L materiały przewodzące i izolacyjne są klasyfikowane według ich zachowania w odniesieniu do elektryczności. Są tacy, którzy są w stanie przewodzić prąd, a inni, wręcz przeciwnie, nie mogą tego zrobić. Materiały te mają różne właściwości i są wykorzystywane w różnych sektorach przemysłu i domu.
W tym artykule powiemy Ci wszystko, co musisz wiedzieć o materiałach przewodzących i izolacyjnych oraz o tym, do czego każdy z nich jest przeznaczony.
Materiały przewodzące i izolacyjne
Materiały można podzielić na dwie szerokie kategorie: przewodniki i izolatory. Bardziej słuszne byłoby zdefiniowanie ich jako dobrych przewodników i złych przewodników, w zależności od tego, czy każdy materiał ułatwia, czy utrudnia jazdę. Podział ten wpływa na przewodność cieplną (tj. przenoszenie ciepła) lub przewodność elektryczną (tj. przepływ prądu).
To, czy substancja przewodzi prąd elektryczny, zależy od łatwości, z jaką elektrony mogą przez nią przechodzić. Protony nie poruszają się, ponieważ chociaż niosą ładunek elektryczny, wiążą się z innymi protonami i neutronami w jądrze. Elektrony walencyjne są jak egzoplanety krążące wokół gwiazd. Są wystarczająco przyciągani, aby pozostać na miejscu, ale Nie zawsze potrzeba dużo energii, aby je przesunąć.
Metale łatwo tracą i zyskują elektrony, więc rządzą na liście przewodników. Cząsteczki organiczne są głównie izolatorami, częściowo dlatego, że są utrzymywane razem przez wiązania kowalencyjne (wspólne elektrony), ale także dlatego, że wiązania wodorowe pomagają stabilizować wiele cząsteczek. Większość materiałów nie jest ani dobrymi przewodnikami, ani dobrymi izolatorami. Nie przewodzą łatwo elektryczności, ale przy wystarczającej energii elektrony poruszają się.
Niektóre materiały izolacyjne występują w stanie czystym, ale zachowują się lub reagują, jeśli są domieszkowane małymi ilościami innego pierwiastka lub zawierają zanieczyszczenia. Na przykład większość ceramiki to doskonałe izolatory, ale jeśli je zmodyfikujesz, możesz uzyskać nadprzewodniki. Czysta woda jest izolatorem, ale brudna woda jest mniej przewodząca, podczas gdy słona woda z swobodnie unoszącymi się jonami przewodzi dobrze.
Co to jest materiał przewodzący?
Przewodniki to te materiały, które umożliwiają swobodny przepływ elektronów między cząstkami. Obiekty wykonane z materiałów przewodzących pozwolą na przenoszenie ładunku na całej powierzchni obiektu. Jeżeli ładunek zostanie przeniesiony na obiekt w określonym miejscu, to jest on szybko rozprowadzany na całej powierzchni obiektu.
Rozkład ładunku jest wynikiem ruchu elektronów. Materiały przewodzące umożliwiają przenoszenie elektronów z jednej cząstki do drugiej, ponieważ naładowany obiekt zawsze będzie rozprowadzał swój ładunek, dopóki ogólna siła odpychająca między nadmiarowymi elektronami nie zostanie zminimalizowana. W ten sposób, jeśli naładowany przewodnik wejdzie w kontakt z innym przedmiotem, przewodnik może nawet przenieść swój ładunek na ten przedmiot.
Przenoszenie ładunku między obiektami jest bardziej prawdopodobne, jeśli drugi obiekt jest wykonany z materiału przewodzącego. Przewodniki umożliwiają przenoszenie ładunku poprzez swobodny ruch elektronów.
Co to jest materiał półprzewodnikowy?
Wśród materiałów przewodzących znajdują się materiały, które pełnią tę samą funkcję, ale mogą również pełnić funkcję izolatorów, choć zależy to od kilku czynników. Te czynniki to:
- pole elektryczne
- pole magnetyczne
- presión
- promieniowanie padające
- temperatura otoczenia
Najczęściej stosowane materiały półprzewodnikowe to krzem, german i dopiero od niedawna użyto siarki jako materiał półprzewodnikowy.
Co to jest materiał nadprzewodzący?
Ten materiał jest fascynujący, ponieważ ma wrodzoną zdolność przewodzenia prądu elektrycznego, ale w odpowiednich warunkach, bez oporu i strat energii.
