Co to jest przewodnictwo elektryczne
Mówiąc o właściwości tego lub innego ciała, aby zapobiec przepływowi prądu elektrycznego, zwykle używamy terminu „opór elektryczny”. W elektronice jest to wygodne, istnieją nawet specjalne elementy mikroelektroniczne, rezystory o takiej lub innej rezystancji nominalnej.
Ale istnieje również pojęcie „przewodnictwa elektrycznego” lub „przewodnictwa elektrycznego”, które charakteryzuje zdolność organizmu do przewodzenia prądu elektrycznego.
Biorąc pod uwagę, że rezystancja jest odwrotnie proporcjonalna do prądu, przewodność jest wprost proporcjonalna do prądu, to znaczy przewodność jest odwrotnością oporu elektrycznego.
Rezystancję mierzy się w omach, a przewodność w siemensach. Ale w rzeczywistości zawsze mówimy o tej samej właściwości materiału — jego zdolności do przewodzenia prądu.
Przewodność elektronowa sugeruje, że nośnikami ładunku tworzącymi prąd w materii są elektrony. Przede wszystkim metale mają przewodnictwo elektryczne, chociaż prawie wszystkie materiały są do tego mniej lub bardziej zdolne.
Im wyższa temperatura materiału, tym niższa jego przewodność elektronowa, ponieważ wraz ze wzrostem temperatury ruch termiczny coraz bardziej zakłóca uporządkowany ruch elektronów, a tym samym zapobiega przepływowi prądu skierowanego.
Im krótszy drut, tym większy jego przekrój poprzeczny, im większa koncentracja w nim swobodnych elektronów (im mniejszy opór właściwy), tym większa przewodność elektronowa.
Praktycznie w elektrotechnice najważniejsze jest przesyłanie energii elektrycznej przy minimalnych stratach. Z tego powodu metale odgrywa w nim niezwykle ważną rolę. Zwłaszcza te z nich, które mają maksymalną przewodność elektryczną, czyli najmniejszą określony opór elektryczny: srebro, miedź, złoto, aluminium. Stężenie wolnych elektronów w metalach jest wyższe niż w dielektrykach i półprzewodnikach.
Najbardziej opłacalne ekonomicznie jest stosowanie aluminium i miedzi jako przewodników energii elektrycznej z metali, ponieważ miedź jest znacznie tańsza niż srebro, ale jednocześnie opór elektryczny miedzi jest tylko nieznacznie wyższy niż srebra, odpowiednio przewodnictwo miedzi jest niewiele mniej niż srebro. Inne metale nie są tak ważne dla przemysłowej produkcji drutów.
Media gazowe i ciekłe, które zawierają wolne jony, mają przewodnictwo jonowe. Jony, podobnie jak elektrony, są nośnikami ładunku i mogą poruszać się pod wpływem pola elektrycznego w całej objętości ośrodka. Takie środowisko może być elektrolit… Im wyższa temperatura elektrolitu, tym wyższa jego przewodność jonowa, ponieważ wraz ze wzrostem ruchu termicznego energia jonów wzrasta, a lepkość ośrodka maleje.
W przypadku braku elektronów w sieci krystalicznej materiału może wystąpić przewodnictwo dziurowe. Elektrony przenoszą ładunek, ale zachowują się jak wolne miejsca, gdy dziury się poruszają – wolne miejsca w sieci krystalicznej materiału. Swobodne elektrony nie poruszają się tutaj jak chmura gazu w metalach.
Przewodnictwo dziurowe występuje w półprzewodnikach na równi z przewodnictwem elektronów. Półprzewodniki w różnych kombinacjach pozwalają kontrolować ilość przewodności, która jest wykazywana w różnych urządzeniach mikroelektronicznych: diodach, tranzystorach, tyrystorach itp.
Przede wszystkim metale zaczęto stosować jako przewodniki w elektrotechnice już w XIX wieku, razem z dielektrykami, izolatorami (o najniższym przewodnictwie elektrycznym), takimi jak mika, guma, porcelana.
W elektronice półprzewodniki stały się powszechne, zajmując honorowe miejsce pośrednie między przewodnikami a dielektrykami.Większość nowoczesnych półprzewodników oparta jest na krzemie, germanie, węglu. Inne substancje są używane znacznie rzadziej.