Mi az elektromos vezetékek?

Mi az elektromos vezető?

Elektromos vezető definíció

Az elektromos vezető olyan anyag, amely könnyen engedélyezi a töltés áramlását, főleg az elektronok mozgásának köszönhetően.

Az elektromos vezető olyan objektum vagy anyag, amely lehetővé teszi a töltés áramlását egy vagy több irányban. A fémmel készült anyagok gyakori elektromos vezetők, mivel a fémek nagy vezetőképességgel és alacsony ellenállással rendelkeznek.

Az elektromos vezetők lehetővé teszik, hogy az elektronok driftezzék az atomok között a vezető sávban, egy specifikus energiaszinten, amely támogatja a szabad elektronok mozgását. Ezek a vezetők olyan atomokból állnak, amelyeknél a valenciai elektronok lökékenyen kötődnek, és elektromos vagy hőhatás könnyen felkutathatók. Az elektron átállása a valenciai sávból a vezető sávba pozitív lyukat hagy maga mögött, ami is hozzájárul a töltés mozgásához.

Az elektromos vezetők fémek, fémes ötvözetek, elektrolitok, vagy néha nemfémek, mint például a grafit és a vezető polimerek lehetnek. Ezek az anyagok könnyen engedélyezik, hogy az áram (azaz a töltés áramlása) áthaladjon rajtuk.

A vezetőben áramló áram

A vezetőben áramló áram a töltés áramlásának sebességét jelenti a vezető keretein keresztül, ami arányos mind az elektromos mezővel, mind a vezető vezetőképességével. Ez az elektromos mező ered a vezető felett lévő feszültségkülönbségből, míg a vezetőképesség méri, hogy milyen könnyen engedélyezi a vezető a töltés áramlását.

Amikor potenciális különbséget alkalmazunk a vezetőre, a vezető sávban lévő elektronok energiaforrásból nyernek energiát, és kezdik a driftet a feszültség forrásának negatív termináljától a pozitív termináljáig. Az áram iránya ellentétes az elektronok mozgásának irányával, mivel az áram a pozitív töltés áramlásaként van definiálva. Az elektronok ütköznek atomokkal és más elektronokkal a vezetőben, ami ellenállást és hőtermelést okoz. Az ellenállás méri, hogy mennyire ellenzi a vezető a töltés áramlását.

A vezetőben áramló áramtól több tényező függ, mint például:

• A vezető felett lévő potenciális különbség

• A vezető hossza és keretei

• Az anyag hőmérséklete és összetétele

• Az anyagban lévő tisztítatlan részek vagy hibák jelenléte

Az elektromos vezetők tulajdonságai

• Nagyon magas vezetőképességük és alacsony ellenállásuk van

• Számos szabad elektronja van a vezető sávban

• Nincs energiaér az őrző sáv és a vezető sáv között

• Fémeket formáló kémiai kötések, amelyek hálóját pozitív ionok körülvevő elektronfelhő körülveszi

• Belsőleg nincs elektromos mező és nincs töltési sűrűségük

• Csak a felszínükön vannak szabad töltések

• A felszínükre merőleges elektromos mező van

Vezetők típusai

Ohm-i vezetők

Az ohm-i vezetők olyan anyagok, amelyek bármilyen potenciális különbség és hőmérséklet mellett követik az Ohm-törvényt. Lineáris kapcsolat van a feszültség és az áram között, ami azt jelenti, hogy ellenállásuk állandó. A legtöbb fém ohm-i vezető a normál feltételek mellett.

Nem-ohm-i vezetők

A nem-ohm-i vezetők olyan anyagok, amelyek bármilyen potenciális különbség vagy hőmérséklet mellett nem követik az Ohm-törvényt. Nemlineáris kapcsolat van a feszültség és az áram között, ami azt jelenti, hogy ellenállásuk változik a megadott feszültség függvényében. A nem-ohm-i vezetők negatív ellenállásra adhatnak helyet, ahol az áram csökken, ahogy a feszültség növekszik, vagy pozitív ellenállásra, ahol az áram növekszik, de nem aránylagosan a feszültség növekedésével. Néhány nem-ohm-i vezetőnek lehet küszöbfeszültsége, alattal nincs áram.

