Dây dẫn điện: Định nghĩa, Các loại và Đặc tính

Một dây dẫn điện là vật liệu cho phép dòng điện chạy qua nó với ít kháng điện. Dây dẫn điện thường là kim loại, như đồng, bạc, vàng, nhôm và sắt. Chúng có nhiều electron tự do có thể di chuyển dễ dàng khi có trường điện được áp dụng. Dây dẫn điện được sử dụng để làm dây, cáp, mạch và các thiết bị khác mang dòng điện.

Dây dẫn điện là gì?

Dây dẫn điện được định nghĩa là đối tượng hoặc loại vật liệu cho phép dòng điện chạy qua một hoặc nhiều hướng. Vật liệu làm từ kim loại là dây dẫn điện phổ biến, vì kim loại có độ điều hòa cao và độ kháng thấp.

Dây dẫn điện cho phép electron di chuyển giữa các átôm của vật liệu đó với tốc độ trôi trong dải dẫn. Dải dẫn là mức năng lượng mà electron có thể di chuyển tự do trong vật liệu. Dây dẫn được tạo thành từ các átôm có electron valence kết hợp lỏng lẻo có thể được kích thích bởi trường điện hoặc hiệu ứng nhiệt. Khi một electron di chuyển từ dải valence sang dải dẫn, nó để lại một lỗ dương có thể mang điện.

Dây dẫn điện có thể là kim loại, hợp kim kim loại, chất điện phân, hoặc một số chất không kim loại như than chì và polymer dẫn điện. Các vật liệu này cho phép điện (tức là dòng điện) đi qua chúng một cách dễ dàng.

Dây dẫn điện dẫn điện như thế nào?

Dòng điện trong dây dẫn là tốc độ dòng điện chảy qua mặt cắt ngang của dây dẫn. Dòng điện tỷ lệ thuận với trường điện và độ điều hòa của vật liệu. Trường điện được tạo ra bởi sự chênh lệch điện thế hoặc điện áp trên dây dẫn. Độ điều hòa là một biện pháp đánh giá mức độ dễ dàng mà vật liệu cho phép dòng điện chảy qua nó.

Khi có chênh lệch điện thế được áp dụng trên dây dẫn, các electron trong dải dẫn nhận được năng lượng và bắt đầu trôi từ cực âm đến cực dương của nguồn điện. Hướng của dòng điện ngược với hướng di chuyển của electron, vì dòng điện được định nghĩa là dòng điện tích dương. Các electron va chạm với các átôm và electron khác trong dây dẫn, gây ra kháng cự và sinh nhiệt. Kháng cự là một biện pháp đánh giá mức độ vật liệu chống lại dòng điện chảy qua nó.

Dòng điện trong dây dẫn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như:

• Chênh lệch điện thế trên dây dẫn

• Chiều dài và diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn

• Nhiệt độ và thành phần của vật liệu

• Sự hiện diện của tạp chất hoặc khuyết tật trong vật liệu

Những đặc tính của dây dẫn điện là gì?

Một số đặc tính chính của dây dẫn điện là:

• Chúng có độ điều hòa cao và độ kháng thấp

• Chúng có nhiều electron tự do trong dải dẫn

• Chúng không có khoảng cách năng lượng giữa dải valence và dải dẫn

• Chúng có liên kết kim loại tạo thành mạng lưới ion dương bao quanh bởi đám mây electron

• Chúng có trường điện và mật độ điện tích bằng không bên trong

• Chúng chỉ có điện tích tự do trên bề mặt

• Chúng có trường điện vuông góc với bề mặt

Các loại dây dẫn điện là gì?

Dây dẫn điện có thể được phân loại dựa trên phản ứng ohmic, tức là cách chúng tuân theo định luật Ohm. Định luật Ohm nêu rằng dòng điện trong dây dẫn tỷ lệ thuận với chênh lệch điện thế trên nó và tỷ lệ nghịch với độ kháng của nó.

Dây dẫn Ohmic

Dây dẫn Ohmic là vật liệu tuân theo định luật Ohm cho bất kỳ chênh lệch điện thế và nhiệt độ nào. Chúng có mối quan hệ tuyến tính giữa điện áp và dòng điện, nghĩa là độ kháng của chúng không đổi. Hầu hết các kim loại là dây dẫn Ohmic ở điều kiện bình thường.

Ví dụ: Bạc, đồng, nhôm, sắt, v.v.

Dây dẫn Không Ohmic

Dây dẫn Không Ohmic là vật liệu không tuân theo định luật Ohm cho bất kỳ chênh lệch điện thế hay nhiệt độ nào. Chúng có mối quan hệ phi tuyến giữa điện áp và dòng điện, nghĩa là độ kháng của chúng thay đổi theo điện áp áp dụng. Dây dẫn Không Ohmic có thể có độ kháng âm, nơi dòng điện giảm khi điện áp tăng, hoặc độ kháng dương, nơi dòng điện tăng khi điện áp tăng, nhưng không tỷ lệ. Một số dây dẫn Không Ohmic cũng có điện áp ngưỡng, dưới đó không có dòng điện chảy.

Dây dẫn Rắn

Dây dẫn rắn là vật liệu có hình dạng và thể tích cố định. Chúng có thể được chia tiếp thành dây dẫn kim loại và không kim loại.

• Dây dẫn kim loại: Đây là kim loại hoặc hợp kim kim loại có độ dẫn cao và độ kháng điện thấp. Chúng có cấu trúc mạng lưới ion dương bao quanh bởi một biển electron tự do. Một số ví dụ về dây dẫn kim loại là bạc, đồng, vàng, nhôm, sắt, đồng thau, đồng đỏ, v.v.

• Dây dẫn không kim loại: Đây là chất không kim loại có một số electron hoặc ion tự do trong cấu trúc. Chúng có độ dẫn thấp hơn và độ kháng điện cao hơn so với kim loại. Một số ví dụ về dây dẫn không kim loại là than chì, nanotube carbon, graphene, v.v.

Dây dẫn Lỏng

Dây dẫn lỏng là vật liệu không có hình dạng cố định nhưng có thể tích cố định. Chúng có thể được chia tiếp thành dây dẫn kim loại và không kim loại.

• Dây dẫn kim loại: Đây là kim loại ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng hoặc khi được đun nóng. Chúng có độ dẫn cao và độ kháng điện thấp. Chúng có cấu trúc tương tự như kim loại rắn nhưng với khoảng cách nguyên tử lớn hơn và khả năng di chuyển cao hơn. Một ví dụ về dây dẫn kim loại lỏng là thủy