Elektrické vlastnosti materiálov

Tento kábel, bežne používaný, sa skladá z medeného drôtu, vysokého kovu, pokrytý izolačným plastom, veľmi nízkym materiálom vodivosti

Aké sú elektrické vlastnosti materiálov?

Ten elektrické vlastnosti Z materiálov sú tie, ktoré určujú ich reakciu na priechod elektrického prúdu, to znamená ich schopnosť viesť a odolávať (vo vlastníctve prenosu elektriny a odporu na jej priechod). Podľa tohto kritéria sú materiály rozdelené do troch kategórií: vodiče, izolátory a polovodiče.

Za túto odpoveď je zodpovedná dispozícia častíc, ktoré tvoria atóm. Dva z najdôležitejších protónov a elektrónov sa vyznačujú elektrickým nábojom, vlastnosťou hmoty, rovnako ako hmotnosť.

V prípade vodivých materiálov je ľahké vytvoriť vo vnútri elektrický prúd, pretože niektoré majú voľné elektróny, ktoré nie sú spojené s konkrétnym atómom. Normálne je pohyb týchto elektrónov náhodný, ale ak sa nejaký externý agent stará o ich posun v usporiadanom, generuje sa prúd.

Naopak, atómové jadro v izolačných materiáloch je schopné pevnejšie zachovať elektróny, takže nie je také jednoduché, že cez ne cirkulujú elektrické náboje.

Pokiaľ ide o polovodičové materiály, majú medziprodukty, to znamená, že za určitých okolností môžu vykonávať elektrinu. Vďaka tomu sú obzvlášť užitočné v elektronických zariadeniach, pretože slúžia ako zosilňovače a regulátory intenzity a priechod prúdu, okrem iného.

Môže vám slúžiť: tlakový gradient: Čo je to a ako sa vypočíta

Aké sú elektrické vlastnosti materiálov?

Elektrická vodivosť

Anglický fyzik Stephen Gray (1666-1736) bol jedným z prvých, ktorý klasifikoval materiály do vodičov a izolátorov, podľa ich ľahkosti vykonávať elektrinu. Ideálnym spôsobom, ako zistiť, je prirodzene prejsť elektrickým prúdom rôznymi materiálmi a študovať reakciu každého z nich.

Ak sa však elektrickým prúdom šíri cez objekt, vo vnútri sa vytvorí prúd prúdovej hustoty (intenzita na jednotku), ktorá je pre mnoho látok úmerná elektrickým poľom vyrobeným poľom.

Elektrické pole a prúdová hustota sú vektorové sumy, takže sú označené tučným písmom, aby sa odlíšili od tých, ktoré nie sú. Ak sa volá elektrické pole A A aktuálna hustota je J, Potom môžete napísať:

J ∝ A

Kde symbol "∝" znie "... je úmerný ...". Na stanovenie rovnosti sa vyžaduje konštanta proporcionality, ktorá sa nazýva σ (prečítaná „Sigma“), ktorá je známa ako elektrická vodivosť materiál. Teda:

J = σ A

Jednotky

Elektrická vodivosť je vyjadrená v AMPS /voltovom metri alebo skrátene A /V ∙ M, pretože hustota prúdu je uvedená v A /M² a elektrické pole vo V/M. Kvocient medzi prúdom, ktorý prechádza materiálom a napätím, ktoré sa naň aplikuje Siemens A je skrátená, preto môže byť vodivosť σ tiež vyjadrená ako S/M alebo S ∙ M⁻¹.

Materiály, v ktorých J = σ A Vedia ako Ohmické materiály, Toto je mikroskopická forma dobre známeho OHM zákona pre odporové elektrické obvody v = i ∙ r, kde v je napätie a prúd a r a elektrický odpor.

Môže vám slúžiť: Aké sú vlastnosti hmoty? (S príkladmi)

Látky a materiály vodiča

Ohmov zákon ustanovuje, že čím vyššie je elektrické pole v vodičovi, tým väčšia je súčasná hustota, skutočnosť, ktorá sa uprednostňuje, keď je σ veľké. Preto sú dobrí vodiči látky s vysokou σ vodivosťou.

Materiály s ľahkosťou prepravy prúdu môžu byť elektronické vodiče alebo elektrolytické vodiče. Prvý z nich má STR -zavolané voľné elektróny, ktoré sú elektróny málo alebo nič spojené s určitým konkrétnym atómom, a preto môžu cirkulovať materiálom. Medzi nimi vynikajú kovy: napríklad striebro, meď a zlato.

Ak je napätie vytvorené v kuse medi, vytvorí sa elektrické pole, v ktorom sa pohybujú voľné elektróny, ktoré vytvára elektrický prúd v opačnom smere od poľa.

Druhý typ vodičov, elektrolytické, sú roztoky vo vodnom médiu rôznych kyselín, báz alebo solí. V týchto jazdách sa vykonáva vďaka pozitívnym a negatívnym iónom (katióny a anióny), ktoré sú schopné pohybovať sa v strede, riadené elektródami s opačným znakom zaťažením.

Okrem vysokého napätia, elektrolytické vodiče tiež dodržiavajú Ohmov zákon.

Vodivosť

Nasledujúca tabuľka ukazuje vodivosť rôznych materiálov, vodičov, polovodičov a izolátorov pri teplote 20 ° C.

Vodivosť rôznych materiálov je možné pozorovať použitím teploty 20 ° C

Teplota je dôležitým faktorom pre elektrickú vodivosť, pretože pri vyššej teplote sa vodivosť znižuje v dôsledku tepelného agitácie. Týmto spôsobom atómy vibrujú rýchlejšie a zvyšujú počet kolízií medzi nimi a voľnými elektrónmi, ktorých pohyb je viac nepokojne.

Môže vám slúžiť: Stacionárna teória štátu: História, vysvetlenie, správy

Naopak, keď teplota klesne, materiály majú tendenciu zvyšovať svoju vodivosť. Niektoré sa môžu stať veľmi nízkoteplotnými supravodičmi, čo znamená, že ich vodivosť je prakticky nekonečná.

Aj keď kovy sú hnacie materiály par excellence, grafén je ten, ktorý má najväčšiu vodivosť, ako môžeme pozorovať v stole.

On Grafén Nie je to kov, ale o látku vyrobenú z čistého uhlia, ktorého atómy sú usporiadané vo vysoko pravidelnej štruktúre. Keďže je tiež vynikajúcim tepelným vodičom, môže grafén podporovať priechod vysokých elektrických prúdov bez poškodenia tepla.

Vodivosť a odpor

Pokiaľ ide o elektronické vodiče, tvrdo pracujete s odporom, namiesto vodivosti.

Odpor je recipročný alebo inverzný vodivosť. To znamená, že čím väčšia je vodivosť materiálu, tým nižšia je jeho odpor.

Odpor je označený gréckym písmenom ρ (znie „rho“) a ako je uvedené vyššie, dá sa vyjadriť:

ρ = 1 / σ

Na rozdiel od vodivosti sa rezistencia zvyšuje s teplotou, a preto pri vyššej teplote, väčší odpor.

Odkazy

1. Bauer, w. 2011. Fyzika pre inžinierstvo a vedy. Zväzok 2. MC Graw Hill.  
2. Callister, w. Veda a inžinierstvo materiálov. Obrátil som sa.
3. Otvorený Stax. Fyzika vysokej školy. Zdroj: Openstax.orgán.