Szilárd vezetők

A szilárd vezetők olyan anyagok, amelyeknek rögzített alakja és térfogata van. Tovább oszthatók fém és nemfém vezetőkre.

• Fém vezetők: Ezek fémet vagy fémes ötvözetek, amelyek nagy vezetőképességgel és alacsony ellenállással rendelkeznek. Létrehoznak egy pozitív ionokból álló rácsstruktúrát, amelyet szabad elektronokat tartalmazó elektronfelhő körülvesz. Példák a fém vezetőkre: ezüst, réz, arany, alumínium, vas, mesing, bronz, stb.

• Nemfém vezetők: Ezek nemfémek, amelyek struktúrájában néhány szabad elektron vagy ion található. Alacsonyabb vezetőképességgel és magasabb ellenállással rendelkeznek, mint a fémek. Példák a nemfém vezetőkre: grafit, szén nanotubus, grafén, stb.

Folyékony vezetők

• Folyékony vezetők: olyan anyagok, amelyeknek nincs rögzített alakja, de rögzített térfogatuk van. Tovább oszthatók fém és nemfém vezetőkre.

• Fém vezetők: Ezek a fémek, amelyek folyékony állapotban vannak a szobahőmérsékleten vagy melegítéskor. Magas vezetőképességgel és alacsony ellenállással rendelkeznek. Szilárd fémekhez hasonló szerkezetük van, de nagyobb interatomos távolsággal és mobilitással. Példa a fém folyékony vezetőre: higany.

• Nemfém vezetők: Ezek olyan folyadékok, amelyek tartalmaznak oldott ionokat vagy molekulákat, amelyek töltést visznek. Alacsonyabb vezetőképességgel és magasabb ellenállással rendelkeznek, mint a fémek. Polar vagy iónos oldodók szerkezete van a szolgáltató anyagban. Példák a nemfém folyékony vezetőkre: sóvíz, savoldat, elektrolit, stb.

Az elektromos vezetők vezetőképességét befolyásoló tényezők

Az elektromos vezetők vezetőképessége több tényezőtől függ, mint például:

• A szabad töltéscarrier típusa és száma: Minél több szabad elektron vagy ion van egy anyagban, annál magasabb a vezetőképessége és annál alacsonyabb az ellenállása.

• A vezető mérete és alakja: Minél hosszabb és vékonyabb a vezető, annál alacsonyabb a vezetőképessége és annál magasabb az ellenállása.

• A vezető hőmérséklete: Minél magasabb a vezető hőmérséklete, annál alacsonyabb a vezetőképessége és annál magasabb az ellenállása. Ez azért van, mert az atomban és elektronban lévő hőmozgás növeli a ütközéseket, és csökkenti a töltéscarrier mobilitását.

• A vezetőben lévő tisztítatlan részek vagy hibák jelenléte: Minél több tisztítatlan rész vagy hiba van a vezetőben, annál alacsonyabb a vezetőképessége és annál magasabb az ellenállása. Ez azért van, mert a tisztítatlan részek vagy hibák szóróközpontokként működnek a töltéscarrier számára, és csökkentik a szabadútjukat.

• Az alkalmazott elektromos mező frekvenciája: Minél magasabb az alkalmazott elektromos mező frekvenciája, annál alacsonyabb a vezetőképessége és annál magasabb a reaktancia a vezetőben. Ez azért van, mert a magas frekvencián a töltéscarrier nem tudja követni az elektromos mező gyors változásait, és ellenálló mágneses mezőt hoz létre.

Az elektromos vezetők alkalmazásai

Az elektromos vezetők széles körben használatosak a természettudományi és mérnöki területeken. Néhány kiemelkedő alkalmazás:

• Elektromos vezetékek: Az elektromos vezetékek réz vagy alumínium vezetőkből készülnek, amelyek áramot visznek a feszültségforrásból a terhelésre. Izoláló anyaggal borítják őket, hogy elkerüljék a rövidzártatást és az elektromos sokkolást.

• Elektromos áramkörök: Az elektromos áramkörök olyan hálózatok, amelyek elektromos komponensekből állnak, és elektromos árammal végzik specifik