Ogólnie rzecz biorąc, rezystywność przewodników metalicznych spada wraz ze spadkiem temperatury. Gdy temperatura krytyczna zostanie osiągnięta, rezystancja nadprzewodnika dramatycznie spada, ale zapewnia, że energia wewnątrz nadal płynie, chociaż bez zasilania. Powstaje nadprzewodnictwo.
Występuje w szerokiej gamie materiałów, w tym w prostych stopach, takich jak cyna lub aluminium, które nie wykazują oporu elektrycznego, zapobiegając w ten sposób przedostaniu się materiału do jego domeny. Czyli efekt Meissnera, pozwala odpychać materiał, utrzymując go na powierzchni.
Co to jest materiał izolacyjny
W przeciwieństwie do przewodników, izolatory są materiałami, które uniemożliwiają swobodny przepływ elektronów z atomu do atomu i z cząsteczki do cząsteczki. Jeśli obciążenie zostanie przeniesione do izolatora w określonym miejscu, nadmiar obciążenia pozostanie w pierwotnym położeniu obciążenia. Cząstki izolujące nie pozwalają na swobodny przepływ elektronów, dlatego ładunek rzadko jest równomiernie rozprowadzany na powierzchni materiału izolacyjnego.
Chociaż izolatory nie są przydatne do przenoszenie ładunku, odgrywają istotną rolę w eksperymentach i demonstracjach elektrostatycznych. Obiekty przewodzące są zwykle montowane na obiektach izolujących. Takie rozmieszczenie przewodów nad izolatorem zapobiega przenoszeniu ładunku z obiektu przewodzącego do jego otoczenia, unikając wypadków, takich jak zwarcia lub porażenie prądem. Taki układ pozwala nam manipulować obiektem przewodzącym bez dotykania go.
Możemy więc powiedzieć, że materiał izolacyjny działa jak uchwyt dla przewodnika na górze mobilnego stołu laboratoryjnego. Na przykład, jeśli do załadowania eksperymentów zostanie użyta puszka aluminiowa, puszka powinna być zamontowana na górnej części plastikowego kubka. Szkło działa jak izolator, zapobiegając wyciekaniu puszki po napojach.
Przykłady materiałów przewodzących i izolacyjnych
Przykłady materiałów przewodzących obejmują:
- Srebrny
- miedź
- złoto
- aluminium
- Hierro
- stal
- mosiądz
- brąz
- rtęć
- grafit
- woda morska
- beton
Przykłady materiałów izolacyjnych obejmują:
- okulary
- kauczuk
- ropa naftowa
- asfalt
- włókno szklane
- porcelana
- ceramika
- kwarc
- bawełna (sucha)
- papier (suchy)
- suche drewno)
- plastik
- aire
- diamenty
- czysta woda
- gumka
Podział materiałów na kategorie przewodników i izolatorów jest czymś w rodzaju sztucznego podziału. Bardziej odpowiednie jest umieszczenie materiału gdzieś wzdłuż kontinuum.
Należy rozumieć, że nie wszystkie materiały przewodzące mają taką samą przewodność, a nie wszystkie izolatory są jednakowo odporne na ruch elektronów. Przewodnictwo jest analogiczne do przezroczystości niektórych materiałów na światło.: Materiały, które łatwo „przepuszczają” światło nazywane są „przezroczystymi”, podczas gdy te, które nie przechodzą łatwo, nazywane są „nieprzezroczystymi”. Jednak nie wszystkie przezroczyste materiały mają taką samą przewodność optyczną. To samo dotyczy przewodów elektrycznych, niektóre są lepsze od innych.
Te o wysokiej przewodności, znane jako nadprzewodniki, są umieszczone na jednym końcu, a materiały o niższej przewodności są umieszczone na drugim końcu. Jak widać powyżej, metal zostanie umieszczony w pobliżu najbardziej przewodzącego końca, podczas gdy szkło zostanie umieszczone na drugim końcu kontinuum. Przewodnictwo metali może być bilionów bilionów razy większe niż szkła.
Temperatura wpływa również na przewodnictwo. Wraz ze wzrostem temperatury atomy i elektrony zyskują energię. Niektóre izolatory, takie jak szkło, są słabymi przewodnikami, gdy są zimne, ale nadal są dobrymi przewodnikami, gdy są gorące. Większość metali to lepsze przewodniki.. Pozwalają na chłodzenie i gorsze przewodniki, gdy są gorące. W nadprzewodnikach w bardzo niskich temperaturach znaleziono kilka dobrych przewodników.
Mam nadzieję, że dzięki tym informacjom możesz dowiedzieć się więcej o materiałach przewodzących i izolujących.