Apakah Konduktor Elektrik?

Apakah Penghantar Elektrik?

Definisi Penghantar Elektrik

Penghantar elektrik didefinisikan sebagai bahan yang membolehkan aliran muatan elektrik dengan mudah terutamanya disebabkan oleh pergerakan elektron.

Penghantar elektrik didefinisikan sebagai objek atau jenis bahan yang membolehkan aliran muatan dalam satu atau lebih arah. Bahan yang dibuat daripada logam adalah penghantar elektrik yang biasa, kerana logam mempunyai konduktansi yang tinggi dan rintangan yang rendah.

Penghantar elektrik membolehkan elektron bergerak antara atom pada halaju hanyutan dalam band konduksi, tahap tenaga tertentu yang menyokong pergerakan elektron bebas. Penghantar ini terdiri daripada atom dengan elektron valen yang longgar yang boleh dipanaskan dengan mudah melalui kesan elektrik atau termal. Peralihan elektron dari band valen ke band konduksi meninggalkan lubang positif, yang juga menyumbang kepada pergerakan muatan.

Penghantar elektrik mungkin logam, paduan logam, elektrolit, atau beberapa bukan logam seperti grafit dan polimer konduktif. Bahan-bahan ini membolehkan elektrik (i.e., aliran muatan) melewatinya dengan mudah.

Penghantar Menghantar Arus

Arus dalam penghantar mewakili kadar aliran muatan melalui penyeberangannya, secara langsung berbanding dengan medan elektrik dan konduktansi penghantar. Medan elektrik ini timbul dari perbezaan voltan di sepanjang penghantar, sementara konduktansi mengukur kemudahan bahan membolehkan aliran muatan.

Apabila perbezaan potensial dikenakan di sepanjang penghantar, elektron dalam band konduksi mendapat tenaga dan bermula untuk hanyut dari terminal negatif ke terminal positif sumber voltan. Arah arus adalah bertentangan dengan arah aliran elektron, kerana arus ditakrifkan sebagai aliran muatan positif. Elektron bertembung dengan atom dan elektron lain dalam penghantar, yang menyebabkan rintangan dan penghasilan haba. Rintangan adalah ukuran sejauh mana bahan menentang aliran muatan melaluinya.

Arus dalam penghantar bergantung pada beberapa faktor, seperti:

• Perbezaan potensial di sepanjang penghantar

• Panjang dan kawasan penyeberangan penghantar

• Suhu dan komposisi bahan

• Kehadiran impurities atau cacat dalam bahan

Ciri-ciri Penghantar Elektrik

• Mereka mempunyai konduktansi yang tinggi dan rintangan yang rendah

• Mereka mempunyai banyak elektron bebas dalam band konduksi mereka

• Mereka tidak mempunyai jurang tenaga antara band valen dan band konduksi mereka

• Mereka mempunyai ikatan logam yang membentuk rangka ion positif yang dikelilingi oleh awan elektron

• Mereka mempunyai medan elektrik dan ketumpatan muatan nol di dalamnya

• Mereka mempunyai muatan bebas hanya di permukaan mereka

• Mereka mempunyai medan elektrik yang berserenjang dengan permukaan mereka

Jenis-jenis Penghantar

Penghantar Ohmik

Penghantar ohmik adalah bahan yang mengikuti hukum Ohm untuk sebarang perbezaan potensial dan suhu. Mereka mempunyai hubungan linear antara voltan dan arus, yang bermaksud rintangan mereka adalah tetap. Kebanyakan logam adalah penghantar ohmik dalam keadaan normal.

Penghantar Non-Ohmik

Penghantar non-ohmik adalah bahan yang tidak mengikuti hukum Ohm untuk sebarang perbezaan potensial atau suhu. Mereka mempunyai hubungan nonlinear antara voltan dan arus, yang bermaksud rintangan mereka berubah-ubah dengan voltan yang dikenakan. Penghantar non-ohmik mungkin menunjukkan rintangan negatif, di mana arus berkurang apabila voltan meningkat, atau rintangan positif, di mana arus meningkat apabila voltan meningkat, tetapi tidak secara proporsional. Beberapa penghantar non-ohmik mungkin juga mempunyai voltan ambang, di bawah mana tiada arus mengalir.

Penghantar Padat

Penghantar padat adalah bahan yang mempunyai bentuk dan isipadu tetap. Mereka boleh dibahagikan lagi menjadi penghantar logam dan bukan logam.

• Penghantar logam: Ini adalah logam atau paduan logam yang mempunyai konduktiviti yang tinggi dan rintangan yang rendah. Mereka mempunyai struktur rangka ion positif yang dikelilingi oleh laut elektron bebas. Beberapa contoh penghantar logam adalah perak, kuprum, emas, aluminium, besi, kuningan, gangsa, dll.

