Elektriska ledare: Definition typ och egenskaper
En elektrisk ledare är ett material som tillåter elektrisk laddning att flyta genom det med liten motstånd. Elektriska ledare är vanligtvis metaller, såsom koppar, silver, guld, aluminium och järn. De har många fria elektroner som kan röra sig lätt när ett elektriskt fält tillämpas. Elektriska ledare används för att tillverka trådar, kabelgar, kretsar och andra enheter som bär elektrisk ström.
Vad är en elektrisk ledare?
En elektrisk ledare definieras som ett objekt eller en typ av material som tillåter flödet av laddning i en eller flera riktningar. Material gjorda av metall är vanliga elektriska ledare, eftersom metaller har hög ledningsförmåga och lågt motstånd.
Elektriska ledare tillåter elektroner att flyta mellan atomen av det materialet med drifthusighet i den ledande bandet. Det ledande bandet är energinivån där elektroner kan röra sig fritt inuti materialet. Ledaren består av atomer som har löst bundna yttre elektroner som kan upphetsas av ett elektriskt fält eller en termisk effekt. När en elektron flyttar från ytbandet till det ledande bandet lämnar den efter sig ett positivt hål som också kan bära laddning.
Elektriska ledare kan vara metaller, metalllegor, elektrolyter eller vissa icke-metaller som grafit och ledda polymerer. Dessa material tillåter el (dvs., flödet av laddning) att passera genom dem lätt.
Hur leder en ledare ström?
Strömmen i en ledare är flödeshastigheten för laddning genom ett tvärsnitt av ledaren. Strömmen är proportionell mot det elektriska fältet och ledningsförmågan hos materialet. Det elektriska fältet skapas av en spänningskillnad eller spänning över ledaren. Ledningsförmågan är ett mått på hur lätt materialet tillåter laddning att flyta genom det.
När en spänningskillnad tillämpas över en ledare får elektronerna i det ledande bandet energi och börjar driva från den negativa terminalen till den positiva terminalen av spänningssidan. Riktningen för strömmen är motsatt riktningen för elektronflödet, eftersom ström definieras som flödet av positiv laddning. Elektronerna kolliderar med atomer och andra elektroner i ledaren, vilket orsakar motstånd och värmegenerering. Motståndet är ett mått på hur mycket materialet motsätter sig flödet av laddning genom det.
Strömmen i en ledare beror på flera faktorer, såsom:
Spänningskillnaden över ledaren
Längden och tvärsnittsarean av ledaren
Temperaturen och sammansättningen av materialet
Närvaron av orenheter eller defekter i materialet
Vilka egenskaper har elektriska ledare?
Några av de huvudsakliga egenskaperna hos elektriska ledare är:
De har hög ledningsförmåga och lågt motstånd
De har många fria elektroner i sitt ledande band
De har ingen energiskiljning mellan deras ytband och ledande band
De har metalliska bindningar som bildar en gitterstruktur av positiva jonerna omgiven av en elektronmoln
De har noll elektriska fält och noll ladningsdensitet inuti dem
De har fria laddningar endast på deras yta
De har ett elektriskt fält vinkelrätt mot deras yta
Vilka typer av elektriska ledare finns det?
Elektriska ledare kan klassificeras baserat på deras ohmiska respons, vilket är hur de följer Ohms lag. Ohms lag anger att strömmen i en ledare är direkt proportionell till spänningskillnaden över den och inversproportionell till dess motstånd.
Ohmiska ledare
Ohmiska ledare är material som följer Ohms lag för alla spänningskillnader och temperaturer. De har en linjär relation mellan spänning och ström, vilket betyder att deras motstånd är konstant. De flesta metaller är ohmiska ledare under normala förhållanden.
Exempel: Silver, koppar, aluminium, järn, etc.
Icke-ohmiska ledare
Icke-ohmiska ledare är material som inte följer Ohms lag för någon spänningskillnad eller temperatur. De har en icke-linjär relation mellan spänning och ström, vilket betyder att deras motstånd varierar med den tillämpade spänningen. Icke-ohmiska ledare kan visa negativt motstånd, där strömmen minskar när spänningen ökar, eller positivt motstånd, där strömmen ökar när spänningen ökar, men inte proportionellt. Vissa icke-ohmiska ledare kan också ha en tröskelspänning, under vilken ingen ström flödar.
Solida ledare
Solida ledare är material som har en fast form och volym. De kan vidare delas in i metalliska och icke-metalliska ledare.
Metalliska ledare: Dessa är metaller eller metalllegor som har hög ledningsförmåga och låg motståndsgrad. De har en gitterstruktur av positiva jonerna omgiven av ett hav av fria elektroner. Några exempel på metalliska ledare är silver, koppar, guld, aluminium, järn, mässing, brons, etc.
Icke-metalliska ledare: Dessa är icke-metaller som har vissa fria elektroner eller ioner i sin struktur. De
