Električni vodiči: Definicija vrste i osobine

Električni vodil je materijal koji omogućava tok električnog naboja kroz sebe sa malom otporom. Električni vodili su obično metali, poput bakra, srebra, zlata, aluminija i željeza. Oni imaju mnogo slobodnih elektrona koji mogu lako da se kreću kada se primeni električno polje. Električni vodili se koriste za pravljenje žica, kabela, krugova i drugih uređaja koji prenose električni tok.

Šta je električni vodil?

Električni vodil se definiše kao objekat ili tip materijala koji dozvoljava tok naboja u jednom ili više smerova. Materijali izrađeni od metala su česti električni vodili, jer metali imaju visoku provodljivost i niski otpor.

Električni vodili omogućavaju elektronima da teku između atoma tog materijala sa drift brzinom u konduktivnoj zoni. Konduktivna zona je energetska razina gde elektroni mogu slobodno da se kreću unutar materijala. Vodil se sastoji od atoma koji imaju slobodne valentne elektrone koji mogu biti pobuđeni električnim poljem ili toplinskim efektom. Kada elektron pređe iz valentne zone u konduktivnu zonu, ostavlja pozitivnu rupu koja takođe može nositi napon.

Električni vodili mogu biti metali, legure metala, elektroliti ili neki nemetali poput grafit i provodljivi polimeri. Ovi materijali omogućavaju struju (tj. tok naboja) da lako prolazi kroz njih.

Kako vodil prevodi struju?

Struja u vodilu je stopa toka naboja kroz presek vodila. Struja je proporcionalna električnom polju i provodljivosti materijala. Električno polje se stvara potencijalnom razlikom ili naponom na vodilu. Provodljivost je mera koliko materijal olakšava tok naboja kroz sebe.

Kada se potencijalna razlika primeni na vodil, elektroni u konduktivnoj zoni dobijaju energiju i počinju da se driftove od negativnog terminala ka pozitivnom terminalu izvora napona. Smer struje je suprotan smeru toka elektrona, jer se struja definiše kao tok pozitivnog naboja. Elektroni sudaraju sa atomima i drugim elektronima u vodilu, što dovodi do otpornosti i generisanja toplote. Otpor je mera koliko materijal suprotstavlja tok naboja kroz sebe.

Struja u vodilu zavisi od nekoliko faktora, kao što su:

• Potencijalna razlika na vodilu

• Dužina i presečna površina vodila

• Temperatura i sastav materijala

• Prisustvo impuriteta ili defekata u materijalu

Koje su osobine električnih vodila?

Neki od glavnih osobina električnih vodila su:

• Imaju visoku provodljivost i niski otpor

• Imaju mnogo slobodnih elektrona u svojoj konduktivnoj zoni

• Nemaju energetski prazninu između svoje valentne zone i konduktivne zone

• Imaju metalne veze koje formiraju rešetku pozitivnih jona okruženu elektronskim oblakom

• Imaju nula električna polja i nula gustoću naboja unutra

• Imaju slobodne naboje samo na svojoj površini

• Imaju električno polje okomito na svoju površinu

Koji su tipovi električnih vodila?

Električna vodila mogu biti klasifikovana prema njihovom ohmovom odgovoru, koji je način na koji oni podležu Ohmovom zakonu. Ohmov zakon kaže da je struja u vodilu direktno proporcionalna potencijalnoj razlici na njemu i inverzno proporcionalna njegovom otporu.

Ohmova vodila

Ohmova vodila su materijali koji prate Ohmov zakon za bilo koju potencijalnu razliku i temperaturu. Imaju linearnu vezu između napona i struje, što znači da je njihov otpor konstantan. Većina metala su ohmova vodila u normalnim uslovima.

Primeri: Srebro, bakar, aluminijum, željezo, itd.

Nehmova vodila

Nehmova vodila su materijali koji ne prate Ohmov zakon za bilo koju potencijalnu razliku ili temperaturu. Imaju nelinearnu vezu između napona i struje, što znači da se njihov otpor menja sa primenjenim naponom. Nehmova vodila mogu pokazati negativni otpor, gdje struja opada dok napon raste, ili pozitivni otpor, gdje struja raste dok napon raste, ali ne proporcionalno. Neki nehmova vodila mogu imati i prag napon, ispod koga ne teče struja.

Čvrsta vodila

Čvrsta vodila su materijali koji imaju fiksiranu formu i zapreminu. Mogu biti dalje podeljeni na metalička i nemetalička vodila.

• Metalička vodila: To su metali ili legure metala koji imaju visoku provodljivost i nisku specifičnu otpornost. Imaju rešetasti strukturu pozitivnih jona okruženih morem slobodnih elektrona. Neki primeri metaličkih vodila su srebro, bakar, zlato, aluminijum, željezo, latun, bronca, itd.

• Nemetalička vodila: To su nemetali koji imaju neke slobodne elektrone iliione u svojoj strukturi. Imaju nižu provodljivost i višu specifičnu otpornost od metala. Neki primeri nemetaličkih vodila su grafik, ugljeni nanotrubice, grafen, itd.

Tečna