Što je električni vodilac

Što su električni vodiči?

Definicija električnog vodiča

Električni vodič definira se kao materijal koji omogućuje lako protjecanje električnog naboja uglavnom zbog kretanja elektrona.

Električni vodič definira se kao predmet ili vrsta materijala koja omogućuje protjecanje naboja u jednom ili više smjerova. Materijali izrađeni od metala su uobičajeni električni vodiči, jer metali imaju visoku provodljivost i nisku otpornost.

Električni vodiči omogućuju elektronima da putuju između atoma na drift brzini unutar konduktivne zonac, specifične energetske razine koja podržava slobodno kretanje elektrona. Ovi vodiči sastoje se od atoma s lučnim valentnim elektronima koje lako može pobuditi električni ili toplinski efekt. Prijelaz elektrona iz valentne zone u konduktivnu stvara pozitivnu rupu, što također doprinosi kretanju naboja.

Električni vodiči mogu biti metali, legure metala, elektroliti ili neki nemetali poput grafitna i provodnih polimera. Ovi materijali omogućuju struju (tj. protjecanje naboja) da lako prođe kroz njih.

Vodiči provode struju

Struja u vodiču predstavlja brzinu s kojom naboj teče kroz njegov presjek, direktno proporcionalna i električnom polju i provodnosti vodiča. To električno polje nastaje iz razlike napona po vodiču, dok provodnost kvantificira lakoću s kojom materijal dopušta protjecanje naboja.

Kada je primijenjena razlika potencijala preko vodiča, elektroni u konduktivnoj zoni dobivaju energiju i počinju se drifirati od negativnog terminala prema pozitivnom terminalu izvora napona. Smjer struje je suprotan smjeru kretanja elektrona, jer se struja definira kao tok pozitivnog naboja. Elektroni sudaraju se s atomima i drugim elektronima u vodiču, što uzrokuje otpor i generiranje topline. Otpor je mjera koliko materijal odbija protjecanje naboja kroz njega.

Struja u vodiču ovisi o nekoliko faktora, kao što su:

• Razlika potencijala preko vodiča

• Duljina i presječna površina vodiča

• Temperatura i sastav materijala

• Prisustvo impuriteta ili defekata u materijalu

Svojstva električnih vodiča

• Imaju visoku provodljivost i nisku otpornost

• Imaju mnogo slobodnih elektrona u svojoj konduktivnoj zoni

• Nemaju energetsku prazninu između svoje valentne zone i konduktivne zone

• Imaju metalne veze koje formiraju mrežu pozitivnih jona okruženu elektronskim oblakom

• Imaju nulto električno polje i nultu gustoću naboja unutar njih

• Imaju slobodne naboje samo na svojoj površini

• Imaju električno polje okomitog na svoju površinu

Vrste vodiča

Ohmovi vodiči

Ohmovi vodiči su materijali koji slijede Ohmov zakon za bilo koju razliku potencijala i temperaturu. Imaju linearnu vezu između napona i struje, što znači da je njihov otpor konstantan. Većina metala su ohmovi vodiči pod normalnim uvjetima.

Neehmovi vodiči

Neehmovi vodiči su materijali koji ne slijede Ohmov zakon za bilo koju razliku potencijala ili temperaturu. Imaju nelinearnu vezu između napona i struje, što znači da se njihov otpor mijenja s primjenjenim naponom. Neehmovi vodiči mogu pokazivati negativni otpor, gdje struja opada kako napon raste, ili pozitivni otpor, gdje struja raste kako napon raste, ali ne proporcionalno. Neki neehmovi vodiči također mogu imati prag napon, ispod kojeg ne teče struja.

Čvrsti vodiči

Čvrsti vodiči su materijali koji imaju fiksirani oblik i volumen. Mogu se dalje podijeliti na metaličke i nemetaličke vodiče.

