Mga Katangian ng mga Konduktor ng Kuryente
Ang electrical conductor ay isang materyal na nagpapahintulot sa mga elektrikong kargang lumipat nang madali sa loob nito kapag ipinagtatag ang potensyal na pagkakaiba. Mahalaga ang mga electrical conductors 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 electrical conductors, kanilang mga uri, halimbawa, at aplikasyon.
Ano ang Electrical Conductor?
Inilalarawan ang electrical conductor bilang isang materyal na may malayang elektron o ion na maaaring dalhin ang electric current kapag ipinagtatag ang electric field. Ang kakayahang magpadala 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 ion at hindi nagpapahintulot sa electric current na lumipat dito.
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 isa pang atom. Ilang halimbawa ng mahusay na mga conductor 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 may tendensiyang hawakan nang masigasig. Ilang halimbawa ng mga insulator ay rubber, glass, wood, plastic, at air.
May ilang materyal na may intermediate conductivity sa pagitan ng mga conductor at insulator. Tinatawag itong semiconductors at malawak na ginagamit sa electronics at computer technology. Ilang halimbawa ng mga semiconductor ay silicon, germanium, gallium arsenide, at carbon nanotubes.
Katangian ng Electrical Conductors
Nagpapakita ang mga electrical conductor ng ilang karaniwang katangian kapag sila ay nasa kondisyong equilibrium. Ang mga katangian ay:
Resistance: Ang resistance ay ang sukat kung gaano kabilis ang isang conductor na kontra sa paglipat ng electric current. Ito ay depende sa material’s resistivity, haba, cross-sectional area, at temperatura. Ang resistivity ay ang intrinsic property ng isang materyal na nagpapahintulot sa 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. Ang resistance ay nagdudulot ng ilang bahagi ng elektrikong enerhiya na maging heat energy sa isang conductor. Ito ay tinatawag na Joule heating o ohmic heating.
Inductance: Ang inductance ay ang sukat kung gaano kabilis ang isang conductor na kontra sa pagbabago sa electric current na lumilipat dito. Ito ay depende sa hugis, laki, oryentasyon, at pagkakalinya ng conductor. Ang inductance ay nagdudulot ng magnetic field na mabuo sa paligid ng isang conductor kapag may electric current na lumilipat dito. Ang magnetic field na ito ay maaaring induktibin ang electromotive force (EMF) sa parehong o malapit na mga conductor na kontra sa pagbabago ng current. Ito ay tinatawag na self-inductance o mutual inductance, depende sa konteksto. Ang inductance ay nakakaapekto sa pagkakalinya ng current at voltage drop sa isang conductor kapag ito ay ginagamit 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 mga malayang elektron at i-aaccelerate sila hanggang sa maabot ang equilibrium. Sa kondisyong equilibrium, ang net force sa mga 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 nagpapahalagahan ang mga conductor para sa electrostatic shielding ng 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 magbibigay ng electric field na magre-repel sa parehong charge patungo sa surface ng conductor. Ang mutual electrostatic repulsion sa gitna ng mga parehong charge (electrons) ay ipinuputok sila sa outer surface ng conductor, kung saan sila makakalayo 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: Bilang napagusapan, ang free charge (electrons) ay hindi umiiral sa loob ng conductor kundi sa surface lang dahil sa electrostatic repulsion. Ang dami at distribusyon ng free charge sa surface ay depende sa hugis at laki ng conductor at ang external electric field na ipinagtatag 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 mga malayang elektron na gumalaw sa surface hanggang sa kanseluhin ang tangential component. Ito ang nangangahulugan na walang parallel component ng electric field sa surface, at ang normal component lamang ang umiiral.
Uri ng Electrical Conductors
Maaaring ikategorya ang mga electrical conductor sa iba’t ibang uri batay sa kanilang structure, komposisyon, pag-uugali, at aplikasyon. Ilang karaniwang uri ay:
Metallic conductors: Ito ang mga conductor na gawa sa metals o alloys na may mataas na conductivity dahil sa kanilang malayang elektron. Malawak itong ginagamit para sa wiring, transmission lines, electrical machines, electrical contacts, etc. Ilang halimbawa ay silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), aluminum (Al), iron (Fe), etc.
Ionic conductors: Ito ang mga conductor na gawa sa ionic compounds na may mataas na conductivity dahil sa kanilang malayang ions kapag sila ay dinissolve sa tubig o molten sa liquid state. Ginagamit ito para sa electrolysis, batteries, fuel cells, etc. Ilang halimbawa ay sodium chloride (NaCl), potassium hydroxide (KOH), sulfuric acid (H2SO4), etc.
Molecular conductors: Ito ang 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 ito para sa organic electronics, nanotechnology, etc. Ilang halimbawa ay graphite ©, carbon nanotubes (CNTs), polyacetylene (PA), etc.
Superconductors: Ito ang mga conductor na may zero resistance at infinite conductivity kapag sila ay ini-cool sa ibaba ng tiyak na critical temperature. Nagpapakita rin sila ng iba pang phenomena, tulad ng Meissner effect, persistent current, quantum levitation, etc. Ginagamit ito para sa superconducting magnets, quantum computers, medical imaging, etc. Ilang halimbawa ay mercury (Hg), lead (Pb), yttrium barium copper oxide (YBCO), etc.
Aplikasyon ng Electrical Conductors
Maraming aplikasyon ang mga electrical conductors sa iba’t ibang larangan ng siyensya, engineering, at teknolohiya. Ilang karaniwang aplikasyon ay:
Wiring: Isa sa pinakakaraniwang gamit ng mga electrical conductor ang wiring. Ito ay kasama ang pagsasama 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 nagpapahintulot sa kuryente na lumipat mula sa isang punto hanggang sa iba nang may minimal na loss o interference.
