sok vezető és szigetelő anyagok elektromossággal kapcsolatos viselkedésük szerint osztályozzák őket. Vannak olyanok, amelyek képesek elektromos áramot vezetni, mások pedig éppen ellenkezőleg, nem képesek erre. Ezek az anyagok eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek, és az ipar és a háztartás különböző ágazataiban használatosak.
Ebben a cikkben mindent elmondunk, amit tudnia kell a vezetőképes és szigetelő anyagokról, és arról, hogy ezek mire valók.
Vezető és szigetelő anyagok
Az anyagok két nagy csoportra oszthatók: vezetők és szigetelők. Helyesebb lenne jó vezetőként és rossz vezetőként meghatározni, attól függően, hogy az egyes anyagok megkönnyítik vagy akadályozzák a vezetést. Ez a felosztás vagy a hővezetést (azaz hőátadást) vagy az elektromos vezetőképességet (azaz az áramáramlást) érinti.
Az, hogy egy anyag vezet-e elektromosságot, attól függ, hogy az elektronok milyen könnyedséggel tudnak áthaladni rajta. A protonok nem mozognak, mert bár elektromos töltést hordoznak, az atommag más protonjaihoz és neutronjaihoz kötődnek. A vegyértékelektronok olyanok, mint a csillagok körül keringő exobolygók. Eléggé vonzódnak ahhoz, hogy a helyükön maradjanak, de Nem mindig kell sok energiát kimozdítani a helyükről.
A fémek könnyen veszítenek és nyernek elektronokat, így ők irányítják a vezetők listáját. A szerves molekulák többnyire szigetelők, részben azért, mert kovalens kötések (közös elektronok) tartják össze őket, de azért is, mert a hidrogénkötések segítenek sok molekula stabilizálásában. A legtöbb anyag sem nem jó vezető, sem nem jó szigetelő. Nem vezetik könnyen az elektromosságot, de elegendő energiával az elektronok mozognak.
Néhány szigetelőanyag tiszta állapotban található, de viselkednek vagy reagálnak, ha kis mennyiségű más elemmel vannak adalékolva, vagy ha szennyeződéseket tartalmaznak. Például a legtöbb kerámia kiváló szigetelő, de ha módosítjuk őket, akkor szupravezetőket kaphatunk. A tiszta víz szigetelő, de a piszkos víz kevésbé vezető, míg a sós víz a szabadon lebegő ionokkal jól vezet.
Mi az a vezető anyag?
A vezetők azok az anyagok, amelyek lehetővé teszik az elektronok szabad áramlását a részecskék között. A vezető anyagból készült tárgyak lehetővé teszik a töltés átvitelét a tárgy teljes felületén. Ha egy töltés egy bizonyos helyen átkerül egy tárgyra, az gyorsan eloszlik a tárgy teljes felületén.
A töltés eloszlása az elektronok mozgásának eredménye. A vezető anyagok lehetővé teszik az elektronok egyik részecskéből a másikba történő szállítását, mivel egy töltött tárgy mindig elosztja a töltését, amíg a felesleges elektronok közötti teljes taszító erő minimálisra nem csökken. Ily módon, ha egy töltött vezető érintkezik egy másik tárggyal, a vezető akár át is tudja adni a töltését az adott tárgyra.
Az objektumok közötti töltésátvitel nagyobb valószínűséggel fordul elő, ha a második tárgy vezető anyagból készül. A vezetők lehetővé teszik a töltésátvitelt az elektronok szabad mozgásán keresztül.
Mi az a félvezető anyag?
A vezetőképes anyagok között találunk azonos funkciójú, de szigetelőként is funkcionáló anyagokat, bár ez több tényezőtől is függ. Ezek a tényezők a következők:
- elektromos mező
- mágneses mező
- presión
- beeső sugárzás
- környezetének hőmérséklete
A legszélesebb körben használt félvezető anyagok szilícium, germánium és csak a közelmúltban használnak ként mint félvezető anyag.
Mi a szupravezető anyag?
Ez az anyag azért lenyűgöző, mert megvan benne az a képessége, hogy az anyagnak elektromos áramot kell vezetnie, de megfelelő körülmények között, ellenállás vagy energiaveszteség nélkül.
