מוליכות חשמלית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

יש לך הודעות חדשות (השווה לגרסה הקודמת).

באופן כללי מוליכותו החשמלית של גוף מסוים היא מידת היכולת של זרם חשמלי לעבור באותו גוף. ההגדרה המדויקת של מוליכות חשמלית היא הזרם חשמלי בין שתי נקודות בגוף חלקי המתח החשמלי ביניהם. ובנוסחא:

$\ I=VG$

כאשר:

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

ובצורה דיפרנצאלית (יותר מדוייקת):

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

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

$\ V=IR$ (שימו לב זהו אינו 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

קיים גם גודל הנקרא התנגדות חשמלית סגולית (ובהתאמה מוליכות חשמלית סגולית), גודל זה קובע את התנגדות (ובהתאמה המוליכות) של חומר מסוים ליחידת נפח. המוליכות החשמלית הסגולית של חומר נובעת מכמות נשאי מטען חשמלי החופשיים הקיימים בו (לרוב, אלקטרונים), כיוון שנשאי המטען הם המאפשרים יצירת זרם חשמלי. המוליכות של גוף נובעת מהמוליכות הסגולית של החומר ממנו הוא מורכב ומימדו הפיסיים.

חומר בעל מוליכות גבוהה נקרא מוליך, וחומר בעל מוליכות נמוכה מאוד נקרא מבודד. ישנם גם חומרים הנקראים מוליכים למחצה אשר חוק אוהם אינו תקף לגבהם.

[עריכה] יחידות מידה

יחידת המידה של ההתנגדות החשמלית (בשיטת היחידות SI) היא האוהם (Ω). המוליכות נמדדת על ידי היחידה ההופכית -הנקראת (בשיטת ה-SI): סימנס (או MHO), המסומנת ב-S או ב-MHO או ב- $\mho$ . שמותהם של היחידות מסמלות בציוריות את העובדה שהתנגדות ומוליכות הם גדלים הפוכים. 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 ההתנגדות

[עריכה] 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 יחודי לחומר.

[עריכה] חומרים מוליכים ומבודדים

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

מוליכים:

מבודדים:

בין המוליכים והמבודדים 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 הינם מבודדים, אך המסת מלח בהם הופכת אותם למוליכים לפרק זמן מסוים, בו מפרק הזרם החשמלי את מרכיבי המלח, תהליך המכונה אלקטרוליזה.

יש קושי ליצר מוליכים מאוד טובים ומצד שני מבודדים מאוד טובים. כסף נחשב מוליך טוב - אך יקר. נחושת היא הפשרה הטובה בין מחיר ומוליכות חשמלית. מבודדים 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 \| קיבול חשמלי \| השראות \| זרם ישר \| זרם חילופין \| חוק אוהם \| מעגל חשמלי
רכיבים בסיסים	מוליך \| מבודד \| מקור מתח \| מקור זרם \| סוללה \| נגד \| קבל \| משרן \| שנאי \| מתג
מכשירי מדידה	אוסצילוסקופ \| אמפרמטר \| אוהם-מטר \| גלוונומטר \| וולטמטר \| רב מודד \| מגר \| מד השראות \| מד קיבול
אלקטרוניקה	מוליך למחצה \| דיודה \| טרנזיסטור \| טריודה \| מעגל משולב \| מעגל מודפס \| שפופרת ריק \| מיקרואלקטרוניקה
יחידות מידה	וולט \| אמפר \| פאראד \| אוהם \| ואט \| קולון \| הנרי \| סימנס
זרם חזק	גנרטור חשמלי \| מנוע חשמלי \| תחנת כוח \| מערכת חלוקה
בטיחות בחשמל	התחשמלות \| לוח חשמל \| ממסר פחת \| הארקה \| קצר חשמלי