Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 3 Deel 1 Hoofdstuk 2 Blz: 58 t/m 64

Zoals u misschien al weet kan elektriciteit geleiden. Deze elektrische geleiding gebeurd door stoffen heen. In elke stof gaat de geleiding natuurlijk anders omdat elke stof zijn eigenschappen heeft die verschillen met de ander. In dit artikel wordt hierop verder ingegaan en hoe de geleiding gaat in deze stoffen.


Elektrische geleiding in vaste stoffen

Voor geleiding in vaste stoffen maken we onderscheid in 3 soorten:

Geleiders

Een geleider is een stof met veel vrije elektronen. De vrije elektronen in de geleiders kunnen we in een richting laten lopen als we deze verbinden aan een lamp en een batterij.

De polariteit van de batterij bepaald de richting van de elektronenstroom. Er is in dat geval sprake van een elektronen stroom. Geleiders komen vooral voor onder de metalen, zoals koper, zilver en goud.

Elektrische geleiding in geleider
Beweging van vrije elektronen in een geleider

Isolatoren

Een stof waarin geen vrije elektronen voorkomen noemen we een isolator. In onderstaande afbeelding is zo´n isolator afgebeeld, waarin geen vrije elektronen zitten. Alleen door het aanbrengen van een zeer hoge lading in de nabijheid van een isolator is het mogelijk om elektronen uit hun baan los te trekken.

Geen vrije elektronen in een isolator
Isolator bevat geen vrije elektronen

Dit kan als de spanning op de isolator maar hoog genoeg is, hoger dan de aantrekkingskracht van de protonen, dan kunnen elektronen los gemaakt worden. Het isolatiemateriaal wordt door zo´n doorslag vrijwel altijd vernietigd.

Er bestaan geen absolute isolatie materialen dat wil zeggen er is een zeer gering aantal vrije elektronen in een isolator aanwezig dat voor een heel klein beetje geleiding zorgt. Voorbeelden van isolatoren zijn papier, plastic en glas.

Halfgeleiders

Als laatste kijken we naar de geleiding in een halfgeleider materiaal. Halfgeleiders zijn stoffen met weinig vrije elektronen. Als we echter energie aan een halfgeleider toevoeren, bijvoorbeeld door de stof warmer te maken, dan neemt het aantal vrije elektronen aanmerkelijk toe.

Elektrische geleiding in  een halfgeleider
Halfgeleider bevat een gering aantal vrije elektronen

Dit komt omdat de elektronen dan sneller in hun baan om de kern gaan bewegen en ten gevolge daarvan in een wijdere baan komen. De aantrekkende kracht van de kern zal minder groot zijn en de elektronen komen gemakkelijk ´vrij´. Voorbeeld halfgeleider is silicium.


Elektrische geleiding in vloeistoffen

Als een metaal in een oplossing van water met een zuur, base of zout wordt geplaatst, dan valt dat metaal in ionen uiteen. De oplossing noemt men elektrolyt. In onderstaande afbeelding is een zinken staaf in een zwavelzuuroplossing geplaatst.

Er ontstaan zink-ionen in de oplossing. Zo ontstaat een ladingsverschil tussen de zinkstaaf en het elektrolyt. Een elektrolyt is dan een geleidende vloeistof. Batterijen en accu’s werken op dit principe. In vloeistoffen als kwik en gesmolten metalen gaat de geleiding net als bij metalen geleiders.

Uiteenvallen zinkstaaf in elektrolyt
Een zinkstaaf geplaatst in een elektrolyt valt in ionen uiteen

Vloeistoffen waarin zich geen elektrolyt bevindt, zijn in het algemeen isolatiemateriaal. Zuiver water en een groot aantal oliën en vetten zijn dan ook isolatiematerialen.


Elektrische geleiding in vacuüm

Onderstaande afbeelding stelt een door glas of metaal afgesloten ruimte voor, waarin zich een gloeispiraal bevindt. Het geheel is vacuüm gepompt. Wordt de gloeispiraal op een spanningsbron aangesloten en ten gevolge van de optredende stroom voldoende verhit.

