Mis on elektrilised juhtijad?
Mis on Elektriline Juhtiv?
Elektrilise Juhtiva Määratlus
Elektriline juhtiv defineeritakse kui materjal, mis võimaldab elektrilise laengu lihtsat voolu peamiselt elektronide liikumise tõttu.
Elektriline juhtiv defineeritakse kui objekt või materjali, mis lubab laengu voolu ühes või mitmes suunas. Metallistest materjalid on tavalised elektrilised juhid, kuna metallidel on kõrge juhtivus ja madal vastus.
Elektrilised juhid võimaldavad elektronidel liikuda aatomite vahel drifteerimiskiirusena konduktioonispikas, spetsiifilises energiatasemel, mis toetab vaba elektronide liikumist. Need juhid koosnevad aatomitest, millel on löövad valentselised elektronid, mida elektri- või soojusemõju saab hõlpsasti energeetiliselt pingea. Elektroni üleminek valentsispikast konduktioonispikasse jäätab järgi positiivse auka, mis ka panustab laengu liikumisse.
Elektrilised juhid võivad olla metallid, metallialliigad, elektroliidid või mõned mittemetallid nagu graafik ja juhivad polümeerid. Need materjalid võimaldavad elektrit (st laengu voolu) läbipaistvat nende kaudu hõlpsasti.
Juhtiv Vool
Vool juhtivas kujutab endast laengu voolu kiirust tema ristlõike kaudu, millel on otsene proportsionaalsus nii elektriväljaga kui ka juhi juhtivusega. See elektriväli tekib juhi lõikes oleva pingevahetuse tõttu, samas kui juhtivus mõõdab, kui hõlpsasti materjal võimaldab laengu voolu.
Kui juhi lõikes rakendatakse potentsiaalvahetust, siis konduktioonispikas olevad elektronid saavad energiat ja hakkavad drifteerima negatiivsest terminaalilt positiivsele terminaalile. Voolu suund on vastandlik elektronide liikumise suunale, kuna vool defineeritakse positiivse laengu vooluna. Elektronid kokku puutuvad aatomide ja teiste elektronidega juhis, mis põhjustab vastust ja soojuse genereerimist. Vastus on mõõt, kuidas materjal vastab laengu voolule selle kaudu.
Vool juhis sõltub mitmest tegurist, näiteks:
Potentsiaalvahetus juhi lõikes
Juhi pikkus ja ristlõikeala
Materjali temperatuur ja koostis
Impuriteedide või defekte materjalis olemasolu
Elektriliste Juhidega Omadused
Nendel on kõrge juhtivus ja madal vastus
Nendel on palju vaba elektronit nende konduktioonispikas
Nendel ei ole energia vahevaldkonda nende valentsispika ja konduktioonispika vahel
Nendel on metallilised sidemed, mis moodustavad võre positiivsetest ioonidest, ümbritsetud elektronipilguga
Nendes on null elektriväljade ja null laengu tihedus nende sees
Nendel on vabad laengud ainult nende pinnal
Nendel on elektriväli, mis on risti nende pinnaga
Juhid Tüübid
Ohmi Juhid
Ohmi juhid on materjalid, mis järgivad Ohmi seadust igas potentsiaalvahetuses ja temperatuuris. Nendel on lineaarne seos pingevahetuse ja voolu vahel, mis tähendab, et nende vastus on püsiv. Enamus metalle on ohmi juhid tavapärasel tingimustel.
Mitte-Ohmi Juhid
Mitte-ohmi juhid on materjalid, mis ei järgi Ohmi seadust igas potentsiaalvahetuses ega temperatuuris. Nendel on mittelineaarne seos pingevahetuse ja voolu vahel, mis tähendab, et nende vastus muutub rakendatava pingega. Mitte-ohmi juhid võivad näidata negatiivset vastust, kus vool vähenekseb pingega kasvades, või positiivset vastust, kus vool kasvab pingega kasvades, kuid mitte proportsionaalselt. Mõned mitte-ohmi juhid võivad ka omada külluset pinget, mille all voolu ei tekita.
Kiildised Juhid
Kiildised juhid on materjalid, millel on kindel vorm ja ruumala. Neid saab edasi jagada metalliliste ja mittemetalliliste juhtideks.
