Los laidžios ir izoliacinės medžiagos jie klasifikuojami pagal jų elgesį elektros energijos atžvilgiu. Yra tokių, kurie gali praleisti elektrą, ir kiti, kurie, atvirkščiai, to negali. Šios medžiagos turi skirtingas savybes ir yra naudojamos skirtinguose pramonės ir namų sektoriuose.
Šiame straipsnyje papasakosime viską, ką reikia žinoti apie laidžias ir izoliacines medžiagas ir kam kiekviena iš jų skirta.
Laidžios ir izoliacinės medžiagos
Medžiagas galima suskirstyti į dvi dideles kategorijas: laidininkai ir izoliatoriai. Būtų teisingiau juos apibrėžti kaip gerus ir blogus laidininkus, atsižvelgiant į tai, ar kiekviena medžiaga palengvina ar trukdo vairuoti. Šis padalijimas turi įtakos šilumos laidumui (ty šilumos perdavimui) arba elektros laidumui (ty srovės srautui).
Nesvarbu, ar medžiaga praleidžia elektrą, priklauso nuo to, kaip elektronai gali praeiti pro ją. Protonai nejuda, nes, nors ir turi elektros krūvį, jie jungiasi su kitais branduolyje esančiais protonais ir neutronais. Valentiniai elektronai yra tarsi egzoplanetos, skriejančios aplink žvaigždes. Juos pakankamai traukia, kad liktų vietoje, bet Ne visada reikia daug energijos, kad juos išjudintume iš vietos.
Metalai lengvai praranda ir įgyja elektronus, todėl jie valdo laidininkų sąrašą. Organinės molekulės dažniausiai yra izoliatoriai, iš dalies todėl, kad jas laiko kovalentiniai ryšiai (bendrieji elektronai), bet ir todėl, kad vandenilio ryšiai padeda stabilizuoti daugelį molekulių. Dauguma medžiagų nėra nei geri laidininkai, nei geri izoliatoriai. Jie nelengvai praleidžia elektrą, tačiau esant pakankamai energijos, elektronai juda.
Kai kurios izoliacinės medžiagos yra grynos, bet jie elgiasi arba reaguoja, jei yra legiruoti su nedideliu kiekiu kito elemento arba jei juose yra priemaišų. Pavyzdžiui, dauguma keramikos yra puikūs izoliatoriai, bet jei jas modifikuosite, galite gauti superlaidininkų. Grynas vanduo yra izoliatorius, tačiau nešvarus vanduo yra mažiau laidus, o sūrus vanduo su laisvai plaukiojančiais jonais laidi gerai.
Kas yra laidžioji medžiaga?
Laidininkai yra tos medžiagos, kurios leidžia elektronams laisvai tekėti tarp dalelių. Objektai, pagaminti iš laidžių medžiagų, leis pernešti krūvį per visą objekto paviršių. Jei tam tikroje vietoje į daiktą perkeliamas krūvis, jis greitai pasiskirsto visame objekto paviršiuje.
Krūvio pasiskirstymas yra elektronų judėjimo rezultatas. Laidžios medžiagos leidžia elektronus perkelti iš vienos dalelės į kitą, nes įkrautas objektas visada paskirstys savo krūvį, kol bus sumažinta bendra atstumianti jėga tarp perteklinių elektronų. Tokiu būdu, jei įkrautas laidininkas liečiasi su kitu objektu, laidininkas netgi gali perduoti savo krūvį tam objektui.
Krūvio perdavimas tarp objektų yra labiau tikėtinas, jei antrasis objektas yra pagamintas iš laidžios medžiagos. Laidininkai leidžia perkelti krūvį laisvai elektronams judant.
Kas yra puslaidininkinė medžiaga?
Tarp laidžių medžiagų randame medžiagų, kurios atlieka tą pačią funkciją, bet gali veikti ir kaip izoliatorius, nors tai priklauso nuo kelių veiksnių. Šie veiksniai yra:
- Campo Electrico
- magnetinis laukas
- slėgis
- krintančią spinduliuotę
- jūsų aplinkos temperatūra
Plačiausiai naudojamos puslaidininkinės medžiagos yra silicis, germanis ir tik neseniai pradėta naudoti siera kaip puslaidininkinė medžiaga.
Kas yra superlaidi medžiaga?
Ši medžiaga žavi tuo, kad jai būdinga savybė, kad medžiaga turi praleisti elektros srovę, bet tinkamomis sąlygomis, be pasipriešinimo ar energijos praradimo.
