חומרים מוליכים ומבודדים

חומרים מוליכים חשמל

ل חומרים מוליכים ומבודדים הם מסווגים לפי התנהגותם ביחס לחשמל. יש כאלה שמסוגלים להוליך חשמל ואחרים שלהפך, לא יכולים לעשות זאת. לחומרים אלו מאפיינים שונים והם משמשים במגזרים שונים של התעשייה והבית.

במאמר זה אנו הולכים לספר לכם את כל מה שאתם צריכים לדעת על חומרים מוליכים ומבודדים ולמה כל אחד מהם מיועד.

חומרים מוליכים ומבודדים

חומרים מוליכים ומבודדים

ניתן לחלק את החומרים לשתי קטגוריות רחבות: מוליכים ומבודדים. נכון יותר יהיה להגדיר אותם כמוליכים טובים ומוליכים גרועים, תלוי אם כל חומר מקל או מפריע לנהיגה. חלוקה זו משפיעה על מוליכות תרמית (כלומר העברת חום) או על מוליכות חשמלית (כלומר זרימת זרם).

האם חומר מוליך חשמל או לא תלוי בקלות שבה אלקטרונים יכולים לעבור דרכו. הפרוטונים אינם זזים מכיוון שלמרות שהם נושאים מטען חשמלי, הם נקשרים עם פרוטונים וניוטרונים אחרים בגרעין. אלקטרונים ערכיים הם כמו כוכבי לכת חיצוניים המקיפים כוכבים. הם נמשכים מספיק כדי להישאר במקום, אבל לא תמיד צריך הרבה אנרגיה כדי להוציא אותם ממקומם.

מתכות מאבדות בקלות ומקבלות אלקטרונים, ולכן הן שולטות ברשימת המוליכים. מולקולות אורגניות הן לרוב מבודדות, בין השאר משום שהן מוחזקות יחד על ידי קשרים קוולנטיים (אלקטרונים נפוצים), אך גם משום שקשרי מימן עוזרים לייצב מולקולות רבות. רוב החומרים אינם מוליכים טובים ואינם מבודדים טובים. הם לא מוליכים חשמל בקלות, אבל עם מספיק אנרגיה, אלקטרונים נעים.

חלק מחומרי הבידוד נמצאים במצב טהור, אבל הם מתנהגים או מגיבים אם הם מסוממים בכמויות קטנות של יסוד אחר או אם הם מכילים זיהומים. לדוגמה, רוב הקרמיקה הם מבודדים מצוינים, אבל אם תשנה אותם, אתה יכול לקבל מוליכים. מים טהורים הם מבודד, אבל מים מלוכלכים פחות מוליכים, בעוד מים מלוחים עם יונים צפים חופשיים מוליכים היטב.

מהו חומר מוליך?

חומרים מוליכים ומבודדים

מוליכים הם אותם חומרים המאפשרים לאלקטרונים לזרום בחופשיות בין חלקיקים. חפצים העשויים מחומרים מוליכים יאפשרו העברת מטען על פני כל פני האובייקט. אם מטען מועבר לחפץ במיקום מסוים, הוא מופץ במהירות על פני כל השטח של החפץ.

חלוקת המטען היא תוצאה של תנועת אלקטרונים. חומרים מוליכים מאפשרים להעביר אלקטרונים מחלקיק אחד למשנהו מכיוון שעצם טעון תמיד יפיץ את המטען שלו עד שכוח הדחייה הכולל בין עודפי אלקטרונים ממוזער. באופן זה, אם מוליך טעון בא במגע עם חפץ אחר, המוליך יכול אפילו להעביר את המטען שלו לאותו חפץ.

סביר יותר להתרחש העברת מטען בין אובייקטים אם האובייקט השני עשוי מחומר מוליך. מוליכים מאפשרים העברת מטען באמצעות תנועה חופשית של אלקטרונים.

מהו חומר מוליכים למחצה?

מתכות

בין החומרים המוליכים אנו מוצאים חומרים בעלי אותו תפקיד אך יכולים לשמש גם כמבודדים, אם כי הדבר תלוי במספר גורמים. גורמים אלו הם:

  • שדה חשמלי
  • שדה מגנטי
  • לחץ
  • קרינה תקרית
  • הטמפרטורה של הסביבה שלך

החומרים המוליכים למחצה הנפוצים ביותר הם סיליקון, גרמניום ורק לאחרונה נעשה שימוש בגופרית כחומר מוליכים למחצה.

מהו חומר מוליך-על?

החומר הזה מרתק כי יש לו את היכולת הטבועה שהחומר צריך להוליך זרם חשמלי, אך בתנאים הנכונים, ללא התנגדות או איבוד אנרגיה.

באופן כללי, ההתנגדות של מוליכים מתכתיים יורדת עם ירידה בטמפרטורה. כאשר מגיעים לטמפרטורה קריטית, ההתנגדות של המוליך יורדת באופן דרמטי, אך מבטיחה שהאנרגיה בפנים תמשיך לזרום, אם כי ללא חשמל. נוצרת מוליכות-על.