Metallilised juhid: Need on metallid või metallialliigaad, millel on kõrge juhtivus ja madal vastus. Nendel on võrestruktuur positiivsetest ioonidest, ümbritsetud vaba elektronide merega. Mõned näited metallilistest juhidest on hari, vask, kuld, alumiinium, raud, messing, pronks jms.
Mittemetallilised juhid: Need on mittemetallid, millel on struktuuris mingi arv vaba elektronid või ioonid. Nendel on madalam juhtivus ja kõrgem vastus kui metallidel. Mõned näited mittemetallilistest juhidest on graafik, karbonnanotüübid, grafeen jms.
Veealised Juhid
Veealised juhid: need on materjalid, millel pole kindlat vormi, kuid on kindel ruumala. Neid saab edasi jagada metalliliste ja mittemetalliliste juhtideks.
Metallilised juhid: need on metallid, mis on vedelana ruuemperatuuril või kuumutamisel. Nendel on kõrge juhtivus ja madal vastus. Nendel on sarnane struktuur kiildiste metallidega, kuid rohkem aatomide vahelist vaheldumist ja mobiilsust. Näide metallilisest veealise juhist on elavhõbe.
Mittemetallilised juhid: need on vedelad, mis sisaldavad lahustunud ioone või molekulid, mis võivad viia laengut. Nendel on madalam juhtivus ja kõrgem vastus kui metallidel. Nendel on polarsete või ioniliste lahustikute struktuur lahustikus. Mõned näited mittemetallilistest veealiste juhidest on soolavee, hapnikujuhed, elektroliidid jms.
Tegurid, Mõjutavad Elektriliste Juhidete Juhtivust
Elektrilise juhi juhtivus sõltub mitmest tegurist, näiteks:
Vaba laengutajate tüüp ja arv: mida rohkem vaba elektrone või ioone on materjalis, seda kõrgem on selle juhtivus ja madalam vastus.
Juhi suurus ja vorm: mida pikem ja õigem on juhis, seda madalam on selle juhtivus ja kõrgem vastus.
Juhi temperatuur: mida kõrgem on juhi temperatuur, seda madalam on selle juhtivus ja kõrgem vastus. Selle põhjuseks on aatomide ja elektronide termilise agitatsioon, mis suurendab kokkupõrkeid ja vähendab laengutajate mobiilsust.
Impuriteedide või defekte juhis olemasolu: mida rohkem impuriteid või defekte on juhis, seda madalam on selle juhtivus ja kõrgem vastus. Selle põhjuseks on, et impuriteedid või defektid toimivad laengutajate levimise takistustena ja vähendavad nende keskmist vaba tee.
Rakendatava elektrivälja sagedus: mida kõrgem on rakendatava elektrivälja sagedus, seda madalam on juhi juhtivus ja kõrgem reageerimisvastus. Selle põhjuseks on, et kõrgetel sagedustel laengutajad ei suuda jälgida elektrivälja kiiremaid muutusi ja luovad vastastikuse magnetiväli.
Elektriliste Juhidete Rakendused
Elektrilisi juhide kasutatakse laiaulatuslikult erinevates teadus- ja insenerivaldkondades. Mõned märgatavad rakendused hõlmavad:
Elektrijuhtmed: elektrijuhtmed on valmistatud vask- või aluminiumpõhiste juhtidest, mis viivad elektrivoolu kütuseallikast koormani. Need on katmendatud isolatsioonimaterjalidega, et vältida lühikeseid tsirkuite ja elektrilisi šokke.
Elektritsüklid: elektritsüklid on elektrikomponentide võrk, mis täidavad konkreetseid funktsioone elektrivoolu abil. Need on valmistatud erinevatest juhidest, nagu juhtmed, vastused, kondensaatorid, induktorid, dioodid, tranzistorid jms.
Elektrimasinad: elektrimasinad on seadmed, mis teisendavad elektrilist energiat mehaaniliseks energiaks või vastupidises suunas, kasutades elektrivoolu ja magnetivälju. Need on valmistatud erinevatest juhidest, nagu spiraalid, viksid, rotori, statori, armatuuri jms.
Elektrilised sensorid: elektrilised sensorid on seadmed, mis tuvastavad füüsilisi suurusi, nagu temperatuur, rõhk, valgus, heli jms, ja teisendavad need elektrilisteks signaalideks. Need on valmistatud erinevatest juhidest, nagu elektroodid
