vezetés
kulcsfontosságú információk & összefoglaló
- a vezetés az energia átvitele az egyik atomról a másikra közvetlen érintkezés útján
- a vezetésnek három fő típusa van: Ionos vezetés, elektromos vezetés és hővezetés
- a szilárd anyagok a leghatékonyabb vezetők, a gázok pedig a legrosszabbak – ez mert a részecskék sokkal közelebb vannak egymáshoz
mi a vezetés?
a vezetést úgy definiáljuk, mint az energia átvitelét az egyik atomról a másikra közvetlen érintkezés útján – ez lehet Ionos vezetés, elektromos vezetés vagy hővezetés. A vezetés történhet szilárd anyagokban, folyadékokban és gázokban – a szilárd anyagok a leghatékonyabban viselkednek, mert a molekulák sokkal közelebb vannak egymáshoz, mint más állapotokban, amint az az alábbi képen látható.
a szilárd részecskék viszonylag rögzített helyzetben vannak, és a köztük lévő kötések nagyon erősek. Ez azt jelenti, hogy az energia egyik részecskéből a másikba történő vezetése ebben a formában a leghatékonyabb.
a folyadékban lévő részecskéknek nincs rögzített helyzetük, ezért a köztük lévő kötések nem olyan erősek. Ez a folyadékokat rossz vezetőkké teszi.
a gáz részecskéi sokkal távolabb vannak egymástól, ami azt jelenti, hogy az energiaátvitel nagyon hatástalan. Ezért nagyon rossz vezetők.
Ionos vezetés
az ionos vezetés az ion egyik helyről a másikra történő mozgása. Ez a szilárd vagy vizes oldat rácsszerkezetének hibáin keresztül lehetséges – ezek a hibák lehetővé teszik az ionok elektromos mezőben történő mozgását. Amint az alábbi képen látható, van egy üresedés, amely lehetővé teszi az ionok mozgását.
bizonyos szilárd anyagok nagyon magas Ionos vezetőképességgel rendelkeznek, ami hasznos a szilárdtest-elektronikában, például a számítógépekben és a mobiltelefonokban. Hasznos folyamat mind a normál, mind az újratölthető akkumulátorokban, valamint az üzemanyagcellákban.
az ionos sók oldatban is feloldhatók, ami lehetővé teszi az elektromos áram áramlását. Ebben az esetben az ionok mind elektromosan töltöttek, mind mozgékonyak, így jó töltéshordozókká válnak. A szilárd sók nem vezetik az áramot, mert egyszerűen nincs mobil töltéshordozójuk.
elektromos vezetés
fémekben az elektromos vezetőképesség az elektromosan töltött részecskék mozgásának eredményeként történhet. A fém atomjai vegyértékelektronokkal rendelkeznek – ezek olyan elektronok, amelyek az egyes atomok külső héjában találhatók, de szabadon mozoghatnak az egész szerkezetben. Ezeknek a szabad elektronoknak a mozgása teszi lehetővé a fém számára, hogy elektromos áramot vezessen. Amikor szabadon mozoghatnak, delokalizáltnak nevezik őket. Külső befolyás nélkül véletlenszerűen mozognak az egész szerkezetben.
elektromos potenciál alkalmazható egy fémre, általában egy akkumulátorból, és elektromos áramkört képez. Ez az elektronok nettó sodródását okozza, amely az áramkör körül áramlik. Minél nagyobb ez az elektromos potenciál, annál nagyobb lesz az elektronok áramlása.
a 12 koordinált fém olyan, amelyben az atomok olyan szorosan vannak csomagolva, hogy a lehető legtöbb atom töltse ki a rendelkezésre álló helyet. Ez a konfiguráció azt jelenti, hogy a szerkezet minden atomja 12 másik atomot érint a 3D térben. Az alábbi képek azt mutatják, hogy egy adott atomnak 6 másik érintése lesz ugyanabban a rétegben, 3 a fenti rétegben, 3 pedig az alábbi rétegben – ez összesen 12-et ad, innen a név.
egy másik konfiguráció a 8 koordinált fém, amely leggyakrabban a periódusos rendszer 1.csoportjában található. Ezek kevésbé szorosan vannak egymáshoz csomagolva, és mint ilyenek, mindegyik atom csak 8 másikat érint a 3D térben.
félvezetők is léteznek. Ezek olyan anyagok, amelyekben a vezetőképesség valahol a vezető és a szigetelő közé esik, mint például a szilícium és a szén. Természetes állapotukban viszonylag gyenge vezetők, de doppingolásnak vannak kitéve-ez egy olyan folyamat, amelynek során szennyeződéseket adnak a félvezetőhöz. Az adalékolt félvezetőt ezután külső félvezetőnek nevezzük, amely sokkal jobban vezeti az áramot, mint egy szokásos félvezető.
hővezetés
a hővezetés (néha hővezetésnek is nevezik) akkor fordul elő, amikor a gyorsan mozgó részecskék kölcsönhatásba lépnek a szomszédos részecskékkel, így átadják mozgási energiájuk egy részét. Ez a folyamat a magasabb hőmérsékletű régióktól az alacsonyabb hőmérsékletű régiókig történik. 4 fő dolog van, amelyek befolyásolják a hővezetési sebességet:
- a két régió közötti hőmérsékletkülönbség
- a régió ‘hossza’
- a régió keresztmetszeti területe
- az anyag, amelyben a folyamat zajlik
a fémes szilárd anyagok vezetik a hőt a legjobban, míg a gázok vezetik a hőt a legrosszabbul. Ez annak köszönhető, hogy a szilárd részecskék olyan közel vannak, hogy az ütközés, és így a hőenergia átadása hihetetlenül valószínű. Pontosan ugyanazon okok miatt jó hővezetők, mint jó elektromos vezetők. Ez az oka annak, hogy minél nagyobb a szilárd anyag sűrűsége, annál jobb lesz a hőenergia.
fontos megjegyezni, hogy az energia egyik részecskéből a másikba kerül, és a folyamat során a részecskék nem mozognak.
