Чем полупроводники отличаются от проводников и изоляторов. ​Чем отличается кабель от провода и когда их нужно использовать. В чем разница между кабелем и проводом

Многие химические элементы являются полупроводниками и проводниками. В чем особенности тех и других? Чем отличаются полупроводники от проводников?

Что представляют собой полупроводники?

Под полупроводниками понимаются химические элементы, обладающие ограниченной способностью передавать электрический ток. Это обусловлено небольшим количеством свободных электронов, формирующихся в их структуре при подключении электродов.

Типичными полупроводниками считаются такие химические элементы, как кремний - относящийся, в частности, к 4-й группе веществ по периодической системе Д. И. Менделеева. На внешней оболочке кремния располагается 4 электрона, классифицируемых как валентные. К иным чистым полупроводникам можно отнести, к примеру, германий.

Одна из главных характеристик полупроводников - удельное сопротивление. Оно может находиться в интервале от 10 в 4 до 10 в минус 5 степени Ом на метр. Для того чтобы понизить удельное сопротивление рассматриваемых элементов, в их состав могут быть включены легирующие примеси. Такие как, например, бор и мышьяк.

Если легирование полупроводников осуществляется посредством элементов 3-й группы по таблице Менделеева (в частности, при использовании бора), то полупроводник будет классифицирован как относящийся к p-типу. У элементов 3-й группы в оболочке присутствует 3 электрона. Это значит, что в структуре кристалла легированного полупроводника из-за недостающего электрона образуются «дырки», которые при подключении тока начинают движение в обратном направлении относительно положительного контакта (к которому, в свою очередь, стремятся электроны).

Если легирование полупроводников осуществляется посредством элементов 5-й группы (например, при использовании мышьяка), то проводник будет относиться к n-типу. У элементов 5-й группы на внешней оболочке располагается 5 электронов. Поэтому при легировании полупроводника часть из них освобождается, вследствие чего элемент приобретает проводимость.

Можно отметить, что пограничная область, располагающаяся между полупроводниками p-типа и n-типа, обладает свойством проводить ток только при подключении электродов в определенном положении. Благодаря данной особенности функционируют различные электронные компоненты, в составе которых используются полупроводниковые вещества, - диоды, транзисторы.

Еще одно примечательное свойство рассматриваемых элементов - усиление проводимости по мере увеличения температуры.

Что представляют собой проводники?

Под проводниками понимаются химические элементы, в которых есть электроны, способные отделяться от одного ядра и перемещаться к другому при подключении тока. Как правило, это металлы. Хорошими проводниками считаются медь, алюминий.

Чем чище металл - тем большей проводимостью он обладает. Примеси снижают данное свойство. При нагревании металлов их проводимость снижается - в то время как у полупроводников, как мы отметили выше, увеличивается.

Сравнение

Главное отличие полупроводников от проводников заключается в небольшом количестве образующихся при подключении тока свободных электронов в структуре первых (которые, в свою очередь, появляются в большем количестве наряду с «дырками» при легировании или же в процессе нагрева) и высоком уровне электрического сопротивления соответствующих элементов. А вот проводники имеют множество свободных электронов и характеризуются невысоким сопротивлением. При нагревании первых элементов их сопротивление снижается, при тепловом воздействии на проводники - увеличивается.

Определив, в чем разница между полупроводниками и проводниками, зафиксируем выводы в таблице.

Все вещества состоят из атомов и молекул, имеющих положительно заряженные ядра и отрицательно заряженные электроны. Атомы и молекулы электрически нейтральны, так как заряд ядра равен суммарному заряду

Электронов, окружающих ядро. При наличии внешних факторов (повышение температуры, электрическое поле и т.д.) атом или молекула теряет электрон. Этот атом превращается в положительный ион, а электрон, оторвавшийся от атома, может присоединиться к другому атому, превратив его в отрицательный ион, остаться свободным. Процесс образования ионов называют ионизацией. Количество свободных электронов или ионов в единице объема вещества называется концентрацией заряженных частиц. Таким образом, в веществе, которую поместили в электрическое поле, под действием сил поля возникает процесс движения свободных электронов или ионов в направлении сил поля, назвали электрическим током.

