Електричні провідники: Визначення, Типи та Властивості

Електричний провідник — це матеріал, який дозволяє електричному заряду протікати через нього з малою опором. Електричні провідники зазвичай виготовляються з металів, таких як мідь, срібло, золото, алюміній та залізо. Вони мають багато вільних електронів, які можуть легко рухатися при застосуванні електричного поля. Електричні провідники використовуються для виготовлення дротів, кабелів, електричних схем та інших пристроїв, які переносять електричний струм.

Що таке електричний провідник?

Електричний провідник визначається як об'єкт або тип матеріалу, який дозволяє потік заряду у одному або декількох напрямках. Металеві матеріали є загальними електричними провідниками, оскільки метали мають високу провідність та низьку опору.

Електричні провідники дозволяють електронам протікати між атомами цього матеріалу з дріфтовою швидкістю в зоні провідності. Зона провідності — це рівень енергії, де електрони можуть вільно рухатися всередині матеріалу. Провідник складається з атомів, які мають слабо пов'язані валентні електрони, які можна збудити електричним полем або термічним ефектом. Коли електрон переходить з валентної зони до зони провідності, він залишає позади додатну дірку, яка також може переносити заряд.

Електричними провідниками можуть бути метали, сплави, електроліти або деякі неметалеві матеріали, такі як графіт і провідні полімери. Ці матеріали дозволяють електричество (тобто потік заряду) легко проходити через них.

Як провідник проводить струм?

Струм у провіднику — це швидкість потоку заряду через поперечне перерізання провідника. Струм пропорційний електричному полю та провідності матеріалу. Електричне поле створюється потенційною різницею або напругою по провіднику. Провідність — це міра, наскільки легко матеріал дозволяє заряду протікати через нього.

Коли потенційна різниця застосовується до провідника, електрони в зоні провідності набирають енергію і починають дрейфувати від від'ємного до додатного терміналу джерела напруги. Напрямок струму протилежний напрямку потоку електронів, оскільки струм визначається як потік додатнього заряду. Електрони зіштовхуються з атомами та іншими електронами в провіднику, що викликає опір та вироблення тепла. Опір — це міра того, наскільки матеріал протидіє потоку заряду через нього.

Струм у провіднику залежить від кількох факторів, таких як:

• Потенційна різниця по провіднику

• Довжина та поперечний переріз провідника

• Температура та склад матеріалу

• Наявність домішок або дефектів в матеріалі

Які властивості мають електричні провідники?

Основні властивості електричних провідників такі:

• Вони мають високу провідність і низький опір

• Вони мають багато вільних електронів в зоні провідності

• Вони не мають енергетичної щілини між валентною зоною та зоною провідності

• Вони мають металеві зв'язки, які формують решітку додатних іонів, оточених електронним хмарам

• Вони мають нульові електричні поля і нульову густину заряду всередині себе

• Вони мають вільні заряди лише на поверхні

• Вони мають електричне поле, перпендикулярне до своєї поверхні

Які типи електричних провідників існують?

Електричні провідники можна класифікувати залежно від їх омічної відповіді, яка визначає, як вони дотримуються закону Ома. Закон Ома стверджує, що струм у провіднику прямо пропорційний потенційній різниці по ньому і обернено пропорційний його опору.

Омічні провідники

Омічні провідники — це матеріали, які дотримуються закону Ома при будь-якій потенційній різниці та температурі. Вони мають лінійний зв'язок між напругою і струмом, що означає, що їх опір постійний. Більшість металів є омічними провідниками при нормальних умовах.

Приклади: срібло, мідь, алюміній, залізо тощо.

Неомічні провідники

Неомічні провідники — це матеріали, які не дотримуються закону Ома при будь-якій потенційній різниці або температурі. Вони мають нелінійний зв'язок між напругою і струмом, що означає, що їх опір змінюється залежно від застосованої напруги. Неомічні провідники можуть демонструвати негативний опір, коли струм зменшується при збільшенні напруги, або позитивний опір, коли струм збільшується при збільшенні напруги, але не пропорційно. Деякі неомічні провідники також можуть мати порігову напругу, нижче якої струм не протікає.

Тверді провідники

Тверді провідники — це матеріали, які мають фіксовану форму т