Теория проводников описывает электрические свойства материалов, известных как проводники, характеризующихся высокой проводимостью и низким удельным сопротивлением.
Зонная теория проводимости
Согласно зонной теории, электроны в проводнике распределяются по двум основным зонам:
* Валентная зона: Самая низкая энергетическая зона, заполненная электронами.
* Зона проводимости: Следующая за валентной зоной зона, которая может быть частично или полностью заполненной электронами.
Металлические проводники
Металлы являются идеальными проводниками из-за их уникальной электронной структуры:
* У металлов валентная зона и зона проводимости перекрываются, создавая полузаполненную зону проводимости .
* Электроны в полузаполненной зоне проводимости не связаны с конкретными атомами и могут свободно перемещаться, образуя электронный газ .
Свободные электроны
Свободные электроны в металлах обладают следующими свойствами:
* Не ограничены отдельными атомами.
* Имеют случайное, хаотичное движение.
* Могут ускоряться электрическим полем, создавая электрический ток.
Движение свободных электронов
Когда на проводник подается электрическое поле, свободные электроны ускоряются в направлении, противоположном полю. Это движение создает электрический ток.
Удельное сопротивление
Удельное сопротивление (ρ) является мерой сопротивления проводника электрическому току. Оно определяется как:
«`
ρ = (E * L) / (I * A)
«`
Где:
* ρ — удельное сопротивление (Ом-метр)
* E — напряжение, приложенное к проводнику (вольт)
* L — длина проводника (метр)
* I — ток, протекающий через проводник (ампер)
* A — площадь поперечного сечения проводника (квадратный метр)
Основные характеристики проводников
* Высокая проводимость (низкое удельное сопротивление)
* Свободные электроны, доступные для переноса заряда
* Перекрывающиеся зоны проводимости и валентности
* Хаотичное движение электронов
* Подчинение закону Ома (ток прямо пропорционален напряжению)
Применение проводников
Проводники используются во многих электрических и электронных устройствах, включая:
* Провода и кабели
* Электрические компоненты (резисторы, конденсаторы, индукторы)
* Транзисторы
* Печатные платы
* Электромагниты