ตัวนำไฟฟ้าคืออะไร: ประเภทและคุณสมบัติ

ในวิศวกรรมไฟฟ้าวัตถุหรือวัสดุที่อนุญาตให้ไหล กระแสไฟฟ้า เรียกว่าเป็นตัวนำ ทิศทางของแหล่งจ่ายกระแสอยู่ในทิศทางเดียวหรือหลายทิศทาง ตัวนำไฟฟ้าทั่วไปทำด้วยสารที่ทำด้วยโลหะทั่วไป การสร้างกระแสไฟฟ้าสามารถทำได้โดยการไหลของอิเล็กตรอนรูและในบางกรณีไอออนบวกหรือไอออนลบ ในโลหะอิเล็กตรอนเป็นตัวเคลื่อนหลัก แต่ในแบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์ประจุบวกจะขึ้นอยู่กับตัวพาประจุบวก ในทำนองเดียวกันในเซลล์เชื้อเพลิงโปรตอนเคลื่อนที่ในตัวนำโปรตอนขึ้นอยู่กับตัวพาที่มีประจุบวก บทความนี้กล่าวถึงภาพรวมของตัวนำไฟฟ้าประเภทและคุณสมบัติ

ตัวนำไฟฟ้าคืออะไร?

คำจำกัดความของตัวนำไฟฟ้าคือวัสดุที่อนุญาตให้มีการไหลของความร้อนกระแสไฟฟ้าหรือเสียง การนำไฟฟ้าคือความสามารถในการนำไฟฟ้า ตัวอย่างที่ดีที่สุดของ ตัวนำไฟฟ้า เป็นโลหะเช่นทองแดงเหล็กเป็นต้นซึ่งส่วนใหญ่จะใช้ในการทำสายไฟเพื่อให้สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ เรารู้ว่า เซมิคอนดักเตอร์ เป็นวัสดุชนิดหนึ่งที่อนุญาตให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ แต่ไม่ค่อยดีนัก และวัสดุบางอย่างเช่น ตัวต้านทาน จำกัด การไหลของกระแสเนื่องจากทำให้ยากมากที่จะหยุดการไหลของกระแส

ตัวนำไฟฟ้า

ฉนวนสามารถกำหนดเป็นวัสดุที่ป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้าและส่วนใหญ่จะใช้สำหรับหุ้มสายไฟเช่นพลาสติก วัสดุบางอย่างเช่นตัวนำยิ่งยวดไม่มี ความต้านทาน กับกระแสไฟฟ้า ความต้านทานของตัวนำจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

ตัวอย่าง

ตัวอย่างที่ดีที่สุดของตัวนำไฟฟ้าส่วนใหญ่มีดังต่อไปนี้ ตัวนำไฟฟ้าเป็นที่รู้จักกันดีที่สุดเมื่อตัวนำทำงานภายใต้สภาวะความดันปกติและอุณหภูมิเช่นเดียวกับเงิน

ไม่ใช่ตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบเสมอไปเช่นวัสดุแม้ว่าจะมีราคาและชั้นออกไซด์ก็ตาม ชั้นนี้เรียกว่ามัวหมองและไม่เอื้อ ในทำนองเดียวกัน verdigris สนิมและชั้นออกไซด์ชนิดอื่น ๆ จะลดการนำไฟฟ้า ตัวอย่างของตัวนำที่มีประสิทธิภาพ ได้แก่ เงินทองทองแดงอลูมิเนียมปรอทเหล็กเหล็กน้ำทะเลและคอนกรีต ตัวนำอื่น ๆ เช่นทองคำขาวทองเหลืองทองแดงกราไฟต์น้ำสกปรกและน้ำมะนาว

การไหลของอิเล็กตรอนในตัวนำไฟฟ้า

อิเล็กตรอนที่ไหลในตัวนำไม่เป็นเส้นตรงเนื่องจากความเร็วดริฟต์ ด้วยเหตุนี้การไหลของอิเล็กตรอนจะได้รับความผิดพลาดในแต่ละช่วงเวลาโดยอะตอมในตัวนำ ความเร็วนี้ค่อนข้างน้อยเนื่องจากมีอิเล็กตรอนอิสระจำนวนมาก ในตัวนำความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสามารถประมาณได้เพื่อให้เราสามารถวัดความเร็วดริฟต์สำหรับกระแสที่ทราบได้ เมื่อความหนาแน่นมากขึ้นจำเป็นต้องใช้ความเร็วต่ำสำหรับกระแสที่ทราบ อิเล็กตรอนที่ไหลในตัวนำจะสวนทางกับสนามไฟฟ้าซึ่งแสดงด้วย ‘E’

ตัวนำดำเนินการอย่างไรในปัจจุบัน?

