At ang kanilang mga pangunahing katangian. Ano ang mga konduktor, semiconductor at dielectric? Ang mga konduktor ay mga katawan na naglalaman
Sa kuryente, mayroong tatlong pangunahing grupo ng mga materyales: conductor, semiconductors at dielectrics. Ang kanilang pangunahing pagkakaiba ay ang kakayahang magsagawa ng kasalukuyang. Sa artikulong ito titingnan natin kung paano naiiba ang mga uri ng mga materyales na ito at kung paano sila kumikilos sa isang electric field.
Ano ang isang konduktor
Ang isang sangkap kung saan naroroon ang mga carrier ng libreng bayad ay tinatawag na konduktor. Ang paggalaw ng mga libreng carrier ay tinatawag na thermal. Ang pangunahing katangian ng isang konduktor ay ang paglaban nito (R) o kondaktibiti (G) - ang kapalit ng paglaban.
Sa madaling salita, ang isang konduktor ay nagsasagawa ng kasalukuyang.
Kasama sa mga naturang sangkap ang mga metal, ngunit kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga di-metal, kung gayon, halimbawa, ang carbon ay isang mahusay na konduktor at natagpuan ang aplikasyon sa mga sliding contact, halimbawa, mga electric motor brush. Ang basang lupa, mga solusyon ng mga asing-gamot at mga acid sa tubig, at ang katawan ng tao ay nagsasagawa rin ng kasalukuyang, ngunit ang kanilang elektrikal na kondaktibiti ay kadalasang mas mababa kaysa sa tanso o aluminyo, halimbawa.
Ang mga metal ay mahusay na konduktor, tiyak dahil sa malaking bilang ng mga carrier ng libreng bayad sa kanilang istraktura. Sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field, ang mga singil ay nagsisimulang lumipat at muling namamahagi, at ang kababalaghan ng electrostatic induction ay sinusunod.
Ano ang isang dielectric
Ang mga dielectric ay mga sangkap na hindi nagsasagawa ng kasalukuyang, o nagsasagawa, ngunit napakahina. Walang mga libreng carrier ng singil sa kanila, dahil ang bono ng mga atomic na particle ay sapat na malakas upang bumuo ng mga libreng carrier ng singil, samakatuwid, sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field, walang kasalukuyang lumabas sa dielectric.
Ang gas, salamin, keramika, porselana, ilang mga resin, textolite, carbolite, distilled water, tuyong kahoy, goma ay mga dielectric at hindi nagsasagawa ng electric current. Sa pang-araw-araw na buhay, ang mga dielectric ay matatagpuan sa lahat ng dako, halimbawa, ginagamit ang mga ito upang gumawa ng mga pabahay para sa mga de-koryenteng kasangkapan, mga de-koryenteng switch, mga pabahay para sa mga plug, socket, atbp. Sa mga linya ng kuryente, ang mga insulator ay gawa sa dielectrics.
Gayunpaman, sa pagkakaroon ng ilang mga kadahilanan, halimbawa, nadagdagan ang mga antas ng halumigmig, mga lakas ng electric field sa itaas ng pinahihintulutang halaga, atbp, ay humantong sa ang katunayan na ang materyal ay nagsisimulang mawala ang mga dielectric na pag-andar nito at nagiging isang konduktor. Minsan maaari kang makarinig ng mga parirala tulad ng "insulator breakdown" - ito ang hindi pangkaraniwang bagay na inilarawan sa itaas.
Sa madaling salita, ang mga pangunahing katangian ng isang dielectric sa larangan ng kuryente ay ang pagkakabukod ng kuryente. Ito ay ang kakayahang pigilan ang daloy ng agos na nagpoprotekta sa isang tao mula sa mga pinsala sa kuryente at iba pang mga problema. Ang pangunahing katangian ng isang dielectric ay ang lakas ng kuryente nito - isang halaga na katumbas ng boltahe ng pagkasira nito.
Ano ang semiconductor
Ang isang semiconductor ay nagsasagawa ng electric current, ngunit hindi tulad ng mga metal, ngunit napapailalim sa ilang mga kundisyon - nagbibigay ng enerhiya sa sangkap sa kinakailangang dami. Ito ay dahil sa ang katunayan na mayroong napakakaunting mga libreng carrier ng singil (mga butas at mga electron) o wala, ngunit kung mag-aplay ka ng isang tiyak na halaga ng enerhiya, lilitaw ang mga ito. Ang enerhiya ay maaaring may iba't ibang anyo - elektrikal, thermal. Gayundin, ang mga libreng butas at electron sa isang semiconductor ay maaaring lumitaw sa ilalim ng impluwensya ng radiation, halimbawa sa UV spectrum.
