Les matériaux conducteurs et isolants ils sont classés selon leur comportement vis-à-vis de l'électricité. Il y a ceux qui sont capables de conduire l'électricité et d'autres qui, au contraire, ne le peuvent pas. Ces matériaux ont des caractéristiques différentes et sont utilisés dans différents secteurs de l'industrie et de la maison.
Dans cet article, nous allons vous dire tout ce que vous devez savoir sur les matériaux conducteurs et isolants et à quoi chacun d'eux sert.
Matériaux conducteurs et isolants
Les matériaux peuvent être divisés en deux grandes catégories : conducteurs et isolants. Il serait plus correct de les définir en bons conducteurs et en mauvais conducteurs, selon que chaque matériau facilite ou gêne la conduite. Cette division affecte soit la conductivité thermique (c'est-à-dire le transfert de chaleur) soit la conductivité électrique (c'est-à-dire le flux de courant).
Le fait qu'une substance conduise ou non l'électricité dépend de la facilité avec laquelle les électrons peuvent la traverser. Les protons ne bougent pas car, bien qu'ils portent une charge électrique, ils se lient avec d'autres protons et neutrons dans le noyau. Les électrons de Valence sont comme des exoplanètes en orbite autour d'étoiles. Ils sont suffisamment attirés pour rester en place, mais Il ne faut pas toujours beaucoup d'énergie pour les sortir de leur place.
Les métaux perdent et gagnent facilement des électrons, ils dominent donc la liste des conducteurs. Les molécules organiques sont principalement des isolants, en partie parce qu'elles sont maintenues ensemble par des liaisons covalentes (électrons communs), mais aussi parce que les liaisons hydrogène aident à stabiliser de nombreuses molécules. La plupart des matériaux ne sont ni de bons conducteurs ni de bons isolants. Ils ne conduisent pas facilement l'électricité, mais avec suffisamment d'énergie, les électrons se déplacent.
Certains matériaux isolants se trouvent à l'état pur, mais ils se comportent ou réagissent s'ils sont dopés avec de petites quantités d'un autre élément ou s'ils contiennent des impuretés. Par exemple, la plupart des céramiques sont d'excellents isolants, mais si vous les modifiez, vous pouvez obtenir des supraconducteurs. L'eau pure est un isolant, mais l'eau sale est moins conductrice, tandis que l'eau salée avec des ions flottants conduit bien.
Qu'est-ce qu'un matériau conducteur ?
Les conducteurs sont les matériaux qui permettent aux électrons de circuler librement entre les particules. Les objets en matériaux conducteurs permettront le transfert de charge sur toute la surface de l'objet. Si une charge est transférée à un objet à un certain endroit, elle est rapidement répartie sur toute la surface de l'objet.
La distribution de charge est le résultat du mouvement des électrons. Les matériaux conducteurs permettent aux électrons d'être transportés d'une particule à une autre car un objet chargé distribuera toujours sa charge jusqu'à ce que la force de répulsion globale entre les électrons en excès soit minimisée. De cette manière, si un conducteur chargé entre en contact avec un autre objet, le conducteur peut même transférer sa charge à cet objet.
Le transfert de charge entre les objets est plus susceptible de se produire si le deuxième objet est constitué d'un matériau conducteur. Les conducteurs permettent le transfert de charge grâce à la libre circulation des électrons.
Qu'est-ce qu'un matériau semi-conducteur ?
Parmi les matériaux conducteurs, on trouve des matériaux qui ont la même fonction mais qui peuvent également agir comme isolants, bien que cela dépende de plusieurs facteurs. Ces facteurs sont :
- champ électrique
- champ magnétique
- pression
- rayonnement incident
- la température de votre environnement
Les matériaux semi-conducteurs les plus utilisés sont le silicium, le germanium et ce n'est que récemment que le soufre a été utilisé comme matériau semi-conducteur.
Qu'est-ce qu'un matériau supraconducteur ?
Ce matériau est fascinant car il a la capacité inhérente de conduire le courant électrique, mais dans les bonnes conditions, sans résistance ni perte d'énergie.
