12: Фізика провідників та ізоляторів
- Page ID
- 101256
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
- 12.1:12.1 Вступ до провідності та провідників
- До теперішнього часу ви повинні добре знати про співвідношення між електропровідністю і певними типами матеріалів. Ті матеріали, що дозволяють легко проходити вільні електрони, називаються провідниками, тоді як ті матеріали, що перешкоджають проходженню вільних електронів, називаються ізоляторами.
- 12.2: Розмір провідника
- Повинно бути здоровим знанням, що рідини протікають по трубах великого діаметру легше, ніж через труби малого діаметру (якщо ви хочете практичну ілюстрацію, спробуйте пити рідину через соломинки різного діаметру). Той же загальний принцип дотримується і для протікання електронів через провідники: чим ширше площа поперечного перерізу (товщина) провідника, тим більше місця для протікання електронів, а отже, тим легше протікати потік (менше опір).
- 12.3: Потужність провідника
- Чим менше провід, тим більше опір для будь-якої заданої довжини, при цьому всі інші фактори рівні. Провід з більшим опором буде розсіювати більшу кількість теплової енергії для будь-якої заданої кількості струму, потужність дорівнює P = I2R. Розсіюється потужність в опорі проявляється у вигляді тепла, а надмірне тепло може пошкодити провід (не кажучи вже про предмети біля проводу!) , особливо з огляду на той факт, що більшість проводів ізольовані пластиковим або гумовим покриттям,
- 12.4: Запобіжники
- Зазвичай номінал амперності провідника - це межа схеми конструкції, яка ніколи не повинна бути навмисно перевищена, але є застосування, де очікується перевищення потужності: у випадку запобіжників.
- 12.6: Температурний коефіцієнт опору
- Можливо, ви помітили на таблиці для конкретних опорів, що всі цифри були вказані при температурі 20o за Цельсієм. Якщо ви підозрювали, що це означає, що питома стійкість матеріалу може змінюватися з температурою, ви мали рацію!
- 12.7: Надпровідність
- Провідники втрачають весь свій електричний опір при охолодженні до наднизьких температур (близько абсолютного нуля, близько -273о за Цельсієм). Потрібно розуміти, що надпровідність - це не просто екстраполяція тенденції більшості провідників поступово втрачати опір зі зниженням температури; скоріше, це раптовий квантовий стрибок питомого опору від кінцевого до нічого. Надпровідний матеріал має абсолютно нульовий електричний опір, а не просто якусь невелику кількість. Надпровідність була першою
- 12.8: Напруга пробою ізолятора
- Атоми в ізоляційних матеріалах мають дуже щільно пов'язані електрони, дуже добре протистоять вільному електронному потоку. Однак ізолятори не можуть протистояти невизначеній кількості напруги. При достатній напрузі, будь-який ізоляційний матеріал з часом піддасться електричному «тиску» і виникне потік електронів. Однак, на відміну від ситуації з провідниками, де струм знаходиться в лінійній пропорції до прикладеної напруги (з урахуванням фіксованого опору), струм через ізолятор досить нелінійний: для вольт