Cosa sono i conduttori, i semiconduttori e i dielettrici
Che cos'è un conduttore?
Una sostanza in cui sono presenti portatori di carica gratuiti è denominata conduttore. Il movimento dei corrieri liberi è chiamato termico. La caratteristica principale di un conduttore è la sua resistenza (R) o conducibilità (G) - il reciproco della resistenza.
G = 1 / R
In parole semplici, un conduttore conduce corrente.
I metalli possono essere attribuiti a tali sostanze, ma se parliamo di non metalli, quindi, ad esempio, il carbonio è un conduttore eccellente, trovato applicazione in contatti striscianti, ad esempio spazzole per motori elettrici. Suolo umido, soluzioni di sali e acidi nell'acqua, anche il corpo umano conduce corrente, ma la loro conduttività elettrica è spesso inferiore a quella del rame o dell'alluminio, ad esempio.
I metalli sono conduttori eccellenti, proprio a causa dell'elevato numero di portatori di carica gratuiti nella loro struttura. Sotto l'influenza di un campo elettrico, le cariche iniziano a muoversi, oltre a ridistribuire, si osserva il fenomeno dell'induzione elettrostatica.
Che cos'è un dielettrico?
I dielettrici sono sostanze che non conducono corrente o conducono, ma molto male. Non hanno portatori di carica liberi, perché il legame di particelle atomiche è abbastanza forte da formare portatori liberi, quindi, sotto l'influenza di un campo elettrico, nel dielettrico non si verifica una corrente.
Gas, vetro, ceramica, porcellana, alcune resine, textolite, carbolite, acqua distillata, legno secco, gomma - sono dielettrici e non conducono corrente elettrica. Nella vita di tutti i giorni, i dielettrici si trovano ovunque, ad esempio custodie per elettrodomestici, interruttori elettrici, spine, prese, ecc. Nelle linee elettriche, gli isolanti sono realizzati in dielettrici.
Tuttavia, in presenza di determinati fattori, ad esempio un aumento del livello di umidità, un'intensità del campo elettrico superiore al valore consentito, ecc., Portano al fatto che il materiale inizia a perdere le sue funzioni dielettriche e diventa un conduttore. A volte puoi sentire frasi come "rottura dell'isolante" - questo è il fenomeno sopra descritto.
In breve, le proprietà principali di un dielettrico nel campo dell'elettricità sono l'isolamento elettrico. È la capacità di impedire il flusso di corrente che protegge una persona da lesioni elettriche e altri problemi. La caratteristica principale di un dielettrico è la resistenza elettrica, un valore pari alla sua tensione di rottura.
Che cos'è un semiconduttore?
Il semiconduttore conduce una corrente elettrica, ma non come i metalli, ma soggetto a determinate condizioni - dando alla sostanza energia nelle giuste quantità.Ciò è dovuto al fatto che ci sono troppo pochi vettori liberi (buchi ed elettroni) o non ce ne sono affatto, ma se si applica una certa quantità di energia, appariranno. L'energia può avere varie forme: elettrica, termica. Inoltre, i buchi liberi e gli elettroni in un semiconduttore possono sorgere sotto l'influenza delle radiazioni, ad esempio nello spettro UV.
Dove vengono utilizzati i semiconduttori? Producono transistor, tiristori, diodi, microcircuiti, LED e altro ancora. Questi materiali includono silicio, germanio, miscele di materiali diversi, ad esempio arsenuro di galium, selenio, arsenico.
Per capire perché un semiconduttore conduce corrente elettrica, ma non come i metalli, è necessario considerare questi materiali dal punto di vista della teoria delle bande.
Teoria delle zone
La teoria delle zone descrive la presenza o l'assenza di portatori di carica liberi relativi a determinati strati di energia. Il livello o strato di energia si riferisce alla quantità di energia degli elettroni (nuclei di atomi, molecole - particelle semplici), che sono misurati nel valore degli elettroni volt (EV).
L'immagine seguente mostra tre tipi di materiali con i loro livelli di energia:
Si noti che i livelli di energia del conduttore dalla banda di valenza alla banda di conduzione sono combinati in un diagramma inestricabile. Le bande di conduzione e valenza si sovrappongono, questa è chiamata zona di sovrapposizione. A seconda della presenza di un campo elettrico (tensione), temperatura e altri fattori, il numero di elettroni può variare. Grazie a quanto sopra, gli elettroni possono muoversi nei conduttori, anche se dici loro una quantità minima di energia.
Un semiconduttore ha un certo divieto tra la banda di valenza e la banda di conduzione. Il gap di banda descrive quanta energia deve essere segnalata al semiconduttore affinché la corrente scorra.
In un dielettrico, il diagramma è simile a quello che descrive i semiconduttori, ma la differenza è solo nel gap di banda - qui è molto più grande. Le differenze sono dovute alla struttura interna e alla sostanza.
Abbiamo esaminato i tre principali tipi di materiali e fornito esempi e caratteristiche. La loro principale differenza è la capacità di condurre corrente. Pertanto, ognuno di essi ha trovato la propria sfera di applicazione: i conduttori vengono utilizzati per trasferire elettricità, dielettrici - per l'isolamento di parti in tensione, semiconduttori - per l'elettronica. Speriamo che le informazioni fornite ti abbiano aiutato a capire quali sono i conduttori, i semiconduttori e i dielettrici in un campo elettrico, nonché qual è la differenza tra loro.
Infine, ti consigliamo di guardare un utile video sull'argomento:
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