Почему металлы - это идеальные проводники тока? Примеры проводников с фото

Электричество изменило мир, а металлы сыграли в этом ключевую роль. Их уникальные свойства позволили человечеству использовать электрическую энергию в быту, науке и промышленности. Давайте разберем примеры проводников тока среди металлов.

Общие сведения о проводниках тока

Проводниками называют вещества, легко пропускающие электрический ток. Это связано с наличием свободных заряженных частиц, которые могут двигаться внутри вещества.

К проводникам относятся металлы, углерод, электролиты. В жидком состоянии хорошо проводят ток ртуть и расплавленные металлы. В газообразном - плазма.

Проводники резко отличаются от диэлектриков (изоляторов), где заряженные частицы фиксированы внутри молекул.

Почему металлы так хорошо проводят ток?

В металлах атомы отдают внешние электроны в общую электронную оболочку. Эти свободные электроны легко двигаются по всему объему металла под действием электрического поля.

Поэтому металлы имеют самую высокую электропроводность среди всех веществ, и их часто используют для изготовления проводов.

Медь как идеальный проводник

Медь широко применяется для изготовления проводов благодаря высокой электропроводности, пластичности и доступности.

Физические свойства меди:

• Высокая электропроводность (2-е место после серебра)
• Пластичность и ковкость
• Устойчивость к коррозии
• Доступность и относительная дешевизна

Все эти качества делают медь идеальным материалом для изготовления проводов, кабелей, контактов.

Применение меди как проводника

Медь широко используется в бытовой технике, энергетике, электронике:

1. Медные провода в электропроводке зданий и сооружений
2. Обмоточные провода в электродвигателях и трансформаторах
3. Соединительные провода в радиоэлектронной аппаратуре
4. Токопроводящие дорожки в печатных платах

Как видно, человечество активно использует медь для передачи электроэнергии. И в будущем роль меди как проводника вряд ли уменьшится.

Интересные факты об использовании медных проводов

Медные провода незаменимы при передаче электроэнергии, поэтому люди использовали их в самых неожиданных местах:

• Самый длинный медный провод в мире - 1150 км, он соединяет гидроэлектростанцию с городами в провинции Квебек, Канада.
• В электронном микроскопе применяют сверхтонкие медные провода для подключения образца.
• НАСА использовало медные провода в скафандрах астронавтов, чтобы собирать данные о их состоянии.

Серебро vs медь: сравнение проводников

Хотя медь широко используется как проводник, по электропроводности она уступает серебру. Давайте сравним эти металлы.

У серебра на 6% выше электропроводность по сравнению с медью. Кроме того, серебро обладает повышенной стойкостью к окислению.

Благодаря этому, серебряные провода и контакты используются в радиоэлектронике, научных приборах, авиакосмической технике.

Несмотря на преимущества серебра, медь не утратила своих позиций как проводник. Причин тому несколько:

1. Медь дешевле серебра примерно в 100 раз
2. Медь более пластична, ее легче обрабатывать
3. Запасы меди превышают запасы серебра на порядок

Поэтому в промышленных масштабах выгоднее использовать именно медь, несмотря на чуть меньшую проводимость.

Примеры проводников и диэлектриков в физике

Рассмотрим типичные примеры проводников и диэлектриков, часто фигурирующие в учебниках физики и научных работах.

Классические проводники:

• Металлы (медь, серебро, золото, алюминий)
• Уголь, графит
• Электролиты (кислоты, щелочи, солевые растворы)

Типичные диэлектрики:

• Пластмасса
• Резина
• Мрамор
• Дистиллированная вода

Чтобы лучше понять свойства проводников, ученые проводили интерессные эксперименты. Давайте рассмотрим некоторые из них.

Опыты Эрстеда

Датский физик Эрстед в 1820 году открыл взаимодействие электрического тока и магнитного поля. В своих опытах он пропускал ток по медному проводу и наблюдал отклонение магнитной стрелки рядом с проводом.

Это фундаментальное открытие показало, что движущиеся заряженные частицы в проводнике порождают магнитное поле. Именно на этом принципе работают все электродвигатели и генераторы.

Опыты Фарадея

Английский ученый Фарадей продемонстрировал обратный эффект - возникновение электрического тока в проводнике при изменении магнитного поля. Это явление назвали электромагнитной индукцией.

В своих опытах Фарадей двигал постоянным магнитом возле медной катушки и фиксировал появление тока в катушке. Это открытие легло в основу принципа работы всех электрогенераторов.

Сверхпроводники

Особый класс проводников - сверхпроводники. При охлаждении ниже определенной критической температуры они обретают уникальное свойство:

Сопротивление сверхпроводников падает до нуля, и они начинают проводить электрический ток без потерь энергии.

Это открытие произвело фурор в физике XX века и до сих пор активно изучается.

Перспективы применения

Уникальные свойства сверхпроводников открывают им дорогу в передовые технологии:

• Сверхпроводящие магниты для ускорителей элементарных частиц и термоядерного синтеза
• Сверхпроводящие кабели для передачи электроэнергии без потерь
• Сверхбыстрые сверхпроводящие компьютеры

Ученые ведут активные исследования в этом направлении. И хотя практическое применение сверхпроводников пока ограничено из-за сложностей с охлаждением, в будущем нас ждут интересные открытия.