1. Atomstruktur:
* Antal gratis elektroner: Material med löst bundna elektroner (t.ex. metaller) har mer gratis elektroner tillgängliga för att bära laddning. Dessa elektroner kan enkelt röra sig från en atom till en annan och skapa en ström.
* atomavstånd: Hos ledare är atomer nära åtskilda, vilket möjliggör enklare elektronhoppning. Isolatorer har ett större avstånd, vilket gör det svårare för elektroner att röra sig.
2. Bandstruktur:
* lednings- och valensband: I fasta ämnen upptar elektroner energinivåer som kallas band. Ledningsbandet innehåller gratis elektroner, medan valensbandet innehåller bundna elektroner. Klyftan mellan dessa band bestämmer materialets konduktivitet:
* ledare: Har överlappande lednings- och valensband, vilket gör att elektroner enkelt kan flytta till ledningsbandet och bidra till ström.
* isolatorer: Ha ett stort gap mellan banden, vilket kräver mycket energi för att väcka elektroner till ledningsbandet.
* Semiconductors: Ha ett mindre gap än isolatorer, vilket gör att vissa elektroner kan flytta till ledningsbandet under specifika förhållanden, vilket gör dem delvis ledande.
3. Temperatur:
* Ökad temperatur: För metaller ökar ökad temperatur vibrationerna hos atomer, vilket gör det svårare för elektroner att röra sig fritt, vilket leder till lägre konduktivitet.
* Ökad temperatur: För halvledare väcker ökad temperatur fler elektroner till ledningsbandet, vilket ökar konduktiviteten.
4. Föroreningar och defekter:
* Föroreningar: Utländska atomer i ett material kan fungera som spridningscentra för elektroner, hindra deras rörelse och minska konduktiviteten.
* defekter: Brister i kristallstrukturen hos ett material kan också hindra elektronflödet, vilket påverkar konduktiviteten.
Exempel:
* metaller (bra ledare): Silver, koppar, guld har många fria elektroner och låg motstånd, vilket gör dem utmärkta ledare.
* isolatorer (fattiga ledare): Glas, gummi, plast har tätt bundna elektroner och hög motstånd, vilket gör dem dåliga ledare.
* halvledare (mellanliggande ledare): Silicon, Germanium har måttlig konduktivitet, kontrollerad av doping med föroreningar för att förändra deras bandstrukturer.
Sammanfattningsvis: Förmågan hos ett material att utföra elektricitet bestäms av dess atomstruktur, bandstruktur, temperatur och närvaron av föroreningar eller defekter. Dessa faktorer påverkar tillgängligheten och rörelsen för fria elektroner, vilket i slutändan bestämmer materialets konduktivitet.
