Materiali conduttivi e isolanti

I materiali conduttivi e isolanti sono classificati in base al loro comportamento rispetto all'energia elettrica. Ci sono quelli che sono in grado di condurre l'elettricità e altri che, al contrario, non possono farlo. Questi materiali hanno caratteristiche diverse e vengono utilizzati in diversi settori dell'industria e della casa.

In questo articolo ti diremo tutto ciò che devi sapere sui materiali conduttivi e isolanti e a cosa serve ciascuno di essi.

Materiali conduttivi e isolanti

I materiali possono essere suddivisi in due grandi categorie: conduttori e isolanti. Sarebbe più corretto definirli buoni conduttori e cattivi conduttori, a seconda che ogni materiale faciliti o ostacoli la guida. Questa divisione influenza la conduttività termica (cioè il trasferimento di calore) o la conduttività elettrica (cioè il flusso di corrente).

Il fatto che una sostanza conduca o meno elettricità dipende dalla facilità con cui gli elettroni possono attraversarla. I protoni non si muovono perché, sebbene portino una carica elettrica, si legano con altri protoni e neutroni nel nucleo. Gli elettroni di valenza sono come esopianeti in orbita attorno alle stelle. Sono abbastanza attratti da rimanere sul posto, ma Non sempre ci vuole molta energia per farli fuori posto.

I metalli perdono e guadagnano facilmente elettroni, quindi governano l'elenco dei conduttori. Le molecole organiche sono per lo più isolanti, in parte perché sono tenute insieme da legami covalenti (elettroni comuni), ma anche perché i legami idrogeno aiutano a stabilizzare molte molecole. La maggior parte dei materiali non sono né buoni conduttori né buoni isolanti. Non conducono facilmente l'elettricità, ma con abbastanza energia gli elettroni si muovono.

Alcuni materiali isolanti si trovano allo stato puro, ma si comportano o reagiscono se sono drogati con piccole quantità di un altro elemento o se contengono impurità. Ad esempio, la maggior parte delle ceramiche sono ottimi isolanti, ma se le modifichi puoi ottenere dei superconduttori. L'acqua pura è un isolante, ma l'acqua sporca è meno conduttiva, mentre l'acqua salata con ioni fluttuanti conduce bene.

Cos'è un materiale conduttivo?

I conduttori sono quei materiali che consentono agli elettroni di fluire liberamente tra le particelle. Gli oggetti realizzati con materiali conduttivi consentiranno il trasferimento di carica sull'intera superficie dell'oggetto. Se una carica viene trasferita a un oggetto in una determinata posizione, viene rapidamente distribuita sull'intera superficie dell'oggetto.

La distribuzione della carica è il risultato del movimento degli elettroni. I materiali conduttivi consentono agli elettroni di essere trasportati da una particella all'altra perché un oggetto carico distribuirà sempre la sua carica fino a quando la forza repulsiva complessiva tra gli elettroni in eccesso non sarà ridotta al minimo. In questo modo, se un conduttore carico entra in contatto con un altro oggetto, il conduttore può anche trasferire la sua carica a quell'oggetto.

È più probabile che si verifichi un trasferimento di carica tra oggetti se il secondo oggetto è fatto di materiale conduttivo. I conduttori consentono il trasferimento di carica attraverso il libero movimento degli elettroni.

Che cos'è un materiale semiconduttore?

Tra i materiali conduttivi troviamo materiali che hanno la stessa funzione ma che possono fungere anche da isolanti, anche se questo dipende da diversi fattori. Questi fattori sono:

• campo elettrico
• campo magnetico
• presión
• radiazione incidente
• la temperatura del tuo ambiente

I materiali semiconduttori più utilizzati sono silicio, germanio e solo di recente è stato utilizzato lo zolfo come materiale semiconduttore.

Che cos'è un materiale superconduttore?

Questo materiale è affascinante perché ha la capacità intrinseca che il materiale dovrebbe condurre corrente elettrica, ma nelle giuste condizioni, senza resistenza o perdita di energia.

