Materiaalien sähköominaisuudet

Tämä kaapeli, yleisesti käytetty, koostuu kuparilangasta, korkea -cost -metallista, peitetty eristävällä muovilla, erittäin alhainen johtavuusmateriaali

Mitkä ovat materiaalien sähköominaisuudet?

Se sähköominaisuudet Materiaalista ovat niitä, jotka määrittävät niiden vasteen sähkövirran, toisin sanoen kykynsä johtaa ja vastustaa (omistavat sähköisen ja vastaavasti vastustuksen siirtämisen ja vastustuskyvyn. Tämän kriteerin mukaan materiaalit luokitellaan kolmeen luokkaan: johtimet, eristimet ja puolijohteet.

Atomin muodostavien hiukkasten sijoitus on vastuussa tästä vastauksesta. Kahdelle tärkeimmälle protoneille ja elektronille on ominaista sähkövaraus, aineen ominaisuus, aivan kuten massa.

Johtavien materiaalien tapauksessa on helppo luoda sähkövirta sisälle, koska joillakin on ilmaisia ​​elektroneja, joita ei ole kytketty tiettyyn atomiin. Normaalisti näiden elektronien liikkuminen on satunnaista, mutta jos joku ulkoinen agentti huolehtii niiden siirtämisestä järjestyksessä, virta syntyy.

Päinvastoin, eristysmateriaalien atomiydin pystyy säilyttämään elektronit tiukemmin, joten se ei ole niin yksinkertainen, että sähköiset varaukset kiertävät niiden läpi.

Puolijohdemateriaalien suhteen näillä on väliominaisuudet, ts. Ne voivat johtaa sähköä tietyissä olosuhteissa olosuhteissa. Tämä tekee niistä erityisen hyödyllisiä elektronisissa laitteissa, koska ne toimivat vahvistimina ja voimakkuuden ja virran kulkemisen säätiminä muun muassa, muun muassa.

Se voi palvella sinua: Painegradientti: Mikä se on ja miten se lasketaan

Mitkä ovat materiaalien sähköominaisuudet?

Sähkönjohtavuus

Englantilainen fyysikko Stephen Gray (1666-1736) oli yksi ensimmäisistä, joka luokitteli materiaaleja johtimiin ja eristimiin, niiden helppouden suorittamisen mukaan. Luonnollisesti ihanteellinen tapa selvittää on siirtää sähkövirta eri materiaalien kautta ja tutkia kunkin vaste.

Kuitenkin, kun sähkövirta kiertää objektin kautta, sisälle luodaan virrantiheys (intensiteetti yksikköä kohti), joka on monilla aineilla verrannollinen tuotettuun sähkökenttään.

Sekä sähkökenttä että virrantiheys ovat vektorimääriä, joten ne merkitään lihavoituna, jotta ne voidaan erottaa niistä, jotka eivät ole. Jos sähkökenttää kutsutaan JA Ja virrantiheys on J -, Sitten voit kirjoittaa:

J - ∝ JA

Missä "∝" -symboli lukee "... on verrannollinen ...". Tasa -arvon määrittämiseksi vaaditaan suhteellisuusvakio, nimeltään σ (lue "sigma"), joka tunnetaan nimellä sähkönjohtavuus materiaalista. Täten:

J - = σ JA

Yksiköt

Sähkönjohtavuus ilmenee ampeereina /volttimetrillä tai lyhennettynä A /V ∙ M, koska virrantiheys on annettu A /M: ssä² ja sähkökenttä V/M. Materiaalin läpi kulkevan virran ja siihen sovelletun jännitteen välinen osoitus on G -johtavuus ja sen mittayksikkö on Siemens Ja siksi se on lyhennetty, johtavuus σ voidaan ilmaista myös s/m tai s ∙ m⁻¹.

Materiaalit, joissa J - = σ JA He tietävät miten Ohmismateriaalit, No, tämä on hyvin tunnettujen OHM -lain mikroskooppinen muoto resistiivisille sähköpiireille V = i ∙ r, missä V on jännite, ja virta ja r sähkövastus.

