Ledere, halvledere og dielektrika i et elektrisk felt

I elektrisitet skilles tre hovedgrupper av materialer - disse er ledere, halvledere og dielektriske. Hovedforskjellen deres er evnen til å lede strøm. I denne artikkelen skal vi se på hvordan disse typer materialer er forskjellige og hvordan de oppfører seg i et elektrisk felt.

Hva er en dirigent

Et stoff der det er gratis ladningsbærere kalles en leder. Bevegelsen til frie bærere kalles termisk. Hovedkarakteristikken til en leder er dens motstand (R) eller konduktivitet (G) - den gjensidige motstanden.

G = 1 / R

Enkelt sagt leder en leder strøm.

Disse stoffene inkluderer metaller, men hvis vi snakker om ikke-metaller, så er for eksempel karbon en utmerket leder, har funnet anvendelse i glidekontakter, for eksempel i en elektrisk motorbørste. Våt jord, løsninger av salter og syrer i vann, menneskekroppen leder også strøm, men deres elektriske ledningsevne er ofte mindre enn for for eksempel kobber eller aluminium.

Metaller er utmerkede ledere på grunn av det store antallet gratis ladningsbærere i deres struktur. Under påvirkning av et elektrisk felt begynner ladningene å bevege seg, og også omfordele, fenomenet elektrostatisk induksjon observeres.

Hva er et dielektrikum

Dielektriske stoffer er stoffer som ikke leder strøm, eller leder, men svært dårlig. De har ingen frie ladningsbærere, fordi bindingen mellom partiklene i atomet er sterk nok til dannelse av frie bærere, derfor, under påvirkning av et elektrisk felt, gjør ikke strømmen i dielektrikum det oppstår.

Gass, glass, keramikk, porselen, noen harpikser, tekstolitt, karbolitt, destillert vann, tørt tre, gummi er dielektrikum og leder ikke elektrisk strøm. I hverdagen er dielektrikum allestedsnærværende, for eksempel brukes de til å lage etuier til elektriske apparater, elektriske brytere, etuier for plugger, stikkontakter og så videre. I kraftledninger er isolatorer laget av dielektrikum.

Men i nærvær av visse faktorer, for eksempel et økt fuktighetsnivå, er den elektriske feltstyrken høyere tillatt verdi og så videre - føre til at materialet begynner å miste sine dielektriske funksjoner og blir dirigent. Noen ganger kan du høre setninger som "sammenbrudd av isolatoren" - dette er fenomenet beskrevet ovenfor.

Kort sagt, hovedegenskapene til et dielektrikum innen elektrisitet er elektrisk isolasjon. Det er evnen til å forhindre strømmen som beskytter en person mot elektriske skader og andre problemer. Hovedkarakteristikken til et dielektrikum er dens dielektriske styrke - en verdi lik dens sammenbruddsspenning.

Hva er en halvleder

En halvleder leder en elektrisk strøm, men ikke som metaller, men under visse forhold - kommunikasjon av energi til stoffet i de nødvendige mengder. Dette skyldes at det er for få eller ingen frie ladningsbærere (hull og elektroner), men hvis du bruker en viss mengde energi, vil de dukke opp. Energi kan ha forskjellige former - elektrisk, termisk. Også frie hull og elektroner i en halvleder kan oppstå under påvirkning av stråling, for eksempel i UV-spekteret.

Hvor brukes halvledere? De brukes til å lage transistorer, tyristorer, dioder, mikrokretser, lysdioder og mer. Slike materialer inkluderer silisium, germanium, blandinger av forskjellige materialer, for eksempel galliumarsenid, selen, arsen.

For å forstå hvorfor en halvleder leder elektrisk strøm, men ikke som metaller, må du vurdere disse materialene fra båndteoriens synspunkt.

Soneteori

Båndteori beskriver tilstedeværelsen eller fraværet av gratis ladningsbærere i forhold til visse energilag. Energinivået eller laget kalles energimengden til elektroner (atomkjerner, molekyler - enkle partikler), de måles i form av elektronvolt (EV).

Bildet nedenfor viser tre typer materialer med deres energinivåer:

Merk at i lederen er energinivåene fra valensbåndet til ledningsbåndet kombinert til et uknuselig diagram. Ledningsbåndet og valensbåndet overlapper hverandre, dette kalles overlappingsbåndet. Avhengig av tilstedeværelsen av et elektrisk felt (spenning), temperatur og andre faktorer, kan antallet elektroner endres. Takket være det ovennevnte kan elektroner bevege seg i ledere, selv om de får en minimal mengde energi.

En halvleder har en viss forbudt verdi mellom valensbåndet og ledningsbåndet. Båndgapet beskriver hvor mye energi som må tilføres halvlederen for at strømmen skal flyte.

For et dielektrikum er diagrammet likt det som beskriver halvledere, men forskjellen er bare i båndgapet - det er mange ganger stort her. Forskjellene skyldes den indre strukturen og substansen.

Vi så på de tre viktigste materialene og ga deres eksempler og funksjoner. Hovedforskjellen deres er evnen til å lede strøm. Derfor har hver av dem funnet sitt eget bruksområde: ledere brukes til å overføre elektrisitet, dielektriske - for å isolere strømførende deler, halvledere - for elektronikk. Vi håper informasjonen som er gitt har hjulpet deg med å forstå hva ledere, halvledere og dielektrika er i et elektrisk felt, samt hva som er forskjellen deres.

Til slutt anbefaler vi å se en nyttig video om emnet:

Du vet sannsynligvis ikke:

• Årsaker til strømtap over lange avstander
• Avhengigheten av motstanden til lederen på temperaturen
• Hva er dielektrisk tap
• Hva er elektrisk ladning