Проводники, полупроводники и изоляторы

Вы используете множество материалов каждый день, и они позволяют электрическому току течь совершенно по-разному.Дирижерыпусть электричество проходит легко.Полупроводникиконтролировать поток тока.Изоляторыпрактически полностью блокировать электричество.

Эти материалы необходимы в повседневной жизни:

Такие проводники, как медь и алюминий, питают ваши устройства, освещают ваш дом и защищают от молнии.

Полупроводники заставляют светодиоды светиться, позволяют использовать солнечные панели и обеспечивают быстроту и эффективность электроники.

Изоляторы защищают вас от поражения электрическим током и обеспечивают безопасность электрических систем.

Ключевое резюме

Дирижеры(медь, алюминий) обеспечивают легкое прохождение электрического тока, используемого в проводах и силовых компонентах.

Полупроводники(кремний) контролирует поток тока, что имеет решающее значение в смартфонах, компьютерах и солнечных панелях.

Изоляторы(пластик, стекло) останавливают ток, предотвращая удары и защищая оборудование.

Температурный эффект: Проводники проводят хуже в горячем состоянии; полупроводники проводят лучше.

Каждый материал играет уникальную роль в электронике. Их понимание помогает объяснить, как работают устройства.

Что такое проводники?

Определение

A дирижерэто материал, который позволяет электрическому току течь свободно. Проводники имеют многосвободные электроныкоторые могут легко перемещаться между атомами. Типичными примерами являются такие металлы, как медь.

Вы используете проводники, когда включаете свет или заряжаете телефон. Думайте о проводнике как ошоссе для электронов - they move quickly and smoothly.

Характеристики

Очень низкая устойчивость к электрическому току

Валентная зона и зона проводимости перекрываются, поэтому электроны движутся свободно.

Большинство металлов являются отличными проводниками; некоторые жидкости (например, ртуть) также проводят

Проводимость=how easily current flows

Удельное сопротивление= насколько материал сопротивляется току

Сверхпроводникинулевое сопротивлениепри чрезвычайно низких температурах.

Общие примеры

Медь: наиболее распространен в электропроводке.

Серебро: лучший проводник, но слишком дорог для общего использования.

Золото: коррозионно--стойкий, используется в-электронике высокого класса.

Алюминий: легкий и дешевый, используется в линиях электропередачи.

Что такое полупроводники?

Определение

A полупроводникимеет проводимостьмежду проводниками и изоляторами.Его проводимость можно изменить, добавив небольшие количества других элементов -, этот процесс называетсядопинг.Эта управляемость делает полупроводники основой современной электроники.

Характеристики

Проводимость изменяется стемператураилипримеси (легирование)

Поведение определяется зонной структурой

Проводимостьувеличивается с нагревом(противоположность металлам)

Более высокая температура → больше электронов переходят из валентной зоны в зону проводимости.

Общие примеры

Что такое изоляторы?

Определение

Анизоляторпредставляет собой материал, которыйблокирует или сильно сопротивляетсяпоток электричества и тепла. Электроны в изоляторах прочно связаны с атомами и не могут свободно перемещаться.

Изоляторы:

Держите электричество внутри проводов

Предотвратить поражение электрическим током

Изолируйте проводники, чтобы избежать коротких замыканий.

Характеристики

Чрезвычайно высокое электрическое сопротивление

Электроны фиксируются на месте

Устойчив к теплу, влаге и химикатам

Используется как для электробезопасности, так и для теплоизоляции.

Общие примеры

Стекловолокно: огнестойкое-, используется для изоляции стен.

Целлюлоза: изготовлена ​​из переработанной бумаги, заполняет пробелы.

Пенополиуретан: энергоэффективная-теплоизоляция

Минеральная вата: жаро-стойкая, негорючая-горючая.

Полистирол: водо-стойкий, используется для наружных стен.

Слюда: отличный электрический и тепловой изолятор

Сравнение проводников, полупроводников и изоляторов

Электрическое сопротивление

Типичные значения проводимости

Ширина запрещенной зоны

запрещенная зона— энергия, необходимая электронам для свободного перемещения.

Примеры реальной запрещенной зоны

Приложения

Атомная структура и температурные эффекты

Дирижеры: внешние электроны удерживаются слабо; проводимостьуменьшаетсякогда он горячий (атомная вибрация нарушает поток).

Полупроводники: электроны прочно удерживаются при низких температурах; проводимостьувеличиваетсяс теплом.

Изоляторы: электроны прочно связаны; почти никакой проводимости даже при нагревании.

Сводная таблица

Часто задаваемые вопросы

В чем основное отличие проводников от изоляторов?

Проводники допускают свободный поток электронов; изоляторы блокируют его. В проводах используются проводники для питания и изоляторы для безопасности.

Почему полупроводники работают лучше в горячем состоянии?

Тепло дает электронам достаточно энергии, чтобы пересечь запрещенную зону, увеличивая проводимость.

Может ли вода быть проводником?

Чистая вода не является проводящей. Но водопроводная вода содержит минералы и соли, что делает ее проводящей и опасной вблизи электричества.

Где полупроводники можно найти в повседневной жизни?

Смартфоны, компьютеры, телевизоры, светодиоды, солнечные панели и зарядные устройства.

Как изоляторы обеспечивают вашу безопасность?

Они предотвращают прямой контакт с током под напряжением, защищая от поражения электрическим током и пожара.