Električni vodiči: Definicija vrste in lastnosti
Električni vodil je material, ki električni naboj omogoča, da skozi njega teče z malo upora. Električni vodili so običajno kovini, kot so bakar, srebro, zlato, aluminij in železo. Imajo veliko prostih elektronov, ki se lahko lažje gibljejo, ko je na njih uporabljen električno polje. Električne vodile uporabljamo za izdelavo vodov, kabelov, vezij in drugih naprav, ki nosijo električni tok.
Kaj je električni vodil?
Električni vodil je definiran kot predmet ali vrsta materiala, ki omogoča pretok naboja v eni ali več smerih. Materiali, izdelani iz kovin, so pogosti električni vodili, saj kovine imajo visoko vodljivost in nizko upor.
Električni vodili omogočajo, da elektroni tečejo med atomskimi jedri tega materiala z driftovo hitrostjo v vodilni pas. Vodilni pas je energijski nivo, kjer se elektroni lahko svobodno gibljejo znotraj materiala. Vodil je sestavljen iz atomskih jedri, ki imajo slabo vezane valentne elektrone, ki jih lahko vzbuja električno polje ali toplinski učinek. Ko elektron pride iz valentnega pasa v vodilni pas, ostane pozitiven praznik, ki lahko tudi nosi naboj.
Električni vodili so lahko kovini, legire, elektroliti ali nekatere nemetale, kot so grafit in vodljive polimere. Ti materiali omogočajo elektriko (tj. pretok naboja), da se skozi njih lažje pretoka.
Kako vodil vodi tok?
Tok v vodilu je stopnja pretoka naboja skozi prerez vodila. Tok je sorazmeren električnemu polju in vodljivosti materiala. Električno polje ustvari potencialna razlika ali napetost skozi vodil. Vodljivost je merilo, kako lažje material omogoča, da naboj teče skozi njega.
Ko je na vodilu uporabljen potencialni razlik, elektroni v vodilnem pasu pridobijo energijo in začnejo drastično gibati od negativnega konca do pozitivnega konca napetostnega vira. Smer toka je nasprotna smeri pretoka elektronov, saj je tok definiran kot pretok pozitivnega naboja. Elektroni stukajo z atomi in drugimi elektroni v vodilu, kar povzroča upor in generacijo toplote. Upor je merilo, kako material nasprotuje pretoku naboja skozi njega.
Tok v vodilu odvisen je od številnih dejavnikov, kot so:
Potencialna razlika skozi vodil
Dolžina in prerezni ploskev vodila
Temperatura in sestava materiala
Prisotnost impuritet ali defektov v materialu
Kateri so lastnosti električnih vodil?
Nekatere glavne lastnosti električnih vodil so:
Imajo visoko vodljivost in nizko upor
Imajo veliko prostih elektronov v svojem vodilnem pasu
Nima energijskega praznega prostora med svojim valentnim pasom in vodilnim pasom
Imajo kovinske veze, ki tvorijo mrežo pozitivnih ionov, obkroženih z elektronskim oblakom
Imajo ničelno električno polje in ničelno gostoto naboja znotraj sebe
Imajo proste naboje le na svoji površini
Imajo električno polje, pravokotno na svojo površino
Kateri so vrsti električnih vodil?
Električne vodile lahko razvrstimo glede na njihov ohmični odziv, ki je način, kako sledijo Ohmovem zakonu. Ohmov zakon pravi, da je tok v vodilu neposredno sorazmeren potencialni razliki skozi njega in obratno sorazmeren njegovi upornosti.
Ohmiji vodili
Ohmiji vodili so materiali, ki sledijo Ohmovemu zakonu za katero koli potencialno razliko in temperaturo. Imajo linearno odnos med napetostjo in tokom, kar pomeni, da je njihova upornost konstantna. Večina kovin je ohmiji vodili pri normalnih pogoji.
Primeri: srebro, bakar, aluminij, železo itd.
Neohmiji vodili
Neohmiji vodili so materiali, ki ne sledijo Ohmovemu zakonu za nobeno potencialno razliko ali temperaturo. Imajo nelinearen odnos med napetostjo in tokom, kar pomeni, da se njihova upornost spreminja z uporabljenim voltazom. Neohmiji vodili lahko kažejo negativno upornost, kjer se tok zmanjša, ko se voltaza poveča, ali pozitivno upornost, kjer se tok poveča, ko se voltaza poveča, vendar ne sorazmerno. Nekateri neohmiji vodili lahko imajo tudi pragovno napetost, pod katero ne teče tok.
Trdi vodili
Trdi vodili so materiali, ki imajo fiksno obliko in prostornino. Lahko so nadalje razdeljeni na kovinske in nemetalne vodile.
Kovinski vodili: To so kovini ali kovinske legire, ki imajo visoko vodljivost in nizko upornost. Imajo strukturo mreže pozitivnih ionov, obkroženih z morjem prostih elektronov. Nekateri primeri kovinskih vodil so srebro, bakar, zlato, aluminij, železo, latun, bronast, itd.
Nemetalni vodili: To so nemetali, ki imajo nekaj prostih elektronov ali ionov v svoji strukturi. Imajo nižjo vodljivost in višjo upornost kot kovini. Nekateri primeri nemetalnih vodil so grafit, ogljene nanocevi, grafen, itd.