Свойство вещества проводить ток под действием электрического поля называется электропроводностью вещества, которая зависит от концентрации свободных электрически заряженных частиц. Чем больше концентрация заряженных частиц, тем больше электропроводность вещества. Все вещества в зависимости от электропроводности делятся на:

1 Проводник. Обладают очень большой электропроводностью. Проводники делятся на две группы. К проводникам первой группе относятся металлы (медь, алюминий, серебро и т.д.) и их сплавы, в которых возможно перемещение только электронов. То есть в металлах электроны очень слабо связаны с ядрами атомов и легко от них отделяются. В металлах явление электрического тока связано с движением свободных электронов, которые обладают очень большой подвижностью и находятся в состоянии теплового движения. Эту электропроводность называют электронной. Проводники используются для изготовления проводов, ЛЭП, обмоток электрических машин и т.п.. К проводникам второй группе относятся водные растворы солей, кислот и т.д., которые называют электролитами. Под действием раствора молекулы вещества распадаются на положительные и отрицательные ионы, которые под действием электрического поля начнут перемещаться. Ионы электролита при прохождении тока начнут осаждатися на электродах, опущенных в электролит. Процесс выделения вещества из электролитов электрическим током называется электролизом. Его используют для добычи цветных металлов из растворов их соединений (медь, алюминий), а также для покрытия металлов защитным слоем другого металла (например, хромирование).

2 Диэлектрики (или электроизоляционные вещества). Вещества с очень малой электропроводностью (газы, резиновые вещества, минеральные масла и т.п.). В этих веществах электроны очень сильно связаны с ядрами атомов и под действием электрического поля редко отделяются от ядер. Т.е. диэлектрики не проводят электрический ток. Это их свойство используют при производстве электрозащитных средств: диэлектрические перчатки, обувь, коврики, изолирующие подставки, накладки, колпаки, изоляторы на электрооборудовании и т.п..

Диэлектрики могут быть: твердые, газообразные, жидкости.

3 Полупроводниковые (германий, селен, кремний). Это вещества, которые кроме электронной проводимости, имеют «дырочную» проводимость, которая в большой степени зависит от наличия внешних факторов: света, температуры, электрического или магнитного поля. Эти вещества имеют ковалентную связь (- это химическая связь между двумя электронами соседних атомов на одной орбите). Ковалентная связь очень непрочен. При наличии внешнего фактора он разрушается и появляются свободные электроны (электронная проводимость). В момент образования свободного электрона в ковалентной связи появляется свободный город - «электрона дыра» (эквивалентная протона), которая притягивает к себе электрон из соседнего ковалентной связи. Но тогда образуется новая «дыра», которая вновь притягивает к себе электрон из соседнего ковалентной связи и так далее. Т.е. под действием электрического поля перемещаются «дыры» в направлении поля (навстречу электронам) - движение протонов. Таким образом, при электронной проводимости - электрон проходит весь путь, а при «дырочной» - электроны поочередно замещаются по связям, каждый электрон проходит долю пути. При нарушении связей в полупроводниках одновременно возникает одинаковое количество электронов и «дырок». То есть, проводимость состоит из электронной и «дырочной» и называется собственной проводимостью полупроводника. Свойства полупроводников возможно изменить, если в них внести примеси других веществ. Тем самым увеличить ту или иную проводимость. Это используется в промышленной электронике: диоды, транзисторы, тиристоры. Используют, как усилители, выпрямители, электронные генераторы, стабилизаторы и тому подобное. Их преимущества: малая потеря энергии, стоимость, размер и масса, простота эксплуатации, большой срок работы. Недостаток: зависимость проводимости от температуры.

Из всего многообразия кабельных изделий каждый из типов предназначен для использования в определенных целях. Например, ПВС и ШВВП – провод и шнур с гибкими многопроволочными жилами, который часто используются для подключения нестационарного электрооборудования. Это такое оборудование, которое может перемещаться в процессе своей работы, например, дрели, болгарки, настольные лампы и прочее. В этой статье мы рассмотрим, в чем разница между проводниками и какой лучше использовать для конкретных задач.

