Сейчас всë загрузим...
В электротехнике различают основные типы материалов проводники, полупроводники, диэлектрики, которые имеют существенные отличия в проводимости электрического тока.
К этой категорию относятся материалы проводящие электрический ток. Благодаря наличию в них свободных заряженных частиц, к ним относятся ионы, электроны, способных перемещаться при создании разности потенциалов, создается движение между полюсами, называемое током.
Основные характеристики проводников – это сопротивление (R), величина которого измеряется в Омах, и проводимость (G), величина которой обратно пропорциональна сопротивлению и измеряется в Сименс.
R = U/I (Ом), G = 1/R (S).
Где U – напряжение (В), I – сила тока (А).
Помимо всего прочего сопротивление зависит от материала, длины и площади поперечного сечения проводника.
R = p х I/S (Ом)
Где р – удельное сопротивление проводника (табличное значение), I – длинна (мм), S – площадь сечения (мм²).
Проводниками являются различные металлы, растворы солей, кислот, углерод.
Те проводники, где образование электрического тока происходит за счет движения электронов, называются проводниками первого порядка (металлы), где за счет ионов, те причисляются ко второму порядку (электролиты)
Как показала практика, наиболее лучшей проводимостью обладают металлы, оказывающие меньшее сопротивление протекающему току, благодаря чему данный материал применяют для изготовления шнуров, кабелей.
В противоположность проводнику, диэлектриками называют материалы с большим сопротивлением, которые практически не проводят электрический ток или осуществляют это в малых количествах.
Данное свойство обусловлено отсутствием достаточного количества носителей электрического заряда.
Сюда относятся керамика (фарфор), карболит, пластики, резины, стекло, дерево, дистилированная вода, их свойства используют при производстве изоляторов.
Полупроводник — в плане проводимости материал занимает промежуточное звено между проводниками и диэлектриками, Основным отличием от проводника является то, что его проводимость зависит, главным образом, от температуры, так же наличия примесей, а так же воздействия иных факторов, например, различных излучений.
Иными словами, если увеличить температуру до определенного диапазона, то полупроводник становится проводником.
Полупроводники широко применяются в промышленности, электронике, на их основе создаются диоды, транзисторы, тиристоры.
Основой градации материалов на проводники, полупроводники и диэлектрики является Зонная теория твердых тел.
Суть теории состоит в том, что в соответствие с моделью атома каждый электрон находится на своей орбите, которая смещается под воздействием соседних. Таким образом происходит взаимное изменение энергетических уровней орбит.
Теоретически, с близких к ядру атома орбит электроны могут перейти на другой уровень, а с внешних, разделяющихся на подуровни, переход электронов происходит достаточно просто, соответственно при появлении разности потенциалов электроны, перемещающиеся по находящимся рядом орбитам, образуют вектор движения, в результате чего и образуется упорядоченное течение электронов, называемое электрический ток.
Изначально свободные электроны находятся в валентной зоне, для того чтобы они перешли в зону проводимости, необходимо преодолеть запрещенную зону.
Схематично это можно представить следующим образом.
Как показано на рисунке, у проводников практически отсутствует запретная зона, валентная зона переходит в зону проводимости.
У полупроводников запрещенная зона есть, ее ширина обозначает величину (номинал) энергии, необходимой для того что бы через нее началось упорядоченное движение электронов.
Запрещенная область диэлектрика весьма внушительна, переход электронов через нее практически невозможен, соответственно, то количество энергии, которое понадобится для ее преодоления вызовут разрушение материала.