PRZEWODNIKI

PRZEWODNICTWO I I II TYPU

Przewodnictwo elektryczne - zjawisko fizyczne polegające na ukierunkowanym przemieszczaniu się ładunków elektrycznych pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego. Nośnikami ładunków elektrycznych mogą być ładunki ujemne (elektrony, aniony) i dodatnie (kationy, dziury w półprzewodnikach).

Rozróżnia się dwa rodzaje przewodnictwa elektrycznego:

1. I typu (metale) - przenoszeniu ładunku nie towarzyszy w zasadzie przenoszenie masy,

2. II typu (np. elektrolity) - przenoszeniu ładunku towarzyszy ruch masy.

W przewodnikach, będących ciałami stałymi, przewodnictwo jest wynikiem istnienia tzw. gazu elektronowego (elektronów swobodnych - nośników ładunków).

W półprzewodnikach nośnikami ładunku są elektrony i dziury. Rozróżnia się tu przewodnictwo elektronowe lub dziurowe, w zależności od tego, których nośników jest więcej w próbce materiału w danych warunkach.

W cieczach przewodzących (elektrolitach) nośnikami ładunku są jony jedno- lub wieloatomowe, powstałe z dysocjacji cząsteczek elektrolitu.

W zjonizowanych gazach nośnikami ładunku są elektrony i jony.

Wielkością charakteryzującą przewodnictwo elektryczne w ciele stałym jest konduktywność σ.

gdzie:

G - przewodnictwo elektryczne,

S - pole przekroju poprzecznego elementu,

l - długość bloku.

Jednostką przewodnictwa właściwego w układzie SI jest siemens na metr (1 S/m)

Ze względu na wartość σ rozróżnia się trzy grupy ciał stałych:

1. przewodniki σ < 10⁶ S/m

2. dielektryki σ < 10^-8 S/m

3. półprzewodniki 10^-8 < σ < 10⁶ S/m

Przewodnictwo elektryczne wszystkich substancji, a zwłaszcza półprzewodników i dielektryków, zależy od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury w przewodnikach σ z reguły maleje, a w dielektrykach i półprzewodnikach rośnie.

Przewodnik elektryczny - substancja, która dobrze przewodzi prąd elektryczny, a przewodzenie prądu ma charakter elektronowy. Atomy przewodnika tworzą wiązania, w których elektrony walencyjne (jeden lub więcej) pozostają swobodne (niezwiązane z żadnym z atomów), tworząc w ten sposób tzw. gaz elektronowy. Przewodniki znajdują szerokie zastosowanie do wykonywania elementów urządzeń elektrycznych.

Do najpopularniejszych przewodników należą:

• grafit - miękki, średnio dobry jako przewodnik, stosowany wszędzie tam, gdzie trzeba doprowadzić napięcie do części wirujących (szczotki),

• żelazo - tańsze od aluminium, ale posiada gorsze własności elektryczne, kruche i nieodporne na korozję, obecnie nie stosowane,

• stal - własności podobne do żelaza, stosowana w elementach przewodzących aparatów elektrycznych, wymagające równocześnie większej wytrzymałości mechanicznej,

• aluminium - kruche, dobre jako przewodnik, ma korzystny stosunek przewodnictwa do ceny materiału oraz masy przewodu, powszechnie stosowane na przewody w napowietrznych liniach elektroenergetycznych,

• złoto - własności elektryczne dobre, duża odporność na korozję, ale cena warunkuje stosowanie jedynie do układów mikroprocesorowych oraz na powierzchni styków,

• miedź - droższa od aluminium, ale bardzo dobra jako przewodnik, odporna na przełamanie, łatwa w lutowaniu, odporna cieplnie; stosowana w instalacjach elektrycznych oraz w urządzeniach elektrycznych,

• srebro - najmniejszy opór elektryczny, droższe od miedzi i aluminium, technicznie czyste lub w postaci stopów stosowane powszechnie w stykach elektrycznych w łącznikach elektrycznych.

Elektrolitem nazywa się substancję, która stopiona lub rozpuszczona w rozpuszczalniku, rozpada się na swobodne jony (dysocjuje), na skutek czego może ona przewodzić prąd elektryczny.

Przykładami elektrolitów są np. wodne roztwory soli, kwasów i zasad. Elektrolity te dzieli się na mocne i słabe, w zależności od ich stopnia dysocjacji:

• elektrolity mocne, całkowicie zdysocjowane na jony: wodorotlenki litowców i berylowców; wyłączając wodorotlenek berylu oraz magnezu, kwasy, np. HCl, HI, HBr, H₂SO₄, HNO₃, HClO₄, oraz większość nieorganicznych soli rozpuszczalnych w wodzie (do wyjątków należą np. sole rtęci - Hg(CN)₂, Hg₂Cl₂) - takie sole tworzą kryształy jonowe;

• elektrolity słabe: tylko częściowo zdysocjowane na jony - H₂S, H₂SO₃, HNO₂, CH₃COOH;

• elektrolity binarne - dysocjują na kationy i aniony w takiej samej ilości.

---