Przewodniki, półprzewodniki i izolatory

Zdolność materiałów do przewodzenia, bądź nie, prądu elektrycznego stanowi główne kryterium podziału materiałów na przewodniki, półprzewodniki i izolatory. W artykule tym zajmiemy się omówieniem każdej z wyżej wymienionych grup materiałów.

Przewodniki

Przewodniki to materiały bardzo dobrze przewodzące prąd elektryczny. Bardzo liczną grupę przewodników stanowią przewodniki pierwszego rodzaju tj. przewodniki charakteryzujące się przewodnictwem elektronowym. W przewodnikach pierwszego rodzaju nośnikami ładunku elektrycznego są słabo związane elektrony walencyjne w atomach (elektrony z ostatnich powłok atomowych) nazywane elektronami swobodnymi lub elektronami przewodnictwa. Mniej liczną grupę przewodników stanowią przewodniki drugiego rodzaju tj. przewodniki charakteryzujące się przewodnictwem jonowym, w których swobodnymi nośnikami ładunku są jony, czyli dodatnio lub ujemnie naładowane atomy.

Do grupy przewodników zaliczamy m.in.:

• metale (np. srebro, złoto, miedź, aluminium),
• grafit,
• roztwory zasad, kwasów i soli,
• ciało człowieka (zdolność naszego ciała do przewodzenia prądu elektrycznego wzrasta jeszcze bardziej, gdy skóra pokryta jest przewodzącą cieczą np. wodą albo potem).

Izolatory

Izolatory, zwane także dielektrykami, to grupa materiałów nieprzewodzących lub bardzo słabo przewodzących prąd elektryczny. Sytuacja ta wynika głównie z braku lub obecności bardzo małej liczby elektronów swobodnych, zdolnych do poruszania się wewnątrz takiego materiału (elektrony w izolatorach są silnie związane z atomami).

Do grupy izolatorów zaliczamy m.in.:

• tworzywa sztuczne (np. plastik, guma),
• drewno,
• ceramikę,
• wodę destylowaną.

Półprzewodniki

Pośrednie miejsce między przewodnikami i izolatorami, pod względem przewodnictwa elektrycznego, zajmują półprzewodniki. Na ogół materiały te posiadają małą liczbę elektronów przewodnictwa. Stan ten można jednak bardzo łatwo zmienić w procesie zwanym domieszkowaniem. Domieszkowanie polega na wprowadzaniu do materiału półprzewodnikowego obcych atomów, nazywanych domieszkami, które mogą dostarczyć swobodnych elektronów lub tzw. dziur, zachowujących się jak dodatnie nośniki ładunku elektrycznego.

Do grupy półprzewodników zaliczamy m.in.:

• krzem,
• german,
• arsenek galu.

Nadprzewodniki

Nadprzewodniki to szczególna grupa materiałów, w których elektrony (a dokładniej pary elektronów) mogą, w przeciwieństwie do przewodników, poruszać się bez żadnych strat energii. Bezpośrednią przyczyną tej sytuacji jest zjawisko zanikania oporu elektrycznego występujące w niektórych materiałach schładzanych do odpowiednio niskich temperatur.