Hvad er elektriske ledere?

Hvad er en elektrisk ledere?

Definition af elektrisk leder

En elektrisk leder defineres som et materiale, der tillader let strøm af elektriske ladninger primært på grund af elektronernes bevægelse.

En elektrisk leder defineres som et objekt eller type materiale, der tillader ladningens flytning i en eller flere retninger. Materiale lavet af metal er almindelige elektriske ledere, da metaller har høj gennemførsel og lav modstand.

Elektriske ledere gør det muligt for elektroner at bevæge sig mellem atomer med en driftshastighed inden for den ledende bånd, en specifik energiniveau, der understøtter frie elektroberes bevægelse. Disse ledere består af atomer med løst bundne valens elektroner, som let kan opspændes af en elektrisk eller termisk effekt. Overgangen af et elektron fra valensbåndet til ledningsbåndet efterlader et positivt hulrum, som også bidrager til ladningens bevægelse.

Elektriske ledere kan være metaller, metallegir, elektrolyter eller nogle ikke-metaller som grafit og ledepolymere. Disse materialer tillader elektricitet (dvs. ladningens flytning) at passere gennem dem let.

Leder Strøm

Strømmen i en leder repræsenterer hastigheden, hvormed ladning flytter sig gennem dens tværsnit, direkte proportional med både det elektriske felt og leders gennemførsel. Dette elektriske felt opstår fra en spændingsforskels forskel over lederen, mens gennemførslen kvantificerer, hvor let materialet tillader ladningens flytning.

Når en potentiaforskel anvendes over en leder, får elektronene i ledningsbåndet energi og begynder at drysse fra den negative terminal til den positive terminal af spændingskilden. Strømretningen er modsat retningen for elektronernes flytning, da strøm defineres som flytningen af positiv ladning. Elektronerne kolliderer med atomer og andre elektroner i lederen, hvilket forårsager modstand og varmegenerering. Modstanden er en måling af, hvor meget materialet modsætter sig ladningens flytning gennem det.

Strømmen i en leder afhænger af flere faktorer, såsom:

• Potentiaforskellen over lederen

• Længden og tværsnittets areal af lederen

• Temperaturen og sammensætningen af materialet

• Tilstedeværelsen af urenheder eller defekter i materialet

Egenskaber ved elektriske ledere

• De har høj gennemførsel og lav modstand

• De har mange frie elektroner i deres ledningsbånd

• De har ingen energikløft mellem deres valensbånd og ledningsbånd

• De har metalliske bindinger, der danner et gitter af positive ioner omringet af en elektronsky

• De har nul elektriske felter og nul ladningstæthed indeni dem

• De har frie ladninger kun på deres overflade

• De har et elektrisk felt vinkelret på deres overflade

Typer af ledere

Ohmske ledere

Ohmske ledere er materialer, der følger Ohms lov for enhver potentiaforskel og temperatur. De har en lineær relation mellem spænding og strøm, hvilket betyder, at deres modstand er konstant. De fleste metaller er ohmske ledere under normale forhold.

Ikke-ohmske ledere

Ikke-ohmske ledere er materialer, der ikke følger Ohms lov for enhver potentiaforskel eller temperatur. De har en ikke-lineær relation mellem spænding og strøm, hvilket betyder, at deres modstand varierer med den anvendte spænding. Ikke-ohmske ledere kan vise negativ modstand, hvor strømmen falder, når spændingen stiger, eller positiv modstand, hvor strømmen stiger, når spændingen stiger, men ikke proportionalt. Nogle ikke-ohmske ledere kan også have en tærskelspænding, under hvilken ingen strøm flytter sig.

Faste ledere

Faste ledere er materialer, der har en fast form og volumen. De kan yderligere deles ind i metalliske og ikke-metalliske ledere.

• Metalliske ledere: Disse er metaller eller metallegir, der har høj ledningsevne og lav modstand. De har en gitterstruktur af positive ioner omringet af en hav af frie elektroner. Nogle eksempler på metalliske ledere er sølv, kobber, guld, aluminium, jern, messing, brons, etc.

