Điều gì là Dây dẫn điện?
Điều gì là Dẫn điện?
Định nghĩa Dẫn điện
Dẫn điện được định nghĩa là vật liệu cho phép dòng điện tích di chuyển dễ dàng chủ yếu do sự di chuyển của electron.
Dẫn điện được định nghĩa là đối tượng hoặc loại vật liệu cho phép dòng điện tích di chuyển theo một hoặc nhiều hướng. Vật liệu làm từ kim loại là dẫn điện phổ biến, vì kim loại có độ dẫn cao và độ kháng thấp.
Dẫn điện cho phép electron di chuyển giữa các nguyên tử với vận tốc trôi trong dải dẫn, một mức năng lượng cụ thể hỗ trợ sự di chuyển tự do của electron. Các dẫn điện này bao gồm các nguyên tử có electron valence bị ràng buộc lỏng lẻo mà hiệu ứng điện hoặc nhiệt có thể dễ dàng kích thích. Sự chuyển đổi của electron từ dải valence sang dải dẫn để lại một lỗ dương, cũng góp phần vào sự di chuyển của điện tích.
Dẫn điện có thể là kim loại, hợp kim kim loại, chất điện phân, hoặc một số chất phi kim như graphite và polymer dẫn điện. Những vật liệu này cho phép điện (tức là dòng điện tích) đi qua chúng một cách dễ dàng.
Dẫn điện Truyền Dòng điện
Dòng điện trong dẫn điện đại diện cho tốc độ dòng điện tích đi qua mặt cắt ngang của nó, tỷ lệ thuận trực tiếp với cả trường điện và độ dẫn của dẫn điện. Trường điện này xuất phát từ sự chênh lệch điện áp trên dẫn điện, trong khi độ dẫn định lượng sự dễ dàng mà vật liệu cho phép dòng điện tích đi qua.
Khi một chênh lệch điện thế được áp dụng trên dẫn điện, các electron trong dải dẫn nhận được năng lượng và bắt đầu trôi từ cực âm đến cực dương của nguồn điện áp. Hướng của dòng điện ngược với hướng di chuyển của electron, vì dòng điện được định nghĩa là dòng điện tích dương. Các electron va chạm với các nguyên tử và electron khác trong dẫn điện, gây ra sự kháng cự và sinh nhiệt. Kháng cự là một biện pháp về mức độ mà vật liệu chống lại dòng điện tích đi qua nó.
Dòng điện trong dẫn điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như:
Chênh lệch điện thế trên dẫn điện
Chiều dài và diện tích mặt cắt ngang của dẫn điện
Nhiệt độ và thành phần của vật liệu
Sự hiện diện của tạp chất hoặc khuyết tật trong vật liệu
Tính chất của Dẫn điện
Chúng có độ dẫn cao và độ kháng thấp
Chúng có nhiều electron tự do trong dải dẫn của chúng
Chúng không có khoảng cách năng lượng giữa dải valence và dải dẫn
Chúng có liên kết kim loại tạo nên mạng lưới ion dương được bao quanh bởi đám mây electron
Chúng có trường điện và mật độ điện tích bằng không bên trong chúng
Chúng chỉ có điện tích tự do trên bề mặt
Chúng có trường điện vuông góc với bề mặt
Loại Dẫn điện
Dẫn điện Ohmic
Dẫn điện Ohmic là vật liệu tuân theo định luật Ohm cho bất kỳ chênh lệch điện thế và nhiệt độ nào. Chúng có mối quan hệ tuyến tính giữa điện áp và dòng điện, điều đó có nghĩa là độ kháng của chúng không đổi. Hầu hết kim loại là dẫn điện Ohmic ở điều kiện bình thường.
Dẫn điện Phi-Ohmic
Dẫn điện Phi-Ohmic là vật liệu không tuân theo định luật Ohm cho bất kỳ chênh lệch điện thế hoặc nhiệt độ nào. Chúng có mối quan hệ phi tuyến giữa điện áp và dòng điện, điều đó có nghĩa là độ kháng của chúng thay đổi theo điện áp được áp dụng. Dẫn điện Phi-ohmic có thể biểu hiện độ kháng âm, nơi dòng điện giảm khi điện áp tăng, hoặc độ kháng dương, nơi dòng điện tăng khi điện áp tăng, nhưng không tỷ lệ. Một số dẫn điện Phi-ohmic cũng có điện áp ngưỡng, dưới đó không có dòng điện chảy.
Dẫn điện Rắn
Dẫn điện rắn là vật liệu có hình dạng và thể tích cố định. Chúng có thể được chia thành dẫn điện kim loại và dẫn điện phi kim.
