Чем отличаются проводники от полупроводников
Проводники — это материалы (обычно металлы), хорошо пропускающие электрический ток. Вещества, которые его не пропускают, называют изоляторами или диэлектриками. Отличием полупроводников является то, что они могут вести себя как проводники или изоляторы, в зависимости от внешних условий.
Электрические свойства веществ
Что такое проводники
Это материалы, которые позволяют свободно перемещаться электронам, поэтому на их основе создают электрические цепи. В проводниках высокая плотность свободно перемещающихся носителей зарядов, соответственно их электрическое сопротивление мало.
Свойства проводников
Все материалы или элементы, позволяющие движущимся электрическим зарядам свободно протекать через них, называются проводниками. Чтобы электроны могли перемещаться по проводящим материалам, они должны быть подключены к источнику напряжения. К проводникам относятся металлы, растворы кислот, щелочей и солей (электролиты).
Что такое полупроводники
Как мы уже выяснили, электрический ток проходит через проводники беспрепятственно, а вот полупроводники в зависимости от характеристик среды, в которой они находятся, могут пропускать ток так же хорошо, как и проводники или же выполнять функции изоляторов. Электрическое или магнитное поле, радиация, давление и температура окружающей среды — вот некоторые из факторов, определяющих поведение полупроводника.
Свойства полупроводников
Все материалы, содержащие четыре электрона на последнем электронном уровне, как правило, являются полупроводниками и используются в основном в качестве элементов электронных схем (полупроводниковые диоды, транзисторы, интегральные схемы, фотоэлементы, термоэлементы и пр.).
Основные отличия
Проводники отличаются от полупроводников величиной удельного сопротивления, типом химической связи, зонной диаграммой.
Отличия между веществами
Еще одним отличием является разный механизм возникновения тока. В металлах присутствует много свободных электронов. Когда они под действием внешнего электрополя начинают двигаться однонаправлено, появляется электрический ток.
В полупроводниках каждый валентный электрон принадлежит 2-м атомам. Когда материал нагревается, у некоторых электронов появляется столько энергии, что они разрывают свою связь с атомами. Вследствие этого в кристалле возникают свободные электроны, а на их месте появляются дырки, в которые могут перемещаться электроны из соседних атомов, но тогда дырки образуются на их месте.
Дырки похожи на частицы с положительным зарядом. Под воздействием электрополя электроны и дырки начинают перемещаться упорядоченно, поэтому ток в полупроводнике имеет электронно-дырочную природу.
Отличительные признаки полупроводников
Чтобы понять, чем отличаются проводники от так называемых полупроводников, следует обратить внимание и на такое свойство последних, как способность пропускать электроток только в одном направлении.
Электропроводимость полупроводников
Повышение температуры и применение примесей способствует увеличению электропроводимости полупроводников, а что касается проводников, то при таких условиях их проводимость снижается.
Сравнение материалов
Сферы применения
К металлам, наиболее часто используемым в качестве проводников, относятся медь, золото, серебро, алюминий и сталь. Среди них наиболее распространена медь, поскольку она относительно недорога и достаточно хороша для выполнения своей функции, так же как и алюминий, на основе того, что разница в проводимости между медью и алюминием невелика. Золото и серебро самые лучшие токопроводящие металлы, однако они используются редко вследствие своей высокой стоимости.
В большинстве электроприборов для проведения электричества используются одножильные или многожильные медные провода. Поперечное сечение проводов выбирается в зависимости от мощности устройства, с расчетом на то, чтобы провода не перегревались и не перегорали. Провода обычно покрыты изоляционным материалом, таким как резина или ПВХ (поливинилхлорид).
Медный и алюминиевый кабели
Полупроводниковые материалы в чистом виде обычно не используются в повседневной жизни. Однако, будучи модифицированными, они могут применяться при производстве электронных устройств, используемых для управления электрическими системами и оборудованием. Полупроводники находят применение при производстве всевозможных микросхем, которыми оснащаются электронные устройства, например, центральные и графические процессоры, используемые в смартфонах, мобильных телефонах, ноутбуках, офисных компьютерах, планшетах, игровых консолях, умных колонках.
Полупроводники используются в разных устройствах
Из полупроводников наиболее часто используют германий и кремний. Применяются также бор, углерод, германий, селен, сера, сурьма, теллур, йод и такие сложные соединения, как арсениды, сульфиды, теллуриды, карбиды. Для изменения величины и типа проводимости в исходный материал вводят легирующие примеси, например, фосфор, мышьяк, алюминий.
