En électricité, on distingue trois groupes principaux de matériaux - ce sont les conducteurs, les semi-conducteurs et les diélectriques. Leur principale différence est la capacité de conduire le courant. Dans cet article, nous verrons en quoi ces types de matériaux diffèrent et comment ils se comportent dans un champ électrique.
Teneur:
- Qu'est-ce qu'un chef d'orchestre
- Qu'est-ce qu'un diélectrique
- Qu'est-ce qu'un semi-conducteur
- Théorie des zones
Qu'est-ce qu'un chef d'orchestre
Une substance dans laquelle sont présents des porteurs de charges libres est appelée conducteur. Le mouvement des porteurs libres est appelé thermique. La principale caractéristique d'un conducteur est sa résistance (R) ou sa conductivité (G) - l'inverse de la résistance.
G = 1 / R
En termes simples, un conducteur conduit le courant.
Ces substances comprennent des métaux, mais si nous parlons de non-métaux, alors, par exemple, le carbone est un excellent conducteur, a trouvé une application dans les contacts glissants, par exemple dans un balai de moteur électrique. Sol humide, solutions de sels et d'acides dans l'eau, le corps humain est également conducteur de courant, mais leur conductivité électrique est souvent inférieure à celle du cuivre ou de l'aluminium par exemple.
Les métaux sont d'excellents conducteurs, précisément en raison du grand nombre de porteurs de charge gratuits dans leur structure. Sous l'influence d'un champ électrique, les charges commencent à se déplacer, et également à se redistribuer, le phénomène d'induction électrostatique est observé.
Qu'est-ce qu'un diélectrique
Les diélectriques sont des substances qui ne conduisent pas le courant, ou conduisent, mais très mal. Ils n'ont pas de porteurs de charge gratuits, car la liaison entre les particules de l'atome est suffisamment forte pour formation de porteurs libres, par conséquent, sous l'influence d'un champ électrique, le courant dans le diélectrique ne se pose.
Le gaz, le verre, la céramique, la porcelaine, certaines résines, la textolite, le carbolite, l'eau distillée, le bois sec, le caoutchouc sont des diélectriques et ne conduisent pas le courant électrique. Dans la vie de tous les jours, les diélectriques sont omniprésents, par exemple, ils sont utilisés pour fabriquer des étuis pour appareils électriques, des interrupteurs électriques, des étuis pour fiches, prises, etc. Dans les lignes électriques, les isolants sont constitués de diélectriques.
Cependant, en présence de certains facteurs, par exemple un taux d'humidité accru, l'intensité du champ électrique est plus élevée valeur admissible et ainsi de suite - conduisent au fait que le matériau commence à perdre ses fonctions diélectriques et devient conducteur. Parfois, vous pouvez entendre des phrases telles que "panne de l'isolant" - c'est le phénomène décrit ci-dessus.
En bref, les principales propriétés d'un diélectrique dans le domaine de l'électricité sont l'isolation électrique. C'est la capacité d'empêcher la circulation du courant qui protège une personne contre les blessures électriques et autres problèmes. La principale caractéristique d'un diélectrique est sa rigidité diélectrique - une valeur égale à sa tension de claquage.
Qu'est-ce qu'un semi-conducteur
Un semi-conducteur conduit un courant électrique, mais pas comme les métaux, mais dans certaines conditions - la communication d'énergie à la substance dans les quantités requises. Cela est dû au fait qu'il y a trop peu ou pas de porteurs de charge gratuits (trous et électrons), mais si vous appliquez une certaine quantité d'énergie, ils apparaîtront. L'énergie peut être de diverses formes - électrique, thermique. De plus, des trous libres et des électrons dans un semi-conducteur peuvent apparaître sous l'influence d'un rayonnement, par exemple dans le spectre UV.
Où sont utilisés les semi-conducteurs? Ils sont utilisés pour fabriquer des transistors, des thyristors, des diodes, des microcircuits, des LED, etc. De tels matériaux comprennent le silicium, le germanium, des mélanges de différents matériaux, par exemple l'arséniure de gallium, le sélénium, l'arsenic.
Pour comprendre pourquoi un semi-conducteur conduit le courant électrique, mais pas comme les métaux, vous devez considérer ces matériaux du point de vue de la théorie des bandes.
Théorie des zones
La théorie des bandes décrit la présence ou l'absence de porteurs de charge libres par rapport à certaines couches d'énergie. Le niveau ou couche d'énergie est appelé quantité d'énergie des électrons (noyaux d'atomes, molécules - particules simples), ils sont mesurés en termes d'électrons volts (EV).
L'image ci-dessous montre trois types de matériaux avec leurs niveaux d'énergie :
Notez que dans le conducteur, les niveaux d'énergie de la bande de valence à la bande de conduction sont combinés dans un diagramme incassable. La bande de conduction et la bande de valence se chevauchent, c'est ce qu'on appelle la bande de chevauchement. En fonction de la présence d'un champ électrique (tension), de la température et d'autres facteurs, le nombre d'électrons peut changer. Grâce à ce qui précède, les électrons peuvent se déplacer dans les conducteurs, même s'ils leur donnent une quantité minimale d'énergie.
Un semi-conducteur a une certaine valeur interdite entre la bande de valence et la bande de conduction. La bande interdite décrit la quantité d'énergie qui doit être transmise au semi-conducteur pour que le courant circule.
Pour un diélectrique, le schéma est similaire à celui qui décrit les semi-conducteurs, mais la différence ne réside que dans la bande interdite - elle est ici plusieurs fois grande. Les différences sont dues à la structure interne et à la substance.
Nous avons examiné les trois principaux types de matériaux et donné leurs exemples et leurs caractéristiques. Leur principale différence est la capacité de conduire le courant. Ainsi, chacun d'eux a trouvé son propre domaine d'application: les conducteurs sont utilisés pour transmettre l'électricité, les diélectriques - pour isoler les parties sous tension, les semi-conducteurs - pour l'électronique. Nous espérons que les informations fournies vous ont aidé à comprendre ce que sont les conducteurs, les semi-conducteurs et les diélectriques dans un champ électrique, ainsi que leur différence.
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