L materiale conductoare și izolante se clasifică în funcţie de comportamentul lor faţă de electricitate. Sunt cei care sunt capabili să conducă electricitatea și alții care, dimpotrivă, nu pot face acest lucru. Aceste materiale au caracteristici diferite și sunt utilizate în diferite sectoare de industrie și casă.
În acest articol vă vom spune tot ce trebuie să știți despre materialele conductoare și izolante și pentru ce este fiecare dintre ele.
Materiale conductoare și izolante
Materialele pot fi împărțite în două mari categorii: conductoare si izolatoare. Mai corect ar fi să-i definim drept conducători buni și conductori răi, în funcție de faptul că fiecare material facilitează sau împiedică conducerea. Această diviziune afectează fie conductibilitatea termică (adică transferul de căldură), fie conductibilitatea electrică (adică fluxul de curent).
Dacă o substanță conduce sau nu electricitatea depinde de ușurința cu care electronii pot trece prin ea. Protonii nu se mișcă deoarece, deși poartă o sarcină electrică, se leagă de alți protoni și neutroni din nucleu. Electronii de valență sunt ca exoplanetele care orbitează în jurul stelelor. Sunt suficient de atrași pentru a rămâne pe loc, dar Nu întotdeauna este nevoie de multă energie pentru a le scoate din loc.
Metalele pierd și câștigă cu ușurință electroni, așa că ele guvernează lista de conductori. Moleculele organice sunt în mare parte izolatoare, parțial pentru că sunt ținute împreună prin legături covalente (electroni comuni), dar și pentru că legăturile de hidrogen ajută la stabilizarea multor molecule. Majoritatea materialelor nu sunt nici buni conductori, nici buni izolatori. Ei nu conduc electricitatea cu ușurință, dar cu suficientă energie, electronii se mișcă.
Unele materiale izolante se găsesc în stare pură, dar se comportă sau reacționează dacă sunt dopate cu cantități mici de alt element sau dacă conțin impurități. De exemplu, majoritatea ceramicii sunt izolatori excelenti, dar daca le modifici, poti obtine supraconductori. Apa pură este un izolator, dar apa murdară este mai puțin conductivă, în timp ce apa sărată cu ioni care plutesc liber conduce bine.
Ce este un material conductor?
Conductorii sunt acele materiale care permit electronilor să circule liber între particule. Obiectele realizate din materiale conductoare vor permite transferul de sarcină pe întreaga suprafață a obiectului. Dacă o sarcină este transferată unui obiect într-o anumită locație, aceasta este rapid distribuită pe întreaga suprafață a obiectului.
Distribuția sarcinii este rezultatul mișcării electronilor. Materialele conductoare permit transportul electronilor de la o particulă la alta, deoarece un obiect încărcat își va distribui întotdeauna sarcina până când forța totală de respingere dintre electronii în exces este minimizată. În acest fel, dacă un conductor încărcat intră în contact cu un alt obiect, conductorul poate chiar să-și transfere sarcina către acel obiect.
Transferul de sarcină între obiecte este mai probabil să aibă loc dacă al doilea obiect este realizat din material conductiv. Conductorii permit transferul de sarcină prin mișcarea liberă a electronilor.
Ce este un material semiconductor?
Printre materialele conductoare găsim materiale care au aceeași funcție dar care pot acționa și ca izolatori, deși acest lucru depinde de mai mulți factori. Acești factori sunt:
- câmp electric
- camp magnetic
- presión
- radiatii incidente
- temperatura mediului dumneavoastră
Cele mai utilizate materiale semiconductoare sunt siliciu, germaniu și doar recent s-a folosit sulful ca material semiconductor.
Ce este un material supraconductor?
Acest material este fascinant pentru că are capacitatea inerentă ca materialul să conducă curentul electric, dar în condițiile potrivite, fără rezistență sau pierderi de energie.
În general, rezistivitatea conductoarelor metalice scade odată cu scăderea temperaturii. Când se atinge o temperatură critică, rezistența supraconductorului scade dramatic, dar asigură că energia din interior continuă să curgă, deși fără putere. Se creează supraconductivitate.
