352 353 (5)

352

W

Akademia sieci Q_SClJ

elektron

ee Elektryczna siła odpychania

OO Elektryczna Siła odpychania

OO Elektryczna s la przyciągania

OO Bardzo mccna, jądrowa siła przyciągania

Rysunek D.3. Siły działające wewnątrz atomu

Typy materiałów elektrycznych

Grupy atomów tworzą molekuły. a molekuły tworzą materiały. Materiały są podzielone na trzy grupy, w zależności od tego, jak łatwo przepływa przez nie elektryczność ( wolne elektrony). Te trzy typy materiałów to: izolatory, przewodniki i półprzewodniki.

Izolatory elektryczne

Izolatory elektryczne, zwane po prostu izolatorami, to materiały, przez które elektrony w ogóle nie przepływają lub mają bardzo utrudniony przepływ. Izolatory elektryczne me są tym samym, co izolatory termiczne, które utrzymują ciepło w naszych domach. Przykładem izolatorów elektrycznych są: plastik szkło, powietrze, suche drewno, papier, guma i niektóre atomy, takie jak hel. Mają one bardzo stabilną strukturę chemiczną, gdzie elektrony są ściśle związane z atomami.

Dobrym przykładem izolatora elektrycznego jest szkło. Kabel światłowodowy jest wykonany ze szkła i służy jako medium sieciowe przewodzące impulsy świetlne. Dzięki temu, że nie przewodzi sygnałów elektrycznych, jest odporny na indukowane sygnały i impulsy elektryczne. Ponieważ szkło jest elektrycznym izolatorem, zastosowanie światłowodów' pozwala uniknąć problemu dotyczącego uziemienia sieci.

Przewodniki

Przewodniki elektryczne, zwane po prostu przewodnikami pozwalają na łatwy przepływ elektronów'. Jest to możliwe, ponieważ elektrony są w bardzo luźny sposób połączone z jądrem atomu i mogą być łatwo uwolnione ze swoich orbit. W temperaturze pokojowej przewodniki mają bardzo dużo wolnych elektronów, które mogą zapewniać przepływ prądu. Przyłożenie napięcia (omawiane dalej w podrozdziale „Napięcie”) powoduje ruch elektronów i przepływ prądu.

Tablica okresowa pierwiastków' dzieli atomy na pewne grupy, umieszczając je w różnych kolumnach. Atomy umieszczone w tej samej kolumnie należą do wspólnej rodziny. Mocą one mieć różne liczby protonów, neutronów i elektronów, ale ich elektrony zachorują się podobnie, biorąc pod uwagę oddziaływania z innymi atomami i molekułami. Najlepszymi przewodnikami są takie atomy jak miedź (Cu), srebro (Ag) i złoto (Au). Wszystkie te metale są umieszczone w tej samej kolumnie tablicy. Ich elektrony uwalniane są bardzo łatwo, czyniąc z nich znakomite materiały przewodzące prąd.

Ir.ne przewodniki to lut (mieszanina ołowiu (Pb) i cyny (Sn)) i woda. Woda jest przewodnikiem ze względu na obecność jonów. Jon to atom, który ma więcej elektronów lub mniej elektronów niż neutralny atom. Ciało ludzkie w około 70 % składa się z wody (jonów), co oznacza, że nasze ciało również jest przewodnikiem.

Przewodniki występują wszędzie w otaczającym nas święcie. Dzięki nim możliwe jest przenoszenie sygnałów elektrycznych w komputerach i sieciach.

Półprzewodniki

Półprzewodniki są materiałami, które mogą kontrolować przewodzenie elektryczności. Są one również w tej samej części układu okresowego np. węgiel (C), german (Ge) i stop galu z arsenem (GaAs). Jednakże najważniejszym półprzewodnikiem jest krzem (Si), który jest używany do wytwarzania najlepszych układów scalonych, o mikroskopijnych rozmiarach.

Krzem jest pierwiastkiem powszechnie występującym w przyrodzie. Można go znaleźć w piasku, szkle i wielu rodzajach skał. Obszar dookoła San Jose w Kalifornii jest nazywany Krzemową Doliną (Silicon Vallcy), ponieważ w tym miejscu rozwinął się przemysł komputerowy, który opiera się na krzemowych układach scalonych. Przełącznice, bramy i inne elementy mikroprocesorów są wykonane z półprzewodników.

Zakwalifikowanie materiałów do izolatorów, przewodników lub półprzewodników' zależy od tego, w' jaki sposób przewodzą one elektrony i jak współpracują ze sobą w' różnych kombinacjach, co stanowi podstawę działania wszystkich urządzeń elektronicznych.