Saan ginagamit ang mga semiconductor? Ang mga transistor, thyristors, diodes, microcircuits, LEDs, atbp ay ginawa mula sa kanila. Kabilang sa mga naturang materyales ang silicon, germanium, mga pinaghalong iba't ibang materyales, tulad ng gallium arsenide, selenium, at arsenic.
Upang maunawaan kung bakit ang isang semiconductor ay nagsasagawa ng kuryente ngunit hindi tulad ng mga metal, kailangan nating isaalang-alang ang mga materyales na ito mula sa punto ng view ng teorya ng banda.
Teorya ng sona
Ang teorya ng banda ay naglalarawan ng pagkakaroon o kawalan ng mga carrier ng libreng bayad na nauugnay sa ilang mga layer ng enerhiya. Ang antas ng enerhiya o layer ay ang dami ng enerhiya ng mga electron (atomic nuclei, molecules - simpleng particles), sinusukat sila sa Electron Volts (EV).
Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng tatlong uri ng mga materyales na may kanilang mga antas ng enerhiya:
Tandaan na para sa isang konduktor, ang mga antas ng enerhiya mula sa valence band hanggang sa conduction band ay pinagsama sa isang tuluy-tuloy na diagram. Ang conduction band at valence band ay magkakapatong sa isa't isa, ito ay tinatawag na overlap zone. Depende sa pagkakaroon ng isang electric field (boltahe), temperatura at iba pang mga kadahilanan, ang bilang ng mga electron ay maaaring magbago. Salamat sa nabanggit, ang mga electron ay maaaring lumipat sa mga conductor, kahit na sila ay binibigyan ng kaunting enerhiya.
Ang isang semiconductor ay may tiyak na banda gap sa pagitan ng valence band at ng conduction band. Inilalarawan ng band gap kung gaano karaming enerhiya ang dapat ibigay sa isang semiconductor para dumaloy ang kasalukuyang.
Sa isang dielectric, ang diagram ay katulad ng isa na naglalarawan ng mga semiconductors, ngunit ang pagkakaiba lamang ay ang banda gap - ito ay maraming beses na mas malaki dito. Ang mga pagkakaiba ay dahil sa panloob na istraktura at sangkap.
Tiningnan namin ang pangunahing tatlong uri ng mga materyales at ibinigay ang kanilang mga halimbawa at tampok. Ang kanilang pangunahing pagkakaiba ay ang kanilang kakayahang magsagawa ng kasalukuyang. Samakatuwid, ang bawat isa sa kanila ay natagpuan ang sarili nitong larangan ng aplikasyon: ang mga konduktor ay ginagamit upang magpadala ng kuryente, ang mga dielectric ay ginagamit upang i-insulate ang mga live na bahagi, ang mga semiconductor ay ginagamit para sa electronics. Umaasa kami na ang impormasyong ibinigay ay nakatulong sa iyo na maunawaan kung ano ang mga conductor, semiconductors at dielectrics sa isang electric field, pati na rin kung paano sila naiiba sa isa't isa.
Ang mga conductor ng electric current, alinsunod sa mga tuntunin at kahulugan ng GOST R 52002-2003, ay mga sangkap na ang mga pangunahing katangian ng kuryente ay mataas na electrical conductivity. Ang kanilang resistivity sa normal na temperatura ay mula 0.036 hanggang 300 μOhm m. Ang mga materyales na ito ay ginagamit para sa paggawa ng mga live na bahagi ng mga electrical installation. Kadalasan, ang mga solid ay ginagamit bilang mga conductor ng electric current, mas madalas na mga likido at gas sa isang ionized na estado.
Ang mekanismo para sa pagpasa ng kasalukuyang sa mga metal - pareho sa solid at likidong estado - ay tinutukoy ng direksyon ng paggalaw (drift) ng mga libreng electron sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field; Kaya nga tinatawag ang mga metal mga konduktor na may elektronikong kondaktibiti o konduktor ng unang uri.
Ang pinakamahalagang solidong materyales sa konduktor na praktikal na ginagamit sa electrical engineering ay mga metal at sila haluang metal Ang mga pangunahing katangian ng mga metal ay ibinibigay sa Talahanayan 3.3.
Pag-uuri ng mga metal conductor. Ang mga metal na konduktor na materyales ay nahahati sa mga sumusunod na pangunahing grupo:
Mataas na conductivity ng mga metal pagkakaroon ng resistivity ρ sa normal na temperatura na hindi hihigit sa 0.05 µOhm∙m. Ang mga high conductivity na metal ay ginagamit para sa paggawa ng mga wire, conductive cable core, windings ng mga electrical machine at transformer.
Mga superconductor– ang mga ito ay mga materyales (mga purong metal at haluang metal), ang resistivity kung saan sa napakababang temperatura na malapit sa absolute zero ay biglang bumababa sa isang hindi gaanong halaga.
