Conduction

Key Information & Summary

• Conduction is de overdracht van energie van het ene atoom naar het andere door direct contact
• er zijn drie belangrijke soorten geleiding: Ionische geleiding, elektrische geleiding en thermische geleiding
• vaste stoffen zijn de meest efficiënte geleiders, waarbij gassen het slechtst zijn – dit komt doordat de deeltjes veel dichter bij elkaar liggen

Wat is geleiding?

geleiding wordt gedefinieerd als de overdracht van energie van het ene atoom naar het andere door direct contact – Dit kan ofwel door iongeleiding, elektrische geleiding of warmtegeleiding zijn. De geleiding kan in vaste stoffen, vloeistoffen, en gassen – vaste stoffen gedrag het meest efficiënt voorkomen omdat de molecules veel dichter bij elkaar zijn dan in andere staten, zoals getoond in het beeld hieronder.

deeltjes in een vaste stof bevinden zich in een relatief vaste positie en de bindingen ertussen zijn zeer sterk. Dit betekent dat de geleiding van energie van het ene deeltje naar het andere het meest efficiënt is in deze vorm.

de deeltjes in een vloeistof hebben geen vaste positie en dus zijn de bindingen ertussen niet zo sterk. Dit maakt vloeistoffen slechte geleiders.

de deeltjes in een gas zijn veel verder van elkaar verwijderd, wat betekent dat de overdracht van energie zeer inefficiënt is. Het zijn dus zeer slechte dirigenten.

Iongeleiding

Iongeleiding wordt gedefinieerd als de beweging van een ion van de ene “locatie” naar de andere. Dit is mogelijk door ‘defecten’ in de roosterstructuur van een vaste of een waterige oplossing – deze defecten laten de ionen in een elektrisch veld bewegen. Zoals u kunt zien in de afbeelding hieronder, is er een’ leegstand ‘ waardoor de ionen kunnen bewegen.

bepaalde vaste stoffen bezitten een zeer hoge iongeleiding, wat nuttig is in halfgeleiderelektronica zoals computers en mobiele telefoons. Het is ook een nuttig proces in zowel normale als oplaadbare batterijen en brandstofcellen.

de Ionische zouten kunnen ook in oplossing worden opgelost, die dan een elektrische stroom toestaat om te stromen. In dit geval zijn de ionen zowel elektrisch geladen als mobiel, waardoor ze goede ladingsdragers zijn. Vaste zouten geleiden geen elektriciteit omdat ze gewoon geen ladingdragers hebben die mobiel zijn.

elektrische geleiding

in metalen kan elektrische geleidbaarheid optreden als gevolg van de beweging van elektrisch geladen deeltjes. De atomen van metaal hebben allemaal valentie-elektronen – dit zijn elektronen die in de buitenste schil van elk atoom worden gevonden, maar ze zijn ‘vrij’ om door de structuur te bewegen. De beweging van deze vrije elektronen is wat het metaal in staat stelt om een elektrische stroom te geleiden. Wanneer ze vrij zijn om rond te bewegen, worden ze aangeduid als delokalized. Zonder externe invloed bewegen ze willekeurig door de structuur.

een elektrisch potentiaal kan op een metaal worden toegepast, meestal vanuit een batterij, en zal een elektrisch circuit vormen. Dit veroorzaakt een netto drift van elektronen die rond het circuit stroomt. Hoe hoger dit Elektrische potentiaal is, hoe hoger de stroom van elektronen zal zijn.

een met 12 gecoördineerde metalen is een metaal waarin de atomen zo dicht op elkaar zitten dat er zoveel mogelijk atomen zijn die de beschikbare ruimte vullen. Deze configuratie betekent dat elk atoom in de structuur 12 andere atomen in 3D-ruimte zal raken. De afbeeldingen hieronder laten zien hoe een bepaald atoom 6 andere atomen in dezelfde laag zal hebben, 3 in de laag boven, en 3 in de laag onder-dit geeft een totaal van 12, vandaar de naam.

een andere configuratie is het 8-gecoördineerde metaal, dat meestal wordt gevonden in Groep 1 van het Periodiek Systeem. Deze zijn minder dicht bij elkaar verpakt en als zodanig raakt elk atoom slechts 8 andere in 3D-ruimte.Er bestaan ook halfgeleiders . Dit zijn stoffen waarbij de geleidbaarheid ergens tussen een geleider en een isolator valt, zoals silicium en koolstof. In hun natuurlijke staat zijn ze relatief slechte geleiders, maar kunnen ze worden blootgesteld aan’ doping ‘ – dit is een proces waarbij onzuiverheden worden toegevoegd aan een halfgeleider. Een halfgeleider die is gedoteerd wordt dan een extrinsieke halfgeleider genoemd die elektriciteit veel beter geleidt dan een standaard halfgeleider.

thermische geleiding

thermische geleiding (ook wel warmtegeleiding genoemd) treedt op wanneer snel bewegende deeltjes interageren met hun naburige deeltjes, waardoor een deel van hun kinetische energie wordt overgedragen. Dit proces vindt plaats van regio ‘s met een hogere temperatuur naar regio’ s met een lagere temperatuur. Er zijn 4 belangrijke dingen die van invloed zijn op de snelheid waarmee warmte wordt uitgevoerd:

1. het temperatuurverschil tussen de twee regio ‘s
2. de “lengte” van de regio
3. de oppervlakte van de dwarsdoorsnede van de regio
4. het materiaal dat het proces plaatsvindt in

metallische vaste stoffen geleiden warmte het beste, terwijl gassen warmte het slechtste geleiden. Dit is te wijten aan de deeltjes in een vaste stof in zo ‘ n nabijheid dat een botsing, en dus overdracht van thermische energie, is ongelooflijk waarschijnlijk. Ze zijn goede thermische geleiders om precies dezelfde redenen ze zijn goede elektrische geleiders. Het is om deze reden dat hoe hoger de dichtheid van de vaste stof, hoe beter het thermische energie zal geleiden.

het is belangrijk te onthouden dat energie wordt overgedragen van het ene deeltje naar het andere en dat er geen algemene beweging van deeltjes in het proces is.