Elektrovedaudzētāju īpašības
Elektriskis vedājs ir materiāls, kas ļauj elektriskajiem lādiņiem viegli kustēties caur to, kad tā uzliek potenciāla atšķirība. Elektriskie vedāji ir būtiski daudzām lietojumām, piemēram, vads, elektroenerģijas pārvades līnijas, elektromotori, sildīšanas elementi, elektrostātiskās aizsardzības sistēmas un tā tālāk. Šajā rakstā mēs izpētīsim elektrisko vedāju īpašības, to veidus, piemērus un lietojumus.
Kas ir elektriskais vedājs?
Elektriskais vedājs ir definēts kā materiāls, kurā ir brīvās elektronas vai jonos, kas var nodot elektrisku strāvu, ja tiek piemērots elektriskais lauks. Materiāla spēja vadīt elektroenerģiju sauc par leitivitāti. Vedāja pretstats ir izolators, kuram ir ļoti maz vai vispār nav brīvām elektronām vai jonu, un tas neļauj elektriskai strāvei plūst caur to.
Materiāla leitivitāte atkarīga no vairākiem faktoriem, piemēram, tā atomārā struktūra, temperatūra, piesārņojumi un ārējie ietekmes. Parasti metāliem ir augsta leitivitāte, jo tiem ir daudz brīvām elektronām savā ārējā šķidrabā, kas var viegli kustēties no viena atomā uz otru. Daži labi vedāji ir sidrs, vaiss, zelts, alūmins, dzelzs un grafitis. Nemetāliem ir zema leitivitāte, jo tiem ir maz vai vispār nav brīvām elektronām savā ārējā šķidrabā un tie tendē uz to ciešu uzturēšanu. Daži izolatoru piemēri ir gumba, stikls, koks, plastmassa un gaisa.
Daži materiāli ir ar vidējo leitivitāti starp vedājiem un izolatoriem. Tie sauc par pusvedājiem un tie plaši izmantoti elektronikā un datorzinātnēs. Daži pusvedāju piemēri ir silicis, germanis, gallijs arsenids un ogļu nanotrubi.
Elektrisku vedāju īpašības
Elektriskie vedāji rāda dažas kopīgas īpašības, kad tie atrodas līdzsvarā. Šīs īpašības ir:
Rezistence: Rezistence ir mērs, cik stipri vedājs pretstatās elektriskajai strāvei. Tas atkarīgs no materiāla rezistivitātes, garuma, sekcijas platumam un temperatūrai. Rezistivitāte ir materiāla intrinsiska īpašība, kas nosaka tā rezistenci vienības garumā un platuma. Tā ir inversi proporcionāla leitivitātei. Vedājiem ir zema rezistivitāte un zema rezistence, kamēr izolatoriem ir augsta rezistivitāte un augsta rezistence. Rezistence izsauc daļu no elektriskās enerģijas, lai to pārvērstu par siltumu vedājā. Tas sauc par Džeulja sildīšanos vai Ohma sildīšanos.
Induktivitāte: Induktivitāte ir mērs, cik stipri vedājs pretstatās elektriskajai strāvei, kas caur to plūst. Tā atkarīga no vedāja formas, izmēra, orientācijas un izkārtojuma. Induktivitāte izsauc magnētisko lauku, kad caur vedāju plūst elektriskā strāve. Šis magnētiskais lauks var izraisīt elektromotivu jaudu (EMF) tajā pašā vai tuvākajos vedājos, kas pretstatās strāves maiņai. Tas sauc par pašinduktivitāti vai savstarpējo induktivitāti, attiecīgi. Induktivitāte ietekmē strāves sadalījumu un spriegumu nomalu vedājā, kad to izmanto maiņstrāvei (AC) piegādei.
