핵심 포인트
- 지휘자는 움직일 수 있는 전하를 포함하는 물자입니다.
- 구리 또는 알루미늄과 같은 금속 도체에서 이동 가능한 하전 입자는 전자이지만 다른 경우에는 이온 또는 다른 양전하를 띤 종일 수 있습니다.
- 고체의 분자 궤도가 일련의 연속 에너지 준위가되는 밴드 이론은 도체,반도체 및 절연체의 거동을 설명하는 데 사용될 수 있습니다.
- 가장 친숙한 도체는 금속입니다.
용어
- 금속다른 금속 원자와 금속 결합을 형성하는 주기율표의 화학 원소 중 하나;일반적으로 반짝,다소 가단 하드,종종 열 및 전기의 도체.
- 분자 궤도전자의 특정 위치와 에너지의 확률을 설명하는 분자 내의 전자의 양자 기계적 거동;원자 궤도의 선형 조합에 의해 근사됩니다.
- 전압공간에서 두 지점 사이의 정전기 전위의 양.
도체 대 절연체
도체는 이동 가능한 전하를 포함하는 재료이다. 구리 또는 알루미늄과 같은 금속 도체에서 이동 가능한 하전 입자는 전자입니다. 양전하는 또한 배터리의 양이온 전해질(들)또는 연료 전지의 양성자 전도체의 이동 양성자와 같은 이동성일 수 있다. 절연체는 몇몇 이동할 수 있는 책임을 가진 비 지휘하는 물자입니다;그들은 단지 하찮은 전류를 나릅니다.
밴드 이론의 개념을 사용하여 도체를 설명 할 때 이동 전자를 사용하여 전기를 전도하는 도체에 초점을 맞추는 것이 가장 좋습니다. 밴드 이론에 따르면,도체는 단순히 원자가 밴드와 전도 밴드가 겹치는 물질이므로 전자가 최소의인가 전압으로 재료를 통해 흐를 수 있습니다.
밴드 이론
고체 물리학에서 고체의 밴드 구조는 고체 내의 전자가 가질 수있는 에너지 밴드(“허용 된 밴드”)와 밴드 갭(“금지 된 밴드”)이라고 불리는 에너지 범위를 설명합니다. 밴드 이론은 에너지 밴드의 존재를 가정하여 고체에서 전자의 거동을 모델링합니다. 그것은 성공적으로 고체의 많은 물리적 특성을 설명하기 위해 재료의 밴드 구조를 사용합니다. 밴드는 또한 분자 궤도 이론의 대규모 한계로 볼 수 있습니다.
단일 격리 된 원자의 전자는 원자 궤도를 차지하며,이는 개별 에너지 준위 세트를 형성합니다. 여러 원자가 한 분자로 합쳐지면 원자 궤도는 각각 다른 에너지를 가진 별도의 분자 궤도로 나뉩니다. 이것은 원자가 전자의 수에 비례하는 다수의 분자 궤도를 생성한다. 많은 수의 원자(1020 이상)가 함께 모여 고체를 형성하면 궤도의 수가 상당히 커집니다. 결과적으로 그들 사이의 에너지 차이는 매우 작아집니다. 따라서,고체에서 레벨 형성 에너지의 연속 밴드 보다는 고립 된 원자의 이산 에너지 레벨. 그러나 일부 에너지 간격에는 궤도가 없으므로 밴드 갭이 형성됩니다. 이 개념은 반도체 및 절연체의 맥락에서 더욱 중요합니다.
에너지 밴드 내에서 에너지 레벨은 두 가지 이유로 거의 연속체로 간주 될 수 있습니다:
- 고체에서 에너지 레벨 사이의 분리는 전자가 포논(원자 진동)과 끊임없이 교환하는 에너지와 비슷합니다.
- 이 분리는 합리적으로 긴 시간 간격에 대한 하이젠 베르크 불확실성 원리로 인한 에너지 불확실성과 비슷합니다. 결과적으로 에너지 레벨 간의 분리는 아무런 결과가 없습니다.
도체
모든 도체에는 전하가 포함되어 있으며,이는 재료의 개별 점에 걸쳐 전위차(볼트로 측정)가 적용될 때 이동합니다. 이 전하 흐름(암페어로 측정)은 전류라고합니다. 대부분의 재료에서 직류는 온도가 일정하게 유지되고 재료가 동일한 모양과 상태로 유지되면 전압(옴의 법칙에 의해 결정됨)에 비례합니다.
가장 친숙한 도체는 금속입니다. 구리는 전기 배선에 사용되는 가장 일반적인 재료입니다. 실버는 최고의 지휘자이지만 비싸다. 금은 부식되지 않기 때문에 고품질의 표면 대 표면 접점에 사용됩니다. 그러나 흑연,염 용액 및 모든 플라즈마를 포함한 많은 비금속 도체가 있습니다. 심지어 전도성 폴리머가 있습니다.
열과 전기 전도도는 수시로 함께 갑니다. 예를 들어,전자의 바다는 대부분의 금속이 전기 및 열 전도체 역할을하도록합니다. 그러나,몇몇 비 금속 물자는 좋은 열 지휘자 없이 실제적인 전기 지휘자입니다.