Какво е електрически проводник?

Какво са електрически проводници?

Определение на електрически проводник

Електрическият проводник се дефинира като материал, който позволява лесно движение на електрически заряд, главно поради движението на електрони.

Електрическият проводник се дефинира като обект или вид материал, който позволява потокът от заряд в една или повече посоки. Материалите, направени от метал, са често срещани електрически проводници, тъй като метали имат висока проводимост и ниска съпротивителност.

Електрическите проводници позволяват на електроните да пътуват между атоми с дрейфова скорост в зоната на проводимост, специфичен енергийн равнище, което поддържа свободното движение на електрони. Тези проводници се състоят от атоми с слабо свързани валентни електрони, които лесно могат да бъдат възбудени от електрическо или термично влияние. Прехвърлянето на електрон от валентната зона в зоната на проводимост оставя положителна празнина, която също допринася за движението на заряд.

Електрическите проводници могат да бъдат метали, метални сплави, електролити или някои неметални материали като графит и проводими полимери. Тези материали позволяват на електричеството (т.е. потокът от заряд) да преминава през тях лесно.

Проводник провежда ток

Токът в проводника представлява скоростта, с която зарядът протича през неговия сечение, пряко пропорционален както на електрическото поле, така и на проводимостта на проводника. Това електрическо поле произлиза от разликата в напрежението през проводника, докато проводимостта количествено определя лесното протичане на заряд.

Когато се приложи потенциална разлика през проводника, електроните в зоната на проводимост получават енергия и започват да дрейфуват от отрицателния контакт към положителния контакт на източника на напрежение. Посоката на тока е противоположна на посоката на протичане на електрони, тъй като токът се дефинира като поток от положителен заряд. Електроните се сблъскват с атоми и други електрони в проводника, което причинява съпротивление и генериране на топлина. Съпротивлението е мярка за това, колко материалът противодейства на потока от заряд през него.

Токът в проводника зависи от няколко фактора, като:

• потенциалната разлика през проводника

• дължината и пърпендикулярното сечение на проводника

• температурата и съставът на материала

• наличието на примеси или дефекти в материала

Свойства на електрическите проводници

• Имат висока проводимост и ниска съпротивителност

• Имат много свободни електрони в зоната на проводимост

• Нямат енергийна разлика между валентната зона и зоната на проводимост

• Имат метални връзки, които формират решетка от положителни йони, обградени от облаче от електрони

• Нямат електрически полета и нулева плътност на заряд във вътрешността им

• Имат свободни заряди само на повърхността си

• Имат електрическо поле, перпендикулярно на повърхността им

Видове проводници

Омически проводници

Омическите проводници са материали, които следват законите на Ом за всяка потенциална разлика и температура. Те имат линейна връзка между напрежението и тока, което означава, че техната съпротивителност е постоянна. Повечето метали са омически проводници при нормални условия.

Неомически проводници

Неомическите проводници са материали, които не следват законите на Ом за всяка потенциална разлика или температура. Те имат нелинейна връзка между напрежението и тока, което означава, че техната съпротивителност варира с приложеното напрежение. Неомиските проводници може да показват отрицателна съпротивителност, когато токът намалява, докато напрежението се увеличава, или положителна съпротивителност, когато токът се увеличава, но не пропорционално. Някои неомиските проводници може да имат прагово напрежение, при което няма ток.

Твърди проводници

Твърдите проводници са материали, които имат фиксирана форма и обем. Те могат да бъдат разделени на метални и неметални проводници.

• Метални проводници: Това са метали или метални сплави, които имат висока проводимост и ниска съпротивителност. Те имат решетка структура от положителни йони, обградени от море от свободни електрони. Някои примери за метални проводници са сребро, мед, злато, алуминий, желязо, латун, бронз и т.н.

• Неметални проводници: Това са неметали, които имат някои свободни електрони или йони в структурата си. Те имат по-ниска проводимост и по-висока съпротивителност от метали. Някои примери за неметални проводници са графит, карбонови нанотрубки, графен и т.н.

Течни проводници

• Течни проводници: са материали, които нямат фиксирана форма, но имат фиксиран обем. Те могат да бъдат разделени на метални и неметални проводници.

• Метални проводници: Това са метали, които са в течно състояние при стайна температура или при нагряване. Те имат висока проводимост и ниска съпротивителност. Те имат подобна структура на твърдите метали, но с повече междумолекулярно разстояние и подвижност. Пример за течен метален проводник е ртуть.

• Неметални проводници: Това са течности, които съдържат растворени йони или молекули, които могат да пренасят заряд. Те имат по-ниска проводимост и по-висока съпротивителност от метали. Те имат структура от полярни или йонни растворени вещества в растворител. Някои примери за неметални течни проводници са солена вода, киселини, електролити и т.н.

Фактори, влияещи върху проводимостта на електрическите проводници

Проводимостта на електрическия проводник зависи от няколко фактора, като:

• Видът и броят на свободните носители на заряд: Колкото повече свободни електрони или йони в материал, толкова по-висока е проводимостта и по-ниска е съпротивителността му.

• Размерът и формата на проводника: Колкото по-дълъг и по-тънък е проводникът, толкова по-ниска е проводимостта и по-висока е съпротивителността му.

• Температурата на проводника: Колкото по-висока е температурата на проводника, толкова по-ниска е проводимостта и по-висока е съпротивителността му. Това е, защото термалната агитация на атомите и електроните увеличава сблъсъците и намалява подвижността на носителите на заряд.

• Наличието на примеси или дефекти в проводника: Колкото повече примеси или дефекти има в проводника, толкова по-ниска е проводимостта и по-висока е съпротивителността му. Това е, защото примесите или дефектите действат като центрове за разсейване на носителите на заряд и намаляват средния свободен път.

• Честотата на приложено електрическо поле: Колкото по-висока е честотата на приложено електрическо поле, толкова по-ниска е проводимостта и по-висока е реактивната съпротивителност на проводника. Това е, защото, при високи честоти, носителите на заряд не могат да следват бързите промени в електрическото поле и създават противоположно магнитно поле.

Приложения на електрическите проводници

Електрическите проводници се използват в широк спектър от научни и инженерски области. Някои значителни приложения включват:

• Електрически проводи: Електрическите проводи са направени от медни или алюминиеви проводници, които пренасят електрически ток от източници на енергия до потребителни устройства. Те са покрити с изолиращи материали, за да предотвратят късо замыкание и електрически удар.

• Електрически вериги: Електрическите вериги са