Narzędzia użytkownika

Narzędzia witryny


Pasek boczny

Strony:

Linki:

notatki:podstawy_elektroniki:izolatory_przewodniki

20. Izolatory, półprzewodniki, przewodniki i nadprzewodniki

Wprowadzenie

Materiały można podzielić na cztery główne grupy ze względu na ich właściwości przewodzenia prądu elektrycznego:

  • izolatory,
  • półprzewodniki,
  • przewodniki,
  • nadprzewodniki.

Każda z tych grup charakteryzuje się innym mechanizmem przewodzenia oraz inną wartością oporu elektrycznego.

Izolatory

  • Materiały o bardzo wysokim oporze elektrycznym.
  • Prąd elektryczny płynie przez nie w bardzo ograniczonym stopniu lub wcale.
  • Przykłady: szkło, guma, plastik, ceramika, sucha drewno.
  • Mechanizm: brak swobodnych nośników ładunku (elektronów lub jonów).
  • Zastosowanie: izolacja przewodów, elementy zabezpieczające przed porażeniem.

Półprzewodniki

  • Materiały o oporze pośrednim między przewodnikami a izolatorami.
  • Przewodnictwo zależy od warunków zewnętrznych (temperatura, domieszki, światło).
  • Przykłady: krzem (Si), german (Ge), arsenek galu (GaAs).
  • Mechanizm: przewodnictwo dzięki elektronowym nośnikom i dziurom, liczba nośników może być sterowana.
  • Zastosowanie: elementy elektroniczne – diody, tranzystory, czujniki.

Przewodniki

  • Materiały o niskim oporze elektrycznym.
  • Prąd płynie przez nie łatwo dzięki swobodnym elektronom przewodnictwa.
  • Przykłady: miedź, srebro, aluminium, złoto.
  • Mechanizm: swobodne elektrony w strukturze metalu.
  • Zastosowanie: przewody, kable, styki elektryczne.

Nadprzewodniki

  • Materiały, które w bardzo niskich temperaturach (bliskich 0 K) tracą całkowicie opór elektryczny.
  • Prąd płynie bez strat energii.
  • Przykłady: rtęć (w temp. <4,2 K), ołów, niektóre związki ceramiczne (HTS – wysokotemperaturowe nadprzewodniki).
  • Mechanizm: parowanie elektronów (pary Coopera), brak rozpraszania.
  • Zastosowanie: magnesy w medycynie (MRI), szybkie linie przesyłowe, elementy elektroniczne.

Porównanie właściwości

Właściwość Izolator Półprzewodnik Przewodnik Nadprzewodnik
Opór elektryczny bardzo wysoki średni bardzo niski praktycznie zerowy
Nośniki ładunku brak swobodnych elektron + dziura swobodne elektrony pary Coopera
Zależność od temp. maleje nieznacznie silna rośnie zerowy opór poniżej Tc
Typowe materiały szkło, plastik krzem, german miedź, srebro rtęć, ołów, YBCO

Podsumowanie

  • Izolatory blokują przepływ prądu.
  • Półprzewodniki przewodzą warunkowo, podstawą elektroniki.
  • Przewodniki umożliwiają swobodny przepływ prądu.
  • Nadprzewodniki pozwalają na przepływ prądu bez strat w odpowiednich warunkach.
notatki/podstawy_elektroniki/izolatory_przewodniki.txt · ostatnio zmienione: przez administrator