Prevodniki, polprevodniki in dielektriki v električnem polju

V elektriki ločimo tri glavne skupine materialov - to so prevodniki, polprevodniki in dielektriki. Njihova glavna razlika je sposobnost prevajanja toka. V tem članku si bomo ogledali, kako se te vrste materialov razlikujejo in kako se obnašajo v električnem polju.

Kaj je dirigent

Snov, v kateri so prisotni prosti nosilci naboja, se imenuje prevodnik. Gibanje prostih nosilcev imenujemo toplotno. Glavna značilnost prevodnika je njegova upornost (R) ali prevodnost (G) - recipročna upornost.

G = 1 / R

Preprosto povedano, prevodnik prevaja tok.

Te snovi vključujejo kovine, če pa govorimo o nekovinah, potem je na primer ogljik odličen prevodnik, ki je našel uporabo v drsnih kontaktih, na primer v krtači elektromotorja. Mokra tla, raztopine soli in kislin v vodi, človeško telo tudi prevaja tok, vendar je njihova električna prevodnost pogosto manjša kot na primer baker ali aluminij.

Kovine so odlični prevodniki zaradi velikega števila prostih nosilcev naboja v njihovi strukturi. Pod vplivom električnega polja se naboji začnejo premikati in tudi prerazporediti, opazimo pojav elektrostatične indukcije.

Kaj je dielektrik

Dielektriki so snovi, ki ne prevajajo toka ali prevajajo, vendar zelo slabo. Nimajo prostih nosilcev naboja, ker je vez med delci atoma dovolj močna za nastanek prostih nosilcev, zato pod vplivom električnega polja tok v dielektriku ne nastane.

Plin, steklo, keramika, porcelan, nekatere smole, tekstolit, karbolit, destilirana voda, suh les, guma so dielektriki in ne prevajajo električnega toka. V vsakdanjem življenju so dielektriki povsod prisotni, na primer uporabljajo se za izdelavo ohišij za električne aparate, električna stikala, ohišja za vtiče, vtičnice itd. V električnih vodih so izolatorji izdelani iz dielektrikov.

Vendar pa je ob prisotnosti določenih dejavnikov, na primer povečane vlažnosti, moč električnega polja večja dovoljena vrednost in tako naprej - vodi do dejstva, da material začne izgubljati svoje dielektrične funkcije in postane dirigent. Včasih lahko slišite fraze, kot je "razpad izolatorja" - to je pojav, opisan zgoraj.

Skratka, glavne lastnosti dielektrika na področju elektrike so električne izolacijske. To je sposobnost preprečevanja pretoka toka, ki ščiti osebo pred električnimi poškodbami in drugimi težavami. Glavna značilnost dielektrika je njegova dielektrična trdnost - vrednost, ki je enaka njegovi razpadni napetosti.

Kaj je polprevodnik

Polprevodnik prevaja električni tok, vendar ne kot kovine, ampak pod določenimi pogoji - komunikacijo energije s snovjo v zahtevanih količinah. To je posledica dejstva, da je prostih nosilcev naboja (luknje in elektronov) premalo ali jih sploh ni, vendar se bodo pojavili, če uporabite določeno količino energije. Energija je lahko različnih oblik – električna, toplotna. Tudi proste luknje in elektroni v polprevodniku lahko nastanejo pod vplivom sevanja, na primer v UV spektru.

Kje se uporabljajo polprevodniki? Uporabljajo se za izdelavo tranzistorjev, tiristorjev, diod, mikrovezij, LED in še več. Takšni materiali vključujejo silicij, germanij, mešanice različnih materialov, na primer galijev arzenid, selen, arzen.

Če želite razumeti, zakaj polprevodnik prevaja električni tok, vendar ne kot kovine, morate te materiale upoštevati z vidika teorije pasov.

Teorija con

Pasovna teorija opisuje prisotnost ali odsotnost prostih nosilcev naboja glede na določene energetske plasti. Energetski nivo ali plast se imenuje količina energije elektronov (jeder atomov, molekul - preprostih delcev), merimo jih v elektronskih voltih (EV).

Spodnja slika prikazuje tri vrste materialov z njihovimi energijskimi ravnmi:

Upoštevajte, da so v prevodniku energijske ravni od valenčnega pasu do prevodnega pasu združene v nezlomljiv diagram. Prevodni pas in valenčni pas se prekrivata, to se imenuje prekrivni pas. Glede na prisotnost električnega polja (napetost), temperaturo in druge dejavnike se lahko število elektronov spremeni. Zahvaljujoč zgoraj navedenemu se lahko elektroni premikajo v prevodnikih, tudi če jim dajejo nekaj minimalne energije.

Polprevodnik ima določeno prepovedano vrednost med valenčnim pasom in prevodnim pasom. Pasovna vrzel opisuje, koliko energije je treba prenesti polprevodniku, da lahko tok teče.

Za dielektrik je diagram podoben tistemu, ki opisuje polprevodnike, vendar je razlika le v širini prepovedanega pasu – tu je večkrat velika. Razlike so posledica notranje strukture in snovi.

Ogledali smo si glavne tri vrste materialov ter navedli primere in značilnosti. Njihova glavna razlika je sposobnost prevajanja toka. Zato je vsak od njih našel svoje področje uporabe: prevodniki se uporabljajo za prenos električne energije, dielektriki - za izolacijo delov pod napetostjo, polprevodniki - za elektroniko. Upamo, da so vam predložene informacije pomagale razumeti, kaj so prevodniki, polprevodniki in dielektriki v električnem polju, pa tudi kakšna je njihova razlika.

Na koncu priporočamo ogled koristnega videoposnetka na to temo:

Verjetno ne veste:

• Vzroki za izgubo električne energije na dolge razdalje
• Odvisnost upora prevodnika od temperature
• Kaj je dielektrična izguba
• Kaj je električni naboj