Apare într-o mare varietate de materiale, inclusiv aliaje simple precum staniul sau aluminiul care nu prezintă rezistență electrică, împiedicând astfel materialul să intre în domeniul său. Care este efectul Meissner, permite respingerea materialului, ținându-l pe linia de plutire.
Ce este un material izolant
Spre deosebire de conductori, izolatorii sunt materiale care împiedică circulația liberă a electronilor de la atom la atom și de la moleculă la moleculă. Dacă sarcina este transferată la izolator într-o anumită locație, sarcina în exces va rămâne în locația inițială a sarcinii. Particulele izolatoare nu permit curgerea liberă a electronilor, astfel încât sarcina este rareori distribuită uniform pe suprafața materialului izolator.
Deși izolatoarele nu sunt utile pt transferul de sarcină, joacă un rol vital în experimentele și demonstrațiile electrostatice. Obiectele conductoare sunt de obicei montate pe obiecte izolante. Această aranjare a conductoarelor deasupra izolatorului previne transferul de sarcină de la obiectul conductor în împrejurimile acestuia, evitând accidente precum scurtcircuite sau electrocutare. Acest aranjament ne permite să manipulăm obiectul conductor fără a-l atinge.
Deci putem spune că materialul izolator acționează ca un mâner pentru conductor deasupra mesei mobile de laborator. De exemplu, dacă se folosește o cutie de sifon de aluminiu pentru a încărca experimentele, cutia trebuie montată deasupra paharului de plastic. Sticla acționează ca un izolator, împiedicând scurgerea cutiei de sifon.
Exemple de materiale conductoare și izolatoare
Exemple de materiale conductoare includ următoarele:
- Silver
- cupru
- aur
- Aluminio
- fier
- oțel
- alamă
- bronz
- mercur
- grafit
- apa de mare
- beton
Exemple de materiale izolante includ următoarele:
- navele
- cauciuc
- ulei
- asfalt
- fibra de sticla
- porțelan
- ceramică
- cuarț
- bumbac (uscat)
- hârtie (uscata)
- lemn uscat)
- plasticul
- aer
- caro
- apa pura
- radieră
Împărțirea materialelor în categoriile de conductori și izolatori este ceva asemănător unei împărțiri artificiale. Este mai potrivit să plasați materialul undeva de-a lungul continuumului.
Trebuie înțeles că nu toate materialele conductoare au aceeași conductivitate și nu toți izolatorii sunt la fel de rezistenți la mișcarea electronilor. Conductibilitatea este analogă cu transparența unor materiale la lumină.: Materialele care „trec” ușor lumina se numesc „transparente”, în timp ce cele care nu „trec” ușor sunt numite „opace”. Cu toate acestea, nu toate materialele transparente au aceeași conductivitate optică. Același lucru este valabil și pentru conductorii electrici, unii sunt mai buni decât alții.
Cele cu conductivitate mare, cunoscute sub numele de supraconductori, sunt plasate la un capăt, iar materialele cu conductivitate mai mică sunt plasate la celălalt capăt. După cum puteți vedea mai sus, metalul va fi plasat lângă capătul cel mai conductor, în timp ce paharul va fi plasat la celălalt capăt al continuumului. Conductivitatea metalelor poate fi de un trilion de trilioane de ori mai mare decât a sticlei.
Temperatura afectează și conductibilitatea. Pe măsură ce temperatura crește, atomii și electronii câștigă energie. Unii izolatori, cum ar fi sticla, sunt conductoare slabe când sunt reci, dar totuși conductoare bune când sunt fierbinți. Majoritatea metalelor sunt conductoare mai bune.. Ele permit răcirea și conductoarele mai rele atunci când sunt fierbinți. Unii conductori buni au fost găsiți în supraconductori la temperaturi foarte scăzute.
Sper că cu aceste informații puteți afla mai multe despre materialele conductoare și izolante.