Elastecaj ecoj de elektraj konduktoroj

Electrical4u

Kampo: Baza Elektrotekniko

China

Elektra konduktilo estas materialo, kiu permesas elektrajn ŝargojn moviĝi tra ĝi facile, kiam ĝi estas submetita al potenciala diferenco. Elektraj konduktoroj estas esencaj por multaj aplikaĵoj, kiel cabledistribuado, transmitlinioj, elektraj maŝinoj, varmelementoj, elektrostatika blindado, ktp. En ĉi tiu artikolo, ni esploros la ecojn de elektraj konduktoroj, iliajn tipojn, ekzemplojn kaj aplikaĵojn.

Kio estas elektra konduktoro?

Elektra konduktoro estas difinita kiel materialo, kiu havas libere elektronon aŭ ionojn, kiuj povas porti elektran kuranton, kiam elektra kampo estas aplikita. La kapablo de materialo konduki elektronon estas nomata konduteco. La kontraŭaĵo de konduktoro estas izolilo, kiu havas tre malpli aŭ neniujn libere elektronon aŭ ionojn kaj ne permesas elektran kuranton fluigi tra ĝi.

La konduteco de materialo dependas de pluraj faktoroj, kiel ĝia atomstrukturo, temperaturo, impurajoj, kaj eksteraj influoj. Ĝenerale, metaloj havas altan kondutecon, ĉar ili havas multajn libere elektronon en sia plej ekstera ŝelo, kiuj povas moviĝi facile de unu atomo al alia. Iuj ekzemploj de bonaj konduktoroj estas argento, kupro, oro, alumio, fero, kaj grafito. Nemetaloj havas malaltan kondutecon, ĉar ili havas malmultajn aŭ neniujn libere elektronon en sia plej ekstera ŝelo kaj tendencas teni ilin forte. Iuj ekzemploj de izoliloj estas gumo, glaso, ligno, plastiko, kaj aero.

Iuj materialoj havas intermedian kondutecon inter konduktoroj kaj izoliloj. Ĉi tiuj estas nomataj duonkonduktoroj kaj estas vaste uzitaj en elektroniko kaj komputila teknologio. Iuj ekzemploj de duonkonduktoroj estas silico, germanio, gallium arsenido, kaj karbonnanotubo.

Ecoj de elektraj konduktoroj

Elektraj konduktoroj montras iujn komunajn ecojn, kiam ili estas en ekvilibra stato. Ĉi tiuj ecoj estas:

Resisteco: Resisteco estas mezuro de tio, kiom konduktoro kontraŭstaras la flugon de elektra kuranto. Ĝi dependas de la materialo de la resisteco, longo, sekca areo, kaj temperaturo. Resisto estas la intrinseka eco de materialo, kiu determinas ĝian resistecon je unu longeco kaj areo. Ĝi estas inverse proporcia al konduteco. Konduktoroj havas malaltan resistancon kaj malaltan resiston, dum izoliloj havas altan resistancon kaj altan resiston. Resisteco kaŭzas iun el la elektra energio esti konvertita en varma energio en konduktoro. Ĉi tio estas nomata Joule varmigo aŭ Ohm varmigo.
Induktanco: Induktanco estas mezuro de tio, kiom konduktoro kontraŭstaras la ŝanĝon de la elektra kuranto, kiu fluas tra ĝi. Ĝi dependas de la formo, grandeco, orientiĝo, kaj aranĝo de la konduktoro. Induktanco kaŭzas magnetan kampon esti generita ĉirkaŭ konduktoro, kiam elektra kuranto fluas tra ĝi. Ĉi tiu magnetkampo povas indukti elektromotivon (EMF) en la sama aŭ proksima konduktoro, kiu kontraŭstaras la ŝanĝon de la kuranto. Ĉi tio estas nomata memindukto aŭ mutua induko, respektive. Induktanco afektas la distribuon de la kuranto kaj voltaĝon falon en konduktoro, kiam ĝi estas uzata por alternanta kuranto (AC) provizado.
La elektra kampo ene de la konduktoro estas nul: La elektra kampo ene de perfekta konduktoro estas nul, ĉar ajna elektra kampo eksertas forton sur la libere elektronon kaj akcelas ilin ĝis ili atingas ekvilibron. En ekvilibra stato, la neta forto sur la libere elektronon estas nul, kaj ili ne moviĝas. Ĉi tio signifas, ke ne estas potenciala diferenco ene de la konduktoro, kaj ĉiuj punktoj estas je la sama potencialo. Ĉi tiu eco faras konduktorojn taŭgajn por elektrostatika blindado de elektra aparato.
Ŝargodenseco ene de la konduktoro estas nul: La ŝargodenseco ene de perfekta konduktoro estas nul, ĉar ajna ŝargo kreus elektran kampon, kiu repelus la saman ŝargon al la surfaco de la konduktoro. La mutua elektrostatica repelado inter similaj ŝargoj (elektronon) puŝas ilin al la ekstera surfaco de la konduktoro, kie ili povas esti tiom proksime apartaj kiel eble. Ĉi tio signifas, ke ne estas ŝargo ene de la konduktoro, kaj nur libera ŝargo ekzistas sur la surfaco.
Libera ŝargo ekzistas nur sur la surfaco de la konduktoro: Kiel diskutite supre, la libera ŝargo (elektronon) ne ekzistas ene de la konduktoro, sed nur sur ĝia surfaco pro elektrostatica repelado. La kvanto kaj distribuo de libera ŝargo sur la surfaco dependas de la formo kaj grandeco de la konduktoro kaj la ekstera elektra kampo aplikita al ĝi.
La elektra kampo ĉe la surfaco de la konduktoro estas normala al la surfaco: La elektra kampo ĉe la surfaco de perfekta konduktoro estas normala (perpendikulara) al la surfaco, ĉar ajna tanĝenta komponento kaŭzus la libere elektronon moviĝi laŭ la surfaco ĝis ili anuligas la tanĝantan komponenton. Ĉi tio signifas, ke ne estas paralela komponento de elektra kampo ĉe la surfaco, kaj nur normala komponento ekzistas.

Tipoj de elektraj konduktoroj

Elektraj konduktoroj povas esti klasifikitaj en malsamajn tipojn bazitajn sur ilia strukturo, kompozicio, konduto, kaj aplikaĵo. Iuj komunaj tipoj estas:

Metalaj konduktoroj: Ĉi tiuj estas konduktoroj faritaj el metaloj aŭ ligoj, kiuj havas altan kondutecon pro iliaj libere elektronon. Ili estas vaste uzitaj por kablandado, transmitlinioj, elektraj maŝinoj, elektraj kontaktaroj, ktp. Iuj ekzemploj estas argento (Ag), kupro (Cu), oro (Au), alumio (Al), fero (Fe), ktp.
Jonaj konduktoroj: Ĉi tiuj estas konduktoroj faritaj el jonaj kompoundoj, kiuj havas altan kondutecon pro iliaj libere ionoj, kiam ili estas disolviĝintaj en akvo aŭ liquidiĝintaj en likva stato. Ili estas uzitaj por elektrolizo, baterioj, brulegceluloj, ktp. Iuj ekzemploj estas sodiochlorido (NaCl), kaliohydroxido (KOH), sulfurakido (H2SO4), ktp.
Molekulaj konduktoroj: Ĉi tiuj estas konduktoroj faritaj el molekuloj, kiuj havas altan kondutecon pro iliaj delokalizitaj elektronon aŭ molekulaj orbitaloj, kiuj povas supermetiĝi kun unu la alia. Ili estas uzitaj por organika elektroniko, nanoteĥnologio, ktp. Iuj ekzemploj estas grafito ©, karbonnanotubo (CNTs), poliacetileno (PA), ktp.
Superkonduktoroj: Ĉi tiuj estas konduktoroj, kiuj havas nulan rezistancon kaj senfinan kondutecon, kiam ili estas refrostitaj sub certa kritika temperaturo. Ili ankaŭ montras aliajn fenomenojn, kiel la Meissner efekto, persista kuranto, kvantuma levitado, ktp. Ili estas uzitaj por superkonduktaj magnetoj, kvantumkomputiloj, medicina bildigo, ktp. Iuj ekzemploj estas merkurio (Hg), plumbo (Pb), itrio-bario-kupro-oksideto (YBCO), ktp.