Sähköä johtavat ja eristävät materiaalit

materiaaleja, jotka johtavat sähköä

Los johtavia ja eristäviä materiaaleja ne luokitellaan sen mukaan, miten ne käyttäytyvät sähkön suhteen. On niitä, jotka pystyvät johtamaan sähköä, ja toiset, jotka päinvastoin eivät voi tehdä sitä. Näillä materiaaleilla on erilaiset ominaisuudet ja niitä käytetään teollisuuden ja kodin eri aloilla.

Tässä artikkelissa kerromme sinulle kaiken, mitä sinun on tiedettävä johtavista ja eristysmateriaaleista ja mihin jokainen niistä on tarkoitettu.

Sähköä johtavat ja eristävät materiaalit

johtavia ja eristäviä materiaaleja

Materiaalit voidaan jakaa kahteen laajaan luokkaan: johtimia ja eristeitä. Olisi oikeampaa määritellä ne hyviksi ja huonoiksi johtimiksi sen mukaan, helpottaako vai estääkö jokainen materiaali ajoa. Tämä jako vaikuttaa joko lämmönjohtavuuteen (eli lämmönsiirtoon) tai sähkönjohtavuuteen (eli virrankulkuun).

Se, johtaako aine sähköä vai ei, riippuu siitä, kuinka helposti elektronit voivat kulkea sen läpi. Protonit eivät liiku, koska vaikka niissä on sähkövaraus, ne sitoutuvat muihin ytimen protoniin ja neutroniin. Valenssielektronit ovat kuin tähtiä kiertäviä eksoplaneettoja. He ovat houkutelleet tarpeeksi pysyäkseen paikoillaan, mutta Aina ei vaadi paljon energiaa saada niitä pois paikaltaan.

Metallit menettävät ja saavat helposti elektroneja, joten ne hallitsevat johtimien luetteloa. Orgaaniset molekyylit ovat enimmäkseen eristeitä, osittain siksi, että niitä pitävät yhdessä kovalenttiset sidokset (yhteiset elektronit), mutta myös siksi, että vetysidokset auttavat stabiloimaan monia molekyylejä. Useimmat materiaalit eivät ole hyviä johtimia eivätkä hyviä eristeitä. Ne eivät johda sähköä helposti, mutta riittävällä energialla elektronit liikkuvat.

Jotkut eristysmateriaalit löytyvät puhtaana, mutta ne käyttäytyvät tai reagoivat, jos niihin on seostettu pieniä määriä toista alkuainetta tai jos ne sisältävät epäpuhtauksia. Esimerkiksi useimmat keramiikka ovat erinomaisia ​​eristeitä, mutta jos muokkaat niitä, voit saada suprajohteita. Puhdas vesi on eriste, mutta likainen vesi on vähemmän johtavaa, kun taas suolavesi, jossa on vapaasti kelluvia ioneja, johtaa hyvin.

Mikä on johtava materiaali?

johtavia ja eristäviä materiaaleja

Johtimet ovat materiaaleja, jotka mahdollistavat elektronien vapaan virtauksen hiukkasten välillä. Johtavista materiaaleista valmistetut esineet mahdollistavat varauksen siirtymisen esineen koko pinnalla. Jos varaus siirtyy esineeseen tietyssä paikassa, se jakautuu nopeasti koko kohteen pinnalle.

Varauksen jakautuminen on seurausta elektronien liikkeestä. Johtavien materiaalien avulla elektronit voivat siirtyä hiukkasesta toiseen, koska varattu esine jakaa aina varaustaan, kunnes ylimääräisten elektronien välinen hylkimisvoima on minimoitu. Tällä tavalla, jos varautunut johdin joutuu kosketuksiin toisen kohteen kanssa, johdin voi jopa siirtää varauksensa kyseiseen kohteeseen.

Varauksen siirtyminen esineiden välillä tapahtuu todennäköisemmin, jos toinen esine on valmistettu johtavasta materiaalista. Johtimet mahdollistavat varauksen siirron elektronien vapaan liikkeen kautta.

Mikä on puolijohdemateriaali?

metallit

Johtavista materiaaleista löytyy materiaaleja, joilla on sama tehtävä, mutta jotka voivat toimia myös eristeinä, vaikka tämä riippuu useista tekijöistä. Nämä tekijät ovat:

  • sähkökenttä
  • magneettikenttä
  • presión
  • tuleva säteily
  • ympäristösi lämpötila

Yleisimmin käytetyt puolijohdemateriaalit ovat piitä, germaniumia ja vasta äskettäin on käytetty rikkiä puolijohdemateriaalina.

Mikä on suprajohtava materiaali?

Tämä materiaali on kiehtova, koska sillä on luontainen kyky johtaa sähkövirtaa, mutta oikeissa olosuhteissa ilman vastusta tai energiahäviötä.

Yleensä metallijohtimien ominaisvastus pienenee lämpötilan laskeessa. Kun kriittinen lämpötila saavutetaan, suprajohteen resistanssi laskee dramaattisesti, mutta varmistaa, että sisällä oleva energia jatkaa virtaamista, vaikkakin ilman virtaa. Suprajohtavuus syntyy.

