undefined vodivé a izolačné materiály sú klasifikované podľa ich správania vzhľadom na elektrinu. Sú také, ktoré sú schopné viesť elektrinu a iné, ktoré to naopak nedokážu. Tieto materiály majú rôzne vlastnosti a používajú sa v rôznych odvetviach priemyslu a domácnosti.
V tomto článku vám povieme všetko, čo potrebujete vedieť o vodivých a izolačných materiáloch a na čo je každý z nich určený.
Vodivé a izolačné materiály
Materiály možno rozdeliť do dvoch širokých kategórií: vodiče a izolátory. Správnejšie by bolo definovať ich ako dobré vodiče a zlé vodiče v závislosti od toho, či každý materiál uľahčuje alebo bráni jazde. Toto rozdelenie ovplyvňuje buď tepelnú vodivosť (tj prenos tepla), alebo elektrickú vodivosť (tj tok prúdu).
To, či látka vedie elektrinu alebo nie, závisí od ľahkosti, s akou ňou môžu elektróny prechádzať. Protóny sa nepohybujú, pretože aj keď nesú elektrický náboj, spájajú sa s inými protónmi a neutrónmi v jadre. Valenčné elektróny sú ako exoplanéty obiehajúce okolo hviezd. Sú dostatočne priťahovaní, aby zostali na mieste, ale Nie vždy to vyžaduje veľa energie, aby ste ich dostali z miesta.
Kovy ľahko strácajú a získavajú elektróny, takže vládnu zoznamu vodičov. Organické molekuly sú väčšinou izolanty, čiastočne preto, že sú držané pohromade kovalentnými väzbami (spoločné elektróny), ale aj preto, že vodíkové väzby pomáhajú stabilizovať mnohé molekuly. Väčšina materiálov nie je ani dobrým vodičom, ani dobrým izolantom. Nevedú elektrinu ľahko, ale s dostatkom energie sa elektróny pohybujú.
Niektoré izolačné materiály sa nachádzajú v čistom stave, ale správajú sa alebo reagujú, ak sú dopované malým množstvom iného prvku alebo ak obsahujú nečistoty. Napríklad väčšina keramiky sú vynikajúce izolanty, no ak ich upravíte, môžete získať supravodiče. Čistá voda je izolant, ale špinavá voda je menej vodivá, zatiaľ čo slaná voda s voľne plávajúcimi iónmi vedie dobre.
Čo je vodivý materiál?
Vodiče sú materiály, ktoré umožňujú elektrónom voľne prúdiť medzi časticami. Predmety vyrobené z vodivých materiálov umožnia prenos náboja po celom povrchu predmetu. Ak sa náboj prenesie na objekt v určitom mieste, rýchlo sa rozloží po celom povrchu objektu.
Rozloženie náboja je výsledkom pohybu elektrónov. Vodivé materiály umožňujú transport elektrónov z jednej častice do druhej, pretože nabitý objekt bude vždy distribuovať svoj náboj, kým sa minimalizuje celková odpudivá sila medzi prebytočnými elektrónmi. Týmto spôsobom, ak sa nabitý vodič dostane do kontaktu s iným predmetom, vodič môže dokonca preniesť svoj náboj na tento predmet.
Prenos náboja medzi predmetmi je pravdepodobnejší, ak je druhý predmet vyrobený z vodivého materiálu. Vodiče umožňujú prenos náboja voľným pohybom elektrónov.
Čo je to polovodičový materiál?
Medzi vodivými materiálmi nájdeme materiály, ktoré majú rovnakú funkciu, ale môžu pôsobiť aj ako izolanty, aj keď to závisí od viacerých faktorov. Ide o tieto faktory:
- elektrické pole
- magnetické pole
- tlak
- dopadajúce žiarenie
- teplotu vášho prostredia
Najpoužívanejšie polovodičové materiály sú kremík, germánium a len nedávno sa začala používať síra ako polovodičový materiál.
Čo je to supravodivý materiál?
Tento materiál je fascinujúci, pretože má prirodzenú schopnosť, že materiál by mal viesť elektrický prúd, ale za správnych podmienok, bez odporu alebo straty energie.
