Què són els conductors elèctrics?
Què són els conductors elèctrics?
Definició de conductor elèctric
Un conductor elèctric es defineix com un material que permet el flux fàcil de càrrega elèctrica principalment degut al moviment dels electrons.
Un conductor elèctric es defineix com un objecte o tipus de material que permet el flux de càrrega en una o més direccions. Els materials metàl·lics són conductors elèctrics comuns, ja que els metalls tenen una conductància alta i una resistència baixa.
Els conductors elèctrics permeten als electrons viatjar entre àtoms a una velocitat de deriva dins de la banda de conducció, un nivell d'energia específic que suporta el moviment lliure dels electrons. Aquests conductors estan compostos per àtoms amb electrons de valència lleugerament lligats que un efecte elèctric o tèrmic pot excitar fàcilment. La transició d'un electró de la banda de valència a la banda de conducció deixa enrere un forat positiu, que també contribueix al moviment de càrrega.
Els conductors elèctrics poden ser metalls, allaus metàl·lics, electrolits o alguns no-metalls com el grafite i polímers conductors. Aquests materials permeten que l'electricitat (és a dir, el flux de càrrega) passi a través d'ells fàcilment.
El conductor condueix corrent
La corrent en un conductor representa la taxa a la qual la càrrega flueix a través de la seva secció transversal, directament proporcional tant al camp elèctric com a la conductància del conductor. Aquest camp elèctric prové d'una diferència de voltatge a través del conductor, mentre que la conductància quantifica la facilitat amb què el material permet el flux de càrrega.
Quan s'aplica una diferència de potencial a través d'un conductor, els electrons a la banda de conducció guanyen energia i comencen a desplaçar-se del terminal negatiu al terminal positiu de la font de voltatge. La direcció de la corrent és contrària a la direcció del flux d'electrons, ja que la corrent es defineix com el flux de càrrega positiva. Els electrons col·lisionen amb àtoms i altres electrons en el conductor, el que causa resistència i generació de calor. La resistència és una mesura de la manera en què el material s'oposa al flux de càrrega a través seu.
La corrent en un conductor depèn de diversos factors, com:
La diferència de potencial a través del conductor
La longitud i l'àrea transversal del conductor
La temperatura i la composició del material
La presència d'impuretes o defectes en el material
Propietats dels conductors elèctrics
Tenen una conductància alta i una resistència baixa
Tenen molts electrons lliures a la seva banda de conducció
No tenen cap gap energètic entre la seva banda de valència i la banda de conducció
Tenen enllaços metàl·lics que formen una retícula d'ions positius envoltada per una núvol d'electrons
Tenen camps elèctrics zero i densitat de càrrega zero a l'interior
Tenen càrregues lliures només a la seva superfície
Tenen un camp elèctric perpendicular a la seva superfície
Tipus de conductors
Conductors òhmics
Els conductors òhmics són materials que segueixen la llei d'Ohm per a qualsevol diferència de potencial i temperatura. Tinen una relació lineal entre tensió i corrent, el que significa que la seva resistència és constant. La majoria dels metalls són conductors òhmics en condicions normals.
Conductors no òhmics
Els conductors no òhmics són materials que no segueixen la llei d'Ohm per a qualsevol diferència de potencial o temperatura. Tinen una relació no lineal entre tensió i corrent, el que significa que la seva resistència varia amb la tensió aplicada. Els conductors no òhmics poden presentar resistència negativa, on la corrent disminueix a mesura que la tensió augmenta, o resistència positiva, on la corrent augmenta a mesura que la tensió augmenta, però no proporcionalment. Alg uns conductors no òhmics també poden tenir una tensió de llindar, per sota de la qual no flueix cap corrent.
Conductors sòlids
Els conductors sòlids són materials que tenen una forma i volum fixos. Es poden dividir més endavant en conductors metàl·lics i no metàl·lics.
Conductors metàl·lics: Són metalls o allaus metàl·lics que tenen una conductivitat alta i una resistivitat baixa. Tinen una estructura reticular d'ions positius envoltats per un mar d'electrons lliures. Alguns exemples de conductors metàl·lics són l'argent, el cobre, l'or, l'alumini, el ferro, la llauna, el bronze, etc.