วัสดุของอนุภาคตัวนำไฟฟ้าต้องไม่มีช่องว่างพลังงานระหว่างสองวงเช่นความจุและการนำไฟฟ้า ในแถบ Valance อิเล็กตรอนภายนอกจะติดกับอะตอมอย่างไม่ปลอดภัย เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงานเนื่องจากผลกระทบทางความร้อนหรือแรงเคลื่อนไฟฟ้าจากนั้นจะไหลจากวงหนึ่งไปยังอีกวงหนึ่ง

ในแถบการนำไฟฟ้าอิเล็กตรอนมีเสรีภาพในการเดินทางไปที่ใดก็ได้ภายในตัวนำ ตัวนำมีรูปร่างด้วยอะตอม ดังนั้นวงดนตรีนี้จึงอยู่ในอิเล็กตรอนจำนวนมาก พันธะโลหะอยู่ภายในตัวนำโดยอาศัยโครงสร้าง + ve โลหะไอออน โครงสร้างเหล่านี้ถูกปิดล้อมผ่านเมฆอิเล็กตรอน

เมื่อความเหลื่อมล้ำที่อาจเกิดขึ้นในตัวนำที่ปลายทั้งสองข้างอิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานที่เพียงพอเพื่อจ่ายจากพลังงานที่ต่ำกว่าไปยังพลังงานที่สูงขึ้นในแถบนี้โดยเทียบกับความต้านทานหนึ่งนาทีที่มาจากวัสดุตัวนำ การไหลของกระแสจะอยู่ในทิศทางย้อนกลับกับการไหลของอิเล็กตรอน

ประเภทของตัวนำไฟฟ้า

มีตัวนำหลายประเภทซึ่งรวมถึงสิ่งต่อไปนี้

ประเภทของตัวนำไฟฟ้า

โลหะ

โลหะ เป็นวัสดุนำไฟฟ้าส่วนใหญ่ที่ใช้ในการใช้งานจริง ตัวอย่างเช่นสายไฟฟ้าที่ใช้รอบบ้านมักจะใช้ลวดทองแดงเช่นปลั๊กไฟฟ้าที่ทำจากวัสดุประกอบด้วยโลหะและอุปกรณ์ภายในของเตารีดไฟฟ้ามีโลหะเช่นวัสดุนำไฟฟ้า เนื่องจากโลหะมีอิเล็กตรอนอิสระจำนวนนับไม่ถ้วนและกระตุ้นให้เคลื่อนที่ได้ตัวนำโลหะที่ดีที่สุดส่วนใหญ่ ได้แก่ เงินทองแดงและทอง

ไม่ใช่โลหะ

อโลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีมาก ตัวอย่างเช่นคาร์บอนในรูปแบบกราไฟต์เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีมาก ในโครงสร้างของกราไฟต์เราสามารถสังเกตได้ว่ามีคาร์บอนเพียง 3 ถึง 4 อะตอมเท่านั้นที่ใช้ในการเชื่อมต่อ สำหรับการสร้างพันธะอิสระจะทำให้อิเล็กตรอนเหลือเพียงตัวเดียว แต่อโลหะส่วนใหญ่ไม่ใช่ตัวนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม

ตัวนำไอออนิก

รูปแบบการแก้ปัญหาของตัวนำเรียกว่าตัวนำไอออนิก ตัวอย่างที่ดีที่สุดของตัวนำเหล่านี้คือน้ำทะเลหรือน้ำเค็มเนื่องจากสิ่งเหล่านี้เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี

เซมิคอนดักเตอร์

สารกึ่งตัวนำไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ดีเหมือนตัวนำ แต่ยังคงใช้ในหลาย ๆ งาน ตัวอย่างที่ดีที่สุดของเซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ ได้แก่ Ge (เจอร์เมเนียม) และ Si (ซิลิคอน)

คุณสมบัติของตัวนำ

คุณสมบัติของสภาพความไม่เสถียรของตัวนำส่วนใหญ่มีดังต่อไปนี้

• ตัวนำอนุญาตให้มีการไหลของอิเล็กตรอนและไอออนภายในตัวได้เสมอ
• สนามไฟฟ้าของตัวนำเป็นศูนย์ซึ่งอนุญาตให้อิเล็กตรอนไหลเข้ามาได้
• ความหนาแน่นของประจุของตัวนำไม่มีค่าอะไรเลย
• ค่าบริการฟรีส่วนใหญ่จะอยู่ที่ด้านนอกของตัวนำเท่านั้น
• ตัวนำทุกจุดมีศักยภาพเท่ากัน

มีโลหะหลายชนิดที่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี เนื่องจากชิ้นส่วนเครื่องใช้ที่จ่ายกระแสไฟฟ้าได้รับการออกแบบด้วยโลหะ ฉนวนคือการเคลือบพลาสติกบนตัวนำซึ่งช่วยปกป้องเราจากไฟฟ้าช็อต

ดังนั้นทั้งหมดนี้จึงเกี่ยวกับไฟฟ้า คนขับ ซึ่งใช้ได้กับระบบส่งกำลังโดยทั่วไปจะมีการควั่น ตัวนำเหล่านี้มีความยืดหยุ่นสูงเช่นเดียวกับความแข็งแรงเชิงกลเมื่อเปรียบเทียบกับลวดเส้นเดียวของพื้นที่หน้าตัดที่คล้ายกัน โดยปกติแล้วในตัวนำเหล่านี้ลวดกลางจะถูกล้อมรอบด้วยชั้นต่างๆของสายไฟ ขนาดตัวนำสามารถตัดสินใจได้จากพื้นที่หน้าตัดทองแดงที่สอดคล้องกันและจำนวนสตริงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางของแต่ละสาย นี่คือคำถามสำหรับคุณโปรดพูดถึงตัวนำเพิ่มเติมหรือไม่?