Voi palvella sinua: mitkä ovat aineen ominaisuudet? (Esimerkkejä)

Johtimet ja materiaalit

Ohmin laissa todetaan, että mitä korkeampi kuljettajan sähkökenttä, sitä suurempi nykyinen tiheys on tosiasia, joka suositaan, kun σ on suuri. Siksi hyvät kuljettajat ovat niitä, joilla on korkea σ johtavuus.

Materiaalit, joilla on helppo kuljettaa virtaa. Ensimmäisellä on niin kutsuttu vapaat elektronit, jotka ovat elektroneja vähän tai ei mitään linkitettyä tiettyyn atomiin, ja siksi ne voivat kiertää materiaalin läpi. Heidän joukossaan metallit erottuvat: esimerkiksi hopea, kupari ja kulta.

Kun jännite on muodostettu kuparikappaleeseen, luodaan sähkökenttä, jonka sisällä ilmaiset elektronit liikkuvat, tuottaen sähkövirran vastakkaiseen suuntaan kentän kanssa.

Toinen tyyppiset johtimet, elektrolyyttiset, ovat liuoksia erilaisten happojen, emäksen tai suolojen vesipitoisessa väliaineessa. Näissä ajaminen suoritetaan positiivisten ja negatiivisten ionien (vastaavasti kationien ja anionien) ansiosta, jotka kykenevät liikkumaan keskellä, ohjaavat elektrodit, joilla on vastakkainen merkkikuormitus.

Lukuun ottamatta korkeita jännitteitä, elektrolyyttiset johtimet noudattavat myös ohmin lakia.

Johtava pöytä

Seuraava taulukko näyttää erilaisten materiaalien, johtimien, puolijohteiden ja eristeiden johtavuuden 20 ° C: n lämpötilassa.

Eri materiaalien johtavuus voidaan havaita levittämällä lämpötila 20 ° C

Lämpötila on tärkeä tekijä sähkönjohtavuudelle, koska korkeammassa lämpötilassa johtavuus vähenee, lämpökatkaisusta johtuen. Tällä tavoin atomit värähtelevät nopeammin lisäämällä niiden ja vapaiden elektronien välisten törmäysten määrää, joiden liike on häiriöllisempi.

Se voi palvella sinua: Kiinteä valtion teoria: Historia, selitys, uutiset

Päinvastoin, kun lämpötila laskee, materiaalit yleensä lisäävät niiden johtavuutta. Joistakin voi tulla erittäin matalan lämpötilan suplajohteita, mikä tarkoittaa, että niiden johtavuus on käytännössä ääretön.

Vaikka metallit ovat ajamateriaaleja parilla, grafeeni on suurin johtavuus, kuten voimme havaita pöydässä.

Hän Grafeeni Se ei ole metalli, vaan puhdasta hiilestä valmistettu aine, jonka atomit on järjestetty erittäin säännölliseen rakenteeseen. Koska grafeeni on myös erinomainen lämpöjohdin, se voi tukea korkeiden sähkövirtojen kulkua ilman lämmön vahingoittamista.

Johtavuus ja resistiivisyys

Elektronisten johtimien suhteen työskentelet ahkerasti resistiivisesti johtavuuden sijasta.

Resistiivisyys on johtavuuden vastavuoroinen tai käänteinen. Tämä tarkoittaa, että mitä suurempi materiaalin johtavuus, sitä pienempi sen resistiivisyys.

Resistiivisyys on merkitty kreikkalaisella kirjaimella ρ (se lukee ”Rho”) ja kuten edellä sanotaan, se voidaan ilmaista:

ρ = 1 / σ

Vastoin johtavuutta, resistiivisyys kasvaa lämpötilan kanssa siten korkeammassa lämpötilassa, suuremmassa resistiivisyydessä.

Viitteet

1. Bauer, W. 2011. Fysiikka tekniikkaan ja tieteisiin. Nide 2. MC Graw Hill.  
2. Callister, W. Materiaalien tiede ja tekniikka. Käännyin.
3. Avaa stax. Korkeakoulufysiikka. Haettu osoitteesta: OpenStax.org.