Mga Katangian ng mga Konduktor ng Elektrisidad
Ang electrical conductor ay isang materyal na nagpapahintulot sa elektrikong kargang lumipat sa pamamagitan nito nang madali kapag pinagsama ito sa isang potensyal na pagkakaiba. Mahalaga ang mga electrical conductor para sa maraming aplikasyon, tulad ng wiring, transmission lines, electrical machines, heating elements, electrostatic shielding, at iba pa. Sa artikulong ito, susuriin natin ang mga katangian ng mga electrical conductor, kanilang mga uri, halimbawa, at aplikasyon.
Ano ang Electrical Conductor?
Inihahayag ang electrical conductor bilang isang materyal na may malayang elektron o ions na maaaring magdala ng electric current kapag isinailalim ito sa isang electric field. Ang kakayahang magdala ng kuryente ng isang materyal ay tinatawag na conductivity. Ang kabaligtaran ng isang conductor ay isang insulator, na may kaunti o walang malayang elektron o ions at hindi nagpapahintulot na lumipas ang electric current sa pamamagitan nito.
Ang conductivity ng isang materyal ay depende sa maraming factor, tulad ng kanyang atomic structure, temperatura, impurities, at panlabas na impluwensiya. Karaniwan, ang mga metal ay may mataas na conductivity dahil mayroon silang maraming malayang elektron sa kanilang pinakamataas na shell na maaaring gumalaw nang madali mula sa isang atom sa isa pa. Ilang halimbawa ng mahusay na conductors ay silver, copper, gold, aluminum, iron, at graphite. Ang mga non-metals ay may mababang conductivity dahil may kaunti o walang malayang elektron sa kanilang pinakamataas na shell at tiyak na hawakan nito. Ilang halimbawa ng insulators ay rubber, glass, wood, plastic, at air.
Mayroon ilang materyal na may intermediate conductivity sa pagitan ng mga conductor at insulator. Tinatawag itong semiconductors at malawakang ginagamit sa electronics at computer technology. Ilang halimbawa ng semiconductors ay silicon, germanium, gallium arsenide, at carbon nanotubes.
Katangian ng mga Electrical Conductors
Nagpapakita ang mga electrical conductor ng ilang karaniwang katangian kapag sila ay nasa kondisyon ng equilibrio. Ang mga katangian ay:
Resistance: Ang resistance ay ang sukat kung gaano karami ang conductor na kontra sa paglipas ng electric current. Ito ay depende sa materyal ng resistivity, haba, cross-sectional area, at temperatura. Ang resistivity ay ang intrinsikong katangian ng isang materyal na nagpapahayag ng kanyang resistance per unit length at area. Ito ay inversely proportional sa conductivity. Ang mga conductor ay may mababang resistivity at mababang resistance, samantalang ang mga insulator ay may mataas na resistivity at mataas na resistance. Nagiging ilang bahagi ng elektrikong enerhiya na nababago sa init na enerhiya sa isang conductor. Ito ay tinatawag na Joule heating o ohmic heating.
Inductance: Ang inductance ay ang sukat kung gaano karami ang conductor na kontra sa pagbabago sa electric current na lumilipas dito. Ito ay depende sa hugis, laki, orientasyon, at arrangement ng conductor. Nagiging magnetic field ang inductance sa paligid ng isang conductor kapag may electric current na lumilipas dito. Ang magnetic field na ito ay maaaring magindukta ng electromotive force (EMF) sa parehong o malapit na conductor na kontra sa pagbabago ng current. Ito ay tinatawag na self-inductance o mutual inductance, depende sa kasong ito. Ang inductance ay nakakaapekto sa distribusyon ng current at voltage drop sa isang conductor kapag ginamit ito para sa alternating current (AC) supply.
Ang electric field sa loob ng conductor ay zero: Ang electric field sa loob ng perfect conductor ay zero dahil anumang electric field ay magbibigay ng puwersa sa malayang elektron at i-aaccelerate ito hanggang maabot ang equilibrio. Sa kondisyong equilibrio, ang net force sa malayang elektron ay zero, at hindi sila gumagalaw. Ito ang nangangahulugan na walang potential difference sa loob ng conductor, at lahat ng puntos ay nasa parehong potential. Ang katangiang ito ay nagbibigay ng suitability sa mga conductor para sa electrostatic shielding ng mga electrical equipment.