Сравнение характеристик

Чтобы понять, чем отличается шнур ШВВП от провода ПВС, давайте сравним технические характеристики.

Изоляция у обоих проводников из ПВХ-пластиката, как наружная оболочка, так и оболочки каждой из жил. И шнур, и провод используются для подключения подвижного оборудования. Но их конструкция отличается тем, что у ШВВП жилы уложены параллельно друг другу, а наружная оболочка выполнена тонким слоем изоляции. Из-за этого у шнура плоская форма, что и указано в маркировке.

Жилы провода ПВС уже скручены между собой по всей длине, наружная оболочка выполняется с полным заполнением между жильного пространства, что даёт толстый защитный слой. Однако витая укладка жил увеличивает расход проводников и других материалов на каждый метр кабеля, а толстая внешняя оболочка увеличивает расход ПВХ – всё это приводит к увеличению конечной стоимости продукта.

Внимание: стоимость ПВС больше чем у ШВВП примерно на 30%.

Если внимательно изучить таблицу, можно заметить, что, диапазон сечений у рассматриваемого шнура сосредоточен в меньших величинах, чем у провода. Такое отличие говорит о том, что ШВВП предназначен для питания потребителей меньшей мощности. Разница в конструкции приводит и к тому, что плоский шнур легче поддается изгибам и занимает меньше места при укладке, но при этом более подвержен случайным повреждениям, чем толстый круглый и витой ПВС.

Область применения

Удлинители или переноски

Основная сфера применения и предназначения обсуждаемых проводников – это удлинители. При этом если удлинитель будет использоваться в тяжелых условиях (на стройке, в гараже для подключения электроинструмента), лучше выбрать . В этом случае характерны частые перегибы и случайные удары и трения, поэтому важно чтобы у проводника была качественная и толстая изоляция.

Если удлинитель будет проложен где-нибудь за мебелью или другим способом, где вероятность того что его придавят или произойдут другие повреждения минимальна, то вполне можно выбрать . Его удобнее будет проложить или провести в узких местах из-за меньших размеров. Такие удлинители используют, когда розетка расположена в неудобном месте, а также для подключения нескольких электроприборов установленных в одном месте, например, телевизора, медиа проигрывателя и акустической системы.

Поговорим о том, что лучше для удлинителя: провод ПВС или ШВВП. Если говорить обобщенно, то удлинитель из ПВС используется там, где вероятны частые удары или повреждения. Также он лучше подходит для подключения мощного электрооборудования, например, перфораторов, болгарок или даже каких-то технологических устройств типа тепловых пушек, при условии отсутствия прямого попадания потоков горячего воздуха или частей устройства на сам провод.

ШВВП используют для тех удлинителей, в которые не подключаются мощные приборы. Они лучше подходят для подключения небольшого кухонного оборудования, светильников, электробритв и бытовой электроники.

О том, мы рассказывали в статье. Ознакомьтесь с материалом, чтобы сделать надежный удлинитель для подключения бытовой техники.

Освещение и проводка

Так как скрытая и открытая проводка являются стационарными электроустановками, то под это определение уже не подходят ни провод, ни шнур. В отличие от них кабель с однопроволочными жилами типа специально предназначен на использование в проводке. Тем не менее часто возникает вопрос: «Можно ли использовать ШВВП или ПВС для проводки либо освещения?». Для основной проводки и подключения розеточных групп их применение не рекомендуется.

У ШВВП наружная оболочка достаточно тонкая, для прокладки в стене, хотя это можно исправить его прокладкой в ПВХ-гофре. В то же время у ПВС хоть и толстый слой изоляции, но есть интересное мнение о том, что это затруднит отдачу тепла окружающей среде токопроводящими жилами, что особенно важно при скрытой прокладке под штукатуркой.

