Электрические проводники: определение типы и свойства

Электрический проводник — это материал, который позволяет электрическому заряду проходить через него с малым сопротивлением. Электрические проводники обычно являются металлами, такими как медь, серебро, золото, алюминий и железо. Они имеют много свободных электронов, которые могут легко перемещаться при воздействии электрического поля. Электрические проводники используются для изготовления проводов, кабелей, цепей и других устройств, которые передают электрический ток.

Что такое электрический проводник?

Электрический проводник определяется как объект или тип материала, который позволяет электрическому заряду протекать в одном или нескольких направлениях. Материалы, изготовленные из металла, являются распространенными электрическими проводниками, поскольку металлы имеют высокую проводимость и низкое сопротивление.

Электрические проводники позволяют электронам двигаться между атомами данного материала с дрейфовой скоростью в проводящей зоне. Проводящая зона — это энергетический уровень, на котором электроны могут свободно перемещаться внутри материала. Проводник состоит из атомов, имеющих слабо связанные валентные электроны, которые могут быть возбуждены электрическим полем или тепловым эффектом. Когда электрон переходит из валентной зоны в проводящую зону, он оставляет за собой положительную дырку, которая также может нести заряд.

Электрическими проводниками могут быть металлы, сплавы металлов, электролиты или некоторые неметаллы, такие как графит и проводящие полимеры. Эти материалы позволяют электричество (т.е. поток заряда) проходить через них легко.

Как проводник проводит ток?

Ток в проводнике — это скорость потока заряда через поперечное сечение проводника. Ток пропорционален электрическому полю и проводимости материала. Электрическое поле создается потенциальной разностью или напряжением по проводнику. Проводимость — это мера того, насколько легко материал позволяет заряду проходить через него.

Когда потенциальная разность применяется к проводнику, электроны в проводящей зоне получают энергию и начинают дрейфовать от отрицательного вывода к положительному выводу источника напряжения. Направление тока противоположно направлению движения электронов, так как ток определяется как поток положительного заряда. Электроны сталкиваются с атомами и другими электронами в проводнике, что вызывает сопротивление и выделение тепла. Сопротивление — это мера того, насколько материал препятствует потоку заряда через него.

Ток в проводнике зависит от нескольких факторов, таких как:

• Потенциальная разность по проводнику

• Длина и поперечное сечение проводника

• Температура и состав материала

• Присутствие примесей или дефектов в материале

Какие свойства у электрических проводников?

Некоторые основные свойства электрических проводников:

• У них высокая проводимость и низкое сопротивление

• У них много свободных электронов в проводящей зоне

• У них нет энергетического зазора между валентной зоной и проводящей зоной

• У них металлические связи, образующие решетку положительных ионов, окруженную электронным облаком

• Внутри них нет электрического поля и плотности заряда

• Свободные заряды находятся только на их поверхности

• Электрическое поле перпендикулярно их поверхности

Какие бывают виды электрических проводников?

Электрические проводники можно классифицировать по их омическому отклику, то есть по тому, как они следуют закону Ома. Закон Ома гласит, что ток в проводнике прямо пропорционален потенциальной разности по нему и обратно пропорционален его сопротивлению.

Омические проводники

Омические проводники — это материалы, которые следуют закону Ома при любом значении потенциальной разности и температуры. У них линейная зависимость между напряжением и током, что означает, что их сопротивление постоянно. Большинство металлов являются омическими проводниками в нормальных условиях.

Примеры: серебро, медь, алюминий, железо и т.д.

Неомические проводники

Неомические проводники — это материалы, которые не следуют закону Ома при любом значении потенциальной разности или температуры. У них нелинейная зависимость между напряжением и током, что означает, что их сопротивление изменяется с применяемым напряжением. Неомические проводники могут демонстрировать отрицательное сопротивление, когда ток уменьшается при увеличении напряжения, или положительное сопротивление, когда ток увеличивается при увеличении напряжения, но не пропорционально. Некоторые неомические проводники также могут иметь пороговое напряжение, ниже которого ток не течет.

Твердые проводники

Твердые проводники — это материалы, которые имеют фиксированную форму и объем. Их можно разделить на металлические и неметаллические проводники.

• Металлические проводники: Это металлы или сплавы металлов, которые имеют высокую проводимость и низкую удельное сопротивление. Они имеют решетчатую структуру положительных ионов, окруженных морем свободных электронов. Примеры металлических проводников: серебро, медь, золото, алюминий, железо, латунь, бронза и т.д.

• Неметаллические проводники: Это неметаллы, которые имеют некоторые свободные электроны или ионы в своей структуре. Они имеют более низкую проводимость и более высокое удельное сопротивление, чем металлы. Примеры неметаллических проводников: графит, углеродные нанотрубки, графен и т.д.

Жидкие проводники