Ledare, halvledare och dielektrika i ett elektriskt fält

Inom elektricitet särskiljs tre huvudgrupper av material - dessa är ledare, halvledare och dielektrika. Deras huvudsakliga skillnad är förmågan att leda ström. I den här artikeln ska vi titta på hur dessa typer av material skiljer sig och hur de beter sig i ett elektriskt fält.

Vad är en konduktör

Ett ämne där det finns gratis laddningsbärare kallas en ledare. Rörelsen av fria bärare kallas termisk. Det huvudsakliga kännetecknet för en ledare är dess resistans (R) eller konduktivitet (G) - det ömsesidiga resistansen.

G = 1/R

Enkelt uttryckt leder en ledare ström.

Dessa ämnen inkluderar metaller, men om vi pratar om icke-metaller, så är till exempel kol en utmärkt ledare, har hittats i glidkontakter, till exempel i en elektrisk motorborste. Våt jord, lösningar av salter och syror i vatten, människokroppen leder också ström, men deras elektriska ledningsförmåga är ofta mindre än för koppar eller aluminium till exempel.

Metaller är utmärkta ledare, just på grund av det stora antalet gratis laddningsbärare i deras struktur. Under påverkan av ett elektriskt fält börjar laddningarna att röra sig, och även omfördela, fenomenet elektrostatisk induktion observeras.

Vad är ett dielektrikum

Dielektrikum är ämnen som inte leder ström, eller leder, men mycket dåligt. De har inga fria laddningsbärare, eftersom bindningen mellan atomens partiklar är tillräckligt stark för bildning av fria bärare, därför, under påverkan av ett elektriskt fält, gör det inte strömmen i dielektrikumet uppstår.

Gas, glas, keramik, porslin, vissa hartser, textolit, karbolit, destillerat vatten, torrt trä, gummi är dielektrikum och leder inte elektrisk ström. I vardagen finns dielektrikum allestädes närvarande, till exempel används de för att tillverka fodral för elektriska apparater, elektriska strömbrytare, fodral för stickproppar, uttag och så vidare. I kraftledningar är isolatorer gjorda av dielektrikum.

Men i närvaro av vissa faktorer, till exempel en ökad luftfuktighet, är den elektriska fältstyrkan högre tillåtet värde och så vidare - leda till att materialet börjar förlora sina dielektriska funktioner och blir dirigent. Ibland kan du höra fraser som "nedbrytning av isolatorn" - det här är fenomenet som beskrivs ovan.

Kort sagt, de viktigaste egenskaperna hos ett dielektrikum inom elområdet är elektrisk isolering. Det är förmågan att förhindra strömflödet som skyddar en person från elektriska skador och andra problem. Den huvudsakliga egenskapen hos ett dielektrikum är dess dielektriska hållfasthet - ett värde lika med dess genomslagsspänning.

Vad är en halvledare

En halvledare leder en elektrisk ström, men inte som metaller, men under vissa förhållanden - kommunikationen av energi till ämnet i de kvantiteter som krävs. Det beror på att det finns för få eller inga fria laddningsbärare (hål och elektroner), men om man applicerar en viss mängd energi så dyker de upp. Energi kan ha olika former - elektrisk, termisk. Dessutom kan fria hål och elektroner i en halvledare uppstå under påverkan av strålning, till exempel i UV-spektrumet.

Var används halvledare? De används för att tillverka transistorer, tyristorer, dioder, mikrokretsar, lysdioder och mer. Sådana material inkluderar kisel, germanium, blandningar av olika material, till exempel galliumarsenid, selen, arsenik.

För att förstå varför en halvledare leder elektrisk ström, men inte som metaller, måste du överväga dessa material ur bandteorinsynpunkt.

Zonteori

Bandteori beskriver närvaron eller frånvaron av fria laddningsbärare i förhållande till vissa energilager. Energinivån eller lagret kallas mängden energi av elektroner (atomkärnor, molekyler - enkla partiklar), de mäts i termer av elektronvolt (EV).

Bilden nedan visar tre typer av material med deras energinivåer:

Observera att i ledaren kombineras energinivåerna från valensbandet till ledningsbandet till ett okrossbart diagram. Ledningsbandet och valensbandet överlappar varandra, detta kallas överlappsbandet. Beroende på närvaron av ett elektriskt fält (spänning), temperatur och andra faktorer, kan antalet elektroner ändras. Tack vare ovanstående kan elektroner röra sig i ledare, även om de ger dem en minimal mängd energi.

En halvledare har ett visst förbjudet värde mellan valensbandet och ledningsbandet. Bandgapet beskriver hur mycket energi som måste tillföras halvledaren för att strömmen ska flyta.

För ett dielektrikum liknar diagrammet det som beskriver halvledare, men skillnaden ligger bara i bandgapet - det är många gånger stort här. Skillnaderna beror på den inre strukturen och substansen.

Vi tittade på de tre huvudsakliga materialtyperna och gav deras exempel och egenskaper. Deras huvudsakliga skillnad är förmågan att leda ström. Därför har var och en av dem hittat sitt eget användningsområde: ledare används för att överföra elektricitet, dielektrikum - för att isolera spänningsförande delar, halvledare - för elektronik. Vi hoppas att informationen har hjälpt dig att förstå vad ledare, halvledare och dielektrika är i ett elektriskt fält, samt vad som är skillnaden mellan dem.

Slutligen rekommenderar vi att du tittar på en användbar video om ämnet:

Du vet förmodligen inte:

• Orsaker till strömbortfall över långa avstånd
• Ledarens motstånds beroende av temperatur
• Vad är dielektrisk förlust
• Vad är elektrisk laddning