודל קבוע (בקירוב) בגוף אזי הוא מקיים את חוק אוהם. במקרה זה קיים יחס ישר בין המתח לזרם ו- $\ G$ מהווה את גורם הפרופורציה ביניהם. דוגמה, לגוף כזה הוא נגד אידאלי (ובקירוב נגד).

מן ההגדרה נובע שככל שמוליכות של הגוף תהיה גבוהה יותר, היכולת של הזרם לעבור בו תהיה גבוהה יותר, ככל שמוליכותו של הגוף תהיה קטנה יותר, היכולת של הזרם לעבור בו תהיה קטנה יותר.

[עריכה] התנגדות/מוליכות חשמלית סגולית

המוליכות הסגולית של חומר נקבעת לפי כמות האנרגיה הנדרשת כדי להוציא אלקטרון מאטום אחד ולהעבירו לאטום אחר בתוך אותו החומר. ככל שנדרשת פחות אנרגיה להעברת האלקטרון מאטום אחד לאטום אחר בתוך החומר, החומר יוליך יותר מטען חשמלי, באותו פרק זמן ביחס לאותו המתח. המוליכות נובעת מכמות נשאי מטען חשמלי החופשיים הקיימים בו (לרוב, אלקטרונים), כיוון שנשאי המטען הם המאפשרים יצירת זרם חשמלי.
לדוגמה, באטום נחושת יש אלקטרון בודד במעטפת החיצונית של האטום. מאחר שהכח הקושר בינו לגרעין האטום הוא חלש יחסית, הוא יתנתק בקלות יחסית וידלג לאטומי נחושת סמוכים. מהסיבה הזו, הנחושת נחשבת למוליך טוב.
באופן כללי, חומר בעל מוליכות גבוהה נקרא מוליך, וחומר בעל מוליכות נמוכה מאוד נקרא מבדד. לדוגמה, גרפיט נחשב למבדד משום שנדרשת בו אנרגיה רבה יותר לשנע אלקטרונים בין אטומים.
כמו כן, קיימים גם חומרים הנקראים מוליכים למחצה שמנגנוני ההולכה החשמלית בהם שונים מאלה הקיימים במתכות, ולכן חוק אוהם אינו תקף לגביהם.

מוליכותו (וכמובן, התנגדותו) של חומר מסוים נקבעת ביחס ליחידת נפח של החומר.
מוליכותו של גוף נתון תלויה במוליכות הסגולית של החומר ממנו הוא בנוי ובממדיו הפיזיים, למשל, מוליכותו של תיל מוליך תלויה באורכו ובשטח החתך שלו.

[עריכה] יחידות מידה

יחידת המידה של ההתנגדות החשמלית (במערכת היחידות הבינלאומית) היא האוהם (Ω). המוליכות נמדדת על ידי היחידה ההופכית - הנקראת (ביחידות מערכת היחידות הבינלאומית): סימנס (או MHO), המסומנת ב-S או ב-MHO או ב- $\mho$ . שמות היחידות מסמלים באופן ציורי את העובדה שהתנגדות ומוליכות הם גדלים הופכיים זה לזה. ורנר פון סימנס וגאורג אוהם נחשבו כמדענים יריבים בתחומם ו-MHO הוא פשוט היפוך סדר כתיבת האותיות בשם האנגלי של היחידה אוהם - ohm.

[עריכה] חישוב התנגדות אוהמית

ההתנגדות של תיל העשוי מחומר אוהמי ניתנת על ידי הנוסחה:

$R= \rho \frac{l}{A}$

כאשר $ρ$ היא ההתנגדות הסגולית של החומר, l הוא אורך התיל ו-A הוא שטח החתך שלו בניצב לכיוון הזרם.

ההתנגדות הסגולית היא תכונה אינדייווידואלית לכל חומר, אך היא אינה קבועה, אלא משתנה בהתאם לטמפרטורה, לפי הנוסחה:

$\rho = \rho_0 \left( 1+\alpha T \right)$

כאשר $ρ 0$ היא ההתנגדות הסגולית של החומר ב-20 מעלות צלזיוס, T היא הטמפרטורה ו- $α$ הוא קבוע ייחודי לחומר.