הוא מופיע במגוון רחב של חומרים, כולל סגסוגות פשוטות כמו פח או אלומיניום שאינן מפגינות התנגדות חשמלית, ובכך מונעות מהחומר להיכנס לתחום שלו. שזה אפקט מייסנר, הוא מאפשר לדחות את החומר, ולהשאיר אותו צף.

מהו חומר מבודד

שלא כמו מוליכים, מבודדים הם חומרים המונעים זרימה חופשית של אלקטרונים מאטום לאטום וממולקולה למולקולה. אם העומס מועבר למבודד במקום מסוים, העומס העודף יישאר במיקום המקורי של העומס. חלקיקים מבודדים אינם מאפשרים זרימה חופשית של אלקטרונים, ולכן המטען מתחלק לעתים רחוקות באופן שווה על פני חומר הבידוד.

למרות מבודדים אינם שימושיים עבור העברת מטען, ממלאים תפקיד חיוני בניסויים והדגמות אלקטרוסטטיים. אובייקטים מוליכים מותקנים בדרך כלל על אובייקטים מבודדים. סידור זה של המוליכים מעל המבודד מונע את העברת המטען מהאובייקט המוליך אל סביבתו, מונע תאונות כמו קצרים או התחשמלות. סידור זה מאפשר לנו לתמרן את האובייקט המוליך מבלי לגעת בו.

אז אנחנו יכולים לומר שחומר הבידוד פועל כידית עבור המוליך על גבי שולחן המעבדה הנייד. לדוגמה, אם משתמשים בפחית סודה מאלומיניום לטעינת הניסויים, יש להרכיב את הפחית על גבי כוס הפלסטיק. הזכוכית פועלת כמבודדת, ומונעת דליפת פח הסודה.

דוגמאות לחומרים מוליכים ומבודדים

דוגמאות לחומרים מוליכים כוללות את הדברים הבאים:

  • פלטה
  • נחושת
  • זהב
  • אלומיניום
  • היירו
  • פלדה
  • פליז
  • ברונזה
  • כספי
  • גרפיט
  • מי ים
  • בטון

דוגמאות לחומרי בידוד כוללות את הדברים הבאים:

  • כולים
  • גומי
  • נפט
  • אספלט
  • סִיבֵי זְכוּכִית
  • פורצלן
  • קֵרָמִי
  • קוורץ
  • כותנה (יבשה)
  • נייר (יבש)
  • עץ יבש)
  • הפלסטיק
  • Aire
  • יהלומים
  • מים טהורים
  • מחק

חלוקת החומרים לקטגוריות של מוליכים ומבודדים היא חלוקה מלאכותית. יותר נכון למקם את החומר איפשהו לאורך הרצף.

יש להבין שלא לכל החומרים המוליכים אותה מוליכות, ולא כל המבודדים עמידים באותה מידה לתנועת אלקטרונים. מוליכות מקבילה לשקיפות של חומרים מסוימים לאור.: חומרים ש"מעבירים" בקלות אור נקראים "שקופים", ואילו אלה שאינם "עוברים" בקלות נקראים "אטומים". עם זאת, לא לכל החומרים השקופים יש את אותה מוליכות אופטית. אותו דבר לגבי מוליכים חשמליים, חלקם טובים יותר מאחרים.

אלה עם מוליכות גבוהה, הידועים בתור מוליכים, ממוקמים בקצה אחד וחומרי מוליכות נמוכה יותר ממוקמים בקצה השני. כפי שניתן לראות לעיל, המתכת תוצב ליד הקצה המוליך ביותר, בעוד הזכוכית תוצב בקצה השני של הרצף. המוליכות של מתכות יכולה להיות פי טריליון טריליון מזו של זכוכית.

הטמפרטורה משפיעה גם על המוליכות. ככל שהטמפרטורה עולה, האטומים והאלקטרונים צוברים אנרגיה. מבודדים מסוימים, כגון זכוכית, הם מוליכים גרועים כאשר הם קרים, אך עדיין מוליכים טובים כאשר הם חמים. רוב המתכות הן מוליכות טובות יותר.. הם מאפשרים קירור ומוליכים גרועים יותר כאשר הם חמים. כמה מוליכים טובים נמצאו במוליכי-על בטמפרטורות נמוכות מאוד.

אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על חומרים מוליכים ומבודדים.


תוכן המאמר עומד בעקרונותינו של אתיקה עריכתית. כדי לדווח על שגיאה לחץ כאן.

היה הראשון להגיב

השאירו את התגובה שלכם

כתובת הדוא"ל שלך לא תפורסם.

*

*

  1. אחראי לנתונים: מיגל אנחל גטון
  2. מטרת הנתונים: בקרת ספאם, ניהול תגובות.
  3. לגיטימציה: הסכמתך
  4. מסירת הנתונים: הנתונים לא יועברו לצדדים שלישיים אלא בהתחייבות חוקית.
  5. אחסון נתונים: מסד נתונים המתארח על ידי Occentus Networks (EU)
  6. זכויות: בכל עת תוכל להגביל, לשחזר ולמחוק את המידע שלך.