انواع هادی های الکتریکی و کاربردهای آنها

انواع هادی های الکتریکی و کاربردهای آنها:

در این مقاله ما به انواع هادی های الکتریکی و کاربردهای آنها میپردازیم. مدارها و سیستم های الکتریکی به هادی های الکتریکی متکی هستند تا جریان الکتریکی بین دو نقطه جریان یابد. سه نوع اصلی رسانای الکتریکی وجود دارد: فلزات، نیمه هادی ها و ابررساناها که هر کدام ویژگی ها و کاربردهای منحصر به فردی دارند.

II. فلزات:

فلزات دارای غلظت بالایی از الکترون‌های آزاد هستند که در صورت اعمال ولتاژ، جریان آسان را ممکن می‌سازد. مس، آلومینیوم، نقره و طلا فلزات رایجی هستند که برای هدایت الکتریکی استفاده می شوند.

الف. مس:

مس بسیار انعطاف پذیر است و مقاومت کمی دارد که آن را به یک انتخاب محبوب در کاربردهایی مانند سیم کشی برق، کابل های برق و موتورهای الکتریکی تبدیل می کند.

ب. آلومینیوم:

آلومینیوم یک جایگزین سبک وزن و مقرون به صرفه برای مس است که اغلب در کاربردهای ولتاژ بالا و سیستم های خنک کننده به دلیل رسانایی حرارتی بالا استفاده می شود.

ج. نقره و طلا:

نقره و طلا بسیار رسانا و در برابر خوردگی مقاوم هستند و برای کاربردهای تخصصی مانند تجهیزات صوتی پیشرفته و مصارف صنعتی مفید هستند.

III. نیمه هادی ها:

نیمه هادی ها جریان الکتریکی را در دستگاه های الکترونیکی کنترل می کنند. سیلیکون یک ماده پرکاربرد و مقرون به صرفه است که به راحتی می توان آن را برای ایجاد قطعات الکترونیکی مانند مدارهای مجتمع دستکاری کرد.

الف. سیلیکون:

از سیلیکون می توان برای ایجاد قطعات الکترونیکی مانند ترانزیستورها و دیودها استفاده کرد که آن را در ساخت دستگاه هایی مانند گوشی های هوشمند، تبلت ها و لپ تاپ ها مفید می کند.

ب. سایر نیمه هادی ها:

ژرمانیوم و آرسنید گالیم نیمه هادی هایی هستند که در کاربردهای تخصصی مانند دوربین های مادون قرمز، دستگاه های دید در شب و وسایل الکترونیکی پرسرعت مورد استفاده قرار می گیرند.

IV. ابررساناها:

ابررساناها به دلیل توانایی آنها در هدایت جریان الکتریکی با مقاومت صفر در دماهای بسیار پایین در کاربردهای حساس مفید هستند. نیوبیم-تیتانیوم یک ابررسانا است که معمولاً در کاربردهایی مانند دستگاه های MRI و شتاب دهنده های ذرات استفاده می شود.

الف-نیوبیم-تیتانیوم:

نیوبیم-تیتانیوم برای ایجاد آهنرباهای قدرتمند در دستگاه های MRI و شتاب دهنده های ذرات استفاده می شود.

ب. سایر ابررساناها:

سرب، جیوه و اکسید ایتریم-باریم-مس نمونه های دیگری از ابررساناها هستند که به دلیل خواص منحصر به فرد و مناسب بودن برای کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می گیرند.

نتیجه گیری:

در نتیجه، انتخاب نوع مناسب هادی الکتریکی برای یک کاربرد معین برای مدارها و سیستم های الکتریکی کارآمد بسیار مهم است. رساناهای مورد استفاده در خطوط انتقال نیرو به مقاومت کم، هدایت حرارتی بالا و استحکام مکانیکی عالی نیاز دارند، در حالی که رساناهای مورد استفاده در مدارهای مجتمع به خواص الکترونیکی عالی نیاز دارند و باید به راحتی در ساختارهای کوچک ساخته شوند.

استفاده از هادی های الکتریکی مناسب با کاهش اتلاف انرژی در حین انتقال نیرو باعث افزایش راندمان انرژی می شود. درک خواص و کاربردهای منحصر به فرد هر نوع هادی الکتریکی برای مهندسان و تکنسین هایی که با مدارها و سیستم های الکتریکی کار می کنند ضروری است. علاوه بر این، استفاده از هادی های الکتریکی مناسب نیز می تواند عملکرد کلی سیستم های الکتریکی را افزایش دهد.

به عنوان مثال، فلزات به راحتی در دسترس هستند و رسانایی بالایی دارند و برای اکثر کاربردهای الکتریکی ایده آل هستند. از طرف دیگر، نیمه هادی ها می توانند جریان الکتریکی را کنترل کنند و بنابراین در الکترونیک برای اهداف سوئیچینگ و تقویت بسیار مهم هستند. ابررساناها، در حالی که محدود به کاربردهای دمای پایین هستند، مقاومت صفر دارند و می توانند عملکرد استثنایی را در کاربردهای حساس ارائه دهند.

علاوه بر این، موادی که هادی های الکتریکی از آنها تشکیل شده اند می توانند پیامدهای زیست محیطی داشته باشند. به عنوان مثال، هنگام انتخاب مواد رسانا، در نظر گرفتن عواملی مانند تأثیر استخراج و استخراج بر اکوسیستم ها و جوامع، و قابلیت بازیافت هادی های الکتریکی در پایان استفاده از آنها ضروری است.