Mataas na temperatura superconductor(HTSC) ay mga conductor na may transition temperature sa superconducting state na higit sa 30K.
Mga cryoconductor– ito ay mga metal na conductor na may mataas na conductivity, ang resistivity na unti-unting bumababa sa pagbaba ng temperatura at may cryogenic na temperatura(T<-395 0 С) становится гораздо меньше, чем при нормальной температуре без перехода в сверхпроводящее состояние.
Mataas na pagtutol ng mga haluang metal Sa ρ sa normal na temperatura na hindi bababa sa 0.3 μΩ ּ m. Ang mga high-resistance na metal at alloy ay ginagamit para sa paggawa ng mga resistors, electric heating device, incandescent lamp filament, atbp.
Mga metal at haluang metal para sa iba't ibang layunin. Kabilang dito ang mga refractory at mababang natutunaw na metal, pati na rin ang mga metal at haluang metal para sa mga contact ng mga de-koryenteng aparato.
Pag-uuri ng mga non-metallic conductor. Ang non-metallic solid conductors ay kinabibilangan ng:
Mga materyales sa karbon - Ang mga ito ay carbon based na materyales. Ginagamit ang mga carbon material para gumawa ng mga brush para sa mga electric machine, kasalukuyang collector insert para sa kasalukuyang collectors ng electric locomotives, at electrodes para sa mga spotlight at electric arc furnace. Ginagamit ang carbon powder sa mga mikropono.
Composite conductive na materyales– ang mga ito ay mga artipisyal na materyales na may elektronikong katangian ng electrical conductivity, na binubuo ng isang conductive phase, isang binder at mga filler na may mataas na dielectric na katangian.
Pag-uuri ng mga likido at gas na konduktor. Kasama sa mga liquid conductor ang:
Mga nilusaw na metal. Tanging ang mercury (Hg), na ang punto ng pagkatunaw ay humigit-kumulang minus 39 °C, ang maaaring gamitin bilang isang likidong metal na conductor sa normal na temperatura. Ang iba pang mga metal ay maaari lamang maging mga likidong konduktor sa mataas na temperatura sa itaas ng kanilang natutunaw na punto.
Mga electrolyte o conductor ng pangalawang uri- Ito ay mga solusyon ng acids, alkalis at salts. Electrical conductivity sa electrolytes ay ionic na karakter, dahil ang electric current sa kanila ay dahil sa direksyon ng paggalaw ng mga anion at cation. Ang proseso ng pagpasa ng electric current sa pamamagitan ng isang electrolyte ay tinatawag electrolysis. Alinsunod sa mga batas ng Faraday, kapag ang kasalukuyang dumadaan sa mga electrolyte, kasama ang paglipat ng mga singil sa kuryente, ang paglilipat ng mga electrolyte ions, i.e., mga ions ng isang conductive substance, ay nangyayari, bilang isang resulta kung saan ang komposisyon ng electrolyte ay unti-unting nagbabago, at Ang mga produktong electrolysis ay inilabas sa mga electrodes. Ang mga ionic na kristal sa molten state ay mga conductor din ng pangalawang uri.
Kasama sa mga gaseous conductor: lahat ng mga gas at singaw, kabilang ang mga metal na singaw. Sa mababang lakas ng electric field, ang mga gas ay mahusay na dielectrics. Kung ang lakas ng electric field ay lumampas sa isang tiyak na kritikal na halaga kung saan nagsisimula ang epekto ng ionization, kung gayon sa kasong ito ang gas ay maaaring maging isang conductor na may electronic at ionic conductivity. Ang isang mataas na ionized na gas na may katumbas na bilang ng mga electron sa bawat unit volume sa bilang ng mga positibong ion ay isang espesyal na conducting medium na tinatawag na plasma.
Ang mga gas at metal na singaw ay ginagamit bilang mga conductor sa mga lamp na naglalabas ng gas. Sa mga pinagmumulan ng optical radiation ng gas-discharge, ang pinakakaraniwan ay ang mga lamp na gumagamit ng discharge sa mercury vapor. Ito ay mga low-pressure fluorescent lamp (hanggang 0.03 MPa) at high-pressure mercury arc lamp (MALVs) (0.03-3 MPa).
Tingnan natin ang mga mekanismo ng conductivity at ang mga pangunahing katangian ng mga metal conductor na pinaka-malawak na ginagamit sa teknolohiya. Ang mga ito ang pangunahing uri ng mga materyales sa konduktor sa electrical at radio engineering.
Electrical conductivity ng mga metal. Ang isang solidong metal conductor ay isang kristal na sala-sala, sa mga node kung saan matatagpuan ang mga positibong sisingilin na ion. Sa puwang sa pagitan ng mga ion ay may mga libreng electron, na bumubuo sa tinatawag na elektron gas. Ang electron gas at positive metal ions, na nakikipag-ugnayan sa isa't isa, ay bumubuo ng isang malakas metal na bono. Sa kawalan ng isang electric field, ang mga libreng electron ay nasa isang estado ng magulong thermal motion, na nagbabanggaan sa vibrating atoms ng crystal lattice.