• Ikke-metalliske ledere: Disse er ikke-metaller, der har nogle frie elektroner eller ioner i deres struktur. De har lavere ledningsevne og højere modstand end metaller. Nogle eksempler på ikke-metalliske ledere er grafit, kulstofnanorør, grafen, etc.

Flydende ledere

• Flydende ledere: er materialer, der ikke har en fast form, men et fast volumen. De kan yderligere deles ind i metalliske og ikke-metalliske ledere.

• Metalliske ledere: Disse er metaller, der er i flydende tilstand ved rumtemperatur eller når de opvarmes. De har høj ledningsevne og lav modstand. De har en lignende struktur som faste metaller, men med mere interatomisk afstand og mobilitet. Et eksempel på en metallisk flydende leder er kviksølv.

• Ikke-metalliske ledere: Disse er flydende, der indeholder opløste ioner eller molekyler, der kan bære en ladning. De har lavere ledningsevne og højere modstand end metaller. De har en struktur af polare eller ioniske løselser i en løsningsmiddel. Nogle eksempler på ikke-metalliske flydende ledere er saltvand, sur lösninger, elektrolyter, etc.

Faktorer, der påvirker ledningsevnen af elektriske ledere

Ledningsevnen af en elektrisk leder afhænger af flere faktorer, såsom:

• Typen og antallet af frie ladningsbærere: Jo flere frie elektroner eller ioner der er i et materiale, jo højere er dets ledningsevne og jo lavere er dets modstand.

• Størrelsen og formen af lederen: Jo længere og tyndere en leder er, jo lavere er dets ledningsevne og jo højere er dets modstand.

• Temperatur af lederen: Jo højere temperaturen af en leder er, jo lavere er dets ledningsevne og jo højere er dets modstand. Dette skyldes, at den termiske agitation af atomer og elektroner øger kollisionerne og reducerer ladningsbærernes mobilitet.

• Tilstedeværelsen af urenheder eller defekter i lederen: Jo flere urenheder eller defekter der er i en leder, jo lavere er dets ledningsevne og jo højere er dets modstand. Dette skyldes, at urenheder eller defekter virker som spredningscentre for ladningsbærere og reducerer deres gennemsnitlige frie vej.

• Frekvensen af det anvendte elektriske felt: Jo højere frekvensen af det anvendte elektriske felt er, jo lavere er ledningsevnen og jo højere er reaktansen af en leder. Dette skyldes, at ved høje frekvenser kan ladningsbærerne ikke følge de hurtige ændringer i det elektriske felt og skabe et modsat magnetfelt.

Anvendelser af elektriske ledere

Elektriske ledere anvendes i en bred spektrum af videnskabelige og ingeniørfaglige områder. Nogle bemærkelsesværdige anvendelser inkluderer:

• Elektriske ledninger: Elektriske ledninger er lavet af kobber eller aluminiumledere, der bærer elektrisk strøm fra strømkilder til belastninger. De er overtrukket med isolerende materialer for at forhindre kortslutninger og elektriske chok.

• Elektriske kredsløb: Elektriske kredsløb er netværk af elektriske komponenter, der udfører specifikke funktioner ved hjælp af elektrisk strøm. De er lavet af forskellige typer ledere, såsom ledninger, motstandere, kondensatorer, induktorer, dioder, transistorer, etc.

• Elektriske maskiner: Elektriske maskiner er enheder, der konverterer elektrisk energi til mekanisk energi eller omvendt ved hjælp af elektrisk strøm og magnetiske felter. De er lavet af forskellige typer ledere, såsom spoler, vindinger, rotorer, statorer, armature, etc.

• Elektriske sensorer: Elektriske sensorer er enheder, der registrerer fysiske størrelser som temperatur, tryk, lys, lyd, etc., og konverterer dem til elektriske signaler. De er lavet af forskellige typer ledere, såsom elektroder, ledninger, spoler, motstandere, kondensatorer, etc. Nogle eksempler på elektriske sensorer er termokopler, fotodioder, LDR'er, piezoelektriske sensorer, etc.

Konklusion

Elektriske ledere er essentielle materialer for mange anvendelser, der involverer elektrisk strøm og elektriske felter. De har forskellige typer, egenskaber og faktorer, der påvirker deres ledningsevne. De bruges også til at lave forskellige typer elektriske sensorer, der kan registrere og måle