En général, la résistivité des conducteurs métalliques diminue lorsque la température diminue. Lorsqu'une température critique est atteinte, la résistance du supraconducteur chute considérablement, mais garantit que l'énergie à l'intérieur continue de circuler, même sans alimentation. La supraconductivité est créée.
Il se produit dans une grande variété de matériaux, y compris des alliages simples comme l'étain ou l'aluminium qui ne présentent pas de résistance électrique, empêchant ainsi le matériau d'entrer dans son domaine. C'est l'effet Meissner, il permet de repousser la matière en la maintenant à flot.
Qu'est-ce qu'un matériau isolant
Contrairement aux conducteurs, les isolants sont des matériaux qui empêchent la libre circulation des électrons d'un atome à l'autre et d'une molécule à l'autre. Si la charge est transférée à l'isolateur à un certain emplacement, la charge excédentaire restera à l'emplacement d'origine de la charge. Les particules isolantes ne permettent pas la libre circulation des électrons, de sorte que la charge est rarement uniformément répartie sur la surface du matériau isolant.
Bien que les isolants ne soient pas utiles pour transfert de charge, jouent un rôle essentiel dans les expériences et démonstrations électrostatiques. Les objets conducteurs sont généralement montés sur des objets isolants. Cette disposition des conducteurs au-dessus de l'isolant empêche le transfert de charge de l'objet conducteur vers son environnement, évitant les accidents tels que les courts-circuits ou l'électrocution. Cette disposition nous permet de manipuler l'objet conducteur sans le toucher.
On peut donc dire que le matériau isolant agit comme une poignée pour le conducteur sur le dessus de la table de laboratoire mobile. Par exemple, si une canette de soda en aluminium est utilisée pour charger les expériences, la canette doit être montée sur le dessus du gobelet en plastique. Le verre agit comme un isolant, empêchant la canette de soda de fuir.
Exemples de matériaux conducteurs et isolants
Voici des exemples de matériaux conducteurs :
- argent
- cuivre
- Or
- aluminium
- Fer à repasser
- acier
- laiton
- bronze
- mercure
- graphite
- eau de mer
- en béton
Voici des exemples de matériaux isolants :
- navires
- caoutchouc
- huile
- asphalte
- fibre de verre
- porcelaine
- céramique
- quartz
- coton (sec)
- papier (sec)
- bois sec)
- le plastique
- aire
- diamants
- eau pure
- gomme
La division des matériaux en catégories de conducteurs et d'isolants est en quelque sorte une division artificielle. Il est plus approprié de placer le matériel quelque part le long du continuum.
Il faut comprendre que tous les matériaux conducteurs n'ont pas la même conductivité et que tous les isolants ne sont pas également résistants au mouvement des électrons. La conductivité est analogue à la transparence de certains matériaux à la lumière.: Les matériaux qui "passent" facilement la lumière sont appelés "transparents", tandis que ceux qui ne "passent" pas facilement sont appelés "opaques". Cependant, tous les matériaux transparents n'ont pas la même conductivité optique. Il en va de même pour les conducteurs électriques, certains sont meilleurs que d'autres.
Ceux à haute conductivité, appelés supraconducteurs, sont placés à une extrémité et les matériaux à faible conductivité sont placés à l'autre extrémité. Comme vous pouvez le voir ci-dessus, le métal sera placé près de l'extrémité la plus conductrice, tandis que le verre sera placé à l'autre extrémité du continuum. La conductivité des métaux peut être un billion de billions de fois celle du verre.
La température affecte également la conductivité. Lorsque la température augmente, les atomes et les électrons gagnent de l'énergie. Certains isolants, comme le verre, sont de mauvais conducteurs à froid, mais toujours de bons conducteurs à chaud. La plupart des métaux sont de meilleurs conducteurs.. Ils permettent de refroidir et d'aggraver les conducteurs lorsqu'ils sont chauds. Certains bons conducteurs ont été trouvés dans les supraconducteurs à très basse température.
J'espère qu'avec ces informations, vous pourrez en apprendre davantage sur les matériaux conducteurs et isolants.