Para sa electron gas, tulad ng para sa mga ordinaryong gas, ang mga batas ng istatistika ay ginagamit. Isaalang-alang natin ang mga pangunahing probisyon ng mga batas na ito. Ang average na distansya na nilakbay ng mga electron sa pagitan ng dalawang banggaan sa mga lattice site ay tinatawag na mean free path. Ang average na oras sa pagitan ng dalawang banggaan ay tinatawag na libreng oras ng paglalakbay, na tinukoy bilang:
kung saan ay ang average na bilis ng thermal paggalaw ng mga libreng electron sa metal. Sa T=300K average na bilis =30 5 m/s =300km/s.
Ang bilis ng magulong thermal motion ng mga electron (sa isang tiyak na temperatura) para sa iba't ibang mga metal ay humigit-kumulang pareho. Ang mga konsentrasyon ng mga libreng electron ay halos pareho n sa iba't ibang mga metal. Samakatuwid, ang halaga ng tiyak na kondaktibiti (o resistivity) ay higit sa lahat ay nakasalalay lamang sa ibig sabihin ng libreng landas ng mga electron λ sa gabay na ito. Ang haba na ito, sa turn, ay tinutukoy ng istraktura ng materyal ng konduktor. Samakatuwid, ang lahat ng mga purong metal na may perpektong kristal na sala-sala ay nailalarawan sa pamamagitan ng pinakamababang halaga ng resistivity; impurities, distorting ang kristal sala-sala, humantong sa isang pagtaas ρ .
Kung mayroong isang electric field sa isang konduktor E=const, pagkatapos ay kumikilos ang isang puwersa sa mga electron mula sa larangang ito. Sa ilalim ng impluwensya ng puwersang ito, ang mga electron ay nakakakuha ng acceleration na proporsyonal sa lakas ng electric field E, Bilang isang resulta, ang direksyon ng paggalaw ng mga electron ay nangyayari. Ang itinurong kilusang ito ay tinatawag naaanod mga electron. Ang bilis ng nakadirekta na paggalaw o drift ay makabuluhang mas mababa kaysa sa bilis ng thermal motion. Sa panahon ng libreng pagtakbo, ang mga electron ay gumagalaw nang pantay na pinabilis, na nakakakuha ng pinakamataas na bilis sa pagtatapos ng libreng pagtakbo.
, (3.2)
saan ang libreng oras ng paglalakbay.
Sa dulo ng libreng landas, ang elektron, na nagbabanggaan sa mga ions ng kristal na sala-sala, ay nagbibigay sa kanila ng enerhiya na nakuha sa electric field, at ang bilis nito ay nagiging katumbas ng zero. Samakatuwid, ang average na bilis ng direksyon ng paggalaw ng elektron ay magiging katumbas ng:
, (3.3)
saan e=3.602·30 -39 C – singil ng elektron, m=9.3·30 -33 kg – mass ng elektron.
Ang direktang paggalaw ng mga electron ay lumilikha ng isang electric current, ang density nito, ayon sa klasikal na teorya ng mga metal, ay katumbas ng:
. (3.4)
Dito n- ang konsentrasyon ng mga libreng electron sa metal, ibig sabihin, ang bilang ng mga libreng electron sa bawat yunit ng dami ng metal,
- electrical conductivity metal, na kung saan ay mas malaki, mas mataas ang konsentrasyon n mga libreng electron at ang average na haba λ ng kanilang libreng landas, S/m (Siemens na hinati sa metro),
- de-koryenteng resistivity– ang reciprocal ng electrical conductivity, Ohm∙m (Ohm multiply sa metro).
Ang partikular na kondaktibiti γ ay hindi nakasalalay sa lakas ng patlang ng kuryente E kapag nagbabago ito sa isang malawak na hanay. Ang equation (3.4) ay kumakatawan sa Ohm's law sa differential form.
saan d- density ng bagay,
N A=6.022·30 23 mol -3 - Numero ni Avogadro - ang bilang ng mga elementong istruktura (mga atom, molekula, ion, atbp.) sa bawat yunit ng halaga ng isang sangkap. (nunal na katumbas ng isang gramong atom)
A – atomic mass (dating tinatawag na atomic weight) ay ang masa ng isang atom ng isang kemikal na elemento, na ipinahayag sa atomic mass units (amu). Ang isang atomic mass unit ay katumbas ng 3/32 ng mass ng isang carbon isotope na may mass number na 32 (≈3.6605402·30 -24 g).
