Својства на електричните проводници
Електричниот проводник е материјал кој овозможува лесно движење на електрични зариди низ него кога се подложен на потенцијална разлика. Електричните проводници се неопходни за многу применби, како што се врскање, преносни линии, електрични машини, нагревни елементи, електростатички ѕирани и други. Во овој чланок ќе ги истражуваме својствата на електричните проводници, нивните типови, примери и применби.
Што е електричен проводник?
Електричниот проводник е дефиниран како материјал кој има слободни електрони или јони кои можат да пренесат електрична струја кога се приложи електрично поле. Способноста на материјалот да проводи електричество се нарекува проводливост. Супротивно од проводник е изолатор, кој има многу малку или никој слободен електрон или јон и не дозволува електрична струја да текне низ него.
Проводливоста на материјалот зависи од неколку фактори, како што е неговата атомска структура, температура, загадувања и спољни влијанија. Обично, металите имаат висока проводливост бидејќи имаат многу слободни електрони во нивната најдальна обвивка кои лесно можат да се движеат од еден атом до друг. Некои примери на добри проводници се сребро, мед, злато, алуминиум, железо и графит. Не-металите имаат ниска проводливост бидејќи имаат малку или никој слободен електрон во нивната најдальна обвивка и тендираат да ги држат силно. Некои примери на изолатори се гума, стакло, дрво, пластик и воздух.
Некои материјали имаат средна проводливост помеѓу проводници и изолатори. Овие се нарекуваат полупроводници и широко се користат во електроника и компјутерска технологија. Некои примери на полупроводници се силициум, германиум, галниум арсенид и карбонски наночеви.
Својства на електрични проводници
Електричните проводници покажуваат неколку заеднички својства кога се во равновесни услови. Овие својства се:
Оптерење: Оптерењето е мера на колку проводникот противстои на текот на електрична струја. Зависи од материјалот, резистивноста, должина, пресечна површина и температура. Резистивноста е интрасика својство на материјалот што определува неговото оптерење по единица должина и површина. Таа е обратно пропорционална со проводливоста. Проводниците имаат ниска резистивност и ниско оптерење, додека изолаторите имаат висока резистивност и високо оптерење. Оптерењето причинува дел од електричната енергија да се претвори во топлинска енергија во проводник. Ова се нарекува Јоулово загревување или омско загревување.
Индуктивност: Индуктивноста е мера на колку проводникот противстои на промена во електричната струја која текнува низ него. Зависи од формата, големината, ориентацијата и распоредот на проводникот. Индуктивноста го причинува магнетно поле да се генерира околу проводникот кога електрична струја текнува низ него. Ова магнетно поле може да индуцира електромоторна сила (ЕМС) во истиот или близуки проводници што противстои на промената во струјата. Ова се нарекува самоиндуктивност или взаемна индуктивност, соодветно. Индуктивноста влијае на распределбата на струјата и напон во проводникот кога се користи за изменична струја (ИС).
Електричното поле внатре во проводникот е нула: Електричното поле внатре во перфектен проводник е нула бидејќи било којо електрично поле би го испратило силата на слободните електрони и ги забрзувало до тоа да достигнат равновесие. Во услови на равновесие, неттото силата на слободните електрони е нула, и тие не се движеат. Ова значи дека нема потенцијална разлика внатре во проводникот, и сите точки се на ист потенцијал. Ова својство прави проводниците прифатливи за електростатичко ѕирање на електрична опрема.
Заредна густина внатре во проводникот е нула: Заредната густина внатре во перфектен проводник е нула бидејќи било која заредна густина би создала електрично поле што би го отфрлило истиот знак на заредна густина до површината на проводникот. Мутуалната електростатичка отфрлување помеѓу истите знаци (електрони) ги гурне до надворешната површина на проводникот, каде што можат да се најдат колку што е можно далеч. Ова значи дека нема заредна густина внатре во проводникот, и само слободна заредна густина постои на површината.
Слободна заредна густина постои само на површината на проводникот: Како што е објаснето горе, слободната заредна густина (електрони) не постои внатре во проводникот, туку само на неговата површина поради електростатичката отфрлување. Количеството и распределбата на слободна заредна густина на површината зависи од формата и големината на проводникот и спољното електрично поле што му се приложено.
Електричното поле на површината на проводникот е нормално на површината: Електричното поле на површината на перфектен проводник е нормално (перпендикулярно) на површината бидејќи било кој тангентален компонент би ги направил слободните електрони да се движеат по површината до тоа да го отмени тангенталниот компонент. Ова значи дека нема паралелен компонент на електричното поле на површината, и само нормален компонент постои.
Типови на електрични проводници
Електричните проводници можат да се класифицираат во различни типови според нивната структура, состав, однесување и применба. Некои заеднички типови се:
Метални проводници: Овие се проводници направени од метали или легури кои имаат висока проводливост бидејќи имаат слободни електрони. Тие се широко користат за врскање, преносни линии, електрични машини, електрични контакти итн. Некои примери се сребро (Ag), мед (Cu), злато (Au), алуминиум (Al), железо (Fe) итн.
Ионски проводници: Овие се проводници направени од ионски соединенија кои имаат висока проводливост бидејќи имаат слободни јони кога се растворени во вода или стопени во течна состојба. Тие се користат за електролиза, батерији, горивни клетки итн. Некои примери се натриум хлорид (NaCl), калиум хидроксид (KOH), сулфурна киселина (H2SO4) итн.
Молекуларни проводници: Овие се проводници направени од молекули кои имаат висока проводливост бидејќи имаат делокализирани електрони или молекуларни орбитали кои можат да се преклопат една со друга. Тие се користат за органска електроника, нанотехнологија итн. Некои примери се графит (C), карбонски наночеви (CNTs), полиакетилен (PA) итн.
Суперпроводници: Овие се проводници кои имаат нула оптерење и бесконечна проводливост кога се хладат под одредена критична температура. Тие исто така покажуваат и други феномени, како што е Мајснеров ефект, постојана струја, квантитативно левитирање итн. Тие се користат за суперпроводни магнети, квантитативни компјутери, медицинско сликарство итн. Некои примери се меркур (Hg), олово (Pb), итриум бариум купрум оксид (YBCO) итн.
