Elektriske egenskaper for materialer

Denne kabelen, ofte brukt, er sammensatt av kobbertråd, et metall med høyt kostnad, dekket med isolerende plast, veldig lavt konduktivitetsmateriale

Hva er de elektriske egenskapene til materialene?

De elektriske egenskaper Av materialene er de som bestemmer deres svar på passering av den elektriske strømmen, det vil si deres evne til å utføre og motstå (eid for å overføre strøm og motstand mot henholdsvis passering av det samme). I følge dette kriteriet er materialene klassifisert i tre kategorier: ledere, isolatorer og halvledere.

Disponering av partiklene som utgjør atomet er ansvarlig for denne responsen. To av de viktigste, protoner og elektroner, er preget av å ha elektrisk ladning, en egenskap av materie, akkurat som masse.

Når det gjelder ledende materialer, er det enkelt å etablere en elektrisk strøm inne, siden noen har gratis elektroner, som ikke er knyttet til et bestemt atom. Normalt er bevegelsen av disse elektronene tilfeldige, men hvis noe eksternt middel tar seg av å flytte dem i ordnet, genereres en strøm.

Tvert imot, atomkjernen i isolerende materialer er i stand til å beholde elektroner mer fast, så det er ikke så enkelt at elektriske ladninger sirkulerer gjennom dem.

Når det gjelder halvledermaterialer, har disse mellomegenskaper, det vil si at de kan gjennomføre strøm under visse omstendigheter omstendigheter. Dette gjør dem spesielt nyttige i elektroniske enheter, siden de fungerer som forsterkere og som regulatorer for intensitet og passering av strømmen, blant andre funksjoner.

Det kan tjene deg: Trykkgradient: Hva er det og hvordan det beregnes

Hva er de elektriske egenskapene til materialene?

Elektrisk konduktivitet

Den engelske fysikeren Stephen Gray (1666-1736) var en av de første som klassifiserte materialer i dirigenter og isolatorer, i henhold til deres enkle å utføre strøm. Naturligvis er den ideelle måten å finne ut av det å passere elektrisk strøm gjennom forskjellige materialer og studere responsen til hver.

Når en elektrisk strøm sirkuleres gjennom et objekt, opprettes imidlertid en strømtetthet (intensitet per enhetsareal) inni), som for mange stoffer er proporsjonal med det elektriske feltet som er produsert.

Både det elektriske feltet og strømtettheten er vektormengder, så de er betegnet med fet skrift, for å skille dem fra de som ikke er. Hvis det elektriske feltet kalles OG Og strømtettheten er J, Da kan du skrive:

J ∝ OG

Hvor "∝" -symbolet lyder "... er proporsjonalt med ...". For å etablere likhet kreves en proporsjonalitetskonstant, kalt σ (les "Sigma"), som er kjent som Elektrisk konduktivitet av materialet. Dermed:

J = σ OG

Enheter

Elektrisk ledningsevne uttrykkes i AMPS /Volt-meter, eller forkortet A /V ∙ M, siden strømtettheten er gitt i A /M² og det elektriske feltet i V/M. Kvotienten mellom strømmen som passerer gjennom et materiale og spenningen som påføres den er G -konduktansen og dens måleenhet er Siemens Og det er forkortet, derfor kan konduktivitet σ også uttrykkes som S/M eller S ∙ M⁻¹.

Materialene der J = σ OG De vet hvordan Ohmiske materialer, Vel, dette er den mikroskopiske formen for den velkjente Ohm -loven for resistive elektriske kretsløp V = I ∙ R, der V er spenningen, og strømmen og R en elektrisk motstand.

Kan tjene deg: Hva er egenskapene til materie? (Med eksempler)

Lederstoffer og materialer

Ohms lov slår fast at jo høyere det elektriske feltet i sjåføren, desto større er den nåværende tettheten, et faktum som er foretrukket når σ er stor. Derfor er gode sjåfører de med høy σ konduktivitet.

Materialer med letthet å transportere strøm kan være elektroniske ledere eller elektrolytiske ledere. Førstnevnte har de såkalte frie elektronene, som er elektroner små eller ingenting knyttet til et bestemt atom, og derfor kan sirkulere gjennom materialet. Blant dem skiller metallene seg: sølv, kobber og gull, for eksempel.

Når en spenning er etablert i et stykke kobber, opprettes det et elektrisk felt der frie elektroner beveger seg, og genererer en elektrisk strøm i motsatt retning av feltet.

Den andre typen ledere, elektrolytisk, er løsninger i vandig medium av forskjellige syrer, baser eller salter. I disse utføres kjøring takket være positive og negative ioner (henholdsvis kationer og anioner), i stand til å bevege seg i midten, ledet av elektroder med motsatt skiltbelastning.

Bortsett fra høye spenninger, overholder elektrolytiske ledere også Ohms lov.

Ledende bord

Følgende tabell viser konduktiviteten til forskjellige materialer, ledere, halvledere og isolatorer, ved en temperatur på 20 ° C.

Konduktiviteten til forskjellige materialer kan observeres ved å påføre en temperatur på 20 ° C

Temperatur er en viktig faktor for elektrisk ledningsevne, fordi ved en høyere temperatur reduseres konduktiviteten, på grunn av termisk omrøring. På denne måten vibrerer atomer raskere, og øker antall kollisjoner mellom dem og frie elektroner, hvis bevegelse er mer uordentlig.

Det kan tjene deg: Stasjonær statsteori: Historie, forklaring, nyheter

Tvert imot, når temperaturen synker, har materialene en tendens til å øke konduktiviteten. Noen kan bli veldig lav temperatur superledere, noe som betyr at konduktiviteten deres er praktisk talt uendelig.

Selv om metaller kjører materialer par excellence, er grafen den med størst konduktivitet, som vi kan observere i tabellen.

Han Grafen Det er ikke et metall, men et stoff laget av rent kull, hvis atomer er anordnet i en svært vanlig struktur. Å være en utmerket varmeleder, kan grafen støtte passering av høye elektriske strømmer uten varme skadelig.

Konduktivitet og resistivitet

Når det gjelder elektroniske ledere, jobber du hardt med resistivitet, i stedet for konduktivitet.

Resistivitet er gjensidig eller omvendt ledningsevne. Dette betyr at jo større ledningsevne til et materiale, jo lavere er dets resistivitet.

Motstanden er betegnet med den greske bokstaven ρ (den lyder “Rho”), og som sagt ovenfor, kan den uttrykkes av:

ρ = 1 / σ

I motsetning til konduktivitet øker resistiviteten med temperaturen, ved en høyere temperatur, større resistivitet.

Referanser

1. Bauer, w. 2011. Fysikk for ingeniørfag og vitenskap. Volum 2. Mc Graw Hill.  
2. Callister, w. Vitenskap og prosjektering av materialer. Jeg snudde meg.
3. Åpne Stax. College Physics. Hentet fra: OpenStax.org.