Dan krijgen de elektronen een zodanige kinetische energie dat er elektronen uit de gloeispiraal treden. Het uittreden van elektronen uit een vaste stof in vacuüm of gas noemen we emissie.

We kunnen elektronenemissie verkrijgen door:

  • Verhitting van daartoe geschikte materialen; we noemen dit thermische emissie;
  • Aanleggen van grote elektrische spanning; we spreken van koude emissie;
  • Bombardement van diverse metalen met sneller elektronen of ionen;
  • Lichtbestraling van bepaalde materialen.

We plaatsen in de buis van tweede elektrode. Omdat de vacuümbuis twee elektroden bezit, spreken we van vacuümdiode (di=twee). Zie onderstaande afbeelding. We sluiten de twee elektroden aan op een gelijkspanning. De negatieve elektrode wordt kathode genoemd. De positieve elektrode is de anode.

Geleiding in vacuüm van een vaste stof
Geleiding in vacuüm

De door de kathode geëmitteerde elektronen ondervinden daardoor een kracht in de richting van de anode. Het merendeel van de elektronen beweegt zich nu met een versnelde beweging door het vacuüm naar de anode.

De op de anode aangekomen elektronen keren via aansluitdraden en voedingsbron naar de kathode terug. Het elektriciteitstransport in het vacuüm vindt dus plaats in de vorm van elektronen (negatieve ladingdragers).

Elektrische geleiding in gasvormige stoffen

Bij gasgevulde buizen zullen elektronen vanuit de kathode door het gas naar de anode gaan. De geëmitteerde elektronen kunnen nu, op hun weg naar de anode, tegen gasatomen botsen. Geleiding in gassen vindt plaats in de vorm van positieve en negatieve ladingdragers, en wel door positieve ionen en elektronen.

Toepassingen van geleiding in gassen zijn onder andere: gasgevulde elektronenbuizen: gasontladingslampen zoals natrium-, TL- en neonlampen en het tot ontbranding brengen van een gasmengsel in een zuigermotor. In gasontladingslampen wordt door het soort gas de kleur van het licht dat de lamp afgeeft bepaald.

Bij Neon ontstaat rood-oranje licht en bij natrium wordt de kleur van het licht oranje-geel. Bij andere edelgassen ontstaan weer andere kleuren. Afhankelijk van de hoeveelheid energie die het elektron bij botsing met een gasatoom overdraagt, onderscheiden we:

  • Elastischebotsingen;
  • Aanslagbotsingen;
  • Ionisatiebotsingen.

Elastische botsingen

Hierbij treft een elektron met een kleine snelheid het gasatoom zodat nagenoeg geen energie wordt overgedragen. Het elektron behoudt dan praktisch dezelfde snelheid. Het gasatoom reflecteert als het ware het elektron.

Aanslagbotsing

Botst een geëmitteerd elektron tegen een elektron van een gasatoom en verspringt deze naar een meer naar buiten gelegen baan, dan verkeert het gas in een zogenaamde aangeslagen toestand.

De aangeslagen toestand van het gasatoom is labiel en duurt zeer kort. Het versprongen elektron valt snel in zijn oude baan terug, waarbij dan de overtollige energie in de vorm van straling vrijkomt (licht).

Ionisatiebotsing

Is bij een botsing de aan het gasatoom toegevoerde energie zeer groot. dan kan uit het gasatoom een elektron worden vrijgemaakt. Het gasatoom wordt dan een positieve ion. Door het ontstaan van positieve ionen word het gas geïoniseerd. Dit is secundaire emissie door ionenbombardement.

Door ionisatiebotsing worden licht en warmte geproduceerd. De ionisatietoestand van het gas, dat wil zeggen het aantal ionisatiebotsingen per seconde, bepaalt de geleiding.

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 3 Deel 1 Hoofdstuk 2 Blz: 58 t/m 64

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.