În electricitate, se disting trei grupuri principale de materiale - acestea sunt conductorii, semiconductorii și dielectricii. Principala lor diferență este capacitatea de a conduce curentul. În acest articol, vom analiza modul în care aceste tipuri de materiale diferă și cum se comportă într-un câmp electric.
Conţinut:
- Ce este un dirijor
- Ce este un dielectric
- Ce este un semiconductor
- Teoria zonei
Ce este un dirijor
O substanță în care sunt prezenți purtători liberi de sarcină se numește conductor. Mișcarea purtătorilor liberi se numește termică. Caracteristica principală a unui conductor este rezistența (R) sau conductivitatea (G) - reciproca rezistenței.
G = 1/R
În termeni simpli, un conductor conduce curentul.
Aceste substanțe includ metale, dar dacă vorbim despre nemetale, atunci, de exemplu, carbonul este un conductor excelent, și-a găsit aplicație în contactele glisante, de exemplu, într-o perie de motor electric. Solul umed, soluțiile de săruri și acizi în apă, corpul uman conduce și el curent, dar conductivitatea lor electrică este adesea mai mică decât cea a cuprului sau a aluminiului, de exemplu.
Metalele sunt conductoare excelente, tocmai datorită numărului mare de purtători de încărcare liberă din structura lor. Sub influența unui câmp electric, sarcinile încep să se miște și, de asemenea, să se redistribuie, se observă fenomenul de inducție electrostatică.
Ce este un dielectric
Dielectricii sunt substanțe care nu conduc curentul sau conduc, dar foarte slab. Nu au purtători de încărcare liberi, deoarece legătura dintre particulele atomului este suficient de puternică pentru formarea de purtători liberi, prin urmare, sub influența unui câmp electric, curentul din dielectric nu apare.
Gazul, sticla, ceramica, portelanul, unele rasini, textolit, carbolit, apa distilata, lemn uscat, cauciuc sunt dielectrice si nu conduc curentul electric. În viața de zi cu zi, dielectricii sunt omniprezenti, de exemplu, sunt folosiți pentru a face carcase pentru aparate electrice, întrerupătoare electrice, carcase pentru prize, prize și așa mai departe. În liniile electrice, izolatorii sunt fabricați din dielectrici.
Cu toate acestea, în prezența anumitor factori, de exemplu, un nivel crescut de umiditate, intensitatea câmpului electric este mai mare valoarea admisibilă și așa mai departe - duce la faptul că materialul începe să-și piardă funcțiile dielectrice și devine conductor. Uneori puteți auzi expresii precum „defalcarea izolatorului” - acesta este fenomenul descris mai sus.
Pe scurt, principalele proprietăți ale unui dielectric în domeniul electricității sunt izolarea electrică. Este capacitatea de a preveni fluxul de curent care protejează o persoană de leziuni electrice și alte probleme. Principala caracteristică a unui dielectric este rezistența sa dielectrică - o valoare egală cu tensiunea de defalcare.
Ce este un semiconductor
Un semiconductor conduce un curent electric, dar nu ca metalele, ci în anumite condiții - comunicarea energiei către substanță în cantitățile necesare. Acest lucru se datorează faptului că există prea puțini sau nu există purtători de sarcină liberi (găuri și electroni), dar dacă aplicați o anumită cantitate de energie, aceștia vor apărea. Energia poate fi de diferite forme - electrică, termică. De asemenea, găurile libere și electronii dintr-un semiconductor pot apărea sub influența radiațiilor, de exemplu, în spectrul UV.
Unde se folosesc semiconductori? Sunt folosite pentru a face tranzistoare, tiristoare, diode, microcircuite, LED-uri și multe altele. Astfel de materiale includ siliciu, germaniu, amestecuri de diferite materiale, de exemplu, arseniură de galiu, seleniu, arsen.
Pentru a înțelege de ce un semiconductor conduce curentul electric, dar nu ca metalele, trebuie să luați în considerare aceste materiale din punctul de vedere al teoriei benzilor.
Teoria zonei
Teoria benzilor descrie prezența sau absența purtătorilor de sarcină liberă în raport cu anumite straturi de energie. Nivelul sau stratul de energie se numește cantitatea de energie a electronilor (nuclee de atomi, molecule - particule simple), aceștia sunt măsurați în termeni de electron volți (EV).
Imaginea de mai jos prezintă trei tipuri de materiale cu nivelurile lor de energie:
Rețineți că în conductor, nivelurile de energie de la banda de valență la banda de conducție sunt combinate într-o diagramă iremediabilă. Banda de conducere și banda de valență se suprapun, aceasta se numește banda de suprapunere. În funcție de prezența unui câmp electric (tensiune), temperatură și alți factori, numărul de electroni se poate modifica. Datorită celor de mai sus, electronii se pot deplasa în conductori, chiar dacă le oferă o cantitate minimă de energie.
Un semiconductor are o anumită valoare interzisă între banda de valență și banda de conducție. Intervalul de bandă descrie câtă energie trebuie să fie transmisă semiconductorului pentru ca curentul să circule.
Pentru un dielectric, diagrama este similară cu cea care descrie semiconductori, dar diferența este doar în lățimea benzii interzise - aici este de multe ori mare. Diferențele se datorează structurii interne și substanței.
Ne-am uitat la principalele trei tipuri de materiale și am dat exemple și caracteristici. Principala lor diferență este capacitatea de a conduce curentul. Prin urmare, fiecare dintre ele și-a găsit propriul domeniu de aplicare: conductorii sunt folosiți pentru transmiterea energiei electrice, dielectricii - pentru a izola părțile sub tensiune, semiconductori - pentru electronice. Sperăm că informațiile furnizate v-au ajutat să înțelegeți ce sunt conductorii, semiconductorii și dielectricii într-un câmp electric, precum și care este diferența lor.
În cele din urmă, vă recomandăm să vizionați un videoclip util pe această temă:
Probabil că nu știi:
- Cauzele pierderii de putere pe distanțe lungi
- Dependența rezistenței conductorului de temperatură
- Ce este pierderea dielectrică
- Ce este sarcina electrică
