Que sont les conducteurs, semi-conducteurs et diélectriques
Qu'est-ce qu'un chef d'orchestre?
Une substance dans laquelle des porteurs de charge gratuits sont présents est appelée un conducteur. Le mouvement des porteurs libres est appelé thermique. La caractéristique principale d'un conducteur est sa résistance (R) ou sa conductivité (G) - l'inverse de la résistance.
G = 1 / R
En termes simples, un conducteur conduit du courant.
Les métaux peuvent être attribués à de telles substances, mais si nous parlons de non-métaux, alors, par exemple, le carbone est un excellent conducteur, trouvé dans les contacts glissants, par exemple, les balais de moteur électrique. Sol humide, solutions de sels et d'acides dans l'eau, le corps humain est également conducteur de courant, mais leur conductivité électrique est souvent inférieure à celle du cuivre ou de l'aluminium par exemple.
Les métaux sont d'excellents conducteurs, précisément en raison du grand nombre de porteurs de charge gratuits dans leur structure. Sous l'influence d'un champ électrique, les charges commencent à se déplacer, ainsi qu'à se redistribuer, le phénomène d'induction électrostatique est observé.
Qu'est-ce qu'un diélectrique?
Les diélectriques sont des substances qui ne conduisent pas, ni conduisent, mais très mal. Ils n'ont pas de porteurs de charge gratuits, car la liaison des particules atomiques est suffisamment forte pour former des porteurs libres, par conséquent, sous l'influence d'un champ électrique, aucun courant ne se produit dans le diélectrique.
Le gaz, le verre, la céramique, la porcelaine, certaines résines, la textolite, la carbolite, l'eau distillée, le bois sec, le caoutchouc - sont des diélectriques et ne conduisent pas de courant électrique. Dans la vie quotidienne, les diélectriques se trouvent partout, par exemple, les boîtiers d'appareils électriques, les interrupteurs électriques, les fiches, les prises, etc. sont fabriqués à partir d'eux. Dans les lignes électriques, les isolateurs sont faits de diélectriques.
Cependant, en présence de certains facteurs, par exemple, une augmentation du niveau d'humidité, une intensité de champ électrique supérieure à la valeur admissible, etc., le matériau commence à perdre ses fonctions diélectriques et devient conducteur. Parfois, vous pouvez entendre des phrases comme «panne de l'isolateur» - c'est le phénomène décrit ci-dessus.
En bref, les principales propriétés d'un diélectrique dans le domaine de l'électricité sont l'isolation électrique. C'est la capacité d'entraver la circulation du courant qui protège une personne contre les blessures électriques et autres problèmes. La principale caractéristique d'un diélectrique est la rigidité électrique - une valeur égale à sa tension de claquage.
Qu'est-ce qu'un semi-conducteur?
Le semi-conducteur conduit un courant électrique, mais pas comme les métaux, mais soumis à certaines conditions - donnant à la substance de l'énergie dans les bonnes quantités.Cela est dû au fait qu'il y a trop peu de porteurs libres (trous et électrons) ou qu'il n'y en a pas du tout, mais si vous appliquez une certaine quantité d'énergie, ils apparaîtront. L'énergie peut être de différentes formes - électrique, thermique. De plus, des trous libres et des électrons dans un semi-conducteur peuvent apparaître sous l'influence du rayonnement, par exemple, dans le spectre UV.
Où les semi-conducteurs sont-ils utilisés? Ils fabriquent des transistors, des thyristors, des diodes, des microcircuits, des LED et plus encore. Ces matériaux comprennent le silicium, le germanium, des mélanges de différents matériaux, par exemple, l'arséniure de galium, le sélénium, l'arsenic.
Pour comprendre pourquoi un semi-conducteur conduit du courant électrique, mais pas comme les métaux, il est nécessaire de considérer ces matériaux du point de vue de la théorie des bandes.
Théorie des zones
La théorie des zones décrit la présence ou l'absence de porteurs de charge gratuits par rapport à certaines couches d'énergie. Le niveau ou la couche d'énergie se réfère à la quantité d'énergie des électrons (noyaux d'atomes, molécules - particules simples), ils sont mesurés en valeur d'électrons volts (EV).
L'image ci-dessous montre trois types de matériaux avec leurs niveaux d'énergie:
Veuillez noter que les niveaux d'énergie des conducteurs de la bande de valence à la bande de conduction sont combinés dans un diagramme inextricable. Les bandes de conduction et de valence se chevauchent, c'est ce qu'on appelle la zone de chevauchement. En fonction de la présence d'un champ électrique (tension), de la température et d'autres facteurs, le nombre d'électrons peut varier. Grâce à ce qui précède, les électrons peuvent se déplacer dans les conducteurs, même si vous leur dites une quantité minimale d'énergie.
Un semi-conducteur a une certaine interdiction entre la bande de valence et la bande de conduction. La bande interdite décrit la quantité d'énergie à rapporter au semi-conducteur pour que le courant circule.
Dans un diélectrique, le diagramme est similaire à celui qui décrit les semi-conducteurs, mais la différence ne concerne que la bande interdite - elle est plusieurs fois grande ici. Les différences sont dues à la structure interne et au fond.
Nous avons examiné les trois principaux types de matériaux et donné des exemples et des caractéristiques. Leur principale différence est la capacité de conduire le courant. Par conséquent, chacun d'eux a trouvé son propre domaine d'application: les conducteurs sont utilisés pour transférer l'électricité, les diélectriques - pour l'isolation des pièces sous tension, les semi-conducteurs - pour l'électronique. Nous espérons que les informations fournies vous ont aidé à comprendre quels sont les conducteurs, semi-conducteurs et diélectriques dans un champ électrique, ainsi que la différence entre eux.
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