Kapag ang mga libreng electron ay gumagalaw sa isang metal sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field, nakakakuha sila ng karagdagang kinetic energy, na ibinibigay nila sa mga node ng crystal lattice kapag nabangga sila sa kanila. Ang inilabas na enerhiya ay na-convert sa init, na nagiging sanhi ng pagtaas ng temperatura ng metal. Mga pagkalugi na tiyak sa kapangyarihan p, na inilabas sa konduktor at pinainit ito, ay tinutukoy ayon sa batas ng Joule-Lenz, na sa anyo ng kaugalian ay may anyo:
(3.6)
Tandaan na sa temperatura na katumbas ng 0 0 K, ang bilis ng thermal motion ng mga electron ay magiging zero. Hindi sila sasalungat sa mga ion na matatagpuan sa mga node ng kristal na sala-sala. Ang libreng landas λ ng mga electron ay magiging katumbas ng infinity, at ang resistivity ρ magiging katumbas ng zero (ang partikular na conductivity ay katumbas ng infinity). Sa kasong ito, ang konduktor ay hindi magpapainit.
Halimbawa 3.1 Kalkulahin ang konsentrasyon n libreng electron sa tanso sa temperatura na 300K. Densidad ng Copper d=8.94 Mg/m3. Atomic mass ng tanso A= 63.54 amu.
Solusyon. Ang konsentrasyon ng mga libreng electron sa tanso ay matatagpuan sa pamamagitan ng formula:
Dito N A=6.022·30 23 mol -3 – Avogadro’s number.
Halimbawa 3.2. Sa isang konduktor ng tanso, sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field, isang electric current ng density . Tukuyin ang average na bilis ng pag-anod ng elektron.
Solusyon. Ang electric current ay katumbas ng bilang ng mga singil na dumadaan sa bawat yunit ng oras sa pamamagitan ng cross section ng konduktor. Kung ang singil q ay pumasa sa oras na t, kung gayon ang electric current ay katumbas ng: . Ang singil q ay katumbas ng: , kung saan e=3.602·30 -39 C – singil ng elektron, n=8.47·30 28 m -3 – konsentrasyon ng electron sa tanso (tingnan ang halimbawa 3.3), V=lS- -volume ng mga electron na dumadaan sa cross section S konduktor para sa oras t, l- haba ng volume V mga electron na dumadaan sa cross section ng isang conductor sa oras t. Samakatuwid, ang expression para sa kasalukuyang ay kukuha ng anyo: 
Kasalukuyang Densidad: 
.
Narito ang average na bilis ng pag-anod ng elektron.
Mula rito: .
Halimbawa 3.3. Gaano katagal ang isang electron sa isang wire ng linya ng komunikasyon upang masakop ang distansya? L=3 km kung gumagalaw ito nang hindi bumabangga sa mga node ng crystal lattice? Potensyal na pagkakaiba sa mga dulo ng kawad U=300V.
Solusyon. Kung ang elektron ay gumagalaw nang hindi bumabangga sa mga node ng kristal na sala-sala, kung gayon ang paggalaw nito ay pantay na mapabilis at ang distansya na nilakbay ay magiging L ay matatagpuan mula sa expression: ,
saan 
- pagpabilis ng elektron,
e
m=9.33·30 -33 kg – rest mass ng electron.
Kaya naman,
Halimbawa 3.4.Hanapin ang oras ng paghahatid ng isang de-koryenteng signal sa kahabaan ng isang tansong kawad L=3km.
Solusyon. Ang paglipat ng enerhiya kasama ang mga wire ng isang overhead na linya ng kuryente ay isinasagawa ng isang electromagnetic field, na nagpapalaganap sa linya sa bilis ng liwanag c = 3·30 8 m/s. Para sa isang overhead na linya, ang oras ng paghahatid ng signal ng electromagnetic field ay magiging katumbas ng:
Ang dalawahang katangian ng elektron, i.e. Tinukoy ng pag-aari ng wave-particle duality ang katotohanan na ang mga libreng electron (conduction electron) na gumagalaw sa mga metal ay dapat ituring pareho bilang mga corpuscular particle at bilang mga particle na may mga katangian ng wave. Mula sa puntong ito ng view, ang paggalaw ng mga electron sa isang metal ay ang pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave sa isang solid. Ang paglaban ng metal ay lumitaw bilang isang resulta ng pagkalat ng alon na ito sa pamamagitan ng mga thermal vibrations ng kristal na sala-sala. Ayon sa mga konsepto ng teorya ng alon, ang resistivity ng mga metal ay nauugnay din sa ibig sabihin ng libreng landas ng mga electron. Ang ratio na ito ay nakasulat tulad ng sumusunod:
(3.7)
Dito h- pare-pareho ni Planck.
