Właściwości elektryczne materiałów

Ten powszechnie używany kabel składa się z drutu miedzianego, metalu o wysokim poziomie, pokrytym izolacją plastiku, bardzo niskim materiałem przewodnictwa

Jakie są właściwości elektryczne materiałów?

właściwości elektryczne materiałów są te, które określają ich reakcję na przejście prądu elektrycznego, to znaczy ich zdolność do postępowania i odporności (właściciela odpowiednio elektryczności i odporności na przejście tego samego). Zgodnie z tym kryterium materiały są podzielone na trzy kategorie: przewodniki, izolatory i półprzewodniki.

Rozmieszczenie cząstek tworzących atom jest odpowiedzialny za tę odpowiedź. Dwa najważniejsze, protony i elektrony charakteryzują się ładowaniem elektrycznym, właściwością materii, podobnie jak masa.

W przypadku materiałów przewodzących łatwo jest ustanowić prąd elektryczny, ponieważ niektóre mają wolne elektrony, które nie są powiązane z konkretnym atomem. Zwykle ruch tych elektronów jest losowy, ale jeśli jakikolwiek agent zewnętrzny zajmie się ich przeniesieniem w celu uporządkowania, generowany jest prąd.

Przeciwnie, jądro atomowe w materiałach izolacyjnych jest w stanie mocniej zatrzymać elektrony, więc nie jest tak proste, że przepływają przez nich ładunki elektryczne.

Jeśli chodzi o materiały półprzewodników, mają one cechy pośrednie, to znaczy mogą prowadzić energię elektryczną w pewnych okolicznościach. To sprawia, że ​​są one szczególnie przydatne w urządzeniach elektronicznych, ponieważ służą jako wzmacniacze i jako regulatory intensywności i przejście prądu, między innymi.

Może ci służyć: gradient ciśnienia: co to jest i jak jest obliczane

Jakie są właściwości elektryczne materiałów?

Przewodność elektryczna

Angielski fizyk Stephen Gray (1666-1736) był jednym z pierwszych, którzy klasyfikowali materiały w przewodnikach i izolatorach, zgodnie z ich łatwością prowadzenia energii elektrycznej. Oczywiście idealnym sposobem na znalezienie jest przekazywania prądu elektrycznego przez różne materiały i zbadanie odpowiedzi każdego.

Jednak gdy prąd elektryczny jest rozpowszechniany przez obiekt, w środku tworzona jest gęstość prądu (intensywność na jednostkę), co dla wielu substancji jest proporcjonalne do wytwarzanego pola elektrycznego.

Zarówno pole elektryczne, jak i gęstość prądu to ilości wektorowe, więc są one oznaczone odważnym, aby odróżnić je od tych, które nie są. Jeśli nazywane jest pole elektryczne I A gęstość prądu jest J, Następnie możesz napisać:

J ∝ I

Gdzie czyta symbol „∝” ... jest proporcjonalny do ... ”. Aby ustalić równość, wymagana jest stała proporcjonalności, zwana σ (czytaj „sigma”), która jest znana jako znana jako Przewodność elektryczna materiału. Zatem:

J = σ I

Jednostki

Przewodność elektryczna jest wyrażana w wzmacniaczach /woltach lub w skrócie a /v ∙ m, ponieważ gęstość prądu podano w A /M² i pole elektryczne w v/m. Iloraz między prądem, który przechodzi przez materiał a napięciem, to przewodnictwo G, a jego jednostka miary to Siemens I jest skrócony, dlatego przewodność σ można również wyrazić jako S/M lub S ∙ m⁻¹.

Materiały, w których J = σ I Wiedzą, jak Materiały omowe, Cóż, jest to mikroskopowa forma dobrze znanego prawa OHM dla rezystancyjnych obwodów elektrycznych v = i ∙ r, gdzie v jest napięciem, a prąd i r rezystancja elektryczna.

Może ci służyć: jakie są właściwości materii? (Z przykładami)

Substancje i materiały przewodowe

Prawo Ohma określa, że ​​im wyższe pole elektryczne w kierowcy, tym większa gęstość prądu, fakt, który jest faworyzowany, gdy σ jest duży. Stąd dobre sterowniki to te o wysokiej przewodności σ.

Materiały z łatwością do transportu prądu mogą być przewodami elektronicznymi lub przewodami elektrolitycznymi. Te pierwsze mają super -podane wolne elektrony, które są elektronami niewielki lub nic powiązane z pewnym konkretnym atomem, a zatem mogą krążyć przez materiał. Wśród nich metale wyróżniają się: na przykład srebro, miedź i złoto.

Gdy napięcie jest ustalane w kawałku miedzi, tworzone jest pole elektryczne, w którym poruszają się wolne elektrony, wytwarzając prąd elektryczny w przeciwnym kierunku do pola.

Drugi rodzaj przewodów, elektrolityczny, są roztworami w wodnej pożywce różnych kwasów, zasad lub soli. W nich jazda odbywa się dzięki dodatnim i ujemnym jonom (odpowiednio kationom i anionom), zdolnym do poruszania się na środku, kierowanym przez elektrody z obciążeniem przeciwnym znakiem.

Z wyjątkiem wysokich napięć, przewody elektrolityczne są również zgodne z prawem Ohma.

Tabela przewodzącego

Poniższa tabela pokazuje przewodność różnych materiałów, przewodów, półprzewodników i izolatorów, w temperaturze 20 ° C.

Przewodność różnych materiałów można zaobserwować, stosując temperaturę 20 ° C

Temperatura jest ważnym czynnikiem przewodnictwa elektrycznego, ponieważ w wyższej temperaturze przewodność maleje, z powodu agitacji termicznej. W ten sposób atomy wibrują szybciej, zwiększając liczbę zderzeń między nimi a wolnymi elektronami, których ruch jest bardziej nieuporządkowany.

Może ci służyć: stacjonarna teoria stanu: historia, wyjaśnienie, wiadomości

Przeciwnie, gdy temperatura spadnie, materiały mają tendencję do zwiększania przewodności. Niektóre mogą stać się bardzo niskiej temperatury nadprzewodników, co oznacza, że ​​ich przewodność jest praktycznie nieskończona.

Chociaż metale są materiałami napędzającymi par excellence, grafen ma największą przewodność, jak możemy obserwować w tabeli.

On Grafen To nie jest metal, ale substancja wykonana z czystego węgla, którego atomy są ułożone w wysoce regularną strukturę. Będąc również doskonałym przewodnikiem cieplnym, grafen może wspierać przejście wysokich prądów elektrycznych bez uszkodzenia ciepła.

Przewodność i rezystywność

Jeśli chodzi o przewody elektroniczne, ciężko pracujesz z rezystywnością, zamiast przewodnictwa.

Rezystywność jest wzajemną lub odwrotną przewodnictwem. Oznacza to, że im większa przewodność materiału, tym niższa jego rezystywność.

Rezystywność jest oznaczona grecką literą ρ (czyta „Rho”) i jak wspomniano powyżej, może być wyrażona przez:

ρ = 1 / σ

W przeciwieństwie do przewodności, oporność wzrasta wraz z temperaturą, w wyższej temperaturze, większa oporność.

Bibliografia

1. Bauer, w. 2011. Fizyka inżynierii i nauki. Głośność 2. MC Graw Hill.  
2. Callister, w. Nauka i inżynieria materiałów. Odwróciłem się.
3. Otwórz Stax. Fizyka uczelni. Źródło: OpenStax.org.