Τι είναι οι αγωγοί, οι ημιαγωγοί και τα διηλεκτρικά
Τι είναι ο αγωγός;
Μια ουσία στην οποία υπάρχουν φορείς δωρεάν χρέωσης ονομάζεται αγωγός. Η κυκλοφορία των ελεύθερων φορέων ονομάζεται θερμική. Το κύριο χαρακτηριστικό ενός αγωγού είναι η αντίσταση του (R) ή η αγωγιμότητα (G) - η αντίστροφη αντίσταση.
G = 1 / R
Με απλά λόγια, ένας αγωγός διεξάγει ρεύμα.
Τα μέταλλα μπορούν να αποδοθούν σε τέτοιες ουσίες, αλλά αν μιλάμε για μη μέταλλα, τότε, για παράδειγμα, ο άνθρακας είναι ένας άριστος αγωγός, που βρέθηκε εφαρμογή σε συρόμενες επαφές, για παράδειγμα, ηλεκτρικές βούρτσες κινητήρα. Υγρό χώμα, διαλύματα αλάτων και οξέων στο νερό, το ανθρώπινο σώμα εκπέμπει επίσης ρεύμα, αλλά η ηλεκτρική αγωγιμότητα τους είναι συχνά μικρότερη από αυτή του χαλκού ή του αλουμινίου, για παράδειγμα.
Τα μέταλλα είναι εξαιρετικοί αγωγοί, ακριβώς λόγω του μεγάλου αριθμού φορέων δωρεάν στη δομή τους. Υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, τα φορτία αρχίζουν να κινούνται, καθώς και αναδιανομή, παρατηρείται το φαινόμενο της ηλεκτροστατικής επαγωγής.
Τι είναι το διηλεκτρικό;
Τα διηλεκτρικά είναι ουσίες που δεν έχουν ρεύμα ή αγωγές, αλλά πολύ άσχημα. Δεν έχουν φορείς δωρεάν φορτίου, επειδή η σύνδεση ατομικών σωματιδίων είναι αρκετά ισχυρή για να σχηματίσει ελεύθερους φορείς, επομένως, υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, δεν υπάρχει ρεύμα στο διηλεκτρικό.
Το αέριο, το γυαλί, τα κεραμικά, η πορσελάνη, μερικές ρητίνες, ο κλωστολίτης, ο καρμπολίτης, το αποσταγμένο νερό, το ξηρό ξύλο, το καουτσούκ - είναι διηλεκτρικά και δεν έχουν ηλεκτρικό ρεύμα. Στην καθημερινή ζωή, τα διηλεκτρικά βρίσκονται παντού, για παράδειγμα, κατασκευάζονται θήκες ηλεκτρικών συσκευών, ηλεκτρικοί διακόπτες, βύσματα, πρίζες κ.λπ. Στα ηλεκτροφόρα καλώδια, οι μονωτές κατασκευάζονται από διηλεκτρικά.
Ωστόσο, παρουσία ορισμένων παραγόντων, για παράδειγμα, ένα αυξημένο επίπεδο υγρασίας, μια ένταση ηλεκτρικού πεδίου πάνω από την επιτρεπόμενη τιμή, κ.λπ., οδηγεί στο γεγονός ότι το υλικό αρχίζει να χάνει τις διηλεκτρικές του λειτουργίες και γίνεται αγωγός. Μερικές φορές μπορείτε να ακούσετε φράσεις όπως «καταστροφή του μονωτή» - αυτό είναι το φαινόμενο που περιγράφεται παραπάνω.
Εν ολίγοις, οι κύριες ιδιότητες ενός διηλεκτρικού στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας είναι ηλεκτρική μόνωση. Είναι η ικανότητα να εμποδίζει τη ροή ρεύματος που προστατεύει ένα άτομο από ηλεκτρικούς τραυματισμούς και άλλα προβλήματα. Το κύριο χαρακτηριστικό ενός διηλεκτρικού είναι η ηλεκτρική ισχύς - τιμή ίση με την τάση διακοπής.