• Metalički vodiči: To su metali ili legure metala koji imaju visoku provodljivost i nisku otpornost. Sastoje se od mreže pozitivnih jona okružene morem slobodnih elektrona. Neke primjere metaličkih vodiča su srebro, bakar, zlato, aluminij, željezo, latun, bronca itd.

• Nemetalički vodiči: To su nemetali koji imaju nekoliko slobodnih elektrona ili jona u svojoj strukturi. Imaju nižu provodljivost i višu otpornost od metala. Neke primjere nemetaličkih vodiča su grafit, karbonski nanotrubci, grafen itd.

Teci vodiči

• Teci vodiči: su materijali koji nemaju fiksirani oblik, ali imaju fiksirani volumen. Mogu se dalje podijeliti na metaličke i nemetaličke vodiče.

• Metalički vodiči: To su metali koji su u tekućem stanju pri sobnoj temperaturi ili kad se zagrijaju. Imaju visoku provodljivost i nisku otpornost. Sastoje se od slične strukture kao čvrsti metali, ali s većim međuatomičkim razmacima i mobilnošću. Primjer metaličkog tekućeg vodiča je rtуть.

• Nemetalički vodiči: To su tekući koji sadrže razrađene jone ili molekule koje mogu nositi naboje. Imaju nižu provodljivost i višu otpornost od metala. Sastoje se od polarnih ili ionskih soluta u solventu. Neke primjere nemetaličkih tekućih vodiča su slano voda, kiselinske otopine, elektroliti itd.

Faktori koji utječu na provodljivost električnih vodiča

Provodljivost električnog vodiča ovisi o nekoliko faktora, kao što su:

• Vrsta i broj slobodnih nositelja naboja: Što je više slobodnih elektrona ili jona u materijalu, to je veća njegova provodljivost i manja otpornost.

• Veličina i oblik vodiča: Duži i tankiji vodič ima nižu provodljivost i višu otpornost.

• Temperatura vodiča: Što je temperatura vodiča veća, to je njegova provodljivost niža i otpornost veća. To je zato što se termička agitacija atoma i elektrona povećava sudari i smanjuje mobilnost nositelja naboja.

• Prisustvo impuriteta ili defekata u vodiču: Što je više impuriteta ili defekata u vodiču, to je njegova provodljivost niža i otpornost veća. To je zato što impuriteti ili defekti djeluju kao centri raspršivanja za nositelje naboja i smanjuju njihov slobodni put.

• Frekvencija primijenjenog električnog polja: Što je frekvencija primijenjenog električnog polja veća, to je provodljivost vodiča niža i reaktivnost veća. To je zato što se na visokim frekvencijama nositelji naboja ne mogu pratiti brzim promjenama u električnom polju i stvaraju suprotan magnetni pol.

Primjene električnih vodiča

Električni vodiči koriste se u širokom spektru znanstvenih i inženjerskih područja. Neke značajne primjene uključuju:

• Električno vodilje: Električna vodilja izrađena su od bakrenih ili aluminijevih vodiča koji prenose električnu struju od izvora snage do opterećenja. Pokrivaju ih izolacijski materijali kako bi se spriječili krati spoji i električni udarci.

• Električne sklopove: Električni sklopovi su mreže električnih komponenti koje obavljaju određene funkcije pomoću električne struje. Izrađeni su od različitih vrsta vodiča, poput vodilja, otpornika, kondenzatora, induktivnosti, dijodova, tranzistora itd.

• Električne strojeve: Električne strojeve su uređaji koji pretvaraju električnu energiju u mehaničku energiju ili obrnuto pomoću električne struje i magnetskih polja. Izrađeni su od različitih vrsta vodiča, poput bobina, vijaka, rotora, statora, armatura itd.

• Električne senzore: Električne senzore su uređaji koji otkrivaju fizikalne veličine, poput temperature, tlaka, svjetlosti, zvuka itd., i pretvaraju ih u električne signale. Izrađeni su od različitih vrsta vodiča, poput elektroda, vodilja, bobina, otpornika, kondenzatora itd. Neke primjere elektri