Два основных отличия полупроводников от проводников
Есть два основных отличия полупроводников от проводников. Первое из них состоит в том, что электрическая проводимость проводников значительно выше, чем полупроводников, причем граничной считают электрическую проводимость по-рядка 10 См/м.
Второе отличие — возрастание электрической проводимости полупроводников с повышением температуры (температурный коэффициент положителен), в то время как электрическая проводимость проводников при этом уменьшается (электрическое сопротивление растет — температурный ко-эффициент отрицателен).
Кроме того, наличие примесей в проводниках всегда снижает их электрическую проводимость, а в полупроводниках — повышает ее. По этим признакам почти все минералы и горные породы относятся к классу полупроводников и диэлектриков с разной электрической проводимостью.
Главнейшие породообразующие минералы (слюда, галит, сильвин, кальцит, полевые шпаты, кварц) обладают низкой электрической проводимостью (аэ=Ю»»12—10~20 См/м).
Фактически почти весь ток проводимости в этих минералах обусловлен примесными ионами и атомами и лишь незначительная его часть — небольшим числом свободных электронов са-мого минерала.
Примесная проводимость существенна также и для других минералов, так как ионы и электроны примесей оказываются наименее связанными в кристаллической решетке.
Поэтому удельная электрическая проводимость минералов не является строго постоянной величиной и изменяется в больших пределах.
Проектируем электрику вместе
Сопротивление проводников. Проводимость. Диэлектрики. Применение проводников и изоляторов. Полупроводники.
Физические вещества многообразны по своим электрическим свойствам. Наиболее обширные классы вещества составляют проводники и диэлектрики.
Проводники
Основная особенность проводников – наличие свободных носителей зарядов, которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему вещества.
Как правило, к таким веществам относятся растворы солей, расплавы, вода (кроме дистиллированной), влажная почва, тело человека и, конечно же, металлы.
Металлы считаются наиболее хорошими проводниками электрического заряда.
Есть также очень хорошие проводники, которые не являются металлами.
Среди таких проводников лучшим примером является углерод.
Все проводники обладают такими свойствами, как сопротивление и проводимость. Ввиду того, что электрические заряды, сталкиваясь с атомами или ионами вещества, преодолевают некоторое сопротивление своему движению в электрическом поле, принято говорить, что проводники обладают электрическим сопротивлением (R).
Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью (G).
G = 1/ R
То есть, проводимость – это свойство или способность проводника проводить электрический ток.
Нужно понимать, что хорошие проводники представляют собой очень малое сопротивление потоку электрических зарядов и, соответственно, имеют высокую проводимость. Чем лучше проводник, тем больше его проводимость. Например, проводник из меди имеет б о льшую проводимость, чем проводник из алюминия, а проводимость серебряного проводника выше, чем такого же проводника из меди.
Диэлектрики
В отличие от проводников, в диэлектриках при низких температурах нет свободных электрических зарядов. Они состоят из нейтральных атомов или молекул. Заряженные частицы в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.
К диэлектрикам относятся, в первую очередь, газы, которые проводят электрические заряды очень плохо. А также стекло, фарфор, керамика, резина, картон, сухая древесина, различные пластмассы и смолы.
Предметы, изготовленные из диэлектриков, называют изоляторами. Надо отметить, что диэлектрические свойства изоляторов во многом зависят от состояния окружающей среды. Так, в условиях повышенной влажности (вода является хорошим проводником) некоторые диэлектрики могут частично терять свои диэлектрические свойства.
О применении проводников и изоляторов
Как проводники, так и изоляторы широко применяются в технике для решения различных технических задач.
К примеру, все электрические провода в доме выполнены из металла (чаще всего медь или алюминий). А оболочка этих проводов или вилка, которая включается в розетку, обязательно выполняются из различных полимеров, которые являются хорошими изоляторами и не пропускают электрические заряды.
Нужно отметить, что понятия «проводник» или «изолятор» не отражают качественных характеристик: характеристики этих материалов в действительности находятся в широком диапазоне – от очень хорошего до очень плохого.
Серебро, золото, платина являются очень хорошими проводниками, но это дорогие металлы, поэтому они используются только там, где цена менее важна по сравнению с функцией изделия (космос, оборонка).
Медь и алюминий также являются хорошими проводниками и в то же время недорогими, что и предопределило их повсеместное применение.