При в подвесном потолке провода прокладываются за гипсокартонным листом, а если потолок натяжной – то по поверхности чернового потолка. В связи с многообразием дизайнерских решений по установке точек освещения по изогнутым контурам, удобнее будет использовать провода с гибкими жилами. В этих случаях будет удобным выбор ШВВП или ПВС. Но с точки зрения долговечности и механической прочности в этом случае ПВС подходит лучше.

Прокладка на улице допускается только в , а диапазон рабочих температур лучше подходит для этой цели у провода ПВС.

Мы рассмотрели отличия ШВВП от ПВС и советы о том, какой из них выбрать для конкретных задач. Но хотим напомнить, что соединение этих проводов нужно проводить с помощью клеммников с пружинным зажимом (типа ВАГО), пайки, сварки, гильзованием. Делать скрутки категорически запрещено, а при зажиме под винт (как в розетках) жилы провода начинают рваться, из-за чего ухудшается контакт. Со временем он будет греться или вообще отгорит.

Материалы

Часто понятия кабель и провод используются как синонимы и только сведущие в электричестве специалисты четко понимают, что эти изделия разные. Каждый из них обладает различными техническими характеристиками, сферой применения и конструкцией. В некоторых случаях возможно использование только одного из них. Чтобы понять, чем отличается кабель от провода, необходимо рассмотреть оба изделия с точки зрения их строения и предназначения.

Кабель представляет собой изделие, в котором присутствует 1 или несколько изолированных проводников. Они могут быть покрыты броневой защитой, если сфера применения подразумевает возможность механических повреждений.

Согласно с областями использования кабели могут быть:

1. Силовыми . Применяются для передачи и распределения электроэнергии посредством осветительных и силовых установок через кабельные линии. Могут иметь алюминиевые или медные жилы с оплеткой из полиэтилена, бумаги, ПВХ и резины. Оснащаются защитными оболочками.
2. Контрольными . Используются для питания техники низким напряжением и создания линий контроля. Основной материал изготовления жил сечением 0,75-10 мм² -- медь и алюминий.
3. Управляющими . Предназначены для автоматических систем. Производятся из меди с оболочкой из пластика. Оснащаются защитным экраном от повреждений и электромагнитных помех.
4. Для передачи высокочастотных (на дальние расстояния ) и низкочастотных (местных ) сигналов связи.
5. Радиочастотными . Благодаря им осуществляется связь между радиотехническими приборами. Изделие состоит из центральной медной жилы и внешнего проводника. Изоляционный слой производится из ПВХ или полиэтилена.

Что такое провод?

Провод -- это изделие из 1 неизолированного или нескольких изолированных проводников. В зависимости от условий прокладки оплетка может быть выполнена из волокнистых материалов или проволоки. Различают голые (без использования покрытий ) и изолированные (с резиновой или пластмассовой изоляцией ) изделия.

Материал жил в проводах могут быть алюминиевые, медные и другие металлы. Рекомендуется монтаж электропроводки из 1 материала.

Алюминиевая проводка легче по весу и стоит дешевле, также у неё высокие антикоррозийные свойства. Медная лучше проводит электричество. Минусом алюминия является высокая степень окисления на воздухе, что приводит к разрушению соединений, падению напряжения и сильному нагреву точки стыковки.

Провода бывают защищенными и незащищенными. В первом случае, кроме электрической изоляции, изделие покрыто дополнительной оболочкой. Незащищенные таковой не имеют.

По сфере применения провода классифицируют на:

1. Монтажные . Используются для гибкого или фиксированного монтажа в электрических щитках. Кроме того, при изготовлении радио и электронных приборов.
2. Силовые . Применяют для прокладывания сетей.
3. Установочные . С их помощью осуществляется монтаж подключения установок, систем электропередач внутри помещения и на улице.

В чем разница между кабелем и проводом?

Основное отличие кабеля от провода -- это его назначение. Кабеля случат для передачи электрического тока на большие расстояния между домами, городами или прокладки внутри здания. Имеют для этого дополнительные защитные слои. Провод же как правило нужен для внутреннего монтажа внутри помещения или внутреннего монтажа в электрических шкафах.