Általában a fémes vezetők ellenállása csökken a hőmérséklet csökkenésével. A kritikus hőmérséklet elérésekor a szupravezető ellenállása drámaian csökken, de biztosítja, hogy a belső energia tovább áramoljon, bár áram nélkül. Szupravezetés jön létre.
Sokféle anyagban előfordul, beleértve az olyan egyszerű ötvözeteket, mint az ón vagy az alumínium, amelyek nem mutatnak elektromos ellenállást, így megakadályozzák, hogy az anyag bekerüljön a tartományába. Ami a Meissner effektus, ez lehetővé teszi az anyag taszítását, a felszínen tartást.
Mi az a szigetelőanyag
A vezetőkkel ellentétben a szigetelők olyan anyagok, amelyek megakadályozzák az elektronok szabad áramlását atomról atomra és molekuláról molekulára. Ha a terhelést egy adott helyen átvisszük a leválasztóra, a többletterhelés a terhelés eredeti helyén marad. A szigetelő részecskék nem teszik lehetővé az elektronok szabad áramlását, ezért a töltés ritkán oszlik el egyenletesen a szigetelőanyag felületén.
Bár a szigetelők nem hasznosak töltésátvitel, létfontosságú szerepet játszanak az elektrosztatikus kísérletekben és bemutatókban. A vezetőképes tárgyakat általában szigetelő tárgyakra szerelik fel. A vezetőknek a szigetelő feletti elrendezése megakadályozza a töltés átvitelét a vezető tárgyról a környezetére, elkerülve az olyan baleseteket, mint a rövidzárlat vagy az áramütés. Ez az elrendezés lehetővé teszi, hogy a vezető tárgyat anélkül manipuláljuk, hogy megérintené.
Tehát azt mondhatjuk, hogy a szigetelőanyag fogantyúként működik a vezető számára a mobil laborasztal tetején. Például, ha alumínium üdítős dobozt használnak a kísérletek betöltéséhez, a dobozt a műanyag pohár tetejére kell felszerelni. Az üveg szigetelőként működik, megakadályozva a szódadoboz szivárgását.
Példák vezetőképes és szigetelő anyagokra
A vezetőképes anyagok példái a következők:
- plata
- réz
- arany
- alumínium
- vas
- acél
- sárgaréz
- bronz
- higany
- grafit
- tengervíz
- Konkrét
A szigetelő anyagok példái a következők:
- hajók
- Radír
- olaj
- aszfalt
- üveggyapot
- porcelán
- kerámiai
- kvarc
- pamut (száraz)
- papír (száraz)
- száraz fa)
- a műanyag
- aire
- gyémánt
- tiszta víz
- radír
Az anyagok felosztása a vezetők és szigetelők kategóriáira mintegy mesterséges felosztás. Célszerűbb valahol a kontinuum mentén elhelyezni az anyagot.
Meg kell érteni, hogy nem minden vezető anyag vezetőképessége azonos, és nem minden szigetelő egyformán ellenáll az elektronok mozgásának. A vezetőképesség analóg egyes anyagok fényáteresztő képességével.: Azokat az anyagokat, amelyek könnyen „áteresztenek” a fényen, „átlátszónak”, míg a nem könnyen „áteresztő” anyagokat „átlátszatlannak” nevezik. Azonban nem minden átlátszó anyagnak azonos az optikai vezetőképessége. Ugyanez vonatkozik az elektromos vezetőkre is, egyesek jobbak, mint mások.
A nagy vezetőképességűek, az úgynevezett szupravezetők az egyik végére kerülnek, a másik végére pedig az alacsonyabb vezetőképességű anyagok. Amint fentebb látható, a fém a leginkább vezető vége közelében lesz elhelyezve, míg az üveg a kontinuum másik végére kerül. A fémek vezetőképessége akár billió billiószorosa is lehet az üvegének.
A hőmérséklet a vezetőképességet is befolyásolja. A hőmérséklet emelkedésével az atomok és elektronok energiát nyernek. Egyes szigetelők, például az üveg, hidegen rossz vezetők, de melegen még mindig jó vezetők. A legtöbb fém jobb vezető.. Lehetővé teszik a hűtést, melegen pedig rosszabb vezetőket. Néhány jó vezetőt találtak a szupravezetőkben nagyon alacsony hőmérsékleten.
Remélem, hogy ezen információk birtokában többet megtudhat a vezetőképes és szigetelő anyagokról.