Elektriske ledere: Definisjon typer og egenskaper
En elektrisk leder er et materiale som tillater elektrisk ladning å strømme gjennom det med lite motstand. Elektriske ledere er vanligvis metaller, som kobber, sølv, gull, aluminium og jern. De har mange frie elektroner som kan bevege seg lett når et elektrisk felt blir påført. Elektriske ledere brukes for å lage ledninger, kabler, kretser og andre enheter som bærer elektrisk strøm.
Hva er en elektrisk leder?
En elektrisk leder defineres som et objekt eller type materiale som tillater ladningsflyt i ett eller flere retninger. Materialer laget av metall er vanlige elektriske ledere, da metaller har høy ledbarhet og lav motstand.
Elektriske ledere tillater elektroner å flyte mellom de atomer i materialet med drifthastighet i ledbanden. Ledbanden er energinivået der elektroner kan bevege seg fritt innenfor materialet. Lederen består av atomer som har løst bundne ytre elektroner som kan bli opphisset av et elektrisk felt eller en varm effekt. Når et elektron flytter seg fra valensbåndet til ledbanden, etterlater det en positiv hull som også kan bære ladning.
Elektriske ledere kan være metaller, metalllegemer, elektrolyter eller noen ikke-metaller som grafit og ledepolymere. Disse materialene tillater elektrisitet (dvs. ladningsflyt) å passere gjennom dem lett.
Hvordan leder en leder strøm?
Strømmen i en leder er hastigheten på ladningsflyt gjennom et tverrsnitt av lederen. Strømmen er proporsjonal med det elektriske feltet og ledbarheten av materialet. Det elektriske feltet oppstår ved en potensialforskjell eller spenning over lederen. Ledbarheten er et mål på hvor lett materialet tillater ladning å flyte gjennom det.
Når en potensialforskjell påføres over en leder, får elektronene i ledbanden energi og begynner å drifte fra den negative terminalen til den positive terminalen av spenningskilden. Retningen av strømmen er motsatt retningen av elektronflyt, da strøm defineres som flyt av positiv ladning. Elektronene kolliderer med atomer og andre elektroner i lederen, noe som fører til motstand og varmegenerering. Motstanden er et mål på hvor mye materialet motarbeider ladningsflyt gjennom det.
Strømmen i en leder avhenger av flere faktorer, som:
Potensialforskjellen over lederen
Lengden og tverrsnittareal av lederen
Temperatur og sammensetning av materialet
Tilstedeværelsen av urenheter eller defekter i materialet
Hva er egenskapene til elektriske ledere?
Noen av de viktigste egenskapene til elektriske ledere er:
De har høy ledbarhet og lav motstand
De har mange frie elektroner i deres ledband
De har ingen energiskille mellom deres valensbånd og ledband
De har metalliske bindinger som danner et gitter av positive ioner omgitt av et elektronmolke
De har null elektriske felt og null ladningstetthet inni dem
De har frie ladninger bare på overflaten
De har et elektrisk felt vinkelrett på overflaten
Hva er typene av elektriske ledere?
Elektriske ledere kan klassifiseres basert på deres ohmske respons, som er hvordan de følger Ohms lov. Ohms lov sier at strømmen i en leder er direkte proporsjonal med potensialforskjellen over den og inversproporsjonal med dens motstand.
Ohmske ledere
Ohmske ledere er materialer som følger Ohms lov for enhver potensialforskjell og temperatur. De har en lineær relasjon mellom spenning og strøm, noe som betyr at deres motstand er konstant. De fleste metaller er ohmske ledere under normale forhold.
Eksempler: Sølv, kobber, aluminium, jern, etc.
Ikke-ohmske ledere
Ikke-ohmske ledere er materialer som ikke følger Ohms lov for enhver potensialforskjell eller temperatur. De har en ikke-lineær relasjon mellom spenning og strøm, noe som betyr at deres motstand varierer med den påførte spenningen. Ikke-ohmske ledere kan vise negativ motstand, der strømmen synker når spenningen øker, eller positiv motstand, der strømmen øker når spenningen øker, men ikke proporsjonalt. Noen ikke-ohmske ledere kan også ha en terskelspenning, under hvilken ingen strøm flyter.
Faste ledere
Faste ledere er materialer som har en fast form og volum. De kan videre deles inn i metalliske og ikke-metalliske ledere.
Metalliske ledere: Dette er metaller eller metalllegemer som har høy ledbarhet og lav motstandsdyrhet. De har et gitterstruktur av positive ioner omgitt av et hav av frie elektroner. Noen eksempler på metalliske ledere er sølv, kobber, gull, aluminium, jern, messing, brons, etc.
Ikke-metalliske ledere: Dette er ikke-metaller som har noen frie elektroner eller ioner i deres struktur. De har lavere ledbarhet og høyere motstandsdyrhet enn metaller. Noen eksempler på ikke-metalliske ledere er grafit, karbonnanorør, grafen, etc.
Flytende ledere
