u provodljivi i izolacioni materijali oni su klasifikovani prema njihovom ponašanju u odnosu na električnu energiju. Postoje oni koji su sposobni da provode struju i drugi koji to, naprotiv, ne mogu. Ovi materijali imaju različite karakteristike i koriste se u različitim sektorima industrije i doma.
U ovom članku ćemo vam reći sve što trebate znati o provodnim i izolacijskim materijalima i čemu svaki od njih služi.
Provodni i izolacijski materijali
Materijali se mogu podijeliti u dvije široke kategorije: provodnici i izolatori. Ispravnije bi ih bilo definirati kao dobre i loše provodnike, ovisno o tome da li svaki materijal olakšava ili otežava vožnju. Ova podjela utječe na toplotnu provodljivost (tj. prijenos topline) ili električnu provodljivost (tj. protok struje).
Da li tvar provodi elektricitet ili ne ovisi o lakoći s kojom elektroni mogu proći kroz nju. Protoni se ne kreću jer, iako nose električni naboj, vežu se s drugim protonima i neutronima u jezgri. Valentni elektroni su poput egzoplaneta koje kruže oko zvijezda. Oni su dovoljno privučeni da ostanu na mjestu, ali Nije uvijek potrebno puno energije da ih skinete s mjesta.
Metali lako gube i dobijaju elektrone, pa vladaju listom provodnika. Organski molekuli su uglavnom izolatori, dijelom zato što ih drže zajedno kovalentne veze (obični elektroni), ali i zato što vodikove veze pomažu u stabilizaciji mnogih molekula. Većina materijala nisu ni dobri provodnici ni dobri izolatori. Oni ne provode struju lako, ali s dovoljno energije, elektroni se kreću.
Neki izolacijski materijali se nalaze u čistom stanju, ali se ponašaju ili reagiraju ako su dopirane malim količinama drugog elementa ili ako sadrže nečistoće. Na primjer, većina keramike su odlični izolatori, ali ako ih modificirate, možete dobiti supravodnike. Čista voda je izolator, ali prljava voda je manje provodljiva, dok slana voda sa slobodno plutajućim ionima dobro provodi.
Šta je provodni materijal?
Provodnici su oni materijali koji omogućavaju elektronima da slobodno prolaze između čestica. Predmeti napravljeni od provodljivih materijala omogućit će prijenos naelektrisanja preko cijele površine objekta. Ako se naboj prenese na objekt na određenoj lokaciji, on se brzo raspoređuje po cijeloj površini objekta.
Raspodjela naboja je rezultat kretanja elektrona. Konduktivni materijali omogućavaju transport elektrona od jedne čestice do druge jer će nabijeni objekt uvijek raspodijeliti svoj naboj sve dok se ukupna sila odbijanja između viška elektrona ne minimizira. Na taj način, ako naelektrisani provodnik dođe u kontakt sa drugim objektom, provodnik može čak preneti svoj naboj na taj objekat.
Prijenos naboja između objekata vjerojatnije će se dogoditi ako je drugi objekt napravljen od provodljivog materijala. Provodnici omogućavaju prijenos naboja slobodnim kretanjem elektrona.
Šta je poluprovodnički materijal?
Među provodljivim materijalima nalazimo materijale koji imaju istu funkciju, ali mogu djelovati i kao izolatori, iako to ovisi o nekoliko faktora. Ovi faktori su:
- električno polje
- magnetsko polje
- pritisak
- incidentno zračenje
- temperaturu vašeg okruženja
Najšire korišteni poluvodički materijali su silicijum, germanijum i tek nedavno se koristi sumpor kao poluprovodnički materijal.
Šta je supravodljivi materijal?
Ovaj materijal je fascinantan jer ima svojstvenu sposobnost da materijal provodi električnu struju, ali pod pravim uvjetima, bez otpora ili gubitka energije.