Batay sa likas na alon ng mga electron, maaari rin tayong makarating sa konklusyon na ang mga purong metal ay may pinakamababang halaga ng resistivity. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga alon ng elektron ay nakakalat sa mga depekto ng kristal na sala-sala, na maihahambing sa isang distansya ng pagkakasunud-sunod ng isang-kapat ng haba ng electron. Sa isang metal conductor, ang wavelength ng isang electron ay tungkol sa –5 nm (nanometer = 30 -9 m). Ang mga depekto sa sala-sala na may sukat na mas mababa sa 5/4 nm ay hindi nagiging sanhi ng kapansin-pansing pagkalat ng mga electromagnetic wave. Ang malalaking depekto ay nagdudulot ng pagkawala ng enerhiya, na nagiging sanhi ng pagtaas ng resistensya ng kuryente. Sa perpektong mga kristal sa T = 0 0 K, ang mga electromagnetic wave ay dapat magpalaganap nang walang scattering at resistivity ρ dapat katumbas ng zero. Nangangahulugan ito na sa isang perpektong kristal sa E = 0K, ang electron free path ay may posibilidad na infinity. Ang pagkumpirma ng posisyon na ito ay ang katotohanan na ang paglaban ng mga purong annealed na metal ay may posibilidad na zero kapag ang thermodynamic na temperatura ay lumalapit sa ganap na zero. Ang pagwawaldas ng enerhiya, na humahantong sa hitsura ng paglaban, ay nangyayari sa mga kaso kung saan ang sala-sala ay naglalaman ng iba't ibang uri ng paglabag sa tamang istraktura nito. Ang anumang inhomogeneities sa istraktura ay pumipigil sa pagpapalaganap ng mga elektronikong alon at nagdudulot ng pagtaas sa resistivity ng materyal.
Halimbawa 3.5. Kalkulahin ang ibig sabihin ng libreng landas ng isang electron sa tanso sa T=300K, kung ang resistivity nito sa temperaturang ito ay 0.037 μOhm m, at ang konsentrasyon ng mga libreng electron sa tanso n= 8.47·30 28 m -3.
Solusyon. Ang resistivity ng mga metal ay nauugnay sa ibig sabihin ng libreng landas sa pamamagitan ng kaugnayan : 
.
Dito h=6.62·30 -34 J·s - pare-pareho ng Planck,
e=3.602·30 -39 C - singil ng elektron.
Mula dito ipinapahayag namin ang ibig sabihin ng libreng landas ng isang elektron: 
Halimbawa 3.6. Gaano karaming mga electron ang dadaan sa cross section ng konduktor sa oras t=2s, kung ang kasalukuyang dumadaan sa konduktor ako=8A.
Solusyon. Sa panahon ng t Ang singil ay dumadaan sa cross section ng konduktor q, katumbas ng: . Bilang ng mga electron:
Dito b e=3.602·30 -39 C – singil ng elektron,
Mga pangunahing katangian ng metal conductors: Ang pinakamahalagang mga parameter na nagpapakilala sa mga katangian ng conductive na materyales ay kinabibilangan ng: 3) tiyak na kondaktibiti γ o ang kabaligtaran na halaga nito - resistivity ρ, 2) koepisyent ng temperatura ng resistivity TKρ o α ρ , H) koepisyent ng thermal conductivity λ T(dating ito ay itinalagang γ T), 4) tiyak na kapasidad ng init Sa; 5) tiyak na init ng pagsasanib r T;6) koepisyent ng temperatura ng linear expansion TCLE; 7) trabaho function ng mga electron umaalis sa metal A, 8) contact potential difference at thermoelectromotive force e T(thermo-EMF), 9) lakas ng makunat σ ρ at pagpahaba sa break Δ l/l.
Relasyon sa pagitan ng kasalukuyang density δ, (A/m²), at lakas ng electric field E(V/m), sa isang metal na konduktor, tulad ng ipinakita sa itaas, ay ibinibigay ng kilalang formula (3.4) δ = γE, tinatawag na differential form ng Ohm's law.
Para sa isang konduktor na may resistensya R haba l at patuloy na cross section S, resistivity ρ kinakalkula ng formula
ρ = RS/l. (3.8)
Para sa pagsukat ρ konduktor na materyales, pinapayagang gamitin ang non-system unit Ohm·mm²/m. Ang ugnayan sa pagitan ng mga yunit ng resistivity ay ang mga sumusunod:
3 Ohm m = μOhm m = Ohm mm²/m, ibig sabihin. 3Ohm mm 2 /m=3μOhm m.
Saklaw ng resistivity ρ Ang mga metal conductor sa normal na temperatura ay medyo makitid: mula 0.036 para sa pilak at sa humigit-kumulang 3.4 μΩ m para sa iron-chromium-aluminum alloys.
