ตัวนำไฟฟ้า: นิยาม ประเภท และคุณสมบัติ
ตัวนำไฟฟ้าคือวัสดุที่อนุญาตให้ประจุไฟฟ้าไหลผ่านได้อย่างมีความต้านทานน้อยความต้านทาน ตัวนำไฟฟ้าส่วนใหญ่เป็นโลหะ เช่น ทองแดง เงิน ทองคำ อลูมิเนียม และเหล็ก เนื่องจากมีอิเล็กตรอนเสรีมากมายที่สามารถเคลื่อนที่ได้ง่ายเมื่อมีสนามไฟฟ้าถูกนำไปใช้ ตัวนำไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในการผลิตสายไฟ สายเคเบิลวงจรและอุปกรณ์อื่น ๆ ที่นำกระแสไฟฟ้า.
ตัวนำไฟฟ้าคืออะไร?
ตัวนำไฟฟ้าถูกกำหนดว่าเป็นวัตถุหรือชนิดของวัสดุที่อนุญาตให้ประจุไหลผ่านได้ในทิศทางหนึ่งหรือมากกว่า วัสดุที่ทำจากโลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่พบบ่อย เนื่องจากโลหะมีความนำสูงและความต้านทานต่ำ.
ตัวนำไฟฟ้าอนุญาตให้อิเล็กตรอนไหลระหว่างอะตอมของวัสดุดังกล่าวด้วยความเร็วลอยในวงจรนำ อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระภายในวัสดุ ตัวนำประกอบด้วยอะตอมที่มีอิเล็กตรอนวาเลนซ์ที่ผูกพันอยู่อย่างหลวม ๆ ซึ่งสามารถถูกกระตุ้นโดยสนามไฟฟ้าหรือผลจากการทำความร้อน เมื่ออิเล็กตรอนย้ายจากวงจรวาเลนซ์ไปยังวงจรนำ มันจะทิ้งร่องรอยของรูที่มีประจุบวกซึ่งก็สามารถขนส่งประจุได้เช่นกัน
ตัวนำไฟฟ้าอาจเป็นโลหะ ส่วนผสมของโลหะ สารละลายเกลือ หรือไม่ใช่โลหะบางชนิดเช่น กราไฟต์และโพลิเมอร์นำไฟฟ้า วัสดุเหล่านี้อนุญาตให้ไฟฟ้า(คือ การไหลของประจุ) ผ่านได้ง่าย
ตัวนำนำกระแสไฟฟ้าอย่างไร?
กระแสในตัวนำคืออัตราการไหลของประจุผ่านภาคตัดขวางของตัวนำ กระแสเป็นสัดส่วนกับสนามไฟฟ้าและความนำของวัสดุ สนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยแรงดันไฟฟ้าที่ผ่านตัวนำ ความนำเป็นการวัดว่าวัสดุอนุญาตให้ประจุไหลผ่านได้ง่ายเพียงใด
เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้ที่ตัวนำ อิเล็กตรอนในวงจรนำจะได้รับพลังงานและเริ่มเคลื่อนที่จากขั้วลบไปยังขั้วบวกของแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า ทิศทางของกระแสตรงข้ามกับทิศทางของการไหลของอิเล็กตรอน เนื่องจากกระแสถูกกำหนดว่าเป็นการไหลของประจุบวก อิเล็กตรอนชนกับอะตอมและอิเล็กตรอนอื่น ๆ ในตัวนำ ซึ่งทำให้เกิดความต้านทานและการสร้างความร้อน ความต้านทานเป็นการวัดว่าวัสดุต่อต้านการไหลของประจุผ่านมันเท่าใด
กระแสในตัวนำขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น:
แรงดันไฟฟ้าที่ผ่านตัวนำ
ความยาวและพื้นที่ภาคตัดขวางของตัวนำ
อุณหภูมิและองค์ประกอบของวัสดุ
การมีสิ่งเจือปนหรือข้อบกพร่องในวัสดุ
คุณสมบัติของตัวนำไฟฟ้าคืออะไร?
