Ano ang Electrical Conductors?

Ano ang Electrical Conductors?

Pangangailangan ng Electrical Conductor

Isinasalarawan ang electrical conductor bilang materyal na nagpapahintulot sa madaling pagtakbo ng electric charge pangunahin dahil sa paggalaw ng mga elektron.

Isinasalarawan ang electrical conductor bilang isang bagay o uri ng materyal na nagpapahintulot sa pagtakbo ng charge sa isa o higit pang direksyon. Ang mga materyal na gawa sa metal ay karaniwang mga electrical conductors, sapagkat ang mga metal ay may mataas na conductance at mababang resistance.

Nagbibigay-daan ang mga electrical conductors para makapaglakbay ang mga elektron sa pagitan ng mga atomo sa isang drift velocity sa loob ng conduction band, isang tiyak na antas ng enerhiya na sumusuporta sa malayang paggalaw ng mga elektron. Ang mga conductors na ito ay binubuo ng mga atomo na may loosely bound valence electrons na maaaring madali nang i-excite ng electric o thermal effect. Ang paglipat ng isang elektron mula sa valence band patungong conduction band ay iiwan ang isang positibong butas, na kasama rin sa paggalaw ng charge.

Maaaring maging metals, metal alloys, electrolytes, o ilang non-metals tulad ng graphite at conductive polymers ang mga electrical conductors. Ang mga materyal na ito ay nagpapahintulot sa electricity (i.e., ang pagtakbo ng charge) na madaling lumampas sa kanila.

Conductor Conduct Current

Ang current sa isang conductor ay kumakatawan sa rate kung saan ang charge ay tumatakbo sa pamamagitan ng cross-section nito, direktang proporsyonal sa parehong electric field at conductance ng conductor. Ang electric field na ito ay nagmumula sa isang voltage difference sa loob ng conductor, habang ang conductance ay kwentahin ang kadaliang pinapayagan ng materyal ang pagtakbo ng charge.

Kapag isinagawa ang isang potential difference sa isang conductor, ang mga elektron sa conduction band ay nakakakuha ng enerhiya at nagsisimulang lumipat mula sa negative terminal patungong positive terminal ng voltage source. Ang direksyon ng current ay kabaligtaran sa direksyon ng paggalaw ng elektron, sapagkat ang current ay inilalarawan bilang ang pagtakbo ng positive charge. Nagkakaroon ng resistance at paglikha ng init ang mga elektron dahil sa collision nila sa mga atomo at iba pang elektron sa conductor. Ang resistance ay isang sukat kung gaano karami ang materyal na sumusunod sa pagtakbo ng charge sa loob nito.

Ang current sa isang conductor ay depende sa maraming faktor, tulad ng:

• Ang potential difference sa loob ng conductor

• Ang haba at cross-sectional area ng conductor

• Ang temperatura at komposisyon ng materyal

• Ang presensya ng mga impurities o defects sa materyal

Mga Katangian ng Electrical Conductors

• May mataas na conductance at mababang resistance

• May maraming free electrons sa kanilang conduction band

• Walang energy gap sa pagitan ng kanilang valence band at conduction band

• May metallic bonds na bumubuo ng lattice ng positive ions na paligid ng isang electron cloud

• Walang electric fields at walang charge density sa loob nito

• May libreng charges lamang sa kanilang surface

• May electric field na perpendicular sa kanilang surface

Mga Uri ng Conductors

Ohmic Conductors

Ang mga ohmic conductors ay mga materyal na sumusunod sa Ohm’s law para sa anumang potential difference at temperatura. May linear na relasyon sila sa pagitan ng voltage at current, na ibig sabihin ang kanilang resistance ay constant. Karamihan sa mga metal ay ohmic conductors sa normal na kondisyon.

Non-Ohmic Conductors

Ang mga non-ohmic conductors ay mga materyal na hindi sumusunod sa Ohm’s law para sa anumang potential difference o temperatura. May nonlinear na relasyon sila sa pagitan ng voltage at current, na ibig sabihin ang kanilang resistance ay nagbabago depende sa inilapat na voltage. Maaaring ipakita ng mga non-ohmic conductors ang negative resistance, kung saan ang current ay bumababa habang ang voltage ay tumaas, o positive resistance, kung saan ang current ay tumaas habang ang voltage ay tumaas, ngunit hindi proporsyonal. Ilan sa mga non-ohmic conductors ay maaari ring magkaroon ng threshold voltage, sa ibaba ng kung saan walang current ang lumilipas.

Solid Conductors

Ang solid conductors ay mga materyal na may fixed shape at volume. Maaari silang hatiin pa sa metallic at non-metallic conductors.

• Metallic conductors: Ito ay mga metal o metal alloys na may mataas na conductivity at mababang resistivity. May lattice structure sila ng positive ions na paligid ng isang sea of free electrons. Ilang halimbawa ng metallic conductors ay silver, copper, gold, aluminum, iron, brass, bronze, etc.