Općenito, otpornost metalnih provodnika opada sa smanjenjem temperature. Kada se dostigne kritična temperatura, otpor superprovodnika dramatično opada, ali osigurava da energija unutra nastavlja teći, iako bez struje. Stvara se superprovodljivost.
Javlja se u širokom spektru materijala, uključujući jednostavne legure poput kalaja ili aluminija koje ne pokazuju električni otpor, čime se sprječava da materijal uđe u njegovu domenu. Što je Meissnerov efekat, omogućava da se materijal odbije, održavajući ga na površini.
Šta je izolacioni materijal
Za razliku od vodiča, izolatori su materijali koji sprječavaju slobodan protok elektrona od atoma do atoma i od molekule do molekule. Ako se opterećenje prenese na izolator na određenoj lokaciji, višak opterećenja će ostati na izvornoj lokaciji opterećenja. Izolacijske čestice ne dozvoljavaju slobodan protok elektrona, tako da se naelektrisanje rijetko ravnomjerno raspoređuje po površini izolacijskog materijala.
Iako izolatori nisu korisni za prijenos naboja, igraju vitalnu ulogu u elektrostatičkim eksperimentima i demonstracijama. Provodni objekti se obično postavljaju na izolacijske objekte. Ovakav raspored provodnika iznad izolatora sprečava prenos naelektrisanja sa provodnog objekta u njegovu okolinu, izbegavajući nezgode kao što su kratki spojevi ili strujni udar. Ovaj raspored nam omogućava da manipulišemo provodljivim objektom bez dodirivanja.
Dakle, možemo reći da izolacijski materijal djeluje kao ručka za provodnik na vrhu mobilnog laboratorijskog stola. Na primjer, ako se aluminijska limenka sode koristi za punjenje eksperimenata, limenku treba postaviti na vrh plastične čaše. Staklo djeluje kao izolator, sprječavajući curenje limenke sode.
Primjeri provodljivih i izolacijskih materijala
Primjeri provodljivih materijala uključuju sljedeće:
- Plata
- bakar
- zlato
- aluminijum
- Hierro
- čelika
- mesing
- bronza
- živa
- grafit
- morska voda
- beton
Primjeri izolacijskih materijala uključuju sljedeće:
- naočala
- guma
- nafta
- asfalt
- fiberglass
- porculan
- keramika
- kvarc
- pamuk (suhi)
- papir (suhi)
- suho drvo)
- plastika
- zrak
- dijamanti
- čista voda
- gumica
Podjela materijala na kategorije provodnika i izolatora je nešto kao umjetna podjela. Prikladnije je postaviti materijal negdje duž kontinuuma.
Mora se shvatiti da nemaju svi provodljivi materijali istu provodljivost, a nisu svi izolatori jednako otporni na kretanje elektrona. Provodljivost je analogna transparentnosti nekih materijala prema svjetlosti.: Materijali koji lako "prolaze" svjetlost nazivaju se "transparentnim", dok se oni koji ne "prolaze" lako nazivaju "prozirnim". Međutim, nemaju svi prozirni materijali istu optičku provodljivost. Isto vrijedi i za električne provodnike, neki su bolji od drugih.
Oni sa visokom provodljivošću, poznati kao supravodnici, nalaze se na jednom kraju, a materijali niže provodljivosti su postavljeni na drugom kraju. Kao što vidite gore, metal će biti postavljen blizu najprovodnijeg kraja, dok staklo će biti postavljeno na drugom kraju kontinuuma. Provodljivost metala može biti trilion triliona puta veća od vodljivosti stakla.
Temperatura takođe utiče na provodljivost. Kako temperatura raste, atomi i elektroni dobijaju energiju. Neki izolatori, kao što je staklo, su loši provodnici kada su hladni, ali su i dalje dobri provodnici kada su vrući. Većina metala su bolji provodnici.. Omogućavaju hlađenje i lošije provodnike kada su vrući. Neki dobri provodnici su pronađeni u superprovodnicima na vrlo niskim temperaturama.
Nadam se da uz ove informacije možete saznati više o provodljivim i izolacijskim materijalima.