電荷を移動する物体の能力は、それが導電性材料でできているか非導電性材料でできているかによって異なります。たとえば、電気のスイッチを入れると電球が光ります。これは、電球に電流を伝えるために金属線が使用されているためです。ただし、代わりにプラスチック製のワイヤーや木綿の糸を使用すると、電球は光りません。この実験により、電荷を移動する可能性のある物体とそうでない物体があることが明らかになりました。その能力に応じて、導体、半導体、絶縁体に分類されます。この記事では、それらの定義、例、およびプロパティについて説明します。
導体とは?
導体は、電気が自由かつ容易に流れるようにする材料です。電気を通すことを可能にする導体の特性は、導電率と呼ばれます。電子の流れを作るために必要な力は、電圧として知られています。
指揮者はどのように働くのですか?
導体の導電率は、存在する荷電粒子の総数と、ある場所から別の場所に移動できる距離に依存します。以下は、コンダクターがどのように機能するかについてのいくつかのポイントです:
- 導体の表面には自由に動く電子があり、電気をスムーズに通すことができます。
- 電荷が導体を介して転送されると、電子の移動によって導体全体に分散されます。
- 余剰電子の領域で電子間の反発力が最小限に抑えられるまで、電荷は導体の表面に広がり続けます。
- 導体が別の導体と接触すると、電荷が最小になるまで、最初の物体から別の物体に電荷が移動します。
- 導体の例:銅、銀、鉄、真鍮、鋼、金、アルミニウムなど。人間や動物の体も導体の例です。
私たちの生活における指揮者の重要性
- 銀は、移動可能な自由電子を多数含んでいるため、電気の最良の伝導体として知られています。サテライト、はんだ、電気回路基板など、さまざまな特殊ツールで使用されます。
- 銅は家庭用電化製品や電気機器で一般的に使用されています。
- アルミニウムは、長距離送電線や電化製品によく使用されます。
- ニッケルは、電気自動車のバッテリーや発電施設で広く使用されています。
- グラファイトは電気を通すことができる唯一の非金属です。電極の製造や自動車のバッテリーに使用されます。
半導体とは?
半導体は「現代のエレクトロニクスの頭脳」として知られています。半導体は、導体と絶縁体の間の導電率を持つ要素です。
例:シリコン、ゲルマニウム、ヒ素、および周期表の「メタロイド階段」付近の元素。
半導体の種類
半導体は次の 2 つのタイプに分類されます。
<オール>真性半導体
真性半導体は非常に純粋になるように作られています。真性半導体の特定の形態は 1 つだけです。例:ゲルマニウム (Ge)、シリコン (Si) など
外因性半導体
Extrinsic Semiconductors では、不純物を添加することで導電性を向上させることができます。純粋な半導体に不純物原子を導入する方法は、ドーピングとして知られています。外因性半導体は 2 つのカテゴリに分類されます。
- N型半導体
- P型半導体
- N 型半導体:シリコンやゲルマニウムなどの純粋な半導体に、As、Sb、Bi などの不純物を加えたもの。その結果、5 つの価電子のうち 4 つが Si または Ge の 4 つの価電子と結合します。
- P 型半導体:純粋な半導体 (Si、Ge) に、アルミニウム、ガリウム、ヒ素などの 3 価の不純物がドープされています。その結果、不純元素の 3 つの価電子が、半導体の 4 つの価電子のうちの 3 つと結合します。
真性半導体と外因性半導体の比較
| パラメータ | 真性半導体 | 外部半導体 |
| 意味・概要 | 半導体は純粋な形です | 半導体には不純物がドープされています。 |
| 両替キャリアの生産 | 熱動による | 主に不純物による |
| 電気伝導率 | 低導電率 | 高い電気伝導率 |
| 温度 | 低い動作温度 | 高い動作温度 |
| 0 ケルビンでの挙動 | 伝導帯と価電子帯の間にあるフェルミ準位 | N 型半導体では、フェルミ準位は伝導帯の近くにあります。 P 型半導体では、フェルミ準位は価電子帯付近にあります。 |
| 例 | シリコン、ゲルマニウム | Si と Ge は、Al、Ga、P などでドープされています。 |
私たちの生活における半導体の重要性
- エアコンの温度センサーには半導体が使われています。
- 半導体は、論理ゲート、デジタル回路、発振器や増幅器などのアナログ回路の設計に使用されます。
- ソーラー プレートには半導体が使用されています。
- 半導体は 3D プリンターやマイクロチップに使用されています。
- 半導体デバイスは、コンピューター、電卓、携帯電話、その他の電子機器に使用されています。
絶縁体とは?
