Eienskappe van Elektriese Geleiers

Electrical4u

Veld: Basiese Elektriese

China

'n elektriese geleier is 'n materiaal wat elektriese lading maklik laat beweeg as dit aan 'n potensiaalverskil blootgestel word. Elektriese geleiers is noodsaaklik vir baie toepassings soos bedrading, oorspanningslyne, elektriese masjiene, verhittingselemente, elektrostatische skerming, en meer. In hierdie artikel sal ons die eienskappe van elektriese geleiers, hul tipes, voorbeelde, en toepassings ondersoek.

Wat is 'n Elektriese Geleier?

'n Elektriese geleier word gedefinieer as 'n materiaal wat vry elektrone of ionne het wat elektriese stroom kan dra wanneer 'n elektriese veld toegepas word. Die vermoë van 'n materiaal om elektrisiteit te geleid, word geleidbaarheid genoem. Die teenoorgestelde van 'n geleier is 'n isolator, wat baie min of geen vry elektrone of ionne het en nie 'n elektriese stroom laat deur homself vloei nie.

Die geleidbaarheid van 'n materiaal hang af van verskeie faktore, soos sy atoomstruktuur, temperatuur, onreinehede, en eksterne invloede. Algemeen het metale hoë geleidbaarheid omdat hulle baie vry elektrone in hul buiteste skuil het wat maklik van een atoom na 'n ander kan beweeg. Sommige voorbeelde van goeie geleiers is silwer, koper, gou, aluminiun, ys, en grafiet. Nemetale het lae geleidbaarheid omdat hulle min of geen vry elektrone in hul buiteste skuil het en geneig is om hulle styf vas te hou. Sommige voorbeelde van isolators is rubber, glas, hout, plastiek, en lug.

Sommige materiale het intermediêre geleidbaarheid tussen geleiers en isolators. Hierdie word halwege geleiers genoem en word wyd gebruik in elektronika en rekenaartechnologie. Sommige voorbeelde van halwege geleiers is silikon, germanium, gallium arsenide, en koolstof nanobuisies.

Eienskappe van Elektriese Geleiers

Elektriese geleiers vertoon sommige algemene eienskappe wanneer hulle in ewewigstoestande is. Hierdie eienskappe is:

Weerstand: Weerstand is die maatstaf van hoeveel 'n geleier die vloei van elektriese stroom teenwerk. Dit hang af van die materiaal se weerstandskoëffisiënt, lengte, dwarsdoorsnee-oppervlakte, en temperatuur. Weerstandskoëffisiënt is die intrinsieke eienskap van 'n materiaal wat sy weerstand per eenheid lengte en oppervlakte bepaal. Dit is invers proporsioneel aan geleidbaarheid. Geleiers het lae weerstandskoëffisiënt en lae weerstand, terwyl isolators hoë weerstandskoëffisiënt en hoë weerstand het. Weerstand veroorsaak dat 'n deel van die elektriese energie in warmte-energie omgesit word in 'n geleier. Dit word Joule-verwarming of Ohmiese verwarming genoem.
Induktansie: Induktansie is die maatstaf van hoeveel 'n geleier die verandering in die elektriese stroom wat deur homself vloei teenwerk. Dit hang af van die vorm, grootte, oriëntasie, en rangskikking van die geleier. Induktansie veroorsaak dat 'n magnetiese veld om 'n geleier gegenereer word wanneer 'n elektriese stroom deur homself vloei. Hierdie magnetiese veld kan 'n elektromotoriseerde krag (EMK) in dieselfde of naby geleiers induseer wat die verandering in stroom teenwerk. Dit word onderskeidelik self-induktansie of wederkerige induktansie genoem. Induktansie beïnvloed die stroomverdeling en spanning val in 'n geleier wanneer dit vir wisselstroom (WS) voorsiening gebruik word.
Die elektriese veld binne die geleier is nul: Die elektriese veld binne 'n perfekte geleier is nul omdat enige elektriese veld 'n krag op die vry elektrone sou uitoefen en hulle sou versnel tot hulle ewewig bereik. In ewewigstoestande is die netto krag op die vry elektrone nul, en hulle beweeg nie. Dit beteken dat daar geen spanningverskil binne die geleier is, en alle punte is by dieselfde potensiaal. Hierdie eienskap maak geleiers geskik vir elektrostatische skerming van elektriese toerusting.
Ladingsdigtheid binne die geleier is nul: Die ladingsdigtheid binne 'n perfekte geleier is nul omdat enige ladings 'n elektriese veld sou skep wat dieselfde ladings na die oppervlak van die geleier sou repelleer. Die mutuele elektrostatische repulsie tussen dieselfde ladings (elektrone) duw hulle na die buiteste oppervlak van die geleier, waar hulle so ver moontlik uit mekaar kan wees. Dit beteken dat daar geen lading binne die geleier is, en slegs vry lading op die oppervlak bestaan.
Vry lading bestaan slegs op die oppervlak van die geleier: Soos bespreek, die vry lading (elektrone) bestaan nie binne die geleier nie, maar slegs op sy oppervlak as gevolg van elektrostatische repulsie. Die hoeveelheid en verdeling van vry lading op die oppervlak hang af van die vorm en grootte van die geleier en die eksterne elektriese veld wat daaraan toegepas word.
Die elektriese veld by die oppervlak van die geleier is normaal tot die oppervlak: Die elektriese veld by die oppervlak van 'n perfekte geleier is normaal (loodreg) tot die oppervlak omdat enige tangensiele komponent die vry elektrone sou laat beweeg langs die oppervlak totdat hulle die tangensiele komponent kanselleer. Dit beteken dat daar geen parallelkomponent van 'n elektriese veld by die oppervlak is, en slegs 'n normale komponent bestaan.

Tipes van Elektriese Geleiers

Elektriese geleiers kan in verskillende tipes geklassifiseer word op grond van hul struktuur, samestelling, gedrag, en toepassing. Sommige algemene tipes is:

Metale geleiers: Hierdie is geleiers gemaak van metale of legeringe wat hoë geleidbaarheid het as gevolg van hul vry elektrone. Hulle word wyd gebruik vir bedrading, oorspanningslyne, elektriese masjiene, elektriese kontakte, ens. Sommige voorbeelde is silwer (Ag), koper (Cu), gou (Au), aluminiun (Al), ys (Fe), ens.
Ioniese geleiers: Hierdie is geleiers gemaak van ioniese verbindinge wat hoë geleidbaarheid het as gevolg van hul vry ionne wanneer hulle in water opgelos word of in 'n vloeistofstaat gesmolten word. Hulle word gebruik vir elektrolysing, batterye, brandstofcelle, ens. Sommige voorbeelde is natrium chloride (NaCl), kalium hydroxide (KOH), swawel suur (H2SO4), ens.
Molekulêre geleiers: Hierdie is geleiers gemaak van molekules wat hoë geleidbaarheid het as gevolg van hul delokaliseerde elektrone of molekulêre banne wat met mekaar kan oorlap. Hulle word gebruik vir organiese elektronika, nanotegnologie, ens. Sommige voorbeelde is grafiet ©, koolstof nanobuisies (CNTs), poliakriileen (PA), ens.
Supergeleiers: Hierdie is geleiers wat nul weerstand en oneindige geleidbaarheid het wanneer hulle onder 'n sekere kritieke temperatuur gekoel word. Hulle vertoon ook ander verskynsels, soos die Meissner-effek, bestendige stroom, kwantumlevitasie, ens. Hulle word gebruik vir supergeleier-magnete, kwantumrekenaars, mediese beeldvorming, ens. Sommige voorbeelde is kwik (Hg), lood (Pb), yterium barium koper oxide (YBCO), ens.