Sitä esiintyy monissa erilaisissa materiaaleissa, mukaan lukien yksinkertaiset seokset, kuten tina tai alumiini, joilla ei ole sähkövastusta, mikä estää materiaalia pääsemästä alueelleen. Mikä on Meissner-ilmiö, se mahdollistaa materiaalin hylkimisen ja pitää sen pinnalla.

Mikä on eristysmateriaali

Toisin kuin johtimet, eristimet ovat materiaaleja, jotka estävät elektronien vapaan virtauksen atomista atomiin ja molekyylistä molekyyliin. Jos kuorma siirretään eristimeen tietyssä paikassa, ylimääräinen kuorma jää kuorman alkuperäiseen paikkaan. Eristävät hiukkaset eivät salli elektronien vapaata virtausta, joten varaus jakautuu harvoin tasaisesti eristemateriaalin pinnalle.

Vaikka eristimet eivät ole hyödyllisiä varauksen siirto, on tärkeä rooli sähköstaattisissa kokeissa ja demonstraatioissa. Johtavat esineet asennetaan yleensä eristäviä esineitä. Tämä eristimen yläpuolella olevien johtimien järjestely estää varauksen siirtymisen johtavasta esineestä sen ympäristöön, jolloin vältetään onnettomuudet, kuten oikosulku tai sähköisku. Tämän järjestelyn avulla voimme käsitellä johtavaa esinettä koskematta siihen.

Voimme siis sanoa, että eristemateriaali toimii johtimen kahvana siirrettävän laboratoriopöydän päällä. Jos esimerkiksi kokeiden lataamiseen käytetään alumiinista soodatölkkiä, tölkki tulee asentaa muovikupin päälle. Lasi toimii eristeenä ja estää soodatölkin vuotamisen.

Esimerkkejä johtavista ja eristysmateriaaleista

Esimerkkejä johtavista materiaaleista ovat seuraavat:

  • hopea
  • kupari
  • kulta
  • alumiini
  • rauta
  • teräs
  • messinki
  • pronssi
  • elohopea
  • grafiitti
  • merivesi
  • betoni

Esimerkkejä eristysmateriaaleista ovat seuraavat:

  • alukset
  • kumi
  • öljy
  • asfaltti
  • lasikuitu
  • posliini
  • keraaminen
  • kvartsi
  • puuvilla (kuiva)
  • paperia (kuivaa)
  • kuiva puu)
  • muovia
  • aire
  • ruutu
  • puhdas vesi
  • pyyhekumi

Materiaalien jako johtimien ja eristeiden luokkiin on eräänlainen keinotekoinen jako. On tarkoituksenmukaisempaa sijoittaa materiaali jonnekin jatkumoa pitkin.

On ymmärrettävä, että kaikilla johtavilla materiaaleilla ei ole samaa johtavuutta, eivätkä kaikki eristeet ole yhtä kestäviä elektronien liikkeille. Johtavuus on analoginen joidenkin materiaalien läpinäkyvyyteen valolle.: Valon helposti "läpäiseviä" materiaaleja kutsutaan "läpinäkyviksi", kun taas materiaaleja, jotka eivät "läpäise" helposti, kutsutaan "läpäisemättömiksi". Kaikilla läpinäkyvillä materiaaleilla ei kuitenkaan ole samaa optista johtavuutta. Sama koskee sähköjohtimia, jotkut ovat parempia kuin toiset.

Ne, joilla on korkea johtavuus, eli suprajohteet, sijoitetaan toiseen päähän ja alhaisemman johtavuuden materiaalit sijoitetaan toiseen päähän. Kuten yllä näkyy, metalli sijoitetaan lähelle johtavinta päätä lasi sijoitetaan jatkumon toiseen päähän. Metallien johtavuus voi olla biljoona biljoona kertaa lasin johtavuus.

Lämpötila vaikuttaa myös johtavuuteen. Lämpötilan noustessa atomit ja elektronit saavat energiaa. Jotkut eristimet, kuten lasi, ovat huonoja johtimia kylmänä, mutta silti hyviä johtimia kuumana. Useimmat metallit ovat parempia johtimia.. Ne mahdollistavat jäähdytyksen ja huonommat johtimet kuumana. Suprajohtimista on löydetty hyviä johtimia erittäin alhaisissa lämpötiloissa.

Toivon, että näiden tietojen avulla voit oppia lisää johtavista ja eristysmateriaaleista.


Artikkelin sisältö noudattaa periaatteita toimituksellinen etiikka. Ilmoita virheestä napsauttamalla täällä.

Ole ensimmäinen kommentti

Jätä kommentti

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.

*

*

  1. Vastuussa tiedoista: Miguel Ángel Gatón
  2. Tietojen tarkoitus: Roskapostin hallinta, kommenttien hallinta.
  3. Laillistaminen: Suostumuksesi
  4. Tietojen välittäminen: Tietoja ei luovuteta kolmansille osapuolille muutoin kuin lain nojalla.
  5. Tietojen varastointi: Occentus Networks (EU) isännöi tietokantaa
  6. Oikeudet: Voit milloin tahansa rajoittaa, palauttaa ja poistaa tietojasi.