[עריכה] חומרים מוליכים ומבדדים

מתכות נחשבות למוליכות טובות, לעומתם חומרים סינתטיים הם לרוב מוליכים גרועים (או מבדדים).

מוליכים:

מבדדים:

בין המוליכים והמבדדים נמצאת קבוצה מצומצמת של מוליכים למחצה, אשר תכונות חבריה הם מעבר בין מצב הולכה למצב בידוד על ידי ערור חיצוני חלש (למשל תאורה).

מים מזוקקים נחשבים למבדדים (התנגדותם גבוהה מאוד, למרות שקיימים בהם יונים המאפשרים הולכה - יוני הידרוקסיד והידרוניום, שמקורם במים עצמם), אך המסת מלח בהם הופכת אותם למוליכים. אם יועבר בהם מתח חשמלי גבוה מספיק, הוא יגרום לפירוק מרכיבי המלח (תהליך המכונה אלקטרוליזה), ומוליכות המים תפחת. יש לציין כי כאשר מים מזוקקים נחשפים לאוויר, מוליכותם תגדל, וזאת עקב התמוססות גזים, בעיקר פחמן דו-חמצני, היוצר חומצה קרבונית, שמתפרקת ליצירת יוני קרבונט, והם מסוגלים להוליך זרם חשמלי.

יש קושי ליצר מוליכים מאוד טובים ומצד שני מבדדים מאוד טובים. כסף נחשב מוליך טוב - אך יקר. נחושת היא הפשרה הטובה בין מחיר ומוליכות חשמלית. מבדדים טובים הם לרוב קרמיקה או זכוכית.

תחום מתפתח מחקרית הוא מוליכי העל, שנמצא עדיין בשלב המחקרי אך מציע סיכוי לממש מוליכים מושלמים. חומרים אלה מעניינים מאוד בהקשרים של מנועים חשמליים ומערכות תמסורת אנרגיה יעילות.

חשמל
מושגי יסוד	שדה חשמלי • מתח חשמלי • זרם חשמלי • התנגדות ומוליכות • עכבה • הספק חשמלי • קיבול חשמלי • השראות • זרם ישר • זרם חילופין • חוק אוהם • מעגל חשמלי • אנרגיה חשמלית • מעגל תהודה חשמלי • מעגל RLC
רכיבים בסיסים	מוליך • מבדד • מקור מתח • מקור זרם • סוללה • נגד • קבל • משרן • שנאי • מתג
מכשירי מדידה	וולטמטר • אמפרמטר • אוהם-מטר • גלוונומטר • מד קיבול • מד השראות • אוסצילוסקופ • רב מודד • מחולל אותות
אלקטרוניקה	מוליך למחצה • דיודה • טרנזיסטור • טריודה • מעגל משולב • מעגל מודפס • שפופרת ריק • מיקרואלקטרוניקה • מיתוג
יחידות מידה	וולט • אמפר • פאראד • אוהם • ואט • קולון • הנרי • סימנס • ואט-שעה • ג'ול
זרם חזק	גנרטור חשמלי • מנוע חשמלי • תחנת כוח • מתקן חשמל דירתי • מערכת חלוקה
בטיחות בחשמל	התחשמלות • לוח חשמל • ממסר פחת • מפסק אוטומטי • נתיך • הארקה • קצר חשמלי

מוליכות חשמלית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

תוכן עניינים

[עריכה] הגדרה

[עריכה] התנגדות/מוליכות חשמלית סגולית

[עריכה] יחידות מידה

[עריכה] חישוב התנגדות אוהמית

[עריכה] חומרים מוליכים ומבדדים

צפיות

כלים אישיים

חיפוש

ניווט

קהילה

תיבת כלים

שפות אחרות