Hva er elektriske ledere

Hva er elektriske ledere?

Definisjon av elektrisk leder

En elektrisk leder defineres som et materiale som tillater lett flyt av elektrisk ladning hovedsakelig på grunn av bevegelsen av elektroner.

En elektrisk leder defineres som et objekt eller en type materiale som tillater flyt av ladning i ett eller flere retninger. Materialer laget av metall er vanlige elektriske ledere, da metaller har høy ledningsevne og lav motstand.

Elektriske ledere gjør det mulig for elektroner å reise mellom atomer med en driftsfart innenfor ledningsbåndet, et spesifikt energinivå som støtter fri bevegelse av elektroner. Disse lederne består av atomer med løst knyttede valenselektroner som kan lettvint oppfysast av en elektrisk eller termisk effekt. Overgangen av en elektron fra valensbåndet til ledningsbåndet etterlater en positiv hull, som også bidrar til ladningsflyt.

Elektriske ledere kan være metaller, metalllegeringer, elektrolytter, eller noen ikke-metaller som grafit og ledende polymerer. Disse materialene lar strøm (dvs. flyt av ladning) passere lett gjennom dem.

Leder Ledet Strøm

Strømmen i en leder representerer hastigheten for ladningsflyt gjennom dens tverrsnitt, direkte proporsjonal med både det elektriske feltet og lederens ledningsevne. Dette elektriske feltet oppstår fra en spenningforskjell over lederen, mens ledningsevnen kvantifiserer hvor lett materialet tillater ladningsflyt.

Når en potensialforskjell påføres en leder, får elektronene i ledningsbåndet energi og begynner å drifte fra den negative terminalen til den positive terminalen av spenningskilden. Retningen av strømmen er motsatt retningen av elektronbevegelsen, da strøm defineres som flyt av positiv ladning. Elektronene kolliderer med atomer og andre elektroner i lederen, noe som fører til motstand og varmegenerering. Motstanden er en måling av hvor mye materialet motarbeider flyten av ladning gjennom det.

Strømmen i en leder avhenger av flere faktorer, slik som:

• Potensialforskjellen over lederen

• Lengden og tverrsnittsarealet av lederen

• Temperaturen og sammensetningen av materialet

• Tilstedeværelsen av urenheter eller defekter i materialet

Egenskaper ved elektriske ledere

• De har høy ledningsevne og lav motstand

• De har mange frie elektroner i deres ledningsbånd

• De har ingen energikløft mellom deres valensbånd og ledningsbånd

• De har metalliske bindinger som danner et gitter av positive ioner omgitt av et elektronmolke

• De har null elektriske felt og null ladningsmasse inne i dem

• De har frie ladninger kun på overflaten

• De har et elektrisk felt vinkelrett på deres overflate

Typer ledere

Ohmske ledere

Ohmske ledere er materialer som følger Ohms lov for enhver potensialforskjell og temperatur. De har en lineær relasjon mellom spenning og strøm, noe som betyr at deres motstand er konstant. De fleste metaller er ohmske ledere under normale forhold.

Ikke-ohmske ledere

Ikke-ohmske ledere er materialer som ikke følger Ohms lov for enhver potensialforskjell eller temperatur. De har en ikke-lineær relasjon mellom spenning og strøm, noe som betyr at deres motstand varierer med den påførte spenningen. Ikke-ohmske ledere kan vise negativ motstand, hvor strømmen minker når spenningen øker, eller positiv motstand, hvor strømmen øker når spenningen øker, men ikke proporsjonalt. Noen ikke-ohmske ledere kan også ha en terskelspenning, under hvilken ingen strøm flyter.

Faste ledere

Faste ledere er materialer som har en fast form og volum. De kan videre deles inn i metalliske og ikke-metalliske ledere.

• Metalliske ledere: Dette er metaller eller metalllegeringer som har høy ledningsevne og lav motstand. De har en gitterstruktur av positive ioner omgitt av et hav av frie elektroner. Noen eksempler på metalliske ledere er sølv, kobber, gull, aluminium, jern, messing, bronse, osv.

• Ikke-metalliske ledere: Dette er ikke-metaller som har noen frie elektroner eller ioner i deres struktur. De har lavere ledningsevne og høyere motstand enn metaller. Noen eksempler på ikke-metalliske ledere er grafit, karbonnanorør, grafen, osv.