Iekšējais elektriskais lauks vedājā ir nulle: Iekšējais elektriskais lauks perfektā vedājā ir nulle, jo jebkurš elektriskais lauks izdabūtu spēku uz brīvajām elektronām un paātrinātu tās, līdz tās sasniedz līdzsvaru. Līdzsvarā neto spēka uz brīvajām elektronām ir nulle, un tās nemestās. Tas nozīmē, ka vedājā nav potenciāla atšķirības, un visi punkti atrodas vienā potenciālā. Šī īpašība padara vedājus piemērotiem elektrostātiskās aizsardzībai elektrotehniskiem ierīčiem.
Lādiņu blīvums iekšā vedājā ir nulle: Lādiņu blīvums perfektā vedājā ir nulle, jo jebkura lādiene izraisītu elektrisku lauku, kas atdzesētu to pašu lādienu uz vedāja virsmas. Savstarpējā elektrostātiskā atdzesība starp līdzīgām lādinēm (elektronām) iznīcina tās uz vedāja ārējo virsmu, kur tās var būt tik tālu atdalītas, cik iespējams. Tas nozīmē, ka iekšā vedājā nav lādienu, un tikai brīvas lādiennes pastāv uz tā virsmas.
Brīvas lādiennes pastāv tikai uz vedāja virsmas: Kā minēts iepriekš, brīvas lādiennes (elektronas) neeksistē iekšā vedājā, bet tikai uz tā virsmas, dēļ elektrostātiskās atdzesības. Brīvo lādienu daudzums un sadalījums uz virsmas atkarīgs no vedāja formas un izmēra, kā arī no ārējā elektriskā lauka, kas tajā piemērots.
Elektriskais lauks uz vedāja virsmas ir perpendikulārs virsmai: Elektriskais lauks uz perfektā vedājā virsmas ir perpendikulārs (perpendikulārs) virsmai, jo jebkura tangentiālā komponente izraisītu brīvās elektronas kustību pa virsmu, līdz tās atceltu tangentiālo komponenti. Tas nozīmē, ka virsmā nav paralēlas komponentes, un tikai eksistē normālā komponente.
Elektrisku vedāju veidi
Elektriskie vedāji var tikt klasificēti dažādos veidos, balstoties uz to struktūru, sastāvu, uzvedību un lietojumu. Daži bieži sastopami veidi ir:
Metāllīkie vedāji: Šie ir vedāji, kas izgatavoti no metāliem vai legumiem, kuriem ir augsta leitivitāte, dēļ to brīvām elektronām. Tie plaši izmantoti vada, pārvades līnijām, elektromotoriem, elektrokontaktiem utt. Daži piemēri ir sidrs (Ag), vaiss (Cu), zelts (Au), alūmins (Al), dzelzs (Fe) utt.
Joniskie vedāji: Šie ir vedāji, kas izgatavoti no joniskajiem savienojumiem, kuriem ir augsta leitivitāte, dēļ to brīvajiem joniem, kad tie salīdzināti ar ūdeni vai izsilināti līdz šķidruma stāvoklim. Tie izmantoti elektrolīzei, akumulatoriem, degvielas celļiem utt. Daži piemēri ir sāls (NaCl), hidroksīds (KOH), sulas rūga (H2SO4) utt.
Molekulārie vedāji: Šie ir vedāji, kas izgatavoti no molekulām, kuriem ir augsta leitivitāte, dēļ to delokalizētajām elektronām vai molekulārajām orbitālēm, kas var pārklāties ar citām. Tie izmantoti organiskajā elektronikā, nanotehnoloģijās utt. Daži piemēri ir grafitis (C), ogļu nanotrubi (CNTs), poliacetilēns (PA) utt.
Supravedāji: Šie ir vedāji, kuriem ir nulle rezistence un bezgalīga leitivitāte, kad tie pazemināti zem noteiktas kritiskas temperatūras. Tie arī izrāda citas parādības, piemēram, Meisnera efekts, ilgstoša strāve, kvantu levitācija utt. Tie izmantoti superkonduktīvajiem magnētiem, kvantu datoriem, medicīnas attēlošanā utt. Daži piemēri ir mercīrijs (Hg), svins (Pb), itrijbarijskupra okssīds (YBCO) utt.
Elektrisku vedāju lietojumi