Conductors no metàl·lics: Són no-metalls que tenen alguns electrons o ions lliures en la seva estructura. Tinen una conductivitat més baixa i una resistivitat més alta que els metalls. Alguns exemples de conductors no metàl·lics són el grafite, les nanotubes de carboni, el grafè, etc.
Conductors líquids
Conductors líquids: són materials que no tenen forma fixa, però sí volum fix. Es poden dividir més endavant en conductors metàl·lics i no metàl·lics.
Conductors metàl·lics: Són metalls que estan en estat líquid a temperatura ambiente o quan es calenten. Tinen una conductivitat alta i una resistivitat baixa. Tinen una estructura similar a la dels metalls sòlids, però amb més espai interatòmic i mobilitat. Un exemple de conductor metàl·lic líquid és el mercuri.
Conductors no metàl·lics: Són líquids que contenen ions o molècules dissoltes que poden portar càrrega. Tinen una conductivitat més baixa i una resistivitat més alta que els metalls. Tinen una estructura de soluts polaritzats o iònics en un solvent. Alguns exemples de conductors líquids no metàl·lics són l'aigua salada, solucions d'àcids, electrolits, etc.
Factors que afecten la conductivitat dels conductors elèctrics
La conductivitat d'un conductor elèctric depèn de diversos factors, com:
El tipus i nombre de portadors de càrrega lliures: Quants més electrons o ions lliures tingui un material, més alta serà la seva conductivitat i més baixa la seva resistivitat.
La mida i forma del conductor: El més llarg i prim que sigui un conductor, més baixa serà la seva conductivitat i més alta la seva resistivitat.
La temperatura del conductor: Més alta que sigui la temperatura d'un conductor, més baixa serà la seva conductivitat i més alta la seva resistivitat. Això és degut a que l'agitació tèrmica dels àtoms i els electrons augmenta les col·lisions i redueix la mobilitat dels portadors de càrrega.
La presència d'impuretes o defectes en el conductor: Més impuretes o defectes que tingui un conductor, més baixa serà la seva conductivitat i més alta la seva resistivitat. Això és degut a que les impuretes o defectes actuen com centres de dispersió per als portadors de càrrega i redueixen el seu camí lliure mitjà.
La freqüència del camp elèctric aplicat: Més alta que sigui la freqüència del camp elèctric aplicat, més baixa serà la conductivitat i més alta la reactància d'un conductor. Això és degut a que, a freqüències altes, els portadors de càrrega no poden seguir els canvis ràpids del camp elèctric i creen un camp magnètic oposat.
Aplicacions dels conductors elèctrics
Els conductors elèctrics s'utilitzen en un ampli espectre de camps científics i d'enginyeria. Algunes aplicacions notables inclouen:
Cablitzat elèctric: Els cables elèctrics estan fets de conductors de cobre o aluminis que duen corrent elèctrica des de fonts de potència a càrrecs. Estan revestits amb materials aïllants per prevenir circuits curts i xocs elèctrics.
Circuits elèctrics: Els circuits elèctrics són xarxes de components elèctrics que realitzen funcions específiques utilitzant corrent elèctrica. Estan fets de diversos tipus de conductors, com fils, resistors, condensadors, inductors, díodes, transistors, etc.
Màquines elèctriques: Les màquines elèctriques són dispositius que converteixen energia elèctrica en energia mecànica o viceversa utilitzant corrent elèctrica i camps magnètics. Estan fets de diversos tipus de conductors, com bobines, enrotllaments, rotores, estators, armatures, etc.
Sensores elèctrics: Els sensores elèctrics són dispositius que detecten quantitats físiques com la temperatura, la pressió, la llum, el so, etc., i els converteixen en senyals elèctrics. Estan fets de diversos tipus de conductors, com electrodes, fils, bobines, resistors, condensadors, etc. Alguns exemples de sensores elèctrics són termocuples, fotodíodes, LDRs, sensors piezoelèctrics, etc.
Conclusió
