Лос проводими и изолационни материали те се класифицират според тяхното поведение по отношение на електричеството. Има такива, които са способни да провеждат електричество и други, които, напротив, не могат да го направят. Тези материали имат различни характеристики и се използват в различни сектори на промишлеността и дома.
В тази статия ще ви разкажем всичко, което трябва да знаете за проводящите и изолационни материали и за какво служи всеки от тях.
Провеждащи и изолационни материали
Материалите могат да бъдат разделени на две големи категории: проводници и изолатори. По-правилно би било да ги определим като добри проводници и лоши проводници, в зависимост от това дали всеки материал улеснява или пречи на шофирането. Това разделение засяга или топлопроводимостта (т.е. пренос на топлина), или електрическата проводимост (т.е. текущия поток).
Дали дадено вещество провежда електричество или не зависи от лекотата, с която електроните могат да преминат през него. Протоните не се движат, защото въпреки че носят електрически заряд, те се свързват с други протони и неутрони в ядрото. Валентните електрони са като екзопланети, обикалящи около звезди. Те са достатъчно привлечени, за да останат на място, но Не винаги е необходимо много енергия, за да ги извадите от мястото си.
Металите лесно губят и получават електрони, така че управляват списъка с проводници. Органичните молекули са предимно изолатори, отчасти защото се държат заедно чрез ковалентни връзки (обикновени електрони), но също и защото водородните връзки помагат за стабилизиране на много молекули. Повечето материали не са нито добри проводници, нито добри изолатори. Те не провеждат електричество лесно, но с достатъчно енергия електроните се движат.
Някои изолационни материали се намират в чисто състояние, но те се държат или реагират, ако са легирани с малки количества от друг елемент или ако съдържат примеси. Например, повечето керамични изделия са отлични изолатори, но ако ги модифицирате, можете да получите свръхпроводници. Чистата вода е изолатор, но мръсната вода е по-малко проводима, докато солената вода със свободно плаващи йони води добре.
Какво е токопроводящ материал?
Проводниците са тези материали, които позволяват на електроните да текат свободно между частиците. Предмети, изработени от проводими материали, ще позволят прехвърляне на заряд по цялата повърхност на обекта. Ако зарядът се прехвърли върху обект на определено място, той бързо се разпределя по цялата повърхност на обекта.
Разпределението на заряда е резултат от движението на електроните. Проводимите материали позволяват транспортирането на електрони от една частица към друга, тъй като зареден обект винаги ще разпределя заряда си, докато общата сила на отблъскване между излишните електрони бъде сведена до минимум. По този начин, ако зареден проводник влезе в контакт с друг обект, проводникът може дори да прехвърли своя заряд към този обект.
Прехвърлянето на заряд между обекти е по-вероятно да се случи, ако вторият обект е направен от проводим материал. Проводниците позволяват пренос на заряд чрез свободното движение на електроните.
Какво е полупроводников материал?
Сред проводимите материали намираме материали, които имат същата функция, но които също могат да действат като изолатори, въпреки че това зависи от няколко фактора. Тези фактори са:
- електрическо поле
- магнитно поле
- налягане
- падаща радиация
- температурата на вашата среда
Най-широко използваните полупроводникови материали са силиций, германий и едва наскоро се използва сяра като полупроводников материал.
Какво е свръхпроводящ материал?
Този материал е очарователен, защото има присъщата му способност, че материалът трябва да провежда електрически ток, но при правилните условия, без съпротивление или загуба на енергия.
Като цяло съпротивлението на металните проводници намалява с понижаване на температурата. Когато се достигне критична температура, съпротивлението на свръхпроводника пада драстично, но гарантира, че енергията вътре продължава да тече, макар и без захранване. Създава се свръхпроводимост.
Среща се в голямо разнообразие от материали, включително прости сплави като калай или алуминий, които не проявяват електрическо съпротивление, като по този начин предотвратяват навлизането на материала в неговия домейн. Което е ефектът на Мейснер, позволява на материала да бъде отблъснат, поддържайки го на повърхността.
Какво е изолационен материал
За разлика от проводниците, изолаторите са материали, които предотвратяват свободния поток на електрони от атом към атом и от молекула към молекула. Ако товарът се прехвърли към изолатора на определено място, излишният товар ще остане на първоначалното място на товара. Изолационните частици не позволяват свободно протичане на електрони, така че зарядът рядко се разпределя равномерно върху повърхността на изолационния материал.
Въпреки че изолаторите не са полезни за пренос на заряд, играят жизненоважна роля в електростатичните експерименти и демонстрации. Токопроводящите обекти обикновено се монтират върху изолационни обекти. Това разположение на проводниците над изолатора предотвратява прехвърлянето на заряд от проводящия обект към заобикалящата го среда, като се избягват инциденти като късо съединение или токов удар. Тази подредба ни позволява да манипулираме проводимия обект, без да го докосваме.
Така че можем да кажем, че изолационният материал действа като дръжка за проводника отгоре на подвижната лабораторна маса. Например, ако за зареждане на експериментите се използва алуминиева кутия сода, кутията трябва да се монтира върху пластмасовата чаша. Стъклото действа като изолатор, предотвратявайки изтичането на кутията със сода.
Примери за проводими и изолационни материали
Примерите за проводими материали включват следното:
- сребърен
- мед
- злато
- алуминий
- Йеро
- стомана
- месинг
- бронз
- живак
- графит
- морска вода
- бетон
Примерите за изолационни материали включват следното:
- съдове
- каучук
- петрол
- асфалт
- фибростъкло
- порцелан
- керамични
- кварц
- памук (сух)
- хартия (суха)
- сухо дърво)
- пластмасата
- Aire
- диаманти
- чиста вода
- гума
Разделянето на материалите в категориите проводници и изолатори е нещо като изкуствено разделение. По-подходящо е материалът да се постави някъде по континуума.
Трябва да се разбере, че не всички проводими материали имат еднаква проводимост и не всички изолатори са еднакво устойчиви на движението на електрони. Проводимостта е аналогична на прозрачността на някои материали за светлина.: Материалите, които лесно "пропускат" светлината се наричат "прозрачни", докато тези, които не "пропускат" лесно се наричат "непрозрачни". Въпреки това, не всички прозрачни материали имат еднаква оптична проводимост. Същото важи и за електрическите проводници, някои са по-добри от други.
Тези с висока проводимост, известни като свръхпроводници, се поставят в единия край, а материалите с по-ниска проводимост се поставят в другия край. Както можете да видите по-горе, металът ще бъде поставен близо до най-проводящия край, докато стъклото ще бъде поставено в другия край на континуума. Проводимостта на металите може да бъде трилион трилион пъти по-голяма от тази на стъклото.
Температурата също влияе на проводимостта. С повишаване на температурата атомите и електроните получават енергия. Някои изолатори, като стъклото, са лоши проводници, когато са студени, но все пак добри проводници, когато са горещи. Повечето метали са по-добри проводници.. Те позволяват охлаждане и по-лоши проводници, когато са горещи. Някои добри проводници са открити в свръхпроводниците при много ниски температури.
Надявам се, че с тази информация можете да научите повече за проводими и изолационни материали.