P prevodni in izolacijski materiali razvrščeni so glede na njihovo obnašanje glede na elektriko. Obstajajo tisti, ki so sposobni prevajati elektriko, in drugi, ki tega, nasprotno, ne morejo. Ti materiali imajo različne lastnosti in se uporabljajo v različnih sektorjih industrije in doma.
V tem članku vam bomo povedali vse, kar morate vedeti o prevodnih in izolacijskih materialih ter čemu je vsak od njih namenjen.
Prevodni in izolacijski materiali
Materiale lahko razdelimo v dve široki kategoriji: prevodniki in izