Vodiči, poluvodiči i dielektrici u električnom polju

U elektricitetu se razlikuju tri glavne skupine materijala - to su vodiči, poluvodiči i dielektrici. Njihova glavna razlika je sposobnost provođenja struje. U ovom članku ćemo pogledati kako se ove vrste materijala razlikuju i kako se ponašaju u električnom polju.

Što je dirigent

Tvar u kojoj su prisutni slobodni nosioci naboja naziva se vodič. Gibanje slobodnih nositelja naziva se toplinsko. Glavna karakteristika vodiča je njegov otpor (R) ili vodljivost (G) - recipročna vrijednost otpora.

G = 1 / R

Jednostavno rečeno, vodič provodi struju.

Te tvari uključuju metale, ali ako govorimo o nemetalima, onda je, na primjer, ugljik izvrstan vodič, našao je primjenu u kliznim kontaktima, na primjer, u četkici elektromotora. Mokro tlo, otopine soli i kiselina u vodi, ljudsko tijelo također provode struju, ali je njihova električna vodljivost često manja od primjerice bakra ili aluminija.

Metali su izvrsni vodiči zbog velikog broja slobodnih nositelja naboja u njihovoj strukturi. Pod utjecajem električnog polja naboji se počinju kretati, a također se preraspodijeliti, opaža se fenomen elektrostatičke indukcije.

Što je dielektrik

Dielektrici su tvari koje ne provode struju, niti provode, ali vrlo slabo. Nemaju slobodnih nositelja naboja, jer je veza između čestica atoma dovoljno jaka za stvaranje slobodnih nosača, dakle, pod utjecajem električnog polja, struja u dielektriku ne nastaje.

Plin, staklo, keramika, porculan, neke smole, tekstolit, karbolit, destilirana voda, suho drvo, guma su dielektrici i ne provode električnu struju. U svakodnevnom životu, dielektrici su sveprisutni, na primjer, koriste se za izradu kućišta za električne uređaje, električne prekidače, kućišta za utikače, utičnice i tako dalje. U dalekovodima se izolatori izrađuju od dielektrika.

Međutim, u prisutnosti određenih čimbenika, na primjer, povećane razine vlage, jačina električnog polja je veća dopuštena vrijednost i tako dalje - dovode do činjenice da materijal počinje gubiti svoje dielektrične funkcije i postaje dirigent. Ponekad možete čuti fraze poput "kvara izolatora" - ovo je gore opisani fenomen.

Ukratko, glavna svojstva dielektrika u području električne energije su električna izolacija. Sposobnost sprječavanja protoka struje štiti osobu od električnih ozljeda i drugih nevolja. Glavna karakteristika dielektrika je njegova dielektrična čvrstoća – vrijednost jednaka njegovom probojnom naponu.

Što je poluvodič

Poluvodič provodi električnu struju, ali ne kao metali, ali pod određenim uvjetima - komunikaciju energije s tvari u potrebnim količinama. To je zbog činjenice da je slobodnih nositelja naboja (rupa i elektrona) premalo ili ih uopće nema, ali ako primijenite određenu količinu energije, oni će se pojaviti. Energija može biti različitih oblika – električna, toplinska. Također, slobodne rupe i elektroni u poluvodiču mogu nastati pod utjecajem zračenja, na primjer, u UV spektru.

Gdje se koriste poluvodiči? Koriste se za izradu tranzistora, tiristora, dioda, mikro krugova, LED dioda i još mnogo toga. Takvi materijali uključuju silicij, germanij, mješavine različitih materijala, na primjer, galijev arsenid, selen, arsen.

Da biste razumjeli zašto poluvodič provodi električnu struju, ali ne kao metali, morate razmotriti te materijale sa stajališta teorije pojasa.

Zonska teorija

Teorija pojaseva opisuje prisutnost ili odsutnost slobodnih nositelja naboja u odnosu na određene energetske slojeve. Energetska razina ili sloj naziva se količina energije elektrona (jezgre atoma, molekule - jednostavne čestice), mjere se u elektronskim voltima (EV).

Slika ispod prikazuje tri vrste materijala s njihovim energetskim razinama:

Imajte na umu da su u vodiču razine energije od valentnog pojasa do vodljivog pojasa kombinirane u neraskidivi dijagram. Pojas vodljivosti i valentni pojas se preklapaju, to se zove pojas preklapanja. Ovisno o prisutnosti električnog polja (napona), temperaturi i drugim čimbenicima, broj elektrona se može promijeniti. Zahvaljujući navedenom, elektroni se mogu kretati u vodičima, čak i ako im daju neku minimalnu količinu energije.

Poluvodič ima određenu zabranjenu vrijednost između valentnog pojasa i vodljivog pojasa. Razmak u pojasu opisuje koliko energije treba prenijeti poluvodiču da bi struja mogla teći.

Za dielektrik je dijagram sličan onom koji opisuje poluvodiče, ali razlika je samo u širini zabranjenog pojasa – on je ovdje višestruko veći. Razlike su posljedica unutarnje strukture i tvari.

Pogledali smo glavne tri vrste materijala i dali primjere i značajke. Njihova glavna razlika je sposobnost provođenja struje. Stoga je svaki od njih pronašao svoje polje primjene: vodiči se koriste za prijenos električne energije, dielektrici - za izolaciju dijelova pod naponom, poluvodiči - za elektroniku. Nadamo se da su vam pružene informacije pomogle razumjeti što su vodiči, poluvodiči i dielektrici u električnom polju, kao i koja je razlika između njih.

Na kraju, preporučujemo da pogledate koristan video na tu temu:

Vjerojatno ne znate:

• Uzroci gubitka snage na velikim udaljenostima
• Ovisnost otpora vodiča o temperaturi
• Što je dielektrični gubitak
• Što je električni naboj