sähköominaisuuksia

Sähköominaisuudet ovat materiaalia koskevia ominaisuuksia, jotka kuvaavat sen reagointia sähköisiin kenttiin ja virtoihin. Ne ovat keskeisiä sekä fysikaalisessa tutkimuksessa että elektroniikka- sekä materiaalitekniikassa, ja ne riippuvat runsaasti aineen koostumuksesta, rakenteesta, puhtaudesta sekä lämpötilasta.

Tärkeimpiä sähköominaisuuksia ovat johtavuus ja resistanssi. Sähköjohtavuus σ ja resistiviteetti ρ määrittävät, kuinka helposti elektronit tai ionit liikkuvat materiaaliin sisällä. Sähkövirta J kulkee sähkökentän E perusteella J = σE (tai ρ = 1/σ). Metallit ovat tavallisesti hyviä johtimia, eristeet huonoja, ja puolijohteet voidaan dopata muokkaamaan johtavuutta. Temperatuuri vaikuttaa sekä johtuvuuteen että resistanssiin, usein siten, että metallien resistanssi kasvaa lämpötilan noustessa.

Dielektriset ominaisuudet liittyvät aineen kykyyn tallentaa ja eristää sähköenergiaa. Keskeisiä suureita ovat permittiviteetti ε = ε0εr, jonka avulla dielektriset materiaalit kykenevät varastoimaan energiaa sähköisen kentän seurauksena. Dielektrinen lujuus ja murtolujuus kuvaavat, kuinka suurta jännitettä aine kestää ennen erkanemista (läpilyöntiä). Dielektrinen häviö (tan δ) kuvaa energian häviämistä polarisoinnin kautta.

Impedanssi ja sen taajuusriippuvuus ovat tärkeitä vaihtovirtasovelluksissa. Materiaalien sähköinen vaste voidaan esittää kompleksina impedanssina Z(ω) = R + j(ωL − 1/ωC), jossa mukana ovat sekä resistiivinen että reaktiivinen osa. Kapasitaatio ja induktanssi riippuvat sekä materiaalin dielektrisyydestä että sen magnetisista ominaisuuksista sekä esimerkiksi rakenteesta ja liitosgeometrioista.

Sähköominaisuudet voivat olla anisotropisia ja lämpötilakohtaisia. Niiden tunteminen on välttämätöntä materiaalivalinnoissa, piirien suunnittelussa sekä materiaalin luotettavuuden arvioinnissa. Ominaisuuksia mitataan ja mallinnetaan laboratorio-olosuhteissa sekä sovelluksessa käyttämällä.