In generale, la resistività dei conduttori metallici diminuisce al diminuire della temperatura. Quando viene raggiunta una temperatura critica, la resistenza del superconduttore diminuisce drasticamente, ma assicura che l'energia all'interno continui a fluire, anche se senza alimentazione. Viene creata la superconduttività.

Si trova in un'ampia varietà di materiali, comprese leghe semplici come stagno o alluminio che non mostrano resistenza elettrica, impedendo così al materiale di entrare nel suo dominio. Che è l'effetto Meissner, permette al materiale di essere respinto, mantenendolo a galla.

Cos'è un materiale isolante

A differenza dei conduttori, gli isolanti sono materiali che impediscono il libero flusso di elettroni da atomo ad atomo e da molecola a molecola. Se il carico viene trasferito all'isolatore in una determinata posizione, il carico in eccesso rimarrà nella posizione originale del carico. Le particelle isolanti non consentono il libero flusso di elettroni, quindi la carica è raramente distribuita uniformemente sulla superficie del materiale isolante.

Sebbene gli isolanti non siano utili per trasferimento di carica, svolgono un ruolo fondamentale negli esperimenti e nelle dimostrazioni elettrostatiche. Gli oggetti conduttivi sono solitamente montati su oggetti isolanti. Questa disposizione dei conduttori al di sopra dell'isolatore impedisce il trasferimento di carica dall'oggetto conduttivo all'ambiente circostante, evitando incidenti come cortocircuiti o scariche elettriche. Questa disposizione ci consente di manipolare l'oggetto conduttivo senza toccarlo.

Quindi possiamo dire che il materiale isolante funge da maniglia per il conduttore sopra il tavolo da laboratorio mobile. Ad esempio, se per caricare gli esperimenti viene utilizzata una lattina di alluminio, la lattina dovrebbe essere montata sopra il bicchiere di plastica. Il vetro funge da isolante, impedendo la fuoriuscita della lattina.

Esempi di materiali conduttivi e isolanti

Esempi di materiali conduttivi includono quanto segue:

• plata
• rame
• oro
• alluminio
• ferro
• acciaio
• ottone
• bronzo
• mercurio
• grafite
• acqua di mare
• calcestruzzo

Esempi di materiali isolanti includono quanto segue:

• navi
• di gomma
• olio
• asfalto
• lana di vetro
• porcellana
• ceramica
• quarzo
• cotone (a secco)
• carta (a secco)
• legno secco)
• il plastico
• aria
• diamanti
• acqua pura
• gomma per cancellare

La divisione dei materiali nelle categorie dei conduttori e degli isolanti è una sorta di divisione artificiale. È più appropriato posizionare il materiale da qualche parte lungo il continuum.

Deve essere chiaro che non tutti i materiali conduttivi hanno la stessa conduttività e non tutti gli isolanti sono ugualmente resistenti al movimento degli elettroni. La conduttività è analoga alla trasparenza di alcuni materiali alla luce.: I materiali che "passano" facilmente alla luce sono detti "trasparenti", mentre quelli che non "passano" facilmente sono detti "opachi". Tuttavia, non tutti i materiali trasparenti hanno la stessa conduttività ottica. Lo stesso vale per i conduttori elettrici, alcuni sono migliori di altri.

Quelli ad alta conduttività, noti come superconduttori, sono posti a un'estremità e i materiali a bassa conduttività sono posti all'altra estremità. Come puoi vedere sopra, il metallo sarà posizionato vicino all'estremità più conduttiva, mentre il bicchiere sarà posizionato all'altra estremità del continuum. La conduttività dei metalli può essere un trilione di trilioni di volte quella del vetro.

Anche la temperatura influisce sulla conduttività. All'aumentare della temperatura, gli atomi e gli elettroni acquistano energia. Alcuni isolanti, come il vetro, sono cattivi conduttori quando sono freddi, ma comunque buoni conduttori quando sono caldi. La maggior parte dei metalli sono conduttori migliori.. Consentono il raffreddamento e peggio i conduttori a caldo. Alcuni buoni conduttori sono stati trovati nei superconduttori a temperature molto basse.

Spero che con queste informazioni possiate saperne di più sui materiali conduttivi e isolanti.