การนำไฟฟ้าคืออะไร

เมื่อพูดถึงคุณสมบัติของวัตถุนี้หรือวัตถุนั้นเพื่อป้องกันการผ่านของกระแสไฟฟ้า เรามักจะใช้คำว่า «ความต้านทานไฟฟ้า» ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นั้นสะดวกมีส่วนประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์พิเศษตัวต้านทานที่มีความต้านทานเล็กน้อย

แต่ยังมีแนวคิดเรื่อง "การนำไฟฟ้า" หรือ "การนำไฟฟ้า" ซึ่งเป็นลักษณะความสามารถของร่างกายในการนำกระแสไฟฟ้า

เนื่องจากความต้านทานนั้นแปรผกผันกับกระแส การนำไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสไฟฟ้า นั่นคือ การนำไฟฟ้าเป็นส่วนกลับของความต้านทานไฟฟ้า

ความต้านทานวัดเป็นโอห์มและการนำไฟฟ้าเป็นซีเมนส์ แต่ในความเป็นจริงแล้ว เรามักพูดถึงคุณสมบัติเดียวกันของวัสดุ นั่นคือความสามารถในการนำไฟฟ้า

การนำไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่าตัวพาประจุที่สร้างกระแสในสสารคืออิเล็กตรอน ประการแรก โลหะมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้า แม้ว่าวัสดุเกือบทั้งหมดจะมีความสามารถไม่มากก็น้อย

อุณหภูมิของวัสดุยิ่งสูงขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุก็จะยิ่งต่ำลง เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนจะรบกวนการเคลื่อนที่อย่างเป็นระเบียบของอิเล็กตรอนมากขึ้น และดังนั้นจึงป้องกันกระแสไฟตรง

ยิ่งลวดสั้นเท่าไร พื้นที่หน้าตัดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระในลวดก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น (ความต้านทานจำเพาะยิ่งต่ำ) ค่าการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า สิ่งสำคัญที่สุดคือต้องส่งพลังงานไฟฟ้าโดยมีการสูญเสียน้อยที่สุด เพราะเหตุนั้น โลหะ มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงสุดนั่นคือน้อยที่สุด ความต้านทานไฟฟ้าเฉพาะ: เงิน, ทองแดง, ทอง, อลูมิเนียม ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระในโลหะจะสูงกว่าในไดอิเล็กตริกและสารกึ่งตัวนำ

การใช้อลูมิเนียมและทองแดงเป็นตัวนำพลังงานไฟฟ้าจากโลหะมีผลกำไรสูงสุดทางเศรษฐกิจ เนื่องจากทองแดงมีราคาถูกกว่าเงินมาก แต่ในขณะเดียวกันความต้านทานไฟฟ้าของทองแดงจะสูงกว่าเงินเพียงเล็กน้อยตามลำดับ ทองแดงนำไฟฟ้าคือ น้อยกว่าเงินน้อยมาก โลหะอื่น ๆ ไม่สำคัญเท่ากับการผลิตลวดในอุตสาหกรรม 

สื่อก๊าซและของเหลวที่มีไอออนอิสระจะนำไอออนิก ไอออน เช่น อิเล็กตรอน เป็นตัวพาประจุและสามารถเคลื่อนที่ได้ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าตลอดปริมาตรของตัวกลาง สภาพแวดล้อมดังกล่าวได้ อิเล็กโทรไลต์… ยิ่งอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์สูงขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าของไอออนก็จะยิ่งสูงขึ้น เนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนที่เพิ่มขึ้น พลังงานของไอออนจะเพิ่มขึ้นและความหนืดของตัวกลางจะลดลง

ในกรณีที่ไม่มีอิเล็กตรอนในตาข่ายผลึกของวัสดุ อาจเกิดการนำโฮลได้ อิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้า แต่พวกมันจะทำหน้าที่เหมือนตำแหน่งว่างเมื่อรูเคลื่อนไป นั่นคือตำแหน่งว่างในตาข่ายคริสตัลของวัสดุ อิเล็กตรอนอิสระไม่เคลื่อนที่ที่นี่เหมือนก้อนก๊าซในโลหะ

การนำโฮลเกิดขึ้นในเซมิคอนดักเตอร์ในระดับเดียวกับการนำอิเล็กตรอน สารกึ่งตัวนำในชุดค่าผสมต่างๆ ช่วยให้คุณควบคุมปริมาณการนำไฟฟ้าที่แสดงในอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ได้: ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ไทริสเตอร์ เป็นต้น

ประการแรก โลหะเริ่มถูกใช้เป็นตัวนำในวิศวกรรมไฟฟ้าในศตวรรษที่ 19 ร่วมกับไดอิเล็กทริก ฉนวน (ที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำที่สุด) เช่น ไมกา ยาง พอร์ซเลน

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ได้แพร่หลายโดยครอบครองตำแหน่งกึ่งกลางที่มีเกียรติระหว่างตัวนำและไดอิเล็กตริกเซมิคอนดักเตอร์สมัยใหม่ส่วนใหญ่มีพื้นฐานมาจากซิลิคอน เจอร์เมเนียม คาร์บอน สารอื่น ๆ มีการใช้น้อยกว่ามาก