• Penghantar bukan logam: Ini adalah bukan logam yang mempunyai beberapa elektron atau ion bebas dalam strukturnya. Mereka mempunyai konduktiviti yang lebih rendah dan rintangan yang lebih tinggi daripada logam. Beberapa contoh penghantar bukan logam adalah grafit, nanotub karbon, graphene, dll.

Penghantar Cair

• Penghantar cair: adalah bahan yang tidak mempunyai bentuk tetap tetapi isipadu tetap. Mereka boleh dibahagikan lagi menjadi penghantar logam dan bukan logam.

• Penghantar logam: Ini adalah logam yang berada dalam keadaan cair pada suhu bilik atau apabila dipanaskan. Mereka mempunyai konduktiviti yang tinggi dan rintangan yang rendah. Mereka mempunyai struktur yang serupa dengan logam pepejal tetapi dengan lebih ruang antara atom dan mobiliti. Contoh penghantar cair logam adalah merkuri.

• Penghantar bukan logam: Ini adalah cecair yang mengandungi ion atau molekul terlarut yang boleh membawa muatan. Mereka mempunyai konduktiviti yang lebih rendah dan rintangan yang lebih tinggi daripada logam. Mereka mempunyai struktur solut polar atau ionik dalam pelarut. Beberapa contoh penghantar cair bukan logam adalah air garam, larutan asid, elektrolit, dll.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Konduktiviti Penghantar Elektrik

Konduktiviti penghantar elektrik bergantung pada beberapa faktor, seperti:

• Jenis dan jumlah pembawa muatan bebas: Semakin banyak elektron atau ion bebas dalam bahan, semakin tinggi konduktiviti dan semakin rendah rintangannya.

• Saiz dan bentuk penghantar: Semakin panjang dan nipis penghantar, semakin rendah konduktiviti dan semakin tinggi rintangannya.

• Suhu penghantar: Semakin tinggi suhu penghantar, semakin rendah konduktiviti dan semakin tinggi rintangannya. Ini kerana gegaran thermal atom dan elektron meningkatkan pertembungan dan mengurangkan mobiliti pembawa muatan.

• Kehadiran impurities atau cacat dalam penghantar: Semakin banyak impurities atau cacat dalam penghantar, semakin rendah konduktiviti dan semakin tinggi rintangannya. Ini kerana impurities atau cacat bertindak sebagai pusat pemencaran bagi pembawa muatan dan mengurangkan jarak bebas rata-rata mereka.

• Frekuensi medan elektrik yang dikenakan: Semakin tinggi frekuensi medan elektrik yang dikenakan, semakin rendah konduktiviti dan semakin tinggi reaktans penghantar. Ini kerana, pada frekuensi tinggi, pembawa muatan tidak dapat mengikut perubahan cepat dalam medan elektrik dan mencipta medan magnet yang bertentangan.

Aplikasi Penghantar Elektrik

Penghantar elektrik digunakan di seluruh spektrum bidang saintifik dan kejuruteraan. Beberapa aplikasi yang terkenal termasuk:

• Penghantar elektrik: Dawai elektrik dibuat daripada penghantar kuprum atau aluminium yang membawa arus elektrik dari sumber kuasa ke beban. Mereka dilapisi dengan bahan insulasian untuk mencegah short circuit dan gegaran elektrik.

• Litar elektrik: Litar elektrik adalah rangkaian komponen elektrik yang melakukan fungsi tertentu menggunakan arus elektrik. Mereka dibuat daripada pelbagai jenis penghantar, seperti dawai, resistor, kapasitor, induktor, diod, transistor, dll.

• Mesin elektrik: Mesin elektrik adalah peranti yang menukar tenaga elektrik ke tenaga mekanikal atau sebaliknya menggunakan arus elektrik dan medan magnet. Mereka dibuat daripada pelbagai jenis penghantar, seperti koil, lilitan, rotor, stator, armatur, dll.

• Sensor elektrik: Sensor elektrik adalah peranti yang mendeteksi kuantiti fizikal seperti suhu, tekanan, cahaya, bunyi, dll., dan menukar mereka kepada isyarat elektrik. Mereka dibuat daripada pelbagai jenis penghantar, seperti elektrod, dawai, koil, resistor, kapasitor, dll. Beberapa contoh sensor elektrik adalah thermocouple, photodiodes, LDRs, sensor piezoelektrik, dll.

Kesimpulan

Penghantar elektrik adalah bahan penting untuk banyak aplikasi yang melibatkan arus elektrik dan medan elektrik. Mereka mempunyai jenis, ciri-ciri, dan faktor yang mempengaruhi konduktiviti mereka. Mereka juga digunakan untuk membuat pelbagai jenis sensor elektrik yang boleh mendeteksi dan mengukur fenomena fizikal. Penghantar elektrik sentiasa berkembang dengan teknologi dan inovasi baru untuk memenuhi permintaan pelbagai industri dan bidang.