Vo všeobecnosti sa rezistivita kovových vodičov znižuje s klesajúcou teplotou. Keď sa dosiahne kritická teplota, odpor supravodiča dramaticky klesne, ale zabezpečí, že energia vo vnútri bude naďalej prúdiť, aj keď bez energie. Vzniká supravodivosť.
Vyskytuje sa v širokej škále materiálov vrátane jednoduchých zliatin, ako je cín alebo hliník, ktoré nevykazujú elektrický odpor, čím bránia materiálu vstúpiť do svojej domény. Čo je Meissnerov efekt, umožňuje materiál odpudzovať a udržiavať ho nad vodou.
Čo je to izolačný materiál
Na rozdiel od vodičov sú izolátory materiály, ktoré bránia voľnému toku elektrónov z atómu na atóm az molekuly na molekulu. Ak sa záťaž prenesie na izolátor na určitom mieste, prebytočná záťaž zostane na pôvodnom mieste záťaže. Izolačné častice neumožňujú voľný tok elektrónov, preto je náboj zriedkavo rovnomerne rozložený po povrchu izolačného materiálu.
Hoci izolátory nie sú užitočné pre prenos náboja, zohrávajú dôležitú úlohu pri elektrostatických experimentoch a demonštráciách. Vodivé predmety sa zvyčajne montujú na izolačné predmety. Toto usporiadanie vodičov nad izolátorom zabraňuje prenosu náboja z vodivého predmetu do jeho okolia, čím sa predchádza nehodám, ako sú skraty alebo zabitie elektrickým prúdom. Toto usporiadanie nám umožňuje manipulovať s vodivým predmetom bez toho, aby sme sa ho dotkli.
Môžeme teda povedať, že izolačný materiál funguje ako rukoväť pre vodiča na vrchu mobilného laboratórneho stola. Napríklad, ak sa na naplnenie experimentov použije hliníková plechovka sódy, plechovka by mala byť namontovaná na vrchu plastového pohára. Sklo funguje ako izolant, ktorý bráni úniku sódovky.
Príklady vodivých a izolačných materiálov
Príklady vodivých materiálov zahŕňajú:
- platiť
- meď
- zlato
- hliník
- železo
- oceľ
- mosadz
- bronz
- ortuť
- grafit
- morská voda
- betón
Príklady izolačných materiálov zahŕňajú:
- cievy
- guma
- olej
- asfalt
- sklolaminát
- porcelán
- keramické
- kremeň
- bavlna (suchá)
- papier (suchý)
- suché drevo)
- plast
- ovzdušia
- kule
- čistá voda
- guma
Rozdelenie materiálov do kategórií vodičov a izolantov je niečo ako umelé delenie. Vhodnejšie je umiestniť materiál niekde pozdĺž kontinua.
Je potrebné si uvedomiť, že nie všetky vodivé materiály majú rovnakú vodivosť a nie všetky izolátory sú rovnako odolné voči pohybu elektrónov. Vodivosť je analogická s priehľadnosťou niektorých materiálov pre svetlo.: Materiály, ktoré ľahko „prechádzajú“ svetlom, sa nazývajú „priehľadné“, zatiaľ čo materiály, ktoré ľahko „prechádzajú“, sa nazývajú „nepriehľadné“. Nie všetky priehľadné materiály však majú rovnakú optickú vodivosť. To isté platí pre elektrické vodiče, niektoré sú lepšie ako iné.
Tie s vysokou vodivosťou, známe ako supravodiče, sú umiestnené na jednom konci a materiály s nižšou vodivosťou sú umiestnené na druhom konci. Ako môžete vidieť vyššie, kov bude umiestnený v blízkosti najvodivejšieho konca sklo bude umiestnené na druhom konci kontinua. Vodivosť kovov môže byť bilión biliónkrát väčšia ako vodivosť skla.
Teplota tiež ovplyvňuje vodivosť. So zvyšujúcou sa teplotou získavajú atómy a elektróny energiu. Niektoré izolanty, ako napríklad sklo, sú zlé vodiče za studena, ale stále dobré vodiče, keď sú horúce. Väčšina kovov sú lepšie vodiče.. Umožňujú chladenie a horšie vodiče za tepla. Niektoré dobré vodiče boli nájdené v supravodičoch pri veľmi nízkych teplotách.
Dúfam, že s týmito informáciami sa dozviete viac o vodivých a izolačných materiáloch.