Električne lastnosti materialov

Ta kabel, ki se običajno uporablja, je sestavljen iz bakrene žice, kovine z visokimi stroški, prekrit z izolacijsko plastiko, zelo nizko prevodnostjo materiala

Kakšne so električne lastnosti materialov?

The Električne lastnosti materialov so tisti, ki določajo njihov odziv na prehod električnega toka, to je njihova sposobnost vodenja in upiranja (v lasti za prenos električne energije in odpornosti na prehod istega). V skladu s tem merilom so materiali razvrščeni v tri kategorije: vodniki, izolatorji in polprevodniki.

Za ta odziv je odgovoren razporeditev delcev, ki sestavljajo atom. Za dva najpomembnejša, protona in elektrona je značilna za električni naboj, lastnost snovi, tako kot maša.

V primeru prevodnih materialov je v notranjosti enostavno vzpostaviti električni tok, saj imajo nekateri proste elektrone, ki niso povezani z določenim atomom. Običajno je gibanje teh elektronov naključno, če pa katerikoli zunanji agent skrbi, da jih premakne po urejanju, se ustvari tok.

Nasprotno, atomsko jedro v izolacijskih materialih lahko močneje zadrži elektrone, zato ni tako preprost, da skozi njih krožijo električni naboji.

Kar zadeva polprevodniške materiale, imajo vmesne značilnosti, to je, da lahko v določenih okoliščinah izvajajo elektriko. Zaradi tega so še posebej koristne v elektronskih napravah, saj služijo kot ojačevalniki in kot regulatorji intenzivnosti in prehoda toka, med drugimi funkcijami.

Lahko vam služi: gradient tlaka: kaj je to in kako se izračuna

Kakšne so električne lastnosti materialov?

Električna prevodnost

Angleški fizik Stephen Grey (1666-1736) je bil eden prvih, ki je razvrstil materiale v dirigente in izolatorje, glede na njihovo enostavnost za vodenje električne energije. Seveda je idealen način, da ugotovite, da prenesete električni tok skozi različne materiale in preučite odziv vsakega.

Ko pa se skozi predmet kroži električni tok, je v notranjosti ustvarjena gostota toka (intenzivnost na enoto površine), ki je za številne snovi sorazmerna z proizvedenim električnim poljem.

Tako električno polje kot gostota trenutne so vektorske zneske, zato jih označujemo s krepko, da jih razlikujejo od tistih, ki niso. Če se pokliče električno polje In In trenutna gostota je J, Potem lahko napišete:

J ∝ In

Kjer se bere "∝" simbol "... je sorazmerno z ...". Za vzpostavitev enakosti je potrebna konstanta sorazmernosti, imenovana σ (beri "sigma"), ki je znana kot električna prevodnost materiala. Tako:

J = σ In

Enote

Električna prevodnost je izražena v AMPS /VOLT-metru ali skrajšanem A /V ∙ M, saj je gostota toka podana v A /M² in električno polje v v/m. Quotient med tokom, ki prehaja skozi material, in napetostjo, ki se uporablja nanj Siemens In je skrajšano, zato se lahko prevodnost σ izrazi tudi kot s/m ali s ∙ m⁻¹.

Materiali, v katerih J = σ In Vedo, kako Ohmični materiali, No, to je mikroskopska oblika dobro znanega OHM zakona za uporovne električne vezje v = i ∙ r, kjer je V napetost, in tok in r električni upor.

Vam lahko služi: kakšne so lastnosti snovi? (S primeri)

Prevodne snovi in ​​materiali

Ohmov zakon določa, da je višje električno polje znotraj voznika, večja je trenutna gostota, dejstvo, ki je naklonjeno, ko je σ velik. Zato so dobri vozniki tisti z visoko σ prevodnostjo.

Materiali z lahkoto za prevoz toka so lahko elektronski vodniki ali elektrolitski prevodniki. Prvi imajo tako imenovane proste elektrone, ki so elektroni malo ali nič povezani z nekim določenim atomom, zato lahko krožijo skozi material. Med njimi izstopajo kovine: na primer srebro, baker in zlato.

Ko je v koščku bakra vzpostavljena napetost, se ustvari električno polje, znotraj katerega se premikajo prosti elektroni in ustvari električni tok v nasprotni smeri do polja.

Druga vrsta vodnikov, elektrolitski, so raztopine v vodnem mediju različnih kislin, baz ali soli. V teh se vožnja izvaja zahvaljujoč pozitivnim in negativnim ionom (kationi in anioni), ki se lahko premikajo na sredini, ki se vodijo z elektrodo z nasprotno obremenitvijo znakov.

Razen visokih napetosti, elektrolitski prevodniki upoštevajo tudi Ohmovo zakonodajo.

Prevodna miza

Naslednja tabela prikazuje prevodnost različnih materialov, prevodnikov, polprevodnikov in izolatorjev pri temperaturi 20 ° C.

Prevodnost različnih materialov lahko opazimo z uporabo temperature 20 ° C

Temperatura je pomemben dejavnik za električno prevodnost, saj se pri višji temperaturi prevodnost zmanjšuje zaradi toplotne mešanja. Na ta način atomi hitreje vibrirajo in povečajo število trkov med njimi in prostimi elektroni, katerih gibanje je bolj neurejeno.

Lahko vam služi: stacionarna teorija države: zgodovina, razlaga, novice

Nasprotno, ko temperatura pade, materiali ponavadi povečajo svojo prevodnost. Nekateri lahko postanejo zelo nizke temperaturne superprevodnike, kar pomeni, da je njihova prevodnost praktično neskončna.

Čeprav kovine gonijo materiale par Excellence, je grafen tisti z največjo prevodnostjo, kot lahko opazimo v tabeli.

On Grafen To ni kovina, ampak snov iz čistega premoga, katere atomi so razporejeni v zelo redni strukturi. Ker je tudi odličen toplotni vodnik, lahko grafen podpira prehod visokih električnih tokov, ne da bi toplota poškodovala.

Prevodnost in upornost

Ko gre za elektronske vodnike, trdo delate z uporom, namesto s prevodnostjo.

Upornost je vzajemna ali obratna prevodnost. To pomeni, da večja kot je prevodnost materiala, nižja je njegova upornost.

Upornost je označena z grško črko ρ (bere se "Rho") in kot rečeno zgoraj, jo lahko izrazimo z:

ρ = 1 / σ

V nasprotju s prevodnostjo se upornost poveča s temperaturo, zato pri višji temperaturi večja upornost.

Reference

1. Bauer, w. 2011. Fizika za inženiring in znanosti. Zvezek 2. MC Graw Hill.  
2. Callister, w. Znanost in inženiring materialov. Sem se obrnil.
3. Odprt stax. Fizika na fakulteti. Pridobljeno iz: OpenStax.org.