Halimbawa 3.7 Haba ng konduktor L=50 m at diameter d=0.5mm ay kasama sa electrical circuit. Ang kasalukuyang dumadaan sa konduktor ako=7A, at ang boltahe sa mga dulo ng konduktor U=50V. Tukuyin ang resistivity ng konduktor at ang materyal na kung saan ito ginawa.
Solusyon. Mula sa ekspresyon 
Hanapin natin:
Sa paghusga sa halaga ng resistivity, ang wire ay gawa sa aluminyo.
Ang paglaban ng isang konduktor ay nakasalalay sa dalas ng kasalukuyang dumadaloy dito. Ito ay kilala na sa mataas na frequency ang kasalukuyang density ay nag-iiba sa cross section ng konduktor. Ito ay pinakamataas sa ibabaw at bumababa habang ito ay tumagos nang mas malalim sa konduktor. Ang kasalukuyang ay inilipat sa ibabaw ng konduktor. Ang kababalaghang ito ay tinatawag epekto sa ibabaw. Kung mas mataas ang dalas, mas malakas ito. Dahil nabawasan ang cross-sectional area kung saan dumadaloy ang kasalukuyang, ang resistensya ng wire sa alternating current ay naging mas malaki kaysa sa resistensya nito sa direktang kasalukuyang. Ang lalim ng pagtagos ng kasalukuyang sa isang konduktor sa isang ibinigay na dalas ay itinuturing na ang lalim kung saan ang kasalukuyang density ay bumababa ng e = 2.72 beses kumpara sa halaga nito sa ibabaw ng konduktor.
Halimbawa 3.5. Tukuyin kung gaano karaming beses ang paglaban Rf bilog na tansong kawad na may diameter d=0.9 mm sa dalas f=5MHz higit pang pagtutol R0 ang wire na ito ay nasa direktang kasalukuyang.
Solusyon. Ang lalim ng pagtagos ng electromagnetic field sa conductor ay tinutukoy ng formula:
kung saan ang resistivity ng tanso;
H/m – magnetic constant;
Relatibong magnetic permeability ng tanso.
Ang koepisyent ng pagtaas sa paglaban ng isang round wire ay tinutukoy ng:
Para sa kaso kapag ang termino sa denominator ay maaaring mapabayaan at ang formula, pinasimple, ay nasa anyo:
Paglaban ng konduktor. Konduktibidad. Mga dielectric. Paglalapat ng mga konduktor at insulator. Mga semiconductor.
Ang mga pisikal na sangkap ay magkakaiba sa kanilang mga katangiang elektrikal. Ang pinakamalawak na klase ng matter ay conductors at dielectrics.
Mga konduktor
Pangunahing katangian ng mga konduktor– ang pagkakaroon ng mga free charge carrier na lumalahok sa thermal motion at maaaring gumalaw sa buong volume ng substance.
Bilang isang patakaran, ang mga naturang sangkap ay kinabibilangan ng mga solusyon sa asin, natutunaw, tubig (maliban sa distilled), basa-basa na lupa, katawan ng tao at, siyempre, mga metal.
Mga metal ay itinuturing na pinakamahusay na mga conductor ng singil sa kuryente.
Mayroon ding napakahusay na konduktor na hindi mga metal.
Sa mga naturang conductor, ang pinakamagandang halimbawa ay carbon.
Lahat ng konduktor may mga katangian tulad ng paglaban
At kondaktibiti
. Dahil sa katotohanan na ang mga singil sa kuryente, na nagbabanggaan sa mga atomo o mga ion ng isang sangkap, ay nagtagumpay sa ilang paglaban sa kanilang paggalaw sa isang electric field, kaugalian na sabihin na ang mga konduktor ay may elektrikal na pagtutol ( R).
Ang reciprocal ng paglaban ay tinatawag na conductivity ( G).
G = 1/ R
Ibig sabihin, conductivity – Ito ay ang ari-arian o kakayahan ng isang konduktor na magsagawa ng electric current.
Kailangan mong maunawaan iyon magandang gabay kumakatawan sa napakababang pagtutol sa daloy ng mga singil sa kuryente at, nang naaayon, may mataas na conductivity. Ang mas mahusay na konduktor, mas malaki ang kondaktibiti nito. Halimbawa, ang isang tansong konduktor ay may b O
mas mataas na conductivity kaysa sa isang aluminum conductor, at ang conductivity ng isang silver conductor ay mas mataas kaysa sa parehong conductor na gawa sa tanso.
Mga dielectric
Kasama sa dielectrics, una sa lahat, ang mga gas na nagsasagawa ng mga singil sa kuryente nang napakahina. Pati na rin ang salamin, porselana, keramika, goma, karton, tuyong kahoy, iba't ibang plastik at dagta.
