Elektrilised johtijad: määratlus tüübid ja omadused
Elektriline johtaja on materjal, mis lubab elektriladu liikuda läbi teda väga vähe vastupidavust. Elektrilised johtajad on tavaliselt metallid, nagu vask, hõbe, kuld, aluminiüm ja raud. Neil on palju vaba elektronit, mis saavad liikuda lihtsalt, kui rakendatakse elektrivälja. Elektrilisi johtajaid kasutatakse draadide, kaablite, tsirkuitide ja muude seadmete tootmiseks, mis edastavad elektrivoolu.
Mis on elektriline johtaja?
Elektriline johtaja määratletakse objektina või materjalina, mis lubab laenguvoolu ühes või mitmes suunas. Metallist tehtud materjalid on tavalised elektrilised johtajad, kuna metallidel on kõrge johtavus ja madal vastupidavus.
Elektrilised johtajad lubavad elektronidel liikuda selle materjali atoomide vahel driftikiirusel juhtimisbanis. Juhtimisbani on energia taseme, kus elektronid saavad vabalt liikuda selle materjali sees. Johtaja koosneb atoomidest, millel on vabad valentsed elektronid, mida saab panna käima elektriväljak või soojuse mõju. Kui elektron liigub valentsbanist juhtimisbanni, jääb ta tagasi positiivne auk, mis saab samuti edastada laengu.
Elektriliste johtajate võivad olla metallid, metallialliigaad, elektroliidid või mõned mittemetallid, nagu graafiit ja johtavad polümeerid. Need materjalid lubavad elektrienergia (st laenguvool) lihtsalt läbida neid.
Kuidas johtaja johtab voolu?
Vool johtjas on laenguvoolu kiirus johtja lõikepinnal. Vool on proportsionaalne elektriväljaga ja materjali johtavusega. Elektriväljak luuakse potentsiaalvahe või pingega johtja kohal. Johtavus on mõõt, kuidas materjal lubab laenguvoolu läbida seda.
Kui potentsiaalvahe rakendatakse johtja kohal, siis saavad elektronid juhtimisbanis energiat ja alustavad drifteerimist negatiivsest terminaalist positiivsele terminaali pingevälja all. Voolu suund on vastandne elektronide liikumise suunale, kuna vool määratletakse positiivse laenguvooluna. Elektronid kokku puutudes atoomide ja muude elektronidega johtjas, mis tekitab vastupidavuse ja soojuse. Vastupidavus on mõõt, kuidas materjal vastab laenguvoolu läbimisele selle kaudu.
Vool johtjas sõltub mitmest tegurist, näiteks:
Potentsiaalvahe johtja kohal
Johtja pikkus ja lõikepindala
Materjali temperatuur ja koostis
Impuriteedide või defekte olemasolu materjal
Mis on elektriliste johtajate omadused?
Mõned peamised elektriliste johtajate omadused on:
Nendel on kõrge johtavus ja madal vastupidavus
Nendel on palju vaba elektronit nende juhtimisbanis
Nendel ei ole energia vahest nende valentsbani ja juhtimisbani vahel
Nendel on metallilised sidemed, mis moodustavad positiivsete ionite rešti, mille ümber asub elektronipilv
Nendes on nulline elektriväljak ja nulline laengutihedus nende sees
Nendel on vabad laengud ainult nende pinnal
Nendel on elektriväljak, mis on risti nende pinna suhtes
Mis on elektriliste johtajate tüübid?
Elektrilisi johtajaid saab klassifitseerida nende ohmilise reageerimise järgi, mis on viis, kuidas nad järgivad Ohmi seadust. Ohmi seadus ütleb, et vool johtjas on otseproportsionaalne potentsiaalvahega selle kohal ja pöördproportsionaalne selle vastupidavusega.
Ohmilised johtajad
Ohmilised johtajad on materjalid, mis järgivad Ohmi seadust igal potentsiaalvahe ja temperatuuril. Nendel on lineaarne suhe voltmis ja voolus, mis tähendab, et nende vastupidavus on konstantne. Enamus metalle on ohmilised johtajad tavapärases tingimusel.
Näited: Hõbe, vask, aluminiüm, raud jne.
Mitte-ohmilised johtajad
Mitte-ohmilised johtajad on materjalid, mis ei järgi Ohmi seadust ühelgi potentsiaalvahe või temperatuuril. Nendel on mitte-lineaarne suhe voltmis ja voolus, mis tähendab, et nende vastupidavus muutub rakendatava voltmiga. Mitte-ohmilised johtjad võivad näidata negatiivset vastupidavust, kus vool vähenekse, kui volt suureneb, või positiivset vastupidavust, kus vool suureneb, kuid mitte proportsionaalselt. Mõned mitte-ohmilised johtjad võivad ka omada künnispinget, mille all vool ei kulgu.
Solidarjohtajad
Solidarjohtajad on materjalid, millel on fikseeritud vorm ja ruumala. Neid saab edasi jagada metalliliste ja mittemetalliliste johtajateks.
Metallilised johtajad: Need on metallid või metallialliigaad, millel on kõrge johtavus ja madal vastupidavus. Nendel on positivsete ionite rešti struktuur, mille ümber asub vaba elektronide pilv. Mõned näited metallilistest johtajatest on hõbe, vask, kuld, aluminiüm, raud, messing, prantsuse bronss jne.
Mittemetallilised johtajad: Need on mittemetallid, millel on mõned vabad elektronid või ionid nende struktuuris. Nendel on madalam johtavus ja kõrgem vastupidavus kui metallidel. Mõned näited mittemetallilistest johtajatest on graafiit, süsihappe nanoröövid, graafeen jne.
