Що таке електричні провідники?

Що таке електричні провідники?

Визначення електричного провідника

Електричний провідник визначається як матеріал, який дозволяє легко протікати електричному заряду, переважно завдяки руху електронів.

Електричний провідник визначається як об'єкт або тип матеріалу, який дозволяє протікати заряду в одному або кількох напрямках. Металеві матеріали є поширеними електричними провідниками, оскільки металам притаманна висока провідність та низька опірність.

Електричні провідники дозволяють електронам переміщатися між атомами з пливою швидкостю в кондукційній зоні, специфічному енергетичному рівні, яке підтримує вільний рух електронів. Ці провідники складаються з атомів, які мають слабо зв'язані валентні електрони, які можна легко збудити електричним або термічним впливом. Перехід електрона з валентної зони до кондукційної залишає позаду додатну дірку, яка також сприяє русі заряду.

Електричні провідники можуть бути металами, сплавами металів, електролітами або деякими неметалами, такими як графіт і провідні полімери. Ці матеріали дозволяють електричності (тобто потоку заряду) легко проходити через них.

Провідники проводять струм

Струм у провіднику представляє собою швидкість, з якою заряд протікає через його переріз, прямо пропорційну як електричному полю, так і провідності провідника. Це електричне поле виникає від різниці потенціалів на провіднику, а провідність кількісно характеризує легкість, з якою матеріал дозволяє протікання заряду.

Коли на провідник застосовується різниця потенціалів, електрони у кондукційній зоні отримують енергію і починають дрейфувати від від'ємного контакту до додатного контакту джерела напруги. Напрямок струму протилежний напрямку руху електронів, оскільки струм визначається як рух додатного заряду. Електрони зіштовхуються з атомами та іншими електронами в провіднику, що призводить до опору та генерації тепла. Опор є показником того, наскільки матеріал суперечить потоку заряду через нього.

Струм у провіднику залежить від ряду факторів, таких як:

• Різниця потенціалів на провіднику

• Довжина та площа поперечного перерізу провідника

• Температура та склад матеріалу

• Наявність домішки чи дефектів у матеріалі

Властивості електричних провідників

• Вони мають високу провідність та низьку опірність

• У них багато вільних електронів у кондукційній зоні

• У них немає енергетичної щілини між валентною зоною та кондукційною зоною

• Вони мають металеві зв'язки, які формують решітку додатних іонів, оточену хморою електронів

• Вони мають нульове електричне поле та нульову густину заряду всередині себе

• Вони мають вільні заряди лише на своїй поверхні

• Вони мають електричне поле, перпендикулярне їх поверхні

Типи провідників

Омові провідники

Омові провідники — це матеріали, які дотримуються закону Ома для будь-якої різниці потенціалів та температури. Вони мають лінійний зв'язок між напругою та струмом, що означає, що їх опір є постійним. Більшість металів є омовими провідниками при нормальній температурі.

Неомові провідники

Неомові провідники — це матеріали, які не дотримуються закону Ома для будь-якої різниці потенціалів або температури. Вони мають нелінійний зв'язок між напругою та струмом, що означає, що їх опір змінюється зі зміною застосованої напруги. Неомові провідники можуть мати негативний опір, коли струм зменшується зі зростанням напруги, або позитивний опір, коли струм зростає зі зростанням напруги, але не пропорційно. Деякі неомові провідники можуть також мати порогову напругу, нижче якої жоден струм не протікає.

Тверді провідники

Тверді провідники — це матеріали, які мають фіксовану форму та об'єм. Вони можуть бути поділені на металеві та неметалеві провідники.

• Металеві провідники: Це метали або сплави металів, які мають високу провідність та низьку опірність. Вони мають решіткову структуру додатних іонів, оточених морем вільних електронів. Наприклад, серебро, мідь, золото, алюміній, залізо, латунь, бронза тощо.

• Неметалеві провідники: Це неметалеві матеріали, які мають деякі вільні електрони або іони у своїй структурі. Вони мають нижчу провідність та вищу опірність, ніж метали. Наприклад, графіт, вуглецеві нанотрубки, графен тощо.

Рідкісні провідники

• Рідкісні провідники: це матеріали, які не мають фіксованої форми, але мають фіксований об'єм. Вони можуть бути поділені на металеві та неметалеві провідники.

• Металеві провідники: Це метали, які знаходяться в рідкому стані при кімнатній температурі або при нагріванні. Вони мають високу провідність та низьку опірність. Вони мають подібну структуру до твердих металів, але з більшою міжатомною відстанню та рухливістю. Прикладом металевого рідкого провідника є ртуть.

• Неметалеві провідники: Це рідини, які містять розчинені іони або молекули, які можуть переносити заряд. Вони мають нижчу провідність та вищу опірність, ніж метали. Вони мають структуру полярних або іонних розчинників у розчині. Наприклад, солоне водойме, розчини кислот, електроліти тощо.

Фактори, що впливають на провідність електричних провідників

Провідність електричного провідника залежить від кількох факторів, таких як:

• Тип та кількість вільних носіїв заряду: Чим більше вільних електронів або іонів у матеріалі, тим вища його провідність та нижча опірність.

• Розмір та форма провідника: Чим довший та тонший провідник, тим нижча його провідність та вища опірність.

• Температура провідника: Чим вища температура провідника, тим нижча його провідність та вища опірність. Це тому, що теплове збудження атомів та електронів збільшує зіткнення та зменшує рухливість носіїв заряду.

• Наявність домішок або дефектів у провіднику: Чим більше домішок або дефектів у провіднику, тим нижча його провідність та вища опірність. Це тому, що домішки або дефект