• Non-metallic conductors: Ito ay mga non-metals na may ilang free electrons o ions sa kanilang structure. May mas mababang conductivity at mas mataas na resistivity sila kaysa sa mga metal. Ilang halimbawa ng non-metallic conductors ay graphite, carbon nanotubes, graphene, etc.

Liquid Conductors

• Liquid conductors: ay mga materyal na walang fixed shape ngunit may fixed volume. Maaari silang hatiin pa sa metallic at non-metallic conductors.

• Metallic conductors: Ito ay mga metal na nasa liquid state sa room temperature o kapag kinainitan. May mataas na conductivity at mababang resistivity sila. May katulad silang structure sa solid metals ngunit may mas maraming interatomic spacing at mobility. Isang halimbawa ng metallic liquid conductor ay mercury.

• Non-metallic conductors: Ito ay mga liquids na may dissolved ions o molecules na maaaring magdala ng charge. May mas mababang conductivity at mas mataas na resistivity sila kaysa sa mga metal. May structure sila ng polar o ionic solutes sa isang solvent. Ilang halimbawa ng non-metallic liquid conductors ay salt water, acid solutions, electrolytes, etc.

Mga Faktor na Nakakaapekto sa Conductivity ng Electrical Conductors

Ang conductivity ng isang electrical conductor ay depende sa maraming faktor, tulad ng:

• Ang tipo at bilang ng free charge carriers: Ang mas maraming free electrons o ions sa isang materyal, ang mas mataas ang conductivity at mas mababa ang resistivity nito.

• Ang laki at hugis ng conductor: Ang mas mahaba at mas payat ang conductor, ang mas mababa ang conductivity at mas mataas ang resistivity nito.

• Ang temperatura ng conductor: Ang mas mataas ang temperatura ng conductor, ang mas mababa ang conductivity at mas mataas ang resistivity nito. Ito ay dahil sa thermal agitation ng mga atomo at elektron na nagdudulot ng mas maraming collisions at pabababa sa mobility ng mga charge carriers.

• Ang presensya ng impurities o defects sa conductor: Ang mas maraming impurities o defects sa conductor, ang mas mababa ang conductivity at mas mataas ang resistivity nito. Ito ay dahil ang mga impurities o defects ay gumagana bilang scattering centers para sa mga charge carriers at pabababa sa kanilang mean free path.

• Ang frequency ng inilapat na electric field: Ang mas mataas ang frequency ng inilapat na electric field, ang mas mababa ang conductivity at mas mataas ang reactance ng conductor. Ito ay dahil sa high frequencies, ang mga charge carriers ay hindi maaaring sundin ang mabilis na pagbabago ng electric field at lumilikha ng opposing magnetic field.

Mga Application ng Electrical Conductors

Ang mga electrical conductors ay ginagamit sa malawak na spectrum ng scientific at engineering fields. Ilang notable applications ay kinabibilangan ng:

• Electrical wiring: Ang mga electrical wires ay gawa ng copper o aluminum conductors na nagdadala ng electric current mula sa power sources patungong loads. Sila ay coated ng insulating materials upang maiwasan ang short circuits at electric shocks.

• Electrical circuits: Ang mga electrical circuits ay networks ng electrical components na gumagawa ng specific functions gamit ang electric current. Sila ay gawa ng iba't ibang uri ng conductors, tulad ng wires, resistors, capacitors, inductors, diodes, transistors, etc.

• Electrical machines: Ang mga electrical machines ay mga device na nagco-convert ng electrical energy sa mechanical energy o vice versa gamit ang electric current at magnetic fields. Sila ay gawa ng iba't ibang uri ng conductors, tulad ng coils, windings, rotors, stators, armatures, etc.

• Electrical sensors: Ang mga electrical sensors ay mga device na nagdidetect ng physical quantities tulad ng temperatura, pressure, light, sound, etc., at nagco-convert nito sa electrical signals. Sila ay gawa ng iba't ibang uri ng conductors, tulad ng electrodes, wires, coils, resistors, capacitors, etc. Ilang halimbawa ng electrical sensors ay thermocouples, photodiodes, LDRs, piezoelectric sensors, etc.

Kakulungan

Mahalaga ang mga electrical conductors para sa maraming application na involve ang electric current at electric fields. May iba’t ibang uri, katangian, at mga factor na nakakaapekto sa kanilang conductivity. Ginagamit din sila para sa paggawa ng iba’t ibang uri ng electrical sensors na maaaring idetect at sukatin ang physical phenomena. Patuloy na umuunlad ang mga electrical conductors kasabay ng bagong teknolohiya at innovation upang tugunan ang demand ng iba’t ibang industriya at larangan.