Ang charge density sa loob ng conductor ay zero: Ang charge density sa loob ng perfect conductor ay zero dahil anumang charge ay magbabago ng electric field na magrepel ng parehong charge patungo sa surface ng conductor. Ang mutual electrostatic repulsion sa pagitan ng mga parehong charge (elektron) ay ipinapausok sila sa outer surface ng conductor, kung saan maaari silang makalayo sa bawat isa. Ito ang nangangahulugan na walang charge sa loob ng conductor, at ang free charge lamang ang umiiral sa surface.
Ang free charge umiiral lamang sa surface ng conductor: Tulad ng napagusapan, ang free charge (elektron) ay hindi umiiral sa loob ng conductor kundi lamang sa kanyang surface dahil sa electrostatic repulsion. Ang dami at distribusyon ng free charge sa surface ay depende sa hugis at laki ng conductor at sa external electric field na ipinapatupad dito.
Ang electric field sa surface ng conductor ay normal sa surface: Ang electric field sa surface ng perfect conductor ay normal (perpendicular) sa surface dahil anumang tangential component ay magdudulot ng paggalaw ng malayang elektron sa surface hanggang ma-cancel out ang tangential component. Ito ang nangangahulugan na walang parallel component ng electric field sa surface, at ang normal component lang ang umiiral.
Mga Uri ng Electrical Conductors
Maaaring ikategorya ang mga electrical conductor sa iba't ibang uri batay sa kanilang structure, komposisyon, behavior, at application. Ilang karaniwang uri ay:
Metallic conductors: Ang mga ito ay mga conductor na gawa sa metal o alloy na may mataas na conductivity dahil sa kanilang malayang elektron. Malawakang ginagamit sila para sa wiring, transmission lines, electrical machines, electrical contacts, atbp. Ilang halimbawa ay silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), aluminum (Al), iron (Fe), atbp.
Ionic conductors: Ang mga ito ay mga conductor na gawa sa ionic compounds na may mataas na conductivity dahil sa kanilang malayang ions kapag nilunaw sila sa tubig o inilunod sa likidong estado. Ginagamit sila para sa electrolysis, batteries, fuel cells, atbp. Ilang halimbawa ay sodium chloride (NaCl), potassium hydroxide (KOH), sulfuric acid (H2SO4), atbp.
Molecular conductors: Ang mga ito ay mga conductor na gawa sa molecules na may mataas na conductivity dahil sa kanilang delocalized electrons o molecular orbitals na maaaring overlap sa bawat isa. Ginagamit sila para sa organic electronics, nanotechnology, atbp. Ilang halimbawa ay graphite ©, carbon nanotubes (CNTs), polyacetylene (PA), atbp.
Superconductors: Ang mga ito ay mga conductor na may zero resistance at infinite conductivity kapag ini-cool sila sa ilalim ng isang tiyak na critical temperature. May iba pang phenomena rin sila, tulad ng Meissner effect, persistent current, quantum levitation, atbp. Ginagamit sila para sa superconducting magnets, quantum computers, medical imaging, atbp. Ilang halimbawa ay mercury (Hg), lead (Pb), yttrium barium copper oxide (YBCO), atbp.
Aplikasyon ng mga Electrical Conductors
Maraming aplikasyon ang mga electrical conductor sa iba't ibang larangan ng siyensya, engineering, at teknolohiya. Ilang karaniwang aplikasyon ay:
Wiring: Ang wiring ay isa sa pinakakaraniwang gamit ng mga electrical conductor. Ito ay kasama ang koneksyon ng iba't ibang electrical devices o components sa pamamagitan ng mga wire na gawa sa metallic conductors tulad ng copper o aluminum. Ang wiring ay nagbibigay ng paglipas ng kuryente mula sa isang punto hanggang sa isa pa nang may minimal na loss o interference.
Transmission lines: Ang transmission lines ay espesyal na wires o cables na nagdadala ng high-voltage alternating current (HVAC) o
