Elektrische eigenschappen van materialen

Deze kabel, algemeen gebruikt, bestaat uit koperdraad, een hoog cost metaal, bedekt met isolerend plastic, zeer laag geleidingsmateriaal

Wat zijn de elektrische eigenschappen van de materialen?

De elektrische eigenschappen van de materialen zijn degenen die hun reactie op de doorgang van de elektrische stroom bepalen, dat wil zeggen hun vermogen om te leiden en te weerstaan ​​(eigendom van respectievelijk elektriciteit en weerstand tegen de doorgang van hetzelfde). Volgens dit criterium worden de materialen ingedeeld in drie categorieën: geleiders, isolatoren en halfgeleiders.

De opstelling van de deeltjes waaruit het atoom bestaat, is verantwoordelijk voor dit antwoord. Twee van de belangrijkste, protonen en elektronen, worden gekenmerkt door elektrische lading, een eigenschap van materie, net als massa.

In het geval van geleidende materialen is het gemakkelijk om een ​​elektrische stroom in te stellen, omdat sommige vrije elektronen hebben, die niet zijn gekoppeld aan een bepaald atoom. Normaal gesproken is de beweging van deze elektronen willekeurig, maar als een extern middel zorgt voor het verplaatsen van ze in orde, wordt een stroom gegenereerd.

Integendeel, de atomaire kern in isolerende materialen kan elektronen stevig vasthouden, dus het is niet zo eenvoudig dat elektrische ladingen erdoorheen circuleren.

Wat betreft halfgeleider materialen, deze hebben tussenliggende kenmerken, dat wil zeggen dat ze onder bepaalde omstandigheden elektriciteit kunnen leiden. Dit maakt ze vooral nuttig in elektronische apparaten, omdat ze dienen als versterkers en als regulatoren van intensiteit en de doorgang van de stroom, onder andere functies.

Het kan u van dienst zijn: Drukgradiënt: wat is het en hoe het wordt berekend

Wat zijn de elektrische eigenschappen van de materialen?

Elektrische geleidbaarheid

De Engelse fysicus Stephen Gray (1666-1736) was een van de eersten die materialen in geleiders en isolatoren classificeerde, volgens hun gemak om elektriciteit te leiden. Natuurlijk is de ideale manier om erachter te komen.

Wanneer een elektrische stroom echter door een object wordt gecirculeerd, wordt binnen een stroomdichtheid (intensiteit per oppervlakte -eenheid) gemaakt), die voor veel stoffen evenredig is met het geproduceerde elektrische veld.

Zowel het elektrische veld als de stroomdichtheid zijn vectorhoeveelheden, dus ze worden aangeduid met vetgedrukt, om ze te onderscheiden van degenen die dat niet zijn. Als het elektrische veld wordt gebeld EN En de huidige dichtheid is J, Dan kun je schrijven:

J ∝ EN

Waar het "∝" -symbool leest "... is evenredig met ...". Om gelijkheid vast te stellen, is een evenredigheidsconstante vereist, σ genoemd (lees "Sigma"), die bekend staat als elektrische geleidbaarheid van het materiaal. Dus:

J = σ EN

Eenheden

Elektrische geleidbaarheid wordt uitgedrukt in AMPS /volt-meter of afgekort A /V ∙ M, omdat de stroomdichtheid wordt gegeven in A /M² en het elektrische veld in v/m. Het quotiënt tussen de stroom die door een materiaal gaat en de daarop toegepaste spanning is de G -geleidbaarheid en de maateenheid is de Siemens En het wordt afgekort, daarom kan geleidbaarheid σ ook worden uitgedrukt als S/M of S ∙ M⁻¹.

De materialen waarin J = σ EN Ze weten hoe Ohmische materialen, Nou, dit is de microscopische vorm van de goed bekende ohmwet voor resistieve elektrische circuits v = i ∙ r, waarbij v de spanning is, en de stroom en de elektrische weerstand.

