Електрически проводници: Дефиниция, видове и свойства
Електрическият проводник е материал, който позволява електрическия заряд да протече през него с малко съпротивление. Електрическите проводници обикновено са металите, като мед, сребро, злато, алуминий и желязо. Те имат много свободни електрони, които могат лесно да се движат, когато е приложено електрическо поле. Електрическите проводници се използват за правене на жици, кабели, контури и други устройства, които пренасят електрическа тока.
Какво е електрически проводник?
Електрическият проводник е дефиниран като обект или вид материал, който позволява потока на заряда в една или повече посоки. Материалите, направени от метал, са общи електрически проводници, тъй като металините материали имат високо проводимост и ниско съпротивление.
Електрическите проводници позволяват електроните да протичат между атомите на този материал с дрейфова скорост в кондукционния пояс. Кондукционният пояс е енергийният ниво, където електроните могат да се движат свободно в материала. Проводникът е формиран от атоми, които имат слабо свързани валентни електрони, които могат да бъдат възбудени от електрическо поле или термален ефект. Когато електронът се премести от валентния пояс към кондукционния пояс, оставя зад себе си положителна дупка, която също може да носи заряд.
Електрическите проводници могат да бъдат метали, метални сплави, електролити или някои неметали като графит и проводими полимери. Тези материали позволяват електричество (т.е., потока на заряда) да минава през тях лесно.
Как проводник провежда ток?
Токът в проводника е скоростта на потока на заряда през поперечното сечение на проводника. Токът е пропорционален на електрическото поле и проводимостта на материала. Електрическото поле е създадено от потенциална разлика или напруга през проводника. Проводимостта е мярка за това колко лесно материала позволява заряда да протече през него.
Когато е приложена потенциална разлика през проводника, електроните в кондукционния пояс получават енергия и започват да дрейфуват от отрицателния контакт към положителния контакт на източника на напрежение. Посоката на тока е противоположна на посоката на потока на електроните, тъй като токът е дефиниран като поток на положителен заряд. Електроните се сблъскват с атоми и други електрони в проводника, което причинява съпротивление и генериране на топлина. Съпротивлението е мярка за това колко материала противодейства на потока на заряда през него.
Токът в проводника зависи от няколко фактора, такива като:
Потенциалната разлика през проводника
Дължината и поперечното сечение на проводника
Температурата и съставът на материала
Наличието на примеси или дефекти в материала
Какви са свойствата на електрическите проводници?
Някои от основните свойства на електрическите проводници са:
Имат висока проводимост и низко съпротивление
Имат много свободни електрони в своето кондукционно поясе
Нямат енергийна разлика между своето валентно поясе и кондукционното поясе
Имат метални връзки, които формират решетка от положителни йони, обкръжени от електронно облак
Имат нулеви електрически полета и нулева плътност на заряда във вътрешността си
Имат свободни заряди само на повърхността си
Имат електрическо поле, перпендикулярно на повърхността си
Какви са видовете електрически проводници?
Електрическите проводници могат да бъдат класифицирани въз основа на техния омически отговор, който е как те спазват Закон на Ом. Законът на Ом твърди, че токът в проводника е директно пропорционален на потенциалната разлика през него и обратно пропорционален на неговото съпротивление.
Омически проводници
Омическите проводници са материали, които следват закона на Ом за всяка потенциална разлика и температура. Имат линейна връзка между напрежението и тока, което означава, че техното съпротивление е постоянно. Най-много металите са омически проводници при нормални условия.
Примери: Сребро, мед, алуминий, желязо и т.н.
Неомически проводници
Неомическите проводници са материали, които не следват закона на Ом за всяка потенциална разлика или температура. Имат нелинейна връзка между напрежението и тока, което означава, че техното съпротивление варира с приложено напрежение. Неомическите проводници може да показват отрицателно съпротивление, когато токът намалява, докато напрежението увеличава, или положително съпротивление, когато токът увеличава, но не пропорционално. Някои неомически проводници може да имат порогово напрежение, под което няма ток.
Твърди проводници
Твърдите проводници са материали, които имат фиксирана форма и обем. Те могат да бъдат разделени на метални и неметални проводници.