คุณสมบัติหลักของตัวนำไฟฟ้ามีดังนี้:
มีอิเล็กตรอนเสรีจำนวนมากในวงจรนำ
ไม่มีช่องว่างพลังงานระหว่างวงจรวาเลนซ์และวงจรนำ
มีพันธะโลหะที่สร้างโครงสร้างของไอออนบวกที่โอบรอบด้วยคลาวด์อิเล็กตรอน
ไม่มีสนามไฟฟ้าและไม่มีความหนาแน่นประจุภายใน
มีประจุเสรีเฉพาะบนพื้นผิว
มีสนามไฟฟ้าตั้งฉากกับพื้นผิว
ประเภทของตัวนำไฟฟ้ามีอะไรบ้าง?
ตัวนำไฟฟ้าสามารถแบ่งตามการตอบสนองโอห์ม ซึ่งหมายถึงวิธีที่พวกมันปฏิบัติตามกฎของโอห์ม กฎของโอห์มระบุว่ากระแสในตัวนำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ผ่านและเป็นสัดส่วนย้อนกลับกับความต้านทาน
ตัวนำโอห์ม
ตัวนำโอห์มคือวัสดุที่ปฏิบัติตามกฎของโอห์มสำหรับแรงดันไฟฟ้าใด ๆ และอุณหภูมิใด ๆ พวกมันมีความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างแรงดันและกระแส ซึ่งหมายความว่าความต้านทานคงที่ โลหะส่วนใหญ่เป็นตัวนำโอห์มในสภาพปกติ
ตัวอย่าง: เงิน ทองแดง อลูมิเนียม เหล็ก เป็นต้น
ตัวนำไม่โอห์ม
ตัวนำไม่โอห์มคือวัสดุที่ไม่ปฏิบัติตามกฎของโอห์มสำหรับแรงดันไฟฟ้าหรืออุณหภูมิใด ๆ พวกมันมีความสัมพันธ์ไม่เชิงเส้นระหว่างแรงดันและกระแส ซึ่งหมายความว่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงตามแรงดันที่ใช้ ตัวนำไม่โอห์มอาจแสดงความต้านทานลบ ซึ่งกระแสลดลงเมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น หรือความต้านทานบวก ซึ่งกระแสเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น แต่ไม่สัดส่วน ตัวนำไม่โอห์มบางตัวอาจมีแรงดันขั้นต่ำ ซึ่งไม่มีกระแสไหลเมื่อแรงดันต่ำกว่าค่านี้
ตัวนำแข็ง
ตัวนำแข็งคือวัสดุที่มีรูปร่างและปริมาตรคงที่ สามารถแบ่งออกเป็นตัวนำโลหะและตัวนำไม่ใช่โลหะ
ตัวนำโลหะ: คือโลหะหรือส่วนผสมของโลหะที่มีความนำสูงและความต้านทานต่ำ พวกมันมีโครงสร้างของไอออนบวกที่โอบรอบด้วยทะเลของอิเล็กตรอนเสรี ตัวอย่างของตัวนำโลหะคือ เงิน ทองแดง ทองคำ อลูมิเนียม เหล็ก บรอนซ์ บรอนซ์ ฯลฯ
ตัวนำไม่ใช่โลหะ: คือวัสดุที่ไม่ใช่โลหะที่มีอิเล็กตรอนหรือไอออนเสรีในโครงสร้างของพวกมัน พวกมันมีความนำต่ำและความต้านทานสูงกว่าโลหะ ตัวอย่างของตัวนำไม่ใช่โลหะคือ กราไฟต์ นาโนทิวบ์คาร์บอน กราเฟน ฯลฯ
ตัวนำเหลว
ตัวนำเหลวคือวัสดุที่ไม่มีรูปร่างคงที่แต่มีปริมาตรคงที่ สามารถแบ่งออกเป็นตัวนำโลหะและตัวนำไม่ใช่โลหะ
