Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
W elektryczności istnieją trzy główne grupy materiałów: przewodniki, półprzewodniki i dielektryki. Ich główną różnicą jest zdolność do przewodzenia prądu. W tym artykule przyjrzymy się, jak te typy materiałów różnią się i jak zachowują się w polu elektrycznym.Czym jest dyrygent
Substancja, w której obecne są wolne nośniki ładunku, nazywana jest przewodnikiem. Ruch wolnych nośników nazywany jest termicznym. Główną cechą przewodnika jest jego rezystancja (R) lub przewodność (G) - odwrotność oporu.
G = 1 / R
W prostych słowach - przewodnik przewodzi prąd.
Substancje te obejmują metale, ale jeśli mówimy o niemetalach, na przykład węgiel jest doskonałym przewodnikiem, znalazł zastosowanie w kontaktach ślizgowych, na przykład szczotkach silników elektrycznych. Mokra gleba, roztwory soli i kwasów w wodzie, ciało ludzkie również przewodzi prąd, ale ich przewodność jest często mniejsza niż na przykład miedzi lub aluminium.
Metale są doskonałymi przewodnikami, właśnie ze względu na dużą liczbę nośników wolnych ładunków w ich strukturze. Pod wpływem pola elektrycznego ładunki zaczynają się przemieszczać, jak również redystrybuować, obserwuje się zjawisko indukcji elektrostatycznej.
Co to jest dielektryk
Dielektryki nazywane są substancjami, które nie przewodzą prądu lub zachowują się, ale bardzo źle. Nie ma w nich nośników wolnych ładunków, ponieważ sprzężenie cząstek atomowych jest wystarczająco silne, aby utworzyć wolne nośniki, dlatego pod wpływem pola elektrycznego prądu w dielektryku nie występuje.
Gaz, szkło, ceramika, porcelana, niektóre żywice, tekstolit, karbolit, woda destylowana, suche drewno, guma - są dielektrykami i nie przewodzą prądu elektrycznego. W życiu codziennym dielektryki są wszechobecne, na przykład wykonane są z nich obudowy elektryczne, przełączniki elektryczne, widelce, gniazda itp. W liniach energetycznych izolatory wykonane są z dielektryków.
Jednak w obecności pewnych czynników, takich jak zwiększony poziom wilgotności, natężenie pola elektrycznego powyżej dopuszczalnej wartości, i tak dalej, materiał zaczyna tracić swoje funkcje dielektryczne i staje się przewodnikiem. Czasami słychać zwroty takie jak „przebicie izolatora” - to zjawisko opisane powyżej.
Krótko mówiąc, główne właściwości dielektryka w dziedzinie elektryczności to izolacja elektryczna. Jest to zdolność zapobiegania przepływowi prądu, który chroni osobę przed urazami elektrycznymi i innymi problemami. Główną cechą dielektryka jest wytrzymałość elektryczna - wartość równa napięciu jego przebicia.
Czym jest półprzewodnik
Półprzewodnik przewodzi prąd elektryczny, ale nie tyle, co metale, ale w pewnych warunkach daje energię substancji w odpowiednich ilościach. Wynika to z faktu, że wolne nośniki (dziury i elektrony) ładunków są zbyt małe lub wcale, ale jeśli zastosujesz pewną ilość energii - pojawią się. Energia może mieć różne formy - elektryczne, termiczne. Również wolne dziury i elektrony w półprzewodniku mogą powstać pod wpływem promieniowania, na przykład w widmie UV.
Gdzie są używane półprzewodniki? Spośród nich produkowane są tranzystory, tyrystory, diody, mikroukłady, diody LED itp. Takie materiały obejmują krzem, german, mieszaniny różnych materiałów, na przykład arsenku galu, selenu, arsenu.
Aby zrozumieć, dlaczego półprzewodnik przewodzi prąd elektryczny, ale nie jak metale, należy wziąć pod uwagę te materiały z punktu widzenia teorii pasm.
Teoria strefy
Teoria pasma opisuje obecność lub brak wolnych nośników ładunku w stosunku do pewnych warstw energii. Poziom lub warstwa energii to ilość energii elektronów (jądra atomowe, cząsteczki - proste cząstki), które są mierzone w woltach elektronowych (EV).
Poniższy rysunek przedstawia trzy typy materiałów z ich poziomami energii:
Należy pamiętać, że poziomy energii przewodnika od pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa są połączone w nierozdzielny wzór. Pasmo przewodzenia i pasmo walencyjne nakładają się na siebie, nazywamy to strefą nakładania się. W zależności od obecności pola elektrycznego (napięcia), temperatury i innych czynników, liczba elektronów może się różnić. Dzięki temu elektrony mogą poruszać się w przewodnikach, nawet jeśli powiesz im minimalną ilość energii.
W półprzewodniku występuje pewna zakazana obecność pasma walencyjnego i pasma przewodnictwa. Szerokość pasma wzbronionego opisuje, ile energii półprzewodnik potrzebuje do komunikacji, aby prąd mógł płynąć.
Diagram dielektryczny jest podobny do tego, który opisuje półprzewodniki, ale różnica jest tylko w szerokości zabronionego pasma - jest tu wiele razy większa. Różnice wynikają z wewnętrznej struktury i substancji.
Rozważaliśmy trzy główne typy materiałów i podaliśmy ich przykłady i funkcje. Ich główną różnicą jest zdolność do przewodzenia prądu. Dlatego każdy z nich znalazł swój zakres zastosowania: przewody są wykorzystywane do przesyłania energii elektrycznej, dielektryków - do izolacji części przewodzących prąd, półprzewodników - do elektroniki. Mamy nadzieję, że dostarczone informacje pomogły ci zrozumieć, czym są przewodniki, półprzewodniki i dielektryki w polu elektrycznym, a także jak się między sobą różnią.
Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnego filmu na ten temat:
Na pewno nie wiesz:
- Przyczyny utraty mocy na długich dystansach
- Rezystancja przewodów w zależności od temperatury
- Czym jest utrata dielektryczna
- Co to jest ładunek elektryczny