Всем привет! На связи Энциклопедия Электрика! Сегодня подробно поговорим о проводниках, полупроводниках и диэлектриках, а также рассмотрим в чем их отличие.
Прежде чем перейти к основной части нашей статьи хотелось бы напомнить, что энциклопедия электрика, это тематический канал, направленный на расширение ваших познаний в монтаже и проектирование электроустановок. Познакомиться с нашем каналом и идеями вы можете в конце статьи.
Если мы рассмотрим простейшую модель атома меди, то увидим что атом состоит из ядра в которое входят протоны и нейтроны. Вокруг ядра располагаются электроны на определенных орбитах или как их еще называют «энергетических уровни».
Причем количество отрицательно заряженных электронов равно количеству положительно заряженных протонов, то есть в нормальных условиях атом имеет нейтральный заряд.
На первом уровне расположено 2 электрона, на втором – 8 электронов, на третьем – 18 электронов, а на четвертом уровне – 32 электрона. При этом, чем ближе электрон к ядру, тем меньше у него запас энергии, тем он прочнее связан с ядром, его труднее вырвать из электронной оболочки.
По мере удаления от ядра запас энергии электрона увеличивается, а связь с ядром становится слабее. В свою очередь наиболее отдалённая от ядра зона, называется валентной зоной. Как видно у атома меди, на валентный зоне содержится один электрон.
Кроме этого, есть еще две зоны, это зона проводимости и запрещенная зона. Если электрон находящийся на валентный зоне - сможет пройти запрещенную зону и достигнет зону проводимости, ядро перестает его удерживать и он сможет переместиться к другим атомам.
У атома меди, валентная зона и зона проводимости пересекают друг друга, поэтому электрон может свободно перемещаться.
Таким образом, каждый атом меди способен испускать свободный электрон, который движется произвольно. Под действием электрического поля движение свободных электронов становится направленным.
То есть электропроводность вещества имеет место только в том случае, когда имеются свободные носители заряда , которые могут перемещаться под действием электрического поля. В нашем примере носителями заряда является электроны.
У диэлектриков, зона проводимости находится на значительном расстоянии от валентной зоны.
Сама запрещенная зона соответствует минимальной энергии для того чтобы электрон перешел из валентной зоны в зону проводимости.
Вот к примеру диаграммы для проводников , полупроводников и диэлектриков.
Как видно у диэлектрика, чтобы электрону перейти из валентной оболочки в зону проводимости, потребовалась бы значительная часть энергии. Но в обычных условиях электроны не могут переходить в зону проводимости, а следовательно не возникает тока, поэтому такое вещество называют диэлектриком.
Как вы догадались из диаграмм, существует еще один вид, называемый полупроводником. Удельное сопротивление таких веществ находится между проводниками и диэлектриками.
Одним из примеров полупроводника является кремний, давайте рассмотрим его кристаллическую решетку.
Тут каждый атом кремния стремиться иметь по 8 электронов на своей валентной оболочке.
Но так как атомы кремния имеют по 4 электрона в своей валентной оболочке , то соседние атомы распределяют электроны так, чтобы каждому атому досталось по восемь электронов. Так, у каждого электрона образовалась пара. Такое явления называется ковалентной связью. Эти связи довольно прочные и при низких температурах не разрываются.
То есть при температуре абсолютного нуля в таком полупроводнике все атомы идеально связываются с четырьмя соседями, не оставляя свободных электронов. Так как нет свободных носителей заряда то в этот момент он является идеальным изолятором.
По мере нагрева, кристалл приобретает дополнительную энергию, которая вызывает колебательное движение атомов решетки.
Как вы возможно знаете, носителями энергии механических колебаний решетки являются фононы. Сам фонон можно представить как волну. С повышением температуры энергия фононов возрастает и они становятся способными выбивать электроны.
При освобождении электрона из ковалентной связи в ней возникает как бы свободное место, обладающее элементарным положительным зарядом, равным по абсолютной величине заряду электрона.
Такое освободившееся в электронной связи место условно назвали дыркой. Так как дырка обладает положительным зарядом, то она имеет возможность присоединить к себе электрон соседней заполненной ковалентной связи.
В результате этого восстанавливается одна связь и разрушается соседняя, или, другими словами, заполняется одна дырка и одновременно с этим возникает новая в другом месте. Этот процесс непрерывно повторяется, и дырка, переходя из одной связи к другой, перемещается по кристаллу, что равносильно перемещению частицы, имеющей положительный заряд, равный по величине заряду электрона.
Если внешнее электрическое поле отсутствует, то и электроны, и дырки вследствие теплового движения перемещаются в кристалле хаотически.
Если же на кристалл действует электрическое поле, то движение дырок и электронов становится упорядоченным, т.е. в кристалле возникает электрический ток - направленное движение заряженных частиц.
Так мы разобрали что такое проводимость и чем отличаются проводники, диэлектрики и полупроводники.
Уважаемые читатели! Мы благодарим вас за проявленный интерес к данной статье и надеемся, что она помогла вам углубить знания в области электроустановок, вы очень поможете нашему проекту если поставите палец вверх, а также порекомендуете данную статью другим читателям. Обязательно не забудьте подписаться на наш канал, чтобы не пропускать новые статьи и материалы. Если у вас есть предложения по улучшению материала или замечания, пожалуйста, оставьте комментарий. Ваши комментарии должны содержать конструктивные предложения, чтобы мы могли совместно сделать мир электроустановок более понятным и доступным для изучения.
Дополнительно сообщаем, что НПО «ЭлектроРазработки» работает над созданием нового мобильного приложения под названием «Энциклопедия электрика». Это уникальное и профессиональное приложение станет первым в своём роде в нашей стране и объединит изучение различных аспектов электроустановок с множеством статей, опросов, шаблонов, калькуляторов, анимаций и макетов. Чтобы не пропустить все новости и быть в числе первых, кто испытает всю мощь этого мобильного приложения, мы предлагаем вам подписаться на наш сервис в VK по ссылке: https://vk.cc/cyLZWG. Выход мобильного приложения запланирован на конец ноября 2024 года.
Друзья, мы постоянно находимся в стадии разработки более эксклюзивного, интересного и познавательного контента. На данный момент этот эксклюзив готовится к заливке в приложение о котором мы рассказали выше, тем не менее, вы также можете получить доступ к этим ресурсам.
Доступ к более качественному и полезному материалу содержит в себе:
1. Шаблоны для расчётов электрических нагрузок и другие полезные инструменты.
2. База нормативной литературы.
3. Готовые решения для проектирования электроустановок.
4. Более ценный и актуальный контент.
5. Эксклюзивный словарь электрика.
Эти ресурсы помогут вам повысить квалификацию и эффективность работы, а также получить доступ к эксклюзивной информации, которая будет полезна как начинающим, так и опытным специалистам.
Чтобы получить доступ к этим материалам, вы можете поддержать нашу деятельность донатом.
Основная цель НПО «ЭлектроРазработки» — объединить и сделать мир электроустановок более понятным и доступным для всех инженерных направлений электроэнергетики, как для профессионалов, так и для молодых специалистов!
Оставаться с нами можно и на других платформах:
Ссылка на нашу группу ВК: https://vk.com/enelectro
Ссылка на Дзен: https://dzen.ru/electroencyclopedia
Ссылка на наш Telegram канал: https://t.me/electroencyclopedia
Ссылка на нашу группу в Telegram: https://t.me/+fZRdm5bsjqVhYWUy
Наша рабочая почта: info@npoelectrodesign.ru
Поддержать наш проект: https://vk.com/donut/enelectro