Изоляция

Так как кабель может прокладываться в разных, в том числе агрессивных средах, то изоляция кабеля должна быть рассчитана на это. Для прочности дополнительно добавляют броню -- металлическую оплётку, каждую жила кроме изоляции, может быть покрыта дополнительной плёнкой, а пространство между жилами заполнено абсорбентом (тальком) -- для впитывания влаги и ухудшения горения.

Проводу же всего этого не требуется, он имеет один слой ПВХ изоляции.

Маркировка

Все электротехнические изделия снабжаются маркировкой, которая подробно описывает их характеристики и предназначение. Надписи на кабелях и проводах имеют свои различия.

Маркировка проводов расшифровывается так:

1. Наличие буквы «А» на первом месте говорит о том, что проводник алюминиевый. Если первая не «А» -- медный.
2. Литера «П» указывает на наличие 1 провода, «ПП» -- 2 или 3 плоских жил.
3. Следующая буква рассказывает о материале изоляции жил: «П» -- полиэтилен, «Р» -- резина, «В» -- поливинилхлорид, «Л» -- оплетка из хлопчатобумажной пряжи.
4. Если после обозначения оболочки следует «Н», это указывает на дополнительный защитный слой из негорючего найрита, «В» -- из ПВХ.
5. Если в проводе присутствует гибкая токоведущая сердцевина, ее обозначают литерой «Г».
6. Многожильные изделия с противогнилостным покрытием маркируют «ТО».
7. Цифры в коде указывают на тип полиэтилена и сечение проводника.

При маркировке кабелей ГОСТ установил такой порядок:

1. Материал жилы («А» -- алюминий, отсутствие буквы -- медь).
2. Тип («К» -- контрольный, «КГ» -- гибкий).
3. Изоляция («П» -- полиэтилен, «В» -- поливинилхлорид», «Р» -- резина, «НГ» -- негорючая, «Ф» -- фторопластовая).
4. Бронь или внешняя оболочка («А» -- алюминиевая», «С» -- свинцовая, «П» -- полиэтилен, «В» -- поливинилхлорид», «Р» -- резина, «О» -- покрытие всех фаз, «Пв» -- полиэтилен вулканизированный).
5. Защитный слой («Б» -- броня с антикоррозийным покрытием, «Бн» -- негорючая броня, «2г» -- двойная полимерная лента, «Шв» -- поливинилхлоридный шланг, «Шп» -- полиэтиленовый шланг, «Шпс» -- шланг из самозатухающего полиэтилена).

Кроме этих обозначений, существует много других, которые указывают на специальные характеристики. Например, литера «Э» в начале кода указывает на то, что кабель электрический. Эта же буква в середине говорит о наличии экрана.

Сразу после буквенного обозначения следует цифровое, в котором первое число сообщает о количестве жил, второе -- их сечении.

На кабелях обязательно указывается индекс напряжения -- «W». Число за ним расшифровывается так: 1 -- до 2 кВ, 2 -- до 35 кВ, 3 -- более 35 кВ.

Условия применения

Провода используются только для распределения внутри электрических устройств. В остальных случаях применяется кабель. Это продиктовано спецификой оборудования, необходимостью использования большого количества жил. Кроме того, они имеют повышенную защиту от повреждений.

Срок службы

Срок эксплуатации кабеля может достигать 30 лет и более ввиду наличия двойной защиты в виде изоляции и брони. Провод способен прослужить примерно в 2 раза меньше.

Напряжение питания

В зависимости от сферы применения и по ПУЭ бывает важно, какой токопроводящей силой обладает кабель или провод. Первый вид оснащен как минимум двойной защитой и повышенной стойкостью материала изоляции. Он может использоваться для высокого напряжения, достигающий сотен киловольт.

Провода же используют для напряжения до 1 кВ. По этой причине все производственные и высотные линии собирают исключительно из кабелей, а применение провода реализуется для сборки электроприборов.

Выбор между кабелем и проводом

Выбирать кабель и провод необходимо основываясь на условиях в которых он будет применяться.