Električni vodiči: Definicija vrste i osobine

Električni vodilj je materijal koji omogućuje da električni naboj s malim otporom prođe kroz njega. Električni vodilji obično su metali, poput bakra, srebra, zlata, aluminija i željeza. Imaju mnogo slobodnih elektrona koji se lako mogu pomicati kada se primijeni električno polje. Električni vodilji koriste se za izradu žica, kabela, krugova i drugih uređaja koji nose električni struj.

Što je električni vodilj?

Električni vodilj definiran je kao objekt ili vrsta materijala koja dozvoljava protok naboja u jednom ili više smjerova. Materijali od metala su česti električni vodilji, jer metali imaju visoku provodljivost i niski otpor.

Električni vodilji omogućuju da elektroni teku između atoma tog materijala s drift brzinom u provodnom pojasu. Provodni pojas je razina energije gdje elektroni mogu slobodno teći unutar materijala. Vodilj je sastavljen od atoma koji imaju slabo vezane valentne elektrone koji se mogu pobuditi električnim poljem ili toplinskim efektom. Kada se elektron pomakne s valentnog pojasa na provodni pojas, ostavlja pozitivnu rupu koja također može nositi naboj.

Električni vodilji mogu biti metali, legure metala, elektroliti ili neki nemetali poput grafitna i provodljivih polimera. Ovi materijali omogućuju struju (tj. protok naboja) da lako prodire kroz njih.

Kako vodilj provodi struj?

Struja u vodilju je stopa protoka naboja kroz presjek vodilja. Struja je proporcionalna električnom polju i provodljivosti materijala. Električno polje stvara se potencijalnom razlikom ili naponom na vodilju. Provodljivost je mjera koliko lako materijal dopušta da naboj teče kroz njega.

Kada se potencijalna razlika primijeni na vodilj, elektroni u provodnom pojasu dobivaju energiju i počinju drifirati od negativnog terminala do pozitivnog terminala izvora napona. Smjer struje je suprotan smjeru toka elektrona, jer se struja definira kao tok pozitivnog naboja. Elektroni sudaraju se s atomima i drugim elektronima u vodilju, što uzrokuje otpor i generaciju topline. Otpor je mjera koliko materijal nasprotuje toku naboja kroz njega.

Struja u vodilju ovisi o nekoliko faktora, kao što su:

• Potencijalna razlika na vodilju

• Duljina i presjek površine vodilja

• Temperatura i sastav materijala

• Prisustvo nečistoća ili defekata u materijalu

Koje su osobine električnih vodilja?

Neki od glavnih svojstava električnih vodilja su:

• Imaju visoku provodljivost i niski otpor

• Imaju mnogo slobodnih elektrona u svom provodnom pojasu

• Nema energetskog praznog prostora između njihovog valentnog i provodnog pojasa

• Imaju metalne veze koje formiraju mrežu pozitivnih jona okruženih elektronskim oblakom

• Imaju nula električna polja i nula gustoću naboja unutar njih

• Imaju slobodne naboje samo na svojoj površini

• Imaju električno polje okomito na svoju površinu

Koji su tipi električnih vodilja?

Električni vodilji mogu se klasificirati prema njihovom ohmičkom odgovoru, što je način na koji slušaju Ohmova zakona. Ohmov zakon kaže da je struja u vodilju direktno proporcionalna potencijalnoj razlici na njemu i obrnuto proporcionalna njegovom otporu.

Ohmijanski vodilji

Ohmijanski vodilji su materijali koji slijede Ohmov zakon za bilo koju potencijalnu razliku i temperaturu. Imaju linearnu relaciju između napona i struje, što znači da je njihov otpor konstantan. Većina metala su ohmijanski vodilji pod normalnim uvjetima.

Primjeri: Srebro, bakar, aluminij, željezo, itd.

Neohmijanski vodilji

Neohmijanski vodilji su materijali koji ne slijede Ohmov zakon za bilo koju potencijalnu razliku ili temperaturu. Imaju nelinearnu relaciju između napona i struje, što znači da se njihov otpor mijenja s primjenjenim naponom. Neohmijanski vodilji mogu pokazivati negativni otpor, gdje struja opada dok se napon povećava, ili pozitivni otpor, gdje struja raste dok se napon povećava, ali ne proporcionalno. Neki neohmijanski vodilji također mogu imati prag napon, ispod kojeg ne teče struja.

Čvrsti vodilji

Čvrsti vodilji su materijali koji imaju fiksnu oblik i volumen. Mogu se dalje podijeliti u metaličke i nemetalne vodilje.

• Metalički vodilji: To su metali ili legure metala s visokom provodljivošću i niskom specifičnom otpornosti. Imaju mrežni strukturu pozitivnih jona okruženih morem slobodnih elektrona. Neki primjeri metaličkih vodilja su srebro, bakar, zlato, aluminij, željezo, latun, bronca, itd.

• Nemetalički vodilji: To su nemetali koji imaju nekoliko slobodnih elektrona ili iona u svojoj strukturi. Imaju nižu provodljivost i višu specifičnu otpornost od metala. Neki primjeri nemetaličkih vodilja su grafit, ugljeni nanotrubci, grafen, itd.

<