Ιδιότητες των Ηλεκτρικών Διαχυτών
Ένας ηλεκτρικός διάγων είναι ένα υλικό που επιτρέπει την εύκολη κίνηση ηλεκτρικών φορτίων μέσα του όταν υπόκειται σε δυναμική διαφορά. Οι ηλεκτρικοί διάγοντες είναι απαραίτητοι για πολλές εφαρμογές, όπως το σύστημα συνδέσεων, γραμμές μεταφοράς, ηλεκτρικά μηχανήματα, θερμαντικά στοιχεία, ελεκτροστατική προστασία και άλλες. Σε αυτό το άρθρο, θα εξερευνήσουμε τις ιδιότητες των ηλεκτρικών διαγώνων, τα είδη, τα παραδείγματα και τις εφαρμογές τους.
Τι είναι ο Ηλεκτρικός Διάγων;
Ο ηλεκτρικός διάγων ορίζεται ως ένα υλικό που έχει ελεύθερα ηλεκτρόνια ή ιόντα που μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα όταν εφαρμόζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο. Η ικανότητα ενός υλικού να οδηγεί ηλεκτρικό ρεύμα λέγεται συγκεκριμένη. Το αντίθετο ενός διαγώνα είναι ο αμετάλλακτος, το οποίο έχει πολύ λίγα ή καθόλου ελεύθερα ηλεκτρόνια ή ιόντα και δεν επιτρέπει την διάβαση ηλεκτρικού ρεύματος μέσα του.
Η συγκεκριμένη ενός υλικού εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως το ατομικό του διάγραμμα, τη θερμοκρασία, τις παρενέργειες και εξωτερικές επιρροές. Γενικά, τα μέταλλα έχουν υψηλή συγκεκριμένη επειδή έχουν πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό τους στοιχείο που μπορούν να κινούνται εύκολα από ένα άτομο σε άλλο. Κάποια παραδείγματα καλών διαγώνων είναι το ασημί, το χαλκό, το χρυσό, το αλουμίνι, το σίδηρο και το γραφίτη. Τα μη μέταλλα έχουν χαμηλή συγκεκριμένη επειδή έχουν λίγα ή καθόλου ελεύθερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό τους στοιχείο και τα κρατούν στενά. Κάποια παραδείγματα αμετάλλακτων είναι το καουτσούκ, το γυαλί, το ξύλο, το πλαστικό και το αέριο.
Κάποια υλικά έχουν μεσαία συγκεκριμένη μεταξύ διαγώνων και αμετάλλακτων. Αυτά ονομάζονται ημιαμετάλλακτα και χρησιμοποιούνται ευρέως στην ηλεκτρονική και την τεχνολογία υπολογιστών. Κάποια παραδείγματα ημιαμετάλλακτων είναι το πυρίτιο, το γερμανίο, γάλλιο-αρσενικό, και τα καρβονικά νανοσωλήδια.
Ιδιότητες των Ηλεκτρικών Διαγώνων
Οι ηλεκτρικοί διάγοντες εμφανίζουν κάποιες κοινές ιδιότητες όταν βρίσκονται σε συνθήκες ισορροπίας. Αυτές οι ιδιότητες είναι:
Αντίσταση: Η αντίσταση είναι η μέτρηση του πόσο αντιτίθεται ένας διάγων στην ροή ηλεκτρικού ρεύματος. Εξαρτάται από το υλικό, την αντίσταση, το μήκος, την επιφάνεια διατομής και τη θερμοκρασία. Η αντίσταση είναι η ιδιότητα ενός υλικού που καθορίζει την αντίσταση ανά μονάδα μήκους και επιφάνεια. Είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη συγκεκριμένη. Οι διάγοντες έχουν χαμηλή αντίσταση και χαμηλή αντίσταση, ενώ οι αμετάλλακτοι έχουν υψηλή αντίσταση. Η αντίσταση μετατρέπει μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμική ενέργεια σε έναν διάγων. Αυτό ονομάζεται θερμότητα Joule ή ohmic θέρμανση.
Εμπνευστικότητα: Η εμπνευστικότητα είναι η μέτρηση του πόσο αντιτίθεται ένας διάγων στην αλλαγή της ηλεκτρικής ροής που τρέχει μέσα του. Εξαρτάται από τη μορφή, το μέγεθος, την προσανατολισμό και τη διάταξη του διαγώνα. Η εμπνευστικότητα προκαλεί την μαγνητικό πεδίο να δημιουργηθεί γύρω από έναν διάγων όταν ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσα του. Αυτό το μαγνητικό πεδίο μπορεί να προκαλέσει ηλεκτροκινητή δύναμη (EMF) στον ίδιο ή κοντινούς διαγώνες που αντιτίθενται στην αλλαγή της ροής. Αυτό ονομάζεται εμπνευστικότητα εαυτού ή μεταξύ διαγώνων, αντίστοιχα. Η εμπνευστικότητα επηρεάζει την κατανομή της ροής και την τάση πτώση σε έναν διάγων όταν χρησιμοποιείται για εναλλασσόμενη ροή (AC).
Το ηλεκτρικό πεδίο μέσα στον διάγωνα είναι μηδέν: Το ηλεκτρικό πεδίο μέσα σε έναν τέλειο διάγωνα είναι μηδέν, επειδή οποιοδήποτε ηλεκτρικό πεδίο θα ασκούσε δύναμη στα ελεύθερα ηλεκτρόνια και θα τα επιταχύνονταν μέχρι να φτάσουν σε ισορροπία. Σε συνθήκες ισορροπίας, η συνολική δύναμη στα ελεύθερα ηλεκτρόνια είναι μηδέν, και δεν κινούνται. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει δυναμική διαφορά μέσα στον διάγωνα, και όλα τα σημεία είναι στην ίδια δυναμική. Αυτή η ιδιότητα κάνει τους διάγοντες κατάλληλους για ηλεκτροστατική προστασία ηλεκτρικού εξοπλισμού.
Η πυκνότητα φορτίου μέσα στον διάγωνα είναι μηδέν: Η πυκνότητα φορτίου μέσα σε έναν τέλειο διάγωνα είναι μηδέν, επειδή οποιοδήποτε φορτίο θα δημιουργούσε ηλεκτρικό πεδίο που θα απωθούσε το ίδιο φορτίο στην επιφάνεια του διαγώνα. Η μητρική ηλεκτροστατική απώθηση μεταξύ ομοίων φορτίων (ηλεκτρόνιων) τα πηγαίνει στην εξωτερική επιφάνεια του διαγώνα, όπου μπορούν να είναι όσο το δυνατόν πιο μακριά. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει φορτίο μέσα στον διάγωνα, και μόνο ελεύθερο φορτίο υπάρχει στην επιφάνεια.
Το ελεύθερο φορτίο υπάρχει μόνο στην επιφάνεια του διαγώνα: Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το ελεύθερο φορτίο (ηλεκτρόνια) δεν υπάρχει μέσα στον διάγωνα, αλλά μόνο στην επιφάνειά του λόγω ηλεκτροστατικής απώθησης. Τ