Kan u van dienst zijn: wat zijn de eigenschappen van materie? (Met voorbeelden)

Geleider stoffen en materialen

De wet van Ohm stelt vast dat hoe hoger het elektrische veld binnen de bestuurder, hoe groter de huidige dichtheid, een feit dat de voorkeur heeft wanneer σ groot is. Daarom zijn goede chauffeurs die met een hoge σ geleidbaarheid.

Materialen gemakkelijk om de stroom te transporteren kunnen elektronische geleiders of elektrolytische geleiders zijn. De eerste hebben de zo -gevallen vrije elektronen, die weinig of niets zijn gekoppeld aan een bepaald atoom, en kunnen daarom door het materiaal circuleren. Onder hen vallen de metalen op: zilver, koper en goud bijvoorbeeld.

Wanneer een spanning wordt vastgesteld in een stuk koper, wordt een elektrisch veld gemaakt waarin vrije elektronen bewegen, waardoor een elektrische stroom in de tegenovergestelde richting van het veld wordt gegenereerd.

Het tweede type geleiders, elektrolytisch, zijn oplossingen in waterig medium van verschillende zuren, basen of zouten. Hierin wordt het rijden uitgevoerd dankzij positieve en negatieve ionen (respectievelijk kationen en anionen), in staat om in het midden te bewegen, geleid door elektroden met een tegenovergestelde tekenbelasting.

Behalve hoogspanningen voldoen elektrolytische geleiders ook aan de wet van Ohm.

Geleidingstafel

De volgende tabel toont de geleidbaarheid van verschillende materialen, geleiders, halfgeleiders en isolatoren, bij een temperatuur van 20 ° C.

De geleidbaarheid van verschillende materialen kan worden waargenomen door een temperatuur van 20 ° C toe te passen

Temperatuur is een belangrijke factor voor elektrische geleidbaarheid, omdat bij een hogere temperatuur de geleidbaarheid afneemt, als gevolg van thermische agitatie. Op deze manier trillen atomen sneller, waardoor het aantal botsingen tussen hen en vrije elektronen, waarvan de beweging meer wanordelijker is.

Het kan u van dienst zijn: Stationaire staatstheorie: geschiedenis, uitleg, nieuws

Integendeel, wanneer de temperatuur daalt, hebben de materialen de neiging hun geleidbaarheid te verhogen. Sommigen kunnen supergeleiders op zeer lage temperatuur worden, wat betekent dat hun geleidbaarheid praktisch oneindig is.

Hoewel metalen bij uitstek aan materialen rijden, is grafeen degene met de grootste geleidbaarheid, zoals we in de tafel kunnen observeren.

Hij Grafeen Het is geen metaal, maar een stof gemaakt van pure kolen, waarvan de atomen zijn gerangschikt in een zeer gewone structuur. Als een uitstekende warmtegeleider kan grafeen de doorgang van hoge elektrische stromen ondersteunen zonder warmte schadelijk.

Geleidbaarheid en weerstand

Als het gaat om elektronische geleiders, werk je hard met weerstand, in plaats van geleidbaarheid.

Weerstand is de wederzijdse of omgekeerde geleidbaarheid. Dit betekent dat hoe groter de geleidbaarheid van een materiaal, hoe lager zijn weerstand.

De weerstand wordt aangeduid met de Griekse letter ρ (het leest "Rho") en zoals hierboven gezegd, kan deze worden uitgedrukt door:

ρ = 1 / σ

In tegenstelling tot de geleidbaarheid neemt de weerstand toe met de temperatuur, daarom bij een hogere temperatuur, grotere weerstand.

Referenties

1. Bauer, W. 2011. Fysica voor engineering en wetenschappen. Deel 2. MC Graw Hill.  
2. Callister, W. Wetenschap en engineering van materialen. Ik heb omgekeerd.
3. Open Stax. College natuurkunde. Opgehaald uit: OpenStax.borg.