Els materials conductors i aïllants es classifiquen segons el comportament respecte a l'electricitat. N'hi ha que són capaços de conduir l'electricitat i d'altres que, per contra, no ho poden fer. Aquests materials tenen característiques diferents i es fan servir en diferents sectors de la indústria i la llar.
En aquest article t'explicarem tot el que necessita saber sobre els materials conductors i aïllants i per a què serveixen cadascun.
Materials conductors i aïllants
Els materials es poden dividir en dues grans categories: conductors i aïllants. Seria més correcte definir-los com a bons conductors i mals conductors, segons cada material faciliti o dificulti la conducció. Aquesta divisió afecta la conductivitat tèrmica (és a dir, la transferència de calor) o la conductivitat elèctrica (és a dir, el flux de corrent).
Que una substància condueixi o no l'electricitat depèn de la facilitat amb què els electrons puguin travessar-la. Els protons no es mouen perquè, encara que porten càrrega elèctrica, s'enllacen amb altres protons i neutrons al nucli. Els electrons de valència són com exoplanetes que orbiten estrelles. Se senten prou atrets com per romandre al seu lloc, però no sempre cal molta energia per treure'ls del seu lloc.
Els metalls perden i guanyen electrons amb facilitat, per la qual cosa governen la llista de conductors. Les molècules orgàniques són majoritàriament aïllants, en part perquè es mantenen unides per enllaços covalents (electrons comuns), però també perquè els enllaços d'hidrogen ajuden a estabilitzar moltes molècules. La majoria dels materials no són bons conductors ni bons aïllants. No condueixen lelectricitat fàcilment, però amb suficient energia, els electrons es mouen.
Alguns materials aïllants es troben en estat pur, però es comporten o reaccionen si estan dopats amb petites quantitats d'un altre element o si contenen impureses. Per exemple, la majoria de les ceràmiques són excel·lents aïllants, però si les modifiques, pots obtenir superconductors. L'aigua pura és un aïllant, però l'aigua bruta és menys conductora, mentre que l'aigua salada amb ions que suren lliurement porta bé.
Què és un material conductor?
Els conductors són aquells materials que permeten que els electrons flueixin lliurement entre les partícules. Els objectes fets de materials conductors permetran la transferència de càrrega a través de tota la superfície de lobjecte. Si transferiu una càrrega a un objecte en un lloc determinat, distribuïu-lo ràpidament per tota la superfície de l'objecte.
La distribució de càrrega és el resultat del moviment delectrons. Els materials conductors permeten que els electrons siguin transportats d'una partícula a una altra perquè un objecte carregat sempre distribuirà la càrrega fins que es minimitzi la força de repulsió general entre l'excés d'electrons. D'aquesta manera, si un conductor carregat entra en contacte amb un altre objecte, el conductor fins i tot pot transferir la càrrega a aquest objecte.
És més probable que passi transferència de càrrega entre objectes si el segon objecte està fet de material conductor. Els conductors permeten la transferència de càrrega a través del lliure moviment delectrons.
Què és un material semiconductor?
Entre els materials conductors trobem materials que tenen la mateixa funció però que també poden actuar com a aïllants, encara que això depèn de diversos factors. Aquests factors són:
- camp elèctric
- camp magnètic
- pressió
- radiació incident
- la temperatura del teu entorn
Els materials semiconductors més utilitzats són el silici, el germani i només recentment s'ha fet servir sofre com a material semiconductor.
Què és un material superconductor?
Aquest material és fascinant perquè té la capacitat inherent que el material ha de conduir el corrent elèctric, però amb les condicions adequades, sense resistència ni pèrdua denergia.
En general, la resistivitat dels conductors metàl·lics disminueix en disminuir la temperatura. Quan s'assoleix una temperatura crítica, la resistència del superconductor fa que baixi dràsticament, però assegura que l'energia de l'interior continuï fluint, encara que sense potència. Es crea superconductivitat.
Passa en una àmplia varietat de materials, inclosos aliatges simples com l'estany o l'alumini que no presenten resistència elèctrica, per la qual cosa evita que el material entri al domini. Que és l'efecte Meissner, permet que el material sigui repel·lit, mantenint-ho a flotació.
Què és un material aïllant
A diferència dels conductors, els aïllants són materials que impedeixen el lliure flux d'electrons d'àtom a àtom i de molècula a molècula. Si la càrrega es transfereix a l'aïllador en un lloc determinat, l'excés de càrrega romandrà a la ubicació original de la càrrega. Les partícules aïllants no permeten el lliure flux d'electrons, per la qual cosa la càrrega poques vegades es distribueix uniformement sobre la superfície del material aïllant.
Si bé els aïlladors no són útils per la transferència de càrrega, juguen un paper vital en els experiments i demostracions electrostàtiques. Els objectes conductors generalment es munten sobre objectes aïllants. Aquesta disposició dels conductors sobre l'aïllador evita la transferència de càrrega de l'objecte conductor al seu entorn, evitant accidents com ara curtcircuits o electrocució. Aquesta disposició permet manipular l'objecte conductor sense tocar-lo.
Aleshores podem dir que el material aïllant actua com una nansa per al conductor a la part superior de la taula de laboratori mòbil. Per exemple, si es fa servir una llauna de refresc d'alumini per carregar els experiments, la llauna ha de muntar-se sobre el got de plàstic. El vidre actua com a aïllant, evitant que la llauna de refresc es descarregui.
Exemples de materials conductors i aïllants
Entre els exemples de materials conductors tenim els següents:
- plata
- coure
- or
- alumini
- ferro
- acer
- llautó
- bronze
- mercuri
- grafit
- aigua de mar
- formigó
Entre els exemples dels materials aïllants tenim els següents:
- gots
- cautxú
- oli
- asfalt
- fibra de vidre
- porcellana
- ceràmic
- quars
- cotó (sec)
- paper (sec)
- fusta (seca)
- el plàstic
- aire
- diamants
- aigua pura
- goma d'esborrar
La divisió de materials en les categories de conductors i aïllants és una cosa així com una divisió artificial. És més apropiat col·locar el material en algun lloc al llarg del continu.
Cal entendre que no tots els materials conductors tenen la mateixa conductivitat, i no tots els aïllants són igualment resistents al moviment dels electrons. La conductivitat és anàloga a la transparència d'alguns materials a la llum: els materials que «passen» fàcilment la llum es diuen «transparents», mentre que els que no «passen» fàcilment es diuen «opacs». No obstant, no tots els materials transparents tenen la mateixa conductivitat òptica. El mateix passa amb els conductors elèctrics, alguns són millors que altres.
Els d'alta conductivitat, coneguts com a superconductors, es col·loquen a un extrem i els materials de menor conductivitat es col·loquen a l'altre extrem. Com es pot veure a dalt, el metall es col·locarà a prop de l'extrem més conductor, mentre que el vidre es col·locarà a l'altre extrem del continu. La conductivitat dels metalls pot ser un bilió de bilions de vegades la del vidre.
La temperatura també afecta la conductivitat. A mesura que augmenta la temperatura, els àtoms i els electrons guanyen energia. Alguns aïllants, com el vidre, són mals conductors quan estan freds, però continuen sent bons conductors quan estan calents. La majoria dels metalls són millors conductors. Permeten refrigeració i pitjors conductors quan estan calents. S'han trobat alguns bons conductors a superconductors a temperatures molt baixes.
Espero que amb aquesta informació puguin conèixer més sobre els materials conductors i aïllants.