Mga bagay na ginawa mula sa dielectrics ay tinatawag na insulators. Dapat pansinin na ang mga dielectric na katangian ng mga insulator ay higit na nakasalalay sa estado ng kapaligiran. Kaya, sa mga kondisyon ng mataas na kahalumigmigan (ang tubig ay isang mahusay na konduktor), ang ilang mga dielectric ay maaaring bahagyang mawala ang kanilang mga katangian ng dielectric.
Tungkol sa paggamit ng mga konduktor at insulator
Hal, lahat ng mga kable ng kuryente sa bahay ay gawa sa metal (karaniwan ay tanso o aluminyo). At ang kaluban ng mga wire na ito o ang plug na nakasaksak sa socket ay dapat na gawa sa iba't ibang mga polimer, na mahusay na mga insulator at hindi pinapayagan na dumaan ang mga singil sa kuryente.
Dapat itong tandaan na ang mga terminong "konduktor" o "insulator" ay hindi nagpapakita ng mga katangian ng kalidad: ang mga katangian ng mga materyales na ito ay talagang mula sa napakahusay hanggang sa napakahirap.
Ang pilak, ginto, platinum ay napakahusay na mga conductor, ngunit ang mga ito ay mamahaling mga metal, kaya ginagamit lamang ang mga ito kung saan ang presyo ay hindi gaanong mahalaga kumpara sa pag-andar ng produkto (space, defense).
Ang tanso at aluminyo ay mahusay ding mga conductor at sa parehong oras ay mura, na paunang natukoy ang kanilang malawakang paggamit.
Ang Tungsten at molibdenum, sa kabaligtaran, ay mga mahihirap na konduktor at sa kadahilanang ito ay hindi maaaring gamitin sa mga de-koryenteng circuit (maaabala nila ang pagpapatakbo ng circuit), ngunit ang mataas na pagtutol ng mga metal na ito, na sinamahan ng refractoriness, ay paunang natukoy ang kanilang paggamit sa mga lamp na maliwanag na maliwanag. at mga elemento ng pag-init na may mataas na temperatura.
Mga insulator mayroon ding napakabuti, mabuti at masama. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga tunay na dielectric ay naglalaman din ng mga libreng electron, bagaman kakaunti ang mga ito. Ang hitsura ng mga libreng singil kahit na sa mga insulator ay dahil sa mga thermal vibrations ng mga electron: sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura, ang ilang mga electron ay namamahala pa ring humiwalay mula sa core at ang mga katangian ng insulating ng dielectric ay lumala. Ang ilang mga dielectric ay may mas maraming libreng electron at ang kalidad ng kanilang pagkakabukod ay mas malala. Ito ay sapat na upang ihambing, halimbawa, keramika at karton.
Ang pinakamahusay na insulator ay isang perpektong vacuum, ngunit ito ay halos hindi maabot sa Earth. Ang ganap na dalisay na tubig ay magiging isang mahusay na insulator, ngunit may nakakita na ba nito sa katotohanan? At ang tubig na may pagkakaroon ng anumang mga impurities ay isang medyo mahusay na konduktor.
Ang criterion para sa kalidad ng isang insulator ay ang pagsunod nito sa mga function na dapat nitong gawin sa isang partikular na circuit. Kung ang mga katangian ng dielectric ng isang materyal ay tulad na ang anumang pagtagas sa pamamagitan nito ay bale-wala (hindi nakakaapekto sa pagpapatakbo ng circuit), kung gayon ang naturang materyal ay itinuturing na isang mahusay na insulator.
Mga semiconductor
May mga substance, na sa kanilang conductivity ay sumasakop sa isang intermediate na lugar sa pagitan ng mga conductor at dielectrics.
Ang mga naturang sangkap ay tinatawag semiconductor.
Naiiba sila sa mga conductor sa malakas na pag-asa ng conductivity ng mga singil sa kuryente sa temperatura, pati na rin sa konsentrasyon ng mga impurities, at maaaring magkaroon ng mga katangian ng parehong conductor at dielectrics.
Hindi tulad ng mga metal conductor, kung saan bumababa ang conductivity sa pagtaas ng temperatura; sa semiconductors, tumataas ang conductivity sa pagtaas ng temperatura, at bumababa ang resistensya, habang bumababa ang inverse value ng conductivity.
Sa mababang temperatura paglaban ng semiconductors, tulad ng makikita mula sa kanin. 1, ay may posibilidad na infinity.
Nangangahulugan ito na sa ganap na zero na temperatura, ang isang semiconductor ay walang libreng carrier sa conduction band at, hindi katulad ng mga conductor, kumikilos tulad ng isang dielectric.
Sa pagtaas ng temperatura, pati na rin sa pagdaragdag ng mga impurities (doping), ang kondaktibiti ng semiconductor ay tumataas at nakakakuha ito ng mga katangian ng isang konduktor.
kanin. 1. Pag-asa ng paglaban ng mga conductor at semiconductors sa temperatura