Вольфрам и молибден, напротив, являются плохими проводниками и по этой причине не могут использоваться в электрических схемах (будут нарушать работу схемы), но высокое сопротивление этих металлов в сочетании с тугоплавкостью предопределило их применение в лампах накаливания и высокотемпературных нагревательных элементах.
Изоляторы также есть очень хорошие, просто хорошие и плохие. Связано это с тем, что в реальных диэлектриках также есть свободные электроны, хотя их очень мало. Появление свободных зарядов даже в изоляторах обусловлено тепловыми колебаниями электронов: под воздействием высокой температуры некоторым электронам все-таки удается оторваться от ядра и изоляционные свойства диэлектрика при этом ухудшаются. В некоторых диэлектриках свободных электронов больше и качество изоляции у них, соответственно, хуже. Достаточно сравнить, например, керамику и картон.
Самым лучшим изолятором является идеальный вакуум, но он практически не достижим на Земле. Абсолютно чистая вода также будет отличным изолятором, но кто-нибудь видел ее в реальности? А вода с наличием каких-либо примесей уже является достаточно хорошим проводником.
Критерием качества изолятора является соответствие его функциям, которые он должен выполнять в данной схеме. Если диэлектрические свойства материала таковы, что любая утечка через него ничтожно мала (не влияет на работу схемы), то такой материал считается хорошим изолятором.
Существуют вещества, которые по своей проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.
Такие вещества называют полупроводниками. Они отличаются от проводников сильной зависимостью проводимости электрических зарядов от температуры, а также от концентрации примесей и могут иметь свойства, как проводников, так и диэлектриков.
В отличие от металлических проводников, у которых с ростом температуры проводимость уменьшается, у полупроводников проводимость растет с увеличением температуры, а сопротивление, как величина обратная проводимости — уменьшается.
При низких температурах сопротивление полупроводников, как видно из рис. 1 , стремится к бесконечности.
Это значит, что при температуре абсолютного нуля полупроводник не имеет свободных носителей в зоне проводимости и в отличие от проводников ведёт себя, как диэлектрик.
При увеличении температуры, а также при добавлении примесей (легировании) проводимость полупроводника растет и он приобретает свойства проводника.
Рис. 1 . Зависимость сопротивлений проводников и полупроводников от температуры
Примерами классических полупроводников являются такие химические элементы, как кремний (Si) и германий (Ge). Более подробно об этих элементах читайте в статье «О проводимости полупроводников».
Статьи по теме: 1. Что такое электрический ток?
2. Постоянный и переменный ток
3. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
4. Направление электрического тока
5. О скорости распространения электрического тока
6. Электрический ток в жидкостях
7. Проводимость в газах
8. Электрический ток в вакууме
9. О проводимости полупроводников
Внимание!
Всех интересующихся практической электротехникой приглашаю на страницы своего нового сайта «Электрика для дома». Сайт посвящен основам электротехники и электричества с акцентом на домашние электрические установки и процессы, в них происходящие.
Чем полупроводник отличается от проводника?
В проводнике всегда имеются свободные носители заряда, это его почти неотъемлемое свойство. В полупроводнике эти носители вот-вот появились бы, но «в норме» их нет; они появляются при определённых условиях, при добавлении каких-то примесей (легировании) и т. п.
Таким образом, образованием и исчезновением носителей полупроводника можно управлять технологически.
Например, соединив два куска проводника разного легирования, можно изготовить диод, который проводит ток только в одном направлении; соединив три куска, можно изготовить транзистор, в котором ток в одном куске управляет прохождением тока через два других (электронный вентиль) ; можно изготовить фотоэлемент, который под воздействием света будет менять свою проводимость и так далее.
Остальные ответы
Полупроводник пропускает ток только в одну сторону.
Полупроводник пропускает ток в одно сторону,а проводник в обе стороны
как говорил один мой препод: полупроводник — один проводник на два вагона.
По проводнику может течь переменный и постоянный ток.А полупроводник переменный ток выпрямляет,т.е. делает его постоянным.И вполупроводнике ток может течь лишь в одну сторону.
количеством электронов на внешней орбитали
А для грамотеев написавших выше, то что вы описываете это полупроводниковый диод.
Полупроводник — это проводник,обслуживающий
два пассажирских или трамвайных вагона.
P.S.
В СССР их было очень много,а сейчас это «дифицит».
—————————————————————————
Прошу прощение — не заметил ответ sir ColnusHKo.
В полупроводнике ток течет в обе стороны, не путайте с p-n переходом. А Вам, Ася, советую почитать свой учебник и не парить мозги тысячам людей.
Все встречающиеся в природе вещества по электрическим свойствам подразделяют на три группы: проводники, полупроводники и диэлектрики.
Полупроводниковые материалы при комнатной температуре имеют удельное электрическое сопротивление Q = 10~3 -г- 1010 Ом-см. Материалы со значительно меньшим удельным сопротивлением (Q = 10~6 Ч- 10~3 Ом -см) относят к проводникам, а со значительно большим (е == Ю10 ч- 1018 Ом-см) — к диэлектрикам. Разграничение проводников, полупроводников, и диэлектриков по их удельному сопротивлению является условным.
Механизм электропроводности полупроводников и диэлектриков примерно одинаков и качественно отличается от механизма электропроводности проводников. Так, отличие полупроводника от проводника состоит не только в большем значении его удельного сопротивления, но и в иной зависимости этого сопротивления от температуры. Если при нагреве удельное сопротивление проводников увеличивается, то у полупроводников и диэлектриков оно уменьшается. При температуре, близкой к абсолютному нулю, удельное сопротивление проводников достигает малых значений, а их проводимость значительна или даже переходит в сверхпроводимость. Удельное сопротивление полупроводников при температурах, близких к абсолютному нулю, очень велико и приближается к удельному сопротивлению диэлектриков.
Отличаются по наличию или отсутствию ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОННЫ.
Давайте поменяем в Вашем вопросе слово «проводник» на слово «металл». И будем говорить о металлах, полупроводниках и диэлектриках :
Все металлы в твердом и жидком состоянии проводят электричество.
Однако, что такое МЕТАЛЛ ? А это те элементы, у которых в виде простого вещества у кристаллической решетки НЕТ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ (это из зонной теории). Или, потолок валентной зоны выше дна зоны проводимости (здесь речь идет об энергии электронов).
Можно сказать и попроще : При температуре абсолютный 0 по Кельвину у них все еще есть электроны, которые в своем движении не придерживаются к своему атому, о оторваны от него и обходят по всему кристаллу. Эти электроны и есть электроны проводимости.
Все остальные кристаллы / вещества / , у которых есть запрещенная зона — неметаллы, Это полупроводники, диэлектрики .
При повышении температуры у ПОЛУПРОВОДНИКОВ появляется и растет проводимость, так как все большее число валентных электронов переходит из валентной зоны в зону проводимости . Проще говоря, электрон отрывается от своего атома и начинает двигаться по всему кристаллу.
У полупроводников при комнатной температуре есть некоторая проводимость — маленькая или большая. Даже некоторые полупроводники при комнатной температуре держатся как металлы, из-за довольно узкой запрещенной зонны (например твердые растворы CdHgTe из группы A2-B6).
А у металлов наоборот — при повышении температуры проводимость слегка падает. Это потому, что из-за большей энергии электронов и атомов в кристалле при более высоких температурах движение электронов в металле затрудняется.
У ДИЭЛЕКТРИКОВ не появляется проводимость при температуре вплоть до температуры кипения. Т.е., у них настолько большая ЗАПРЕЩЕННАЯ ЗОНА, что появление электропроводности невозможно при любых условиях.
Народ, вы чё.
Что за ересь вы пишите?!
*(это относится не ко всем)
Короче, так:
Полупроводники (п/п) это материалы (кристаллические) с удельным электросопротивлением 10^(-5)-10^(8) Ом*м
12 чистых элементов: B,C,Si,Ge,Su,P,As,Sb,S,Se,Te,I и множество соединений.
Запрещённая зона у п/п такова, что крайне мало электронов могут перейти в свободное состояние. поэтому проводимость п/п без внешнего воздействия мала. но если добавить внешнее воздействие (например свет) то у многих электронов энергия становится достаточной для преодоления запрещ.зоны и проводимость резко возрастает.
при легировании п/п определёнными веществами можно добиться интересных свойств.
А у проводников запрещённая зона мала и много электронов может её преодалевать => высокая проводимость
Удельное электросопротивление 10^(-8)-10^(-5) Ом*м
чем-чем.. . в вагоне проводника всегда зарядить сотовый там или ноутбук можно. а у полупроводника — то розетки не работаю, то тока нету.
Если не вдаваться в подробности, то кратко можно сказать так:
Полупроводник -материал , который проводит электрический при определенных условиях(проводимость сильно зависит от внешних условий), а проводник -проводит практически всегда
Полу проводник это тот кто провожает только пол дороги. типа сусанина. вот он как раз и был полупроводником.. а я как раз проводник всегда тебя и до дому провожал и до стога.