Apskritai, mažėjant temperatūrai, metalinių laidininkų savitoji varža mažėja. Pasiekus kritinę temperatūrą superlaidininko varža smarkiai krenta, tačiau užtikrina, kad viduje esanti energija ir toliau tekėtų, nors ir be maitinimo. Sukuriamas superlaidumas.
Jis randamas įvairiose medžiagose, įskaitant paprastus lydinius, tokius kaip alavas ar aliuminis, kurie neturi elektrinės varžos, todėl medžiaga nepatenka į savo sritį. Kuris yra Meissner efektas, leidžia atstumti medžiagą, išlaikant ją vandens paviršiuje.
Kas yra izoliacinė medžiaga
Skirtingai nuo laidininkų, izoliatoriai yra medžiagos, neleidžiančios laisvam elektronų srautui iš atomo į atomą ir iš molekulės į molekulę. Jei apkrova perkeliama į izoliatorių tam tikroje vietoje, perteklinė apkrova liks pradinėje apkrovos vietoje. Izoliacinės dalelės neleidžia laisvai tekėti elektronams, todėl krūvis retai kada tolygiai pasiskirsto izoliacinės medžiagos paviršiuje.
Nors izoliatoriai nėra naudingi įkrovos perkėlimas atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį elektrostatiniuose eksperimentuose ir demonstracijose. Laidūs objektai dažniausiai montuojami ant izoliuojančių objektų. Toks laidininkų išdėstymas virš izoliatoriaus apsaugo nuo laidaus objekto krūvio perkėlimo į jo aplinką, todėl išvengiama nelaimingų atsitikimų, tokių kaip trumpasis jungimas ar elektros smūgis. Šis išdėstymas leidžia manipuliuoti laidžiu objektu jo neliečiant.
Taigi galime pasakyti, kad izoliacinė medžiaga veikia kaip laidininko rankena ant mobiliojo laboratorinio stalo. Pavyzdžiui, jei eksperimentams įkelti naudojama aliuminio sodos skardinė, skardinė turi būti sumontuota ant plastikinio puodelio viršaus. Stiklas veikia kaip izoliatorius, neleidžiantis sodos skardinei nutekėti.
Laidžių ir izoliacinių medžiagų pavyzdžiai
Laidžių medžiagų pavyzdžiai yra šie:
- Plata
- varis
- auksas
- aliuminis
- Hierro
- plienas
- Žalvaris
- bronzos
- gyvsidabris
- grafitas
- jūros vanduo
- betonas
Izoliacinių medžiagų pavyzdžiai yra šie:
- akinius
- Guma
- aliejus
- asfaltas
- stiklo pluoštas
- porcelianas
- keramikos
- kvarcas
- medvilnė (sausa)
- popierius (sausas)
- sausa mediena)
- plastikas
- aire
- deimantai
- Tyras vanduo
- trintukas
Medžiagų skirstymas į laidininkų ir izoliatorių kategorijas yra tarsi dirbtinis skirstymas. Tikslingiau medžiagą dėti kur nors išilgai kontinuumo.
Reikia suprasti, kad ne visos laidžios medžiagos turi vienodą laidumą, o ne visi izoliatoriai yra vienodai atsparūs elektronų judėjimui. Laidumas yra analogiškas kai kurių medžiagų skaidrumui šviesai.: Lengvai „praleidžiančios“ šviesą medžiagos vadinamos „skaidriomis“, o tos, kurios nelengvai „praleidžia“ – „nepermatomos“. Tačiau ne visos skaidrios medžiagos turi tokį patį optinį laidumą. Tas pats pasakytina apie elektros laidininkus, kai kurie yra geresni už kitus.
Tie, kurie turi didelį laidumą, vadinami superlaidininkais, dedami viename gale, o mažesnio laidumo medžiagos dedamos kitame gale. Kaip matote aukščiau, metalas bus dedamas šalia labiausiai laidaus galo stiklas bus dedamas kitame kontinuumo gale. Metalų laidumas gali būti trilijoną trilijonų kartų didesnis nei stiklo.
Temperatūra taip pat turi įtakos laidumui. Kylant temperatūrai, atomai ir elektronai įgyja energijos. Kai kurie izoliatoriai, pavyzdžiui, stiklas, yra prastai laidūs, kai šalta, bet vis tiek gerai, kai karšta. Dauguma metalų yra geresni laidininkai.. Jie leidžia vėsinti ir blogesnius laidininkus, kai karšti. Kai kurie geri laidininkai buvo rasti superlaidininkuose esant labai žemai temperatūrai.
Tikiuosi, kad naudodamiesi šia informacija galėsite daugiau sužinoti apie laidžias ir izoliacines medžiagas.