Mitä ovat johtimet, puolijohteet ja dielektrikot
Mikä on kapellimestari?
Aineita, joissa on läsnä vapaita varauskantajia, kutsutaan johtimeksi. Vapaiden kantajien liikettä kutsutaan termiseksi. Kapellimestarin pääominaisuus on sen vastus (R) tai johtavuus (G) - vastuksen vastavuoro.
G = 1 / R
Yksinkertaisin sanoin, johdin johtaa virtaa.
Metallit voidaan luokitella tällaisille aineille, mutta jos puhumme ei-metalleista, niin esimerkiksi hiili on erinomainen johtaja, jota voidaan käyttää liukukoskettimissa, esimerkiksi sähkömoottoriharjoissa. Kostea maaperä, suolojen ja happojen liuokset vedessä, ihmiskeho johtaa myös virtaa, mutta niiden sähkönjohtavuus on usein pienempi kuin esimerkiksi kuparin tai alumiinin.
Metallit ovat erinomaisia johtimia juuri niiden rakenteessa olevien suurten vapaiden kantoaineiden takia. Sähkökentän vaikutuksesta varaukset alkavat liikkua ja jakautua uudelleen, havaitaan sähköstaattisen induktion ilmiö.
Mikä on dielektrinen?
Dielektrikot ovat aineita, jotka eivät johda virtaa tai johtavat, mutta erittäin huonosti. Niillä ei ole ilmaisia varauskantajia, koska atomihiukkasten sitoutuminen on riittävän vahvaa vapaiden kantajien muodostamiseksi, siksi sähkökentän vaikutuksesta dielektrisissä ei tule virtaa.
Kaasu, lasi, keramiikka, posliini, jotkut hartsit, tekstoliitti, karboliitti, tislattu vesi, kuiva puu, kumi - ovat dielektrisiä ja eivät johda sähkövirtaa. Arkielämässä dielektrikoita löytyy kaikkialta, esimerkiksi niistä valmistetaan sähkölaitekotelot, sähkökytkimet, pistotulpat, pistorasiat jne. Voimalinjoissa eristeet on valmistettu dielektrisistä materiaaleista.
Tiettyjen tekijöiden läsnä ollessa, esimerkiksi esimerkiksi lisääntynyt kosteustaso, sallitun arvon ylittävän sähkökentän voimakkuus jne., Johtaa siihen, että materiaali alkaa menettää dielektriset toimintonsa ja siitä tulee johdin. Joskus voit kuulla lauseita, kuten “eristimen rikkoutuminen” - tämä on edellä kuvattu ilmiö.
Lyhyesti sanottuna eristeen pääominaisuudet sähkön alalla ovat sähköeristys. Kyky estää virran virtausta suojaa henkilöä sähkövammoilta ja muilta ongelmilta. Dielektrisen pääominaisuus on sähkövahvuus - arvo, joka on yhtä suuri kuin sen murtumisjännite.
Mikä on puolijohde?
Puolijohde johtaa sähkövirtaa, mutta ei kuten metalleja, mutta tietyissä olosuhteissa - antaen aineelle energiaa oikeissa määrissä.Tämä johtuu siitä, että vapaita kantajia (reikiä ja elektroneja) on liian vähän tai niitä ei ole ollenkaan, mutta jos käytät tiettyä määrää energiaa, ne ilmestyvät. Energiaa voi olla eri muotoja - sähköistä, lämpöä. Myös puolijohteessa olevia vapaita reikiä ja elektroneja voi syntyä säteilyn vaikutuksesta, esimerkiksi UV-spektrissä.
Missä puolijohteita käytetään? Ne tekevät transistoreita, tiristoreja, diodeja, mikrosiruja, LED-valoja ja paljon muuta. Näitä materiaaleja ovat pii, germanium, erilaisten materiaalien seokset, esimerkiksi galium-arsenidi, seleeni, arseeni.
Jotta ymmärretään, miksi puolijohde johtaa sähkövirtaa, mutta ei kuten metalleja, on tarpeen tarkastella näitä materiaaleja kaistausteorian näkökulmasta.
Vyöhyketeoria
Vyöhyketeoria kuvaa ilmaisten varauskantajien olemassaoloa tai puuttumista tiettyihin energiakerroksiin nähden. Energiataso tai kerros viittaa elektronien (atomien ytimet, molekyylit - yksinkertaiset hiukkaset) energian määrään, ne mitataan elektronivolttien (EV) arvona.
Alla olevassa kuvassa on kolmen tyyppisiä materiaaleja niiden energiatasoilla:
Huomaa, että johtimen energiatasot valenssikaistalta johtamiskaistalle yhdistetään erottamattomassa kaaviossa. Johtavuus- ja valenssikaistat menevät päällekkäin, tätä kutsutaan päällekkäisyysvyöhykkeeksi. Sähkökenttien lukumäärä voi vaihdella riippuen sähkökentän (jännitteen) läsnäolosta, lämpötilasta ja muista tekijöistä. Edellä mainitun ansiosta elektronit voivat liikkua johtimissa, vaikka sanotkin heille minimaalisen määrän energiaa.
Puolijohteella on tietty kielletty valenssikaistan ja johtamiskaistan välillä. Kaistarako kuvaa kuinka paljon energiaa on ilmoitettava puolijohteelle, jotta virta virtaa.
Eristeessä kaavio on samanlainen kuin se, joka kuvaa puolijohteita, mutta ero on vain kaistavälissä - se on täällä monta kertaa suuri. Erot johtuvat sisäisestä rakenteesta ja sisällöstä.
Tutkimme kolmea päätyyppiä olevia materiaaleja ja annoimme esimerkkejä ja ominaisuuksia. Heidän tärkein ero on kyky johtaa nykyistä. Siksi kukin niistä on löytänyt oman sovellusalueen: johtimia käytetään siirtämään sähköä, dielektrisiä - jännitteisten osien eristämiseen, puolijohteita - elektroniikkaan. Toivomme, että annetut tiedot ovat auttaneet sinua ymmärtämään, mitkä ovat sähkökentän johtimet, puolijohteet ja dielektrikot, sekä mikä ero on niiden välillä.
Lopuksi suosittelemme katsomaan hyödyllistä videota aiheesta:
Et todellakaan tiedä:
Ladataan ...
