Konduktado (elektro)
El Vikipedio
'Elektra konduktado estas movado de ŝargitaj partikloj tra materialo responde al elektra kampo. La subkuŝa mekanismo de tiu ĉi movado depedas de la materialo mem.
Ordinare, konduktado bone priskribiĝas per la Leĝo de Ohmo, kiu diras ke la kurento estas proporcia al la aplikita elektra kampo. La facileco kun kiu kurenta denseco (kurento per areo) j fluas en materialo mezuriĝas per la konduktiveco σ kiu difiniĝas kiel:
aŭ ĝia inverso resistiveco ρ, kiu difiniĝas kiel:
En neizotropaj materialoj, σ kaj &rho estas tensoroj.
Enhavo |
[redaktu] Solidaĵoj
En kristalaj solidaĵoj, atomoj interagas kun siaj najbaroj, kaj la energiaj niveloj de la elektronoj de izolaj atomoj iĝas bendoj. Ĉu materialo konduktas ĉu ne determiniĝas de sia benda struktoro. Elektronoj, estantaj fermionoj sekvas la Pauli-an pricipon de eksludo, signifantan ke du elektronoj ne povas okupi la saman staton. Tiel elektronoj en solidaĵo plenigas la energiajn bendojn ĝis certa nivelo, nomita la Fermia nivelo. Bendoj kiuj estas tute plenaj de elektronoj ne povas kondukti elektro, ĉar ne estas stato kun proksima energio al kiu tiuj elektronj povas salti. Material en kiuj la bendoj estas plenaj (t.e. la Fermia energio estas inter ud bendoj) estas izolaĵoj.
[redaktu] Metaloj
Metaloj estas bonaj konduktantoj ĉar ili havas neplenan spacon en la valenta bendo. Manke de elelktra kampo, ekzistas elektronoj veturanataj laŭ ĉiuj direktoj kaj kun multaj malsamaj rapidoj ĝis la Fermi-a rapido (la rapido de elektrono ĉe la Fermia energio). Kiam elektra kampo apliiĝas, eta malekvilibro ekiĝas kaj kurento fluas. Elektronoj en tiu ĉi bendo povas akceli per tiu kampo ĉar estas abundaj apudaj statoj sur la bendo.
Rezistanco okaziĝas pro dispersado de difektoj en la latiso aŭ pro fononoj. Kruda teorio de konduktado en simplaj metaloj estas la Druda modelo, en kiu dispersado karakteriĝas de modera tempo τ. La konduktado doniĝas de la ekvacio:
kie n estas la denseco de konduktana elektronoj, e estas la elektrona ŝargo, kaj m estas la elektrona maso. Pli bona modelo estas la tiel-nomita duonklasika teorio, en kiu la efiko de perioda potencialo de la latiso sur la elektronoj donas al ili efektivan mason.
[redaktu] Semikonduktanoj
Solidaĵo kun plenaj bendoj estas izolaĵo, sed ĉe finia temperaturo, elektronoj povas termike eksitiĝi de la valenta bendo al la sekva pli alta, la kondukta bendo. La frakcio de elektronoj ekscititaj laŭ tiu ĉi maniero dependas de la termperaturo kaj la bendbreĉo, la energia diferenco inter la du bendoj. Ekscitado de tiuj ĉi elektronoj en la kondutan bendon lasas postlasas pozitive ŝargitaj truoj en la valenta bendo, kiu ankaŭ povas kondukti elektron. Vidu semikonduktanton por pliaj detaloj.
En semikonduktantoj, malpuraĵoj efikas la koncentreco kaj tipo de ŝargportantoj. Donantoj (n-tipaj) malpuraĵoj havas ekstrajn valentajn elektronojn kun energioj tre proksimaj al la kondukta bendo kiuj facile povas ekscitiĝi al la kondukta bendo. Akceptantoj (p-tipaj) malpuraĵoj kaptas elektronojn de la valenta bendo, allasante la facila formado de truoj. Se izolaĵo dopiĝas kun sufiĉaj malpuraĵoj, Motta transiro okazas, kaj la izolaĵo fariĝas konduktanto.
[redaktu] Superkonduktantoj
En metaloj kaj certaj aliaj materialoj, transiro okazas ĉe malaltaj temperaturoj al la superkonduktanta stato. Per interago peritaj de alia parto de la sistemo (en metaloj, fononoj), la elektronoj pariĝas al Cooper-aj paroj. La bosonaj paroj formas superfluidon kiu havas nulan rezistancon.
[redaktu] Elektrolitoj
Elektraj kurentoj en elektrolitoj estas fluoj de elektre ŝargitaj atomoj (jonoj). Ekzemple, se elektra kampo lokiĝas ĉirkaŭ solvo de Na+ kaj Cl–, la natriaj jonoj movigas al la negativa elektrodo (katodo), kaj la kloraj jonoj moviĝas al la pozitiva elektrodo (anodo). Se kondiĉoj estas ĝustaj, redoksa reakcio okaziĝas, kiu delasas elektronon de la kloro, kaj ebligas ke elektronoj ensorbiĝi en la natrio. En akva glacio kaj en certaj solidaj elektrolitoj, fluantaj protonoj konstituas la elektran kurenton.
[redaktu] Gasoj kaj Plasmoj
En neŭtralaj gasoj, elektra konduktado estas tre malalta. Ili agas kiel dielektriko aŭ izolaĵo, supren ĝis la elektra kampo atingas la disrompan grandon, kiu senigas elektronojn de la atomoj, kiu tiel formas plasmon. Tiu ĉi plasmo ebligas konduktado de elektro, formante sparkon, lumarkon, aŭ fulmon. En ordinara aero sub la rompiĝa kampa grando, la ĉefa fonto de elektra konduktado estas tra moveblaj partikloj de akvo, kiuj navetas elektran ŝargon formantaj kurenton.
Plasmo estas stato de materio kie kelkaj el la elektronoj en gaso seniĝis aŭ "joniĝis' de iliaj molekuloj aŭ atomoj. Plasmo povas formiĝi de alta temperaturo, au de aplikado de elektra kampo kiel notita supren. Elektra konduktado en plasmo rezultas de la movado de kaj elektronoj kaj pozitivaj jonoj.
