Mik azok a vezetők, félvezetők és dielektrikumok?
Mi az a karmester?
Olyan anyagot, amelyben szabad töltőanyagok vannak jelen, vezetőnek nevezzük. A szabad hordozók mozgását hőnek nevezzük. A vezető fő jellemzője az ellenállás (R) vagy vezetőképesség (G) - az ellenállás viszonossága.
G = 1 / R
Egyszerű szavakkal - egy vezető áramot vezet.
A fémeket hozzá lehet rendelni ezekhez az anyagokhoz, de ha nem fémekről beszélünk, akkor például a szén kiváló vezető, és alkalmazható csúszó érintkezőkben, például elektromos motorkefékben. Nedves talaj, sók és savak vizes oldataiban az emberi test szintén áramot vezet, de ezek elektromos vezetőképessége gyakran alacsonyabb, mint például a réz vagy az alumíniumé.
A fémek kiváló vezetők, éppen azért, mert szerkezetükben nagyszámú ingyenes töltőhordozó található. Egy elektromos mező hatására a töltések mozogni kezdenek, és újból eloszlanak, megfigyelhető az elektrosztatikus indukció jelensége.
Mi az dielektrikum?
Az dielektrikumok olyan anyagok, amelyek nem vezetnek áramot vagy vezetnek, de nagyon rosszul. Nincsenek szabad töltéshordozóik, mivel az atomszemcsék kötődése elég erős ahhoz, hogy szabad hordozókat képezzen, tehát egy elektromos mező hatására a dielektromos áram nem lép fel.
Gáz, üveg, kerámia, porcelán, néhány gyanta, textolit, karbolit, desztillált víz, száraz fa, gumi - dielektrikumok és nem vezetnek áramot. A mindennapi életben az dielektrikákat mindenhol megtalálják, például ezekből készülnek elektromos készülékek házai, elektromos kapcsolók, csatlakozók, aljzatok stb. Az elektromos vezetékekben a szigetelők dielektromos készülékekből készülnek.
Bizonyos tényezők, például a megnövekedett páratartalom, az megengedett érték feletti elektromos térerősség stb. Jelenlétében azonban az alakul ki, hogy az anyag elveszíti dielektromos funkcióit, és vezetővé válik. Időnként olyan kifejezéseket hallhat, mint például a „szigetelő lebontása” - ez a fentebb leírt jelenség.
Röviden: a dielektrikum fő tulajdonságai a villamos energia területén az elektromos szigetelés. Az áramlás akadályozásának képessége megvédi az embert az elektromos sérülésektől és más balesetektől. Az dielektrikum fő jellemzője az elektromos szilárdság - egy érték, amely megegyezik a lebontási feszültséggel.
Mi az a félvezető?
A félvezető elektromos áramot vezet, de nem olyan, mint a fémek, de bizonyos feltételek mellett - az anyagnak megfelelő mennyiségben adva energiát.Ennek oka az a tény, hogy túl kevés szabad hordozó (lyukak és elektronok), vagy egyáltalán nincs, de ha egy bizonyos energiát felváltanak, akkor megjelennek. Az energia különböző formájú lehet - elektromos, hő. A félvezetőben a szabad lyukak és elektronok sugárzás hatására is előfordulhatnak, például az UV spektrumban.
Hol használnak félvezetőket? Tranzisztorok, tirisztorok, diódák, mikroáramkörök, LED-ek és még sok más készülnek. Ezen anyagok közé tartozik a szilícium, germánium, különféle anyagok keveréke, például a galium-arzenid, szelén, arzén.
Annak megértéséhez, hogy egy félvezető miért vezet elektromos áramot, de nem úgy, mint a fémek, ezeket az anyagokat a sávos elmélet szempontjából kell megvizsgálni.
Zónaelmélet
A zónaelmélet leírja a szabad töltéshordozók jelenlétét vagy hiányát bizonyos energiarétegekhez viszonyítva. Az energiaszint vagy a réteg az elektronok (atommagok, molekulák - egyszerű részecskék) energiamennyiségére utal, ezeket az elektronvolt (EV) értékében mérik.
Az alábbi kép háromféle anyagot mutat be azok energiaszintjével:
Felhívjuk figyelmét, hogy a vezető energiaszintje a valencia sávtól a vezető sávig elválaszthatatlan diagramban van összevonva. A vezetőképesség és a valencia sávok átfedik egymást, ezt átfedési zónának nevezzük. Az elektromos mező jelenlététől (feszültség), hőmérséklettől és más tényezőktől függően az elektronok száma változhat. A fentieknek köszönhetően az elektronok a vezetőkben mozoghatnak, még akkor is, ha minimális mennyiségű energiát mondanak nekik.
A félvezetőnek bizonyos korlátozása van a valencia sáv és a vezető sáv között. A sávrés leírja, mennyi energiát kell jelenteni a félvezetőnek az áram áramlásához.
Dielektrikában a diagram hasonló a félvezetőket leíró diagramhoz, de a különbség csak a sávrésnél van - itt sokszor nagy. A különbségek a belső szerkezetből és anyagból adódnak.
Megvizsgáltuk a három fő anyagtípust, és példákat és jellemzőket mutattunk be. Fő különbség az áramvezetés képessége. Ezért mindegyik megtalálta a saját alkalmazási körét: a vezetékeket villamosenergia-átvitelre, dielektrikákat - feszültség alatt álló alkatrészek szigetelésére, félvezetőket - az elektronikára használják. Reméljük, hogy a rendelkezésre bocsátott információk segítenek megérteni az elektromos mező vezetékeit, félvezetőit és dielektrikáit, és mi a különbség közöttük.
Végül azt javasoljuk, hogy nézzen meg egy hasznos videót a témáról:
Bizonyára nem tudod:
Betöltés ...
