Γιατί κάποια υλικά είναι καλοί αγωγοί, ενώ άλλοι όχι;

Η αγωγιμότητα ενός υλικού εξαρτάται από το πόσο εύκολα τα ηλεκτρόνια μπορούν να μετακινηθούν μέσα από αυτό. Ακολουθεί μια κατανομή του γιατί ορισμένα υλικά είναι καλοί αγωγοί και άλλοι δεν είναι:

καλοί αγωγοί:

* Δωρεάν ηλεκτρόνια: Οι καλοί αγωγοί έχουν πολλά δωρεάν ηλεκτρόνια. Αυτά τα ηλεκτρόνια δεν συνδέονται στενά με τα άτομα τους και μπορούν εύκολα να κινηθούν σε όλο το υλικό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα μέταλλα είναι εξαιρετικοί αγωγοί. Έχουν μια "θάλασσα" από απομακρυσμένα ηλεκτρόνια που μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα.

* Ατομική δομή: Η διάταξη των ατόμων σε έναν αγωγό παίζει ρόλο. Στα μέταλλα, τα εξωτερικά ηλεκτρόνια κρατούνται χαλαρά και μπορούν εύκολα να κινούνται μεταξύ των ατόμων. Αυτή η κινητικότητα επιτρέπει την αποτελεσματική αγωγιμότητα.

* Επίπεδα ενέργειας: Τα ενεργειακά επίπεδα των ηλεκτρονίων σε έναν αγωγό είναι κοντά. Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται μια μικρή ποσότητα ενέργειας για να διεγείρουν τα ηλεκτρόνια και να τους επιτρέψουν να κινηθούν.

Φτωχοί αγωγοί (μονωτήρες):

* Στερεά δεσμευμένα ηλεκτρόνια: Οι μονωτήρες έχουν ηλεκτρόνια στενά συνδεδεμένα με τα άτομα τους. Αυτά τα ηλεκτρόνια δεν είναι ελεύθερα να κινούνται εύκολα και δεν μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα.

* μεγάλα ενεργειακά κενά: Τα επίπεδα ενέργειας σε μονωτήρες είναι πολύ μακριά. Απαιτείται σημαντική ποσότητα ενέργειας για να διεγείρουν τα ηλεκτρόνια στη ζώνη αγωγιμότητας, καθιστώντας δύσκολο για αυτούς να φέρουν το ρεύμα.

* Έλλειψη ελεύθερων ηλεκτρονίων: Οι μονωτήρες έχουν πολύ λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια.

ημιαγωγοί:

* Ενδιάμεση συμπεριφορά: Οι ημιαγωγοί πέφτουν κάπου μεταξύ αγωγών και μονωτήρων. Έχουν μέτριο αριθμό ελεύθερων ηλεκτρονίων και μικρότερο ενεργειακό κενό από τους μονωτήρες.

* Εξάρτηση θερμοκρασίας: Η αγωγιμότητά τους αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, επειδή περισσότερα ηλεκτρόνια είναι ενθουσιασμένοι με τη ζώνη αγωγιμότητας.

Παραδείγματα:

* Διευθυντές: Χαλκός, ασήμι, χρυσό, αλουμίνιο

* μονωτήρες: Γυαλί, καουτσούκ, πλαστικό, ξύλο

* ημιαγωγοί: Πυρίτιο, γερμάνιο

Συνοπτικά:

Η διαφορά στην αγωγιμότητα βράζει μέχρι τη διαθεσιμότητα ελεύθερων ηλεκτρονίων και την ευκολία με την οποία μπορούν να κινηθούν μέσα στο υλικό. Οι αγωγοί έχουν πολλά δωρεάν ηλεκτρόνια και επιτρέπουν την εύκολη ροή ηλεκτρονίων. Οι μονωτήρες έχουν στενά συνδεδεμένα ηλεκτρόνια και αντιστέκονται στη ροή ηλεκτρονίων. Οι ημιαγωγοί παρουσιάζουν ενδιάμεση συμπεριφορά.