Johdin määritellään aineeksi, kuten sähköjohto, siirtojohto tai jakelujohto, joiden kautta sähköä siirretään. Kun jännite tarjotaan, sähkövarauksen kantajat, usein elektronit tai ionit, kulkevat vaivattomasti atomista atomiin johtimessa. Suurin osa metalleista, mukaan lukien kupari, pidetään hyvinä johtimina, kun taas ei-metalleja tai eristeitä pidetään huonoina johtimina.
Miksi johtimet ovat tärkeitä?
Johtimet ovat hyödyllisiä ja tärkeitä monista syistä.
- Se varmistaa sen ionit tai elektronit voivat kulkea sen läpi vapaasti.
- Sen sisällä ei ole sähkökenttää, mikä mahdollistaa ionien tai elektronien virtauksen.
- Sähkökenttä on yhdensuuntainen sen ulkopuolella olevan johtimen pinnan kanssa.
- Nollavaraustiheyden vuoksi vapaita varauksia voi olla vain pinnalla ja positiiviset ja negatiiviset varaukset kumoavat toisensa.
Johtimilla on myös hyvä lämmönjohtavuus ja alhainen vastus. Lisäksi magneettikentässä oleva johdin ei varastoi energiaa. Lopuksi johtimen päät ovat molemmat samassa potentiaalissa. Kun potentiaali toisessa päässä muuttuu, elektronit voivat alkaa liikkua päästä toiseen ja sähkö voi virrata johtimen läpi.
Lue myös: Mikä on amorfinen puolijohde?
Miten johtimet toimivat?
Johtimien toimintaa voidaan oppia tutkimalla solid-state fysiikan kaistateoriaa, jonka mukaan kiinteillä aineilla sanotaan olevan valenssikaista ja johtavuuskaista. Sähkövirta ei voi virrata materiaalin läpi, jos sen välillä on energiarako valenssinauha ja johtuvuuskaista. Koska nämä nauhat menevät päällekkäin johtimissa, elektronit voivat liikkua aineen läpi vaikka vain pieni jännite olisi päällä. Jännitteen, sähkömotorisen voiman tai lämpötilavaikutuksen lisääminen stimuloi valenssikaistan ulompia elektroneja, mikä saa ne siirtymään valenssikaistalta johtavuuskaistalle, koska ne ovat vain löyhästi sidottu atomiin.
Näillä elektroneilla on täydellinen vapaus vaeltaa missä tahansa johtavuuskaistalla, missä niitä on suuri määrä. Nämä elektronit eivät kulje suoraan; ne liikkuvat edestakaisin. Niiden nopeutta kutsutaan tästä syystä drift-nopeudeksi tai Vd:ksi. Syy siihen, että elektronit törmäävät materiaaliatomien tai muiden elektronien kanssa johtimen johtavuuskaistan sisällä, johtuu tästä ajautumisnopeudesta.
Elektronit siirtyvät pienemmän tehon pisteestä korkeamman tehon pisteeseen, kun johtimessa on potentiaaliero kahden paikan välillä. Sähkö virtaa vastakkaiseen suuntaan kuin elektronit. Johdinmateriaali tarjoaa tässä tapauksessa vain minimaalisen vastuksen.