絶縁体は、電気の伝達に対して高い抵抗を持つ非金属要素です。これらの物質は、電子が 1 つの元素から別の元素に自由に移動するのを妨げます。
例:ガラス、プラスチック、ウール、綿、ゴム、純水など
絶縁体はどのように機能しますか?
絶縁体に電荷が印加されると、電荷は印加された領域にとどまり、素子本体全体に広がりません。
絶縁体の充電方法:
- 導入
- 他の素材との摩擦
私たちの生活における断熱材の重要性
- セラミック材料 (絶縁体) は、ワイヤ ホルダーや高電圧電力システムのコーティングに使用され、ワイヤの電気伝導を制限します。
- 乾いた綿は、電線を絶縁して人々の安全を守る布テープによく使用される素材です。
- グラスファイバー ワイヤーは、オーブンや炉などの高圧電源システムで使用される優れた絶縁体です。
- ガラスは通常、電力線の絶縁体として使用されます。
- ゴムは優れた絶縁体です。電気技師は、感電から身を守るためにゴム手袋と靴を使用します。ゴムは配電盤や電気外装にも使用されています。
導体、半導体、絶縁体の比較分析
| パラメータ | 指揮者 | 半導体 | 絶縁体 |
| 定義 | 電荷が自由に通過できる物質 | 導電性が導体と絶縁体の間にある材料 | 電流の流れを許さない物質 |
| 温度との関係 | 温度が上昇すると、その抵抗が増加します | 温度が上昇すると、抵抗が減少します | 温度が上昇すると、抵抗が減少します |
| 導電率 | 高導電率 | 中程度の導電率 | 低導電率 |
| 伝導の理由 | 金属結合には自由電子が存在するため | 電子と正孔の移動により | 自由電子がないため、伝導はありません |
| 導電率 | 非常に高い、つまり 10-⁷ MHO/M | 10-7 MHO/M ～ 10-¹³ MHO/M | ほとんど無視できる、その 10-¹³ MHO/M |
| エネルギーバンドギャップ | エネルギーギャップは存在しません | そのエネルギー ギャップは 1 eV で、これは導体よりも大きく、絶縁体よりも小さい | そのエネルギーギャップは 5 eV で、電子を押し出すには莫大な量のエネルギーが必要です |
| 抵抗力 | 低 | 通常 | 非常に高い |
| 抵抗値 | 10-⁵Ω-M未満 | 10-⁵Ω-M～10-⁵Ω-Mの間 | 10-⁵Ω-M以上 |
| 抵抗係数 | 正の抵抗係数 | 抵抗率の負の係数 | 抵抗率の負の係数 |
| 外殻の価電子数/秒 | 1価電子 | 4つの価電子 | 8つの価電子 |
| 形成過程 | 金属結合で形成 | 共有結合により形成 | イオン結合により形成 |
| 絶対零度(0ケルビン)での挙動 | 超伝導体のように振る舞う | 絶縁体として機能 | 絶縁体として機能 |
結論
導体は電気の伝達に欠かせない物質です。それらには多くの実際のアプリケーションがあります。一方、半導体には巨大な技術用途がありますが、絶縁体は電気火災のリスクを軽減し、回路を触れても安全にするのに役立ちます.グラファイトは、電気を伝導できる唯一の非金属です。ゴムは優れた絶縁体です。ゴムは配電盤や電気外装にも使用されます。半導体は、論理ゲート、デジタル回路、および発振器や増幅器などのアナログ回路の設計に使用されます。
