Wat zijn geleiders, halfgeleiders en diëlektrica
Wat is een dirigent?
Een stof waarin kosteloze dragers aanwezig zijn, wordt een geleider genoemd. De beweging van vrije dragers wordt thermisch genoemd. Het belangrijkste kenmerk van een geleider is de weerstand (R) of geleidbaarheid (G) - het omgekeerde van de weerstand.
G = 1 / R
Simpel gezegd: een geleider geleidt stroom.
Metalen kunnen aan dergelijke stoffen worden toegeschreven, maar als we het hebben over niet-metalen, dan is koolstof bijvoorbeeld een uitstekende geleider, gevonden in glijdende contacten, bijvoorbeeld borstels van elektrische motoren. Vochtige grond, oplossingen van zouten en zuren in water, het menselijk lichaam geleidt ook stroom, maar hun elektrische geleidbaarheid is vaak minder dan die van bijvoorbeeld koper of aluminium.
Metalen zijn uitstekende geleiders, juist vanwege het grote aantal gratis ladingsdragers in hun structuur. Onder invloed van een elektrisch veld beginnen de ladingen te bewegen en wordt het fenomeen van elektrostatische inductie waargenomen.
Wat is een diëlektricum?
Diëlektrica zijn stoffen die geen stroom geleiden, maar zeer slecht. Ze hebben geen gratis ladingsdragers, omdat de binding van atoomdeeltjes sterk genoeg is om vrije dragers te vormen, daarom ontstaat er onder invloed van een elektrisch veld geen stroom in het diëlektricum.
Gas, glas, keramiek, porselein, sommige harsen, textoliet, carboliet, gedestilleerd water, droog hout, rubber - zijn diëlektrica en geleiden geen elektrische stroom. In het dagelijks leven zijn overal diëlektrica te vinden, er worden bijvoorbeeld behuizingen voor elektrische apparaten, elektrische schakelaars, stekkers, stopcontacten enz. Van gemaakt. In hoogspanningslijnen zijn isolatoren gemaakt van diëlektrica.
In aanwezigheid van bepaalde factoren, bijvoorbeeld een verhoogde vochtigheidsgraad, een elektrische veldsterkte boven de toegestane waarde, enz., Leidt dit ertoe dat het materiaal zijn diëlektrische functies begint te verliezen en een geleider wordt. Soms hoor je uitdrukkingen als "storing van de isolator" - dit is het hierboven beschreven fenomeen.
Kortom, de belangrijkste eigenschappen van een diëlektricum op het gebied van elektriciteit zijn elektrisch isolerend. Het is het vermogen om de stroom te belemmeren die een persoon beschermt tegen elektrische verwondingen en andere problemen. Het belangrijkste kenmerk van een diëlektricum is elektrische sterkte - een waarde die gelijk is aan de doorslagspanning.
Wat is een halfgeleider?
De halfgeleider geleidt een elektrische stroom, maar niet zoals metalen, maar onder bepaalde voorwaarden - waardoor de stof energie in de juiste hoeveelheden krijgt.Dit komt doordat er te weinig vrije dragers (gaten en elektronen) zijn of helemaal niet, maar als je een bepaalde hoeveelheid energie toepast, zullen ze verschijnen. Energie kan verschillende vormen aannemen: elektrisch, thermisch. Ook kunnen onder invloed van straling bijvoorbeeld in het UV-spectrum vrije gaten en elektronen in een halfgeleider ontstaan.
Waar worden halfgeleiders gebruikt? Ze maken transistors, thyristors, diodes, microschakelingen, leds en meer. Deze materialen omvatten silicium, germanium, mengsels van verschillende materialen, bijvoorbeeld galiumarsenide, selenium, arseen.
Om te begrijpen waarom een halfgeleider elektrische stroom geleidt, maar niet zoals metalen, is het noodzakelijk om deze materialen te beschouwen vanuit het oogpunt van bandtheorie.
Zone Theorie
Zonetheorie beschrijft de aan- of afwezigheid van gratis ladingsdragers ten opzichte van bepaalde energielagen. Het energieniveau of de laag verwijst naar de hoeveelheid energie van elektronen (atoomkernen, moleculen - eenvoudige deeltjes), ze worden gemeten in de waarde van elektronenvolt (EV).
De onderstaande afbeelding toont drie soorten materialen met hun energieniveaus:
Houd er rekening mee dat de energieniveaus van de geleider van de valentieband tot de geleidingsband worden gecombineerd in een onlosmakelijk diagram. De geleidings- en valentiebanden overlappen elkaar, dit wordt de overlapzone genoemd. Afhankelijk van de aanwezigheid van een elektrisch veld (spanning), temperatuur en andere factoren, kan het aantal elektronen variëren. Dankzij het bovenstaande kunnen elektronen in geleiders bewegen, zelfs als je ze een minimale hoeveelheid energie vertelt.
Een halfgeleider heeft een bepaalde verboden tussen de valentieband en de geleidingsband. De band gap beschrijft hoeveel energie aan de halfgeleider moet worden gerapporteerd om de stroom te laten stromen.
In een diëlektricum is het diagram vergelijkbaar met het diagram dat halfgeleiders beschrijft, maar het verschil zit alleen in de band gap - het is hier vele malen groot. De verschillen zijn te wijten aan de interne structuur en inhoud.
We onderzochten de drie belangrijkste soorten materialen en gaven voorbeelden en kenmerken. Hun belangrijkste verschil is het vermogen om stroom te geleiden. Elk van hen heeft daarom zijn eigen toepassingsgebied gevonden: geleiders worden gebruikt om elektriciteit over te dragen, diëlektrica - voor isolatie van onder spanning staande delen, halfgeleiders - voor elektronica. We hopen dat de verstrekte informatie u heeft geholpen te begrijpen wat de geleiders, halfgeleiders en diëlektrica in een elektrisch veld zijn, en wat het verschil daartussen is.
Ten slotte raden we aan om een nuttige video over het onderwerp te bekijken:
Je weet toch niet:
Bezig met laden ...
