מהם מוליכים, מוליכים למחצה ודיאלקטריקה
מה זה מנצח?
חומר שיש בו נושאי מטען בחינם נקרא מוליך. התנועה של מובילים חופשיים נקראת תרמית. המאפיין העיקרי של מוליך הוא ההתנגדות שלו (R) או המוליכות (G) - ההדדיות של ההתנגדות.
G = 1 / R
במילים פשוטות, מוליך מוליך זרם.
ניתן לייחס מתכות לחומרים כאלה, אך אם אנו מדברים על לא מתכות, למשל, פחמן הוא מוליך מצוין, הוא מצא יישום במגעים הזזה, למשל, מברשות מנוע חשמלי. אדמה לחה, פתרונות של מלחים וחומצות במים, גוף האדם מוליך גם זרם, אך המוליכות החשמלית שלהם לרוב פחותה מזו של נחושת או אלומיניום, למשל.
מתכות הם מוליכים מצוינים, דווקא בגלל המספר הגדול של נשאי מטען בחינם במבנה שלהם. בהשפעת שדה חשמלי המטענים מתחילים לנוע, כמו גם חלוקה מחודשת, נצפתה תופעה של אינדוקציה אלקטרוסטטית.
מהו דיאלקטרי?
דיאלקטריקה הם חומרים שאינם מוליכים זרם, או מוליכים, אך בצורה גרועה מאוד. אין להם נשאי מטען בחינם, מכיוון שהקשר בין חלקיקים אטומיים חזק דיו ליצירת נשאים חופשיים, ולכן בהשפעת שדה חשמלי לא נוצר זרם בדיאלקטרי.
גז, זכוכית, קרמיקה, חרסינה, חלק מהשרפים, טקסטוליט, קרבוליט, מים מזוקקים, עץ יבש, גומי - הם דיאלקטרים ואינם מוליכים זרם חשמלי. בחיי היומיום נמצאים דיאלקטרים בכל מקום, למשל, מקרים של מכשירי חשמל, מתגים חשמליים, תקעים, שקעים וכדומה עשויים מהם. בקווי כוח מבודדים עשויים דיאלקטרי.
עם זאת, בנוכחות גורמים מסוימים, למשל, רמת לחות מוגברת, חוזק שדה חשמלי מעל לערך המותר וכו ', מובילים לכך שהחומר מתחיל לאבד את תפקידיו הדיאלקטריים והופך למוליך. לפעמים אתה יכול לשמוע ביטויים כמו "פירוק המבודד" - זו התופעה שתוארה לעיל.
בקיצור, המאפיינים העיקריים של דיאלקטרי בתחום החשמל הם בידוד חשמלי. היכולת היא לפגוע בזרימת הזרם המגנה על האדם מפני פגיעות חשמל ומצוקות אחרות. המאפיין העיקרי של דיאלקטרי הוא חוזק חשמלי - ערך השווה למתח הפירוק שלו.
מה זה מוליך למחצה?
המוליכים למחצה מוליך זרם חשמלי, אך לא כמו מתכות, אך בכפוף לתנאים מסוימים - נותן לחומר אנרגיה בכמויות הנכונות.זה נובע מהעובדה שיש מעט מדי נשאים חופשיים (חורים ואלקטרונים) או שאין כאלה בכלל, אבל אם תשתמש בכמות מסוימת של אנרגיה הם יופיעו. אנרגיה יכולה להיות בצורות שונות - חשמל, תרמי. כמו כן, חורים ואלקטרונים חופשיים במוליך למחצה יכולים להיווצר תחת השפעת קרינה, למשל, בספקטרום ה- UV.
היכן משתמשים במוליכים למחצה? הם מייצרים טרנזיסטורים, טיריסטורים, דיודות, מיקרו מעגלים, נוריות לד ועוד. חומרים כאלה כוללים סיליקון, גרמניום, תערובות מחומרים שונים, למשל ארסן-גאליום, סלניום, ארסן.
כדי להבין מדוע מוליך למחצה מוליך זרם חשמלי, אך לא כמו מתכות, יש לקחת בחשבון חומרים אלה מנקודת המבט של תורת הלהקות.
תיאוריית אזור
תיאוריית האזור מתארת את נוכחותם או היעדרם של נשאי מטען בחינם יחסית לשכבות אנרגיה מסוימות. רמת האנרגיה או השכבה היא כמות האנרגיה של אלקטרונים (גרעינים של אטומים, מולקולות - חלקיקים פשוטים), הם נמדדים בערך של אלקטרונים וולט (EV).
בתמונה למטה מופיעים שלושה סוגים של חומרים עם רמות האנרגיה שלהם:
שימו לב כי רמות האנרגיה של המוליך מרצועת הערך ללהקת ההולכה משולבות בתרשים בלתי ניתן להרחבה. רצועות ההולכה והעריבות חופפות זו את זו, זה נקרא אזור החפיפה. תלוי בנוכחות שדה חשמלי (מתח), טמפרטורה וגורמים אחרים, מספר האלקטרונים יכול להשתנות. בזכות האמור לעיל, אלקטרונים יכולים לנוע במוליכים, גם אם תגידו להם כמות מינימלית של אנרגיה.
למוליכים למחצה אסור מסוים בין רצועת הערכיות לבין פס ההולכה. פער הלהקה מתאר כמה אנרגיה צריכה להיות מדווחת למוליכים למחצה כדי שהזרם יזרום.
בדיאלקטרי, התרשים דומה לזה שמתאר מוליכים למחצה, אך ההבדל הוא רק בפער הלהקה - הוא גדול פעמים רבות כאן. ההבדלים נובעים מהמבנה והחומר הפנימיים.
בחנו את שלושת סוגי החומרים העיקריים ונתנו דוגמאות ותכונות. ההבדל העיקרי שלהם הוא היכולת להוביל זרם. לכן, כל אחד מהם מצא את תחום היישום שלו: מוליכים משמשים להעברת חשמל, דיאלקטריה - לבידוד חלקים חיים, מוליכים למחצה - לאלקטרוניקה. אנו מקווים כי המידע שנמסר עזר לכם להבין מה הם המוליכים, המוליכים למחצה והדיאלקטריה בתחום חשמלי, וכן מה ההבדל ביניהם.
לבסוף, אנו ממליצים לצפות בסרטון וידאו שימושי בנושא:
בטח אינך יודע:
טעינה...