Dẫn điện kim loại: Đây là kim loại hoặc hợp kim kim loại có độ dẫn cao và độ kháng thấp. Chúng có cấu trúc mạng lưới ion dương được bao quanh bởi biển electron tự do. Một số ví dụ về dẫn điện kim loại là bạc, đồng, vàng, nhôm, sắt, đồng thau, đồng đen, v.v.
Dẫn điện phi kim: Đây là chất phi kim có một số electron hoặc ion tự do trong cấu trúc của chúng. Chúng có độ dẫn thấp hơn và độ kháng cao hơn so với kim loại. Một số ví dụ về dẫn điện phi kim là graphite, nanotube carbon, graphene, v.v.
Dẫn điện Lỏng
Dẫn điện lỏng: là vật liệu không có hình dạng cố định nhưng có thể tích cố định. Chúng có thể được chia thành dẫn điện kim loại và dẫn điện phi kim.
Dẫn điện kim loại: Đây là kim loại ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng hoặc khi được làm nóng. Chúng có độ dẫn cao và độ kháng thấp. Chúng có cấu trúc tương tự như kim loại rắn nhưng với khoảng cách giữa các nguyên tử lớn hơn và khả năng di chuyển cao hơn. Một ví dụ về dẫn điện lỏng kim loại là thủy ngân.
Dẫn điện phi kim: Đây là chất lỏng chứa các ion hoặc phân tử tan có thể mang điện tích. Chúng có độ dẫn thấp hơn và độ kháng cao hơn so với kim loại. Chúng có cấu trúc của các dung môi phân cực hoặc ion trong dung môi. Một số ví dụ về dẫn điện lỏng phi kim là nước muối, dung dịch axit, chất điện phân, v.v.
Yếu tố ảnh hưởng đến Độ dẫn của Dẫn điện
Độ dẫn của dẫn điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như:
Loại và số lượng các hạt mang điện tự do: Càng nhiều electron hoặc ion tự do trong vật liệu, độ dẫn càng cao và độ kháng càng thấp.
Kích thước và hình dạng của dẫn điện: Dẫn điện càng dài và mỏng, độ dẫn càng thấp và độ kháng càng cao.
Nhiệt độ của dẫn điện: Nhiệt độ của dẫn điện càng cao, độ dẫn càng thấp và độ kháng càng cao. Điều này là do sự dao động nhiệt của các nguyên tử và electron tăng cường va chạm và giảm khả năng di chuyển của các hạt mang điện.
Sự hiện diện của tạp chất hoặc khuyết tật trong dẫn điện: Càng nhiều tạp chất hoặc khuyết tật trong dẫn điện, độ dẫn càng thấp và độ kháng càng cao. Điều này là do tạp chất hoặc khuyết tật hoạt động như trung tâm tán xạ cho các hạt mang điện và giảm đường đi tự do trung bình của chúng.
Tần số của trường điện được áp dụng: Tần số của trường điện được áp dụng càng cao, độ dẫn càng thấp và phản kháng càng cao. Điều này là do ở tần số cao, các hạt mang điện không theo kịp những thay đổi nhanh chóng của trường điện và tạo ra một trường từ đối lập.
Ứng dụng của Dẫn điện
Dẫn điện được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật. Một số ứng dụng đáng chú ý bao gồm:
Dây điện: Dây điện được làm từ dây dẫn đồng hoặc nhôm mang dòng điện từ nguồn điện đến tải. Chúng được phủ bằng vật liệu cách điện để ngăn ngừa ngắn mạch và giật điện.
Mạch điện: Mạch điện là mạng lưới các thành phần điện thực hiện chức năng cụ thể bằng dòng điện. Chúng được làm từ nhiều loại dẫn điện, như dây, điện trở, tụ điện, cuộn cảm, điôt, transistor, v.v.
Máy điện: Máy điện là thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học hoặc ngược lại bằng dòng điện và trường từ. Chúng được làm từ nhiều loại dẫn điện, như cuộn dây, rotor, stator, armature, v.v.
Cảm biến điện: Cảm biến điện là thiết bị phát hiện các đại lượng vật lý như nhiệt độ, áp suất, ánh sáng, âm thanh, v.v., và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện. Chúng được làm từ nhiều loại dẫn điện, như điện cực, dây, cuộn dây, điện trở, tụ điện, v.v. Một số ví dụ về cảm biến điện là cặp nhiệt điện, điôt quang, LDR, cảm biến piezoelectric, v.v.
Kết luận
Dẫn điện là vật liệu cần thiết cho nhiều ứng dụng liên quan đến dòng điện và trường điện. Chúng có nhiều loại, tính chất và yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn. Chúng cũng được sử dụng để làm các loại cảm biến điện có thể phát hiện và đo lường các hiện tượng vật lý. Dẫn điện đang không ngừng phát triển với các công nghệ và sáng tạo mới để đáp ứng nhu cầu của nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực.