Τι είναι ο ημιαγωγός;
Ο ημιαγωγός διεξάγει ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά όχι σαν μέταλλα, αλλά υπό ορισμένες προϋποθέσεις - δίνοντας στην ουσία ενέργεια στις σωστές ποσότητες.Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπάρχουν πάρα πολλοί ελεύθεροι φορείς (οπές και ηλεκτρόνια) ή δεν υπάρχουν καθόλου, αλλά εάν εφαρμόσετε μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας, θα εμφανιστούν. Η ενέργεια μπορεί να είναι διαφόρων μορφών - ηλεκτρική, θερμική. Επίσης, ελεύθερες τρύπες και ηλεκτρόνια σε έναν ημιαγωγό μπορούν να προκύψουν υπό την επίδραση της ακτινοβολίας, για παράδειγμα, στο φάσμα UV.
Πού χρησιμοποιούνται οι ημιαγωγοί; Κάνουν τρανζίστορ, θυρίστορ, διόδους, μικροκυκλώματα, LED και άλλα. Αυτά τα υλικά περιλαμβάνουν πυρίτιο, γερμάνιο, μίγματα διαφορετικών υλικών, για παράδειγμα, galium arsenide, selenium, αρσενικό.
Για να καταλάβουμε γιατί ένας ημιαγωγός μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά όχι σαν μέταλλα, είναι απαραίτητο να εξεταστούν αυτά τα υλικά από την άποψη της θεωρίας της ζώνης.
Θεωρία Ζώνης
Η θεωρία ζώνης περιγράφει την παρουσία ή την απουσία φορέων δωρεάν φορτίου σε σχέση με ορισμένα ενεργειακά στρώματα. Το επίπεδο ενέργειας ή το στρώμα είναι η ποσότητα ενέργειας των ηλεκτρονίων (πυρήνες ατόμων, μόρια - απλά σωματίδια), μετρούνται στην τιμή των Ηλεκτρονικών βολτ (EV).
Η παρακάτω εικόνα δείχνει τρεις τύπους υλικών με τα επίπεδα ενέργειας τους:
Σημειώστε ότι τα επίπεδα ενέργειας του αγωγού από τη ζώνη σθένους έως τη ζώνη αγωγιμότητας συνδυάζονται σε ένα αναπόσπαστο διάγραμμα. Οι ζώνες αγωγιμότητας και σθένους αλληλοεπικαλύπτονται, αυτό ονομάζεται ζώνη επικάλυψης. Ανάλογα με την παρουσία ηλεκτρικού πεδίου (τάση), θερμοκρασίας και άλλων παραγόντων, ο αριθμός των ηλεκτρονίων μπορεί να ποικίλει. Χάρη στα παραπάνω, τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν σε αγωγούς, ακόμα κι αν τους πείτε κάποια ελάχιστη ποσότητα ενέργειας.
Ένας ημιαγωγός έχει ένα απαγορευμένο ορισμένο μεταξύ της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας. Το διάκενο ζώνης περιγράφει πόση ενέργεια πρέπει να αναφέρεται στον ημιαγωγό για να ρέει το ρεύμα.
Σε ένα διηλεκτρικό, το διάγραμμα είναι παρόμοιο με αυτό που περιγράφει τους ημιαγωγούς, αλλά η διαφορά είναι μόνο στο κενό ζώνης - είναι πολλές φορές μεγάλο εδώ. Οι διαφορές οφείλονται στην εσωτερική δομή και την ουσία.
Εξετάσαμε τους τρεις βασικούς τύπους υλικών και δώσαμε παραδείγματα και χαρακτηριστικά. Η κύρια διαφορά τους είναι η ικανότητα να τρέχει ρεύμα. Επομένως, καθένας από αυτούς έχει βρει τη δική του σφαίρα εφαρμογής: οι αγωγοί χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας, διηλεκτρικά - για μόνωση ζωντανών ανταλλακτικών, ημιαγωγοί - για ηλεκτρονικά. Ελπίζουμε ότι οι παρεχόμενες πληροφορίες σας βοήθησαν να κατανοήσετε ποιοι είναι οι αγωγοί, οι ημιαγωγοί και τα διηλεκτρικά σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, καθώς και ποια είναι η διαφορά μεταξύ τους.
Τέλος, συνιστούμε να παρακολουθήσετε ένα χρήσιμο βίντεο σχετικά με το θέμα:
Σίγουρα δεν ξέρετε:
Φόρτωση ...
