Was sind Leiter, Halbleiter und Dielektrika?
Was ist ein Dirigent?
Eine Substanz, in der freie Ladungsträger vorhanden sind, wird als Leiter bezeichnet. Die Bewegung freier Ladungsträger wird als thermisch bezeichnet. Das Hauptmerkmal eines Leiters ist sein Widerstand (R) oder seine Leitfähigkeit (G) - der Kehrwert des Widerstands.
G = 1 / R.
Mit einfachen Worten, ein Leiter leitet Strom.
Metalle können solchen Substanzen zugeordnet werden, aber wenn wir über Nichtmetalle sprechen, dann ist beispielsweise Kohlenstoff ein ausgezeichneter Leiter, der in Gleitkontakten, beispielsweise Elektromotorbürsten, Anwendung findet. Feuchter Boden, Lösungen von Salzen und Säuren in Wasser, der menschliche Körper leitet ebenfalls Strom, aber ihre elektrische Leitfähigkeit ist oft geringer als die von beispielsweise Kupfer oder Aluminium.
Metalle sind ausgezeichnete Leiter, gerade wegen der großen Anzahl freier Ladungsträger in ihrer Struktur. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes beginnen sich die Ladungen zu bewegen und das Phänomen der elektrostatischen Induktion wird neu verteilt.
Was ist ein Dielektrikum?
Dielektrika sind Substanzen, die keinen Strom leiten oder leiten, aber sehr schlecht. Sie haben keine freien Ladungsträger, da die Bindung von Atomteilchen stark genug ist, um freie Ladungsträger zu bilden, so dass unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes kein Strom im Dielektrikum entsteht.
Gas, Glas, Keramik, Porzellan, einige Harze, Textolith, Carbolit, destilliertes Wasser, trockenes Holz, Gummi - sind Dielektrika und leiten keinen elektrischen Strom. Im Alltag sind Dielektrika überall anzutreffen, beispielsweise werden daraus Gerätekoffer, elektrische Schalter, Stecker, Steckdosen usw. hergestellt. In Stromleitungen bestehen Isolatoren aus Dielektrika.
Bei Vorhandensein bestimmter Faktoren, beispielsweise einer erhöhten Luftfeuchtigkeit, einer elektrischen Feldstärke über dem zulässigen Wert usw., führt das Material jedoch dazu, dass es seine dielektrischen Funktionen verliert und zum Leiter wird. Manchmal hört man Sätze wie „Ausfall des Isolators“ - dies ist das oben beschriebene Phänomen.
Kurz gesagt, die Haupteigenschaften eines Dielektrikums im Bereich der Elektrizität sind elektrische Isolierungen. Es ist die Fähigkeit, den Stromfluss zu behindern, die eine Person vor elektrischen Verletzungen und anderen Problemen schützt. Das Hauptmerkmal eines Dielektrikums ist die elektrische Festigkeit - ein Wert, der seiner Durchbruchspannung entspricht.
Was ist ein Halbleiter?
Der Halbleiter leitet einen elektrischen Strom, jedoch nicht wie Metalle, sondern unter bestimmten Bedingungen - und gibt der Substanz Energie in den richtigen Mengen.Dies liegt an der Tatsache, dass es zu wenige freie Ladungsträger (Löcher und Elektronen) oder gar keine gibt. Wenn Sie jedoch eine bestimmte Energiemenge anwenden, erscheinen diese. Energie kann verschiedene Formen annehmen - elektrisch, thermisch. Auch freie Löcher und Elektronen in einem Halbleiter können unter dem Einfluss von Strahlung beispielsweise im UV-Spektrum entstehen.
Wo werden Halbleiter eingesetzt? Sie stellen Transistoren, Thyristoren, Dioden, Mikroschaltungen, LEDs und mehr her. Diese Materialien umfassen Silizium, Germanium, Gemische verschiedener Materialien, beispielsweise Galiumarsenid, Selen, Arsen.
Um zu verstehen, warum ein Halbleiter elektrischen Strom leitet, aber nicht wie Metalle, müssen diese Materialien unter dem Gesichtspunkt der Bandentheorie betrachtet werden.
Zonentheorie
Die Zonentheorie beschreibt das Vorhandensein oder Fehlen von freien Ladungsträgern in Bezug auf bestimmte Energieschichten. Das Energieniveau oder die Schicht bezieht sich auf die Energiemenge der Elektronen (Atomkerne, Moleküle - einfache Teilchen), sie werden im Wert von Elektronenvolt (EV) gemessen.
Das Bild unten zeigt drei Arten von Materialien mit ihren Energieniveaus:
Bitte beachten Sie, dass die Leiterenergieniveaus vom Valenzband zum Leitungsband in einem untrennbaren Diagramm zusammengefasst sind. Die Leitungs- und Valenzbänder überlappen sich, dies wird als Überlappungszone bezeichnet. Abhängig vom Vorhandensein eines elektrischen Feldes (Spannung), der Temperatur und anderen Faktoren kann die Anzahl der Elektronen variieren. Dank des oben Gesagten können sich Elektronen in Leitern bewegen, selbst wenn Sie ihnen eine minimale Energiemenge mitteilen.
Ein Halbleiter hat ein gewisses Verbot zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband. Die Bandlücke beschreibt, wie viel Energie an den Halbleiter gemeldet werden muss, damit der Strom fließen kann.
In einem Dielektrikum ähnelt das Diagramm dem, das Halbleiter beschreibt, aber der Unterschied liegt nur in der Bandlücke - es ist hier um ein Vielfaches groß. Die Unterschiede sind auf die innere Struktur und Substanz zurückzuführen.
Wir haben die drei wichtigsten Materialtypen untersucht und Beispiele und Merkmale angegeben. Ihr Hauptunterschied ist die Fähigkeit, Strom zu leiten. Daher hat jeder von ihnen seinen eigenen Anwendungsbereich gefunden: Leiter werden zur Übertragung von Elektrizität verwendet, Dielektrika - zur Isolierung unter Spannung stehender Teile, Halbleiter - für die Elektronik. Wir hoffen, dass die bereitgestellten Informationen Ihnen geholfen haben, die Leiter, Halbleiter und Dielektrika in einem elektrischen Feld sowie den Unterschied zwischen ihnen zu verstehen.
Schließlich empfehlen wir, ein nützliches Video zum Thema anzusehen:
Sicher wissen Sie nicht:
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