Flytende ledere

• Flytende ledere: er materialer som ikke har en fast form, men et fast volum. De kan videre deles inn i metalliske og ikke-metalliske ledere.

• Metalliske ledere: Dette er metaller som er i flytende tilstand ved romtemperatur eller når de oppvarmes. De har høy ledningsevne og lav motstand. De har en lignende struktur som faste metaller, men med mer interatomisk avstand og mobilitet. Et eksempel på en metallisk flytende leder er kviksølv.

• Ikke-metalliske ledere: Dette er flytende materialer som inneholder oppløste ioner eller molekyler som kan bære ladning. De har lavere ledningsevne og høyere motstand enn metaller. De har en struktur av polare eller ioniske løselige stoffer i en løsemedie. Noen eksempler på ikke-metalliske flytende ledere er saltvann, suraløsninger, elektrolytter, osv.

Faktorer som påvirker ledningsevnen til elektriske ledere

Ledningsevnen til en elektrisk leder avhenger av flere faktorer, slik som:

• Type og antall frie ladningsbærere: Jo flere frie elektroner eller ioner i et materiale, jo høyere er dens ledningsevne og lavere dens motstand.

• Størrelsen og formen på lederen: Jo lengre og tyndere en leder er, jo lavere er dens ledningsevne og høyere dens motstand.

• Temperaturen på lederen: Jo høyere temperaturen på en leder er, jo lavere er dens ledningsevne og høyere dens motstand. Dette skyldes at termisk agitasjon av atomer og elektroner øker kollisjonene og reduserer mobiliteten til ladningsbærerne.

• Tilstedeværelsen av urenheter eller defekter i lederen: Jo flere urenheter eller defekter i en leder, jo lavere er dens ledningsevne og høyere dens motstand. Dette skyldes at urenheter eller defekter virker som sprengenter for ladningsbærere og reduserer deres gjennomsnittlige frie bane.

• Frekvensen av det påførte elektriske feltet: Jo høyere frekvensen av det påførte elektriske feltet er, jo lavere er ledningsevnen og høyere reaktiviteten til en leder. Dette skyldes at ved høy frekvens, kan ikke ladningsbærerne følge de raske endringene i det elektriske feltet og skaper et motvirksomt magnetisk felt.

Anvendelser av elektriske ledere

Elektriske ledere brukes over et bredt spekter av vitenskapelige og ingeniørfelt. Noen merkverdige anvendelser inkluderer:

• Elektrisk kabling: Elektriske kabler er laget av kobber eller aluminiumledere som bærer elektrisk strøm fra strømkilder til laster. De er belagt med isolerende materialer for å unngå kortslutning og elektriske sjokk.

• Elektriske kretser: Elektriske kretser er nettverk av elektriske komponenter som utfører spesifikke funksjoner ved hjelp av elektrisk strøm. De er laget av ulike typer ledere, som tråder, motstander, kondensatorer, induktorer, dioder, transistorer, osv.

• Elektriske maskiner: Elektriske maskiner er enheter som konverterer elektrisk energi til mekanisk energi eller motsatt ved hjelp av elektrisk strøm og magnetiske felt. De er laget av ulike typer ledere, som spoler, vindinger, rotorer, statorer, armaturer, osv.

• Elektriske sensorer: Elektriske sensorer er enheter som oppdager fysiske størrelser som temperatur, trykk, lys, lyd, osv., og konverterer dem til elektriske signaler. De er laget av ulike typer ledere, som elektroder, tråder, spoler, motstander, kondensatorer, osv. Noen eksempler på elektriske sensorer er termoelementer, fotodioder, LDR-er, piezoelektriske sensorer, osv.

Konklusjon

Elektriske ledere er essensielle materialer for mange anvendelser som involverer elektrisk strøm og elektriske felt. De har ulike typer, egenskaper og faktorer som påvirker deres ledningsevne. De brukes også til å lage ulike typer elektriske sensorer som kan oppdage og måle fysiske fenomener. Elektriske ledere utvikles stadig med nye teknologier og innovasjoner for å møte behovene i ulike industri- og fagsfelt.