Sifat Konduktor Elektrik
Konduktor elektrik adalah bahan yang membolehkan muatan elektrik bergerak melaluinya dengan mudah apabila dikenakan beza keupayaan. Konduktor elektrik penting untuk banyak aplikasi, seperti pengawiran, jalur penghantaran, mesin elektrik, elemen pemanas, penapisan elektrostatik, dan lain-lain. Dalam artikel ini, kami akan meneroka sifat konduktor elektrik, jenis, contoh, dan aplikasinya.
Apakah Konduktor Elektrik?
Konduktor elektrik ditakrifkan sebagai bahan yang mempunyai elektron atau ion bebas yang boleh membawa arus elektrik apabila medan elektrik dikenakan. Kemampuan bahan untuk mengalirkan elektrik dipanggil konduktiviti. Lawan konduktor adalah insulator, yang mempunyai sangat sedikit atau tiada elektron atau ion bebas dan tidak membolehkan arus elektrik mengalir melaluinya.
Konduktiviti bahan bergantung pada beberapa faktor, seperti struktur atom, suhu, impurities, dan pengaruh luar. Secara umumnya, logam mempunyai konduktiviti tinggi kerana mereka mempunyai banyak elektron bebas di cangkerang luar yang boleh bergerak dengan mudah dari satu atom ke atom lain. Beberapa contoh konduktor yang baik adalah perak, kuprum, emas, aluminium, besi, dan grafit. Bukan logam mempunyai konduktiviti rendah kerana mereka mempunyai sedikit atau tiada elektron bebas di cangkerang luar dan cenderung untuk mengekalkannya dengan erat. Beberapa contoh insulator adalah getah, kaca, kayu, plastik, dan udara.
Beberapa bahan mempunyai konduktiviti sederhana antara konduktor dan insulator. Ini dipanggil semikonduktor dan digunakan secara meluas dalam elektronik dan teknologi komputer. Beberapa contoh semikonduktor adalah silikon, germanium, arsenida galium, dan nanotub karbon.
Sifat Konduktor Elektrik
Konduktor elektrik menunjukkan beberapa sifat biasa apabila mereka berada dalam keadaan kesetimbangan. Sifat-sifat ini adalah:
Rintangan: Rintangan adalah ukuran sejauh mana konduktor menentang aliran arus elektrik. Ia bergantung pada rintangan material’s resistiviti, panjang, luas keratan rentas, dan suhu. Resistiviti adalah sifat intrinsik bahan yang menentukan rintangannya per unit panjang dan luas. Ia berbanding terbalik dengan konduktiviti. Konduktor mempunyai resistiviti rendah dan rintangan rendah, manakala insulator mempunyai resistiviti tinggi dan rintangan tinggi. Rintangan menyebabkan sebahagian tenaga elektrik diubah menjadi tenaga haba dalam konduktor. Ini dipanggil penyalaan Joule atau penyalaan ohm.
Induktansi: Induktansi adalah ukuran sejauh mana konduktor menentang perubahan arus elektrik yang mengalir melaluinya. Ia bergantung pada bentuk, saiz, orientasi, dan susunan konduktor. Induktansi menyebabkan medan magnet dijana di sekitar konduktor apabila arus elektrik mengalir melaluinya. Medan magnet ini boleh menginduksi daya gerak elektrik (EMF) di konduktor yang sama atau berdekatan yang menentang perubahan arus. Ini dipanggil induktansi sendiri atau induktansi bersama, masing-masing. Induktansi mempengaruhi taburan arus dan voltan jatuh di konduktor apabila ia digunakan untuk arus ulang-alik (AC) bekalan.
Medan elektrik di dalam konduktor adalah sifar: Medan elektrik di dalam konduktor sempurna adalah sifar kerana medan elektrik apa pun akan memberikan daya kepada elektron bebas dan mempercepatkan mereka sehingga mencapai kesetimbangan. Dalam keadaan kesetimbangan, daya bersih pada elektron bebas adalah sifar, dan mereka tidak bergerak. Ini bermaksud tidak ada beza keupayaan di dalam konduktor, dan semua titik berada pada keupayaan yang sama. Sifat ini menjadikan konduktor sesuai untuk penapisan elektrostatik peralatan elektrik.
Kepadatan muatan di dalam konduktor adalah sifar: Kepadatan muatan di dalam konduktor sempurna adalah sifar kerana muatan apa pun akan mencipta medan elektrik yang akan mendorong muatan yang sama ke permukaan konduktor. Repulsi elektrostatik saling antara muatan serupa (elektron) mendorong mereka ke permukaan luar konduktor, di mana mereka boleh berada sejauh mungkin. Ini bermaksud tidak ada muatan di dalam konduktor, dan hanya muatan bebas wujud di permukaan.
Muatan bebas hanya wujud di permukaan konduktor: Seperti yang dibincangkan di atas, muatan bebas (elektron) tidak wujud di dalam konduktor tetapi hanya di permukaannya kerana repulsi elektrostatik. Jumlah dan taburan muatan bebas di permukaan bergantung pada bentuk dan saiz konduktor serta medan elektrik luar yang dikenakan kepadanya.
Medan elektrik di permukaan konduktor adalah normal terhadap permukaan: Medan elektrik di permukaan konduktor sempurna adalah normal (berserenjang) terhadap permukaan kerana komponen tangensial apa pun akan menyebabkan elektron bebas bergerak sepanjang permukaan sehingga mereka membatalkan komponen tangensial. Ini bermaksud tidak ada komponen selari medan elektrik di permukaan, dan hanya komponen normal wujud.
Jenis Konduktor Elektrik
Konduktor elektrik boleh diklasifikasikan ke dalam jenis yang berbeza berdasarkan struktur, komposisi, perilaku, dan aplikasi. Beberapa jenis biasa adalah:
Konduktor logam: Ini adalah konduktor yang dibuat daripada logam atau aloi yang mempunyai konduktiviti tinggi disebabkan oleh elektron bebas. Mereka digunakan secara meluas untuk pengawiran, jalur penghantaran, mesin elektrik, kontak elektrik, dll. Beberapa contoh adalah perak (Ag), kuprum (Cu), emas (Au), aluminium (Al), besi (Fe), dll.
Konduktor ion: Ini adalah konduktor yang dibuat daripada bahan ion yang mempunyai konduktiviti tinggi disebabkan oleh ion bebas apabila mereka larut dalam air atau dicairkan menjadi keadaan cecair. Mereka digunakan untuk elektrolisis, bateri, sel bahan api, dll. Beberapa contoh adalah natrium klorida (NaCl), hidroksida kalium (KOH), asid sulfurik (H2SO4), dll.
Konduktor molekul: Ini adalah konduktor yang dibuat daripada molekul yang mempunyai konduktiviti tinggi disebabkan oleh elektron delokalisasi atau orbital molekul yang boleh tumpang tindih dengan satu sama lain. Mereka digunakan untuk elektronik organik, nanoteknologi, dll. Beberapa contoh adalah grafit ©, nanotub karbon (CNTs), poliasetilena (PA), dll.
Superkonduktor: Ini adalah konduktor yang mempunyai rintangan sifar dan konduktiviti tak terhingga apabila didinginkan di bawah suatu suhu kritikal tertentu. Mereka juga menunjukkan fenomena lain, seperti kesan Meissner, arus berterusan, levitasi kuantum, dll. Mereka digunakan untuk magnet superkonduktor, komputer kuantum, pencitraan perubatan, dll. Beberapa contoh adalah merkuri (Hg), plumbum (Pb), oksida barium yitrium tembaga (YBCO), dll.
Aplikasi Konduktor Elektrik
Konduktor elektrik mempunyai banyak aplikasi dalam pelbagai bidang sains, kejuruteraan, dan teknologi. Beberapa aplikasi biasa adalah:
Pengawiran: Pengawiran adalah salah satu penggunaan paling biasa konduktor elektrik. Ia melibatkan penghubungan peralatan atau komponen elektrik yang berbeza dengan wayar yang dibuat daripada konduktor logam seperti kuprum atau aluminium. Pengawiran membolehkan elektrik mengalir dari satu titik ke titik lain dengan kehilangan atau gangguan minimal.
Jalur penghantaran: Jalur penghantaran adalah wayar atau kabel khusus yang membawa arus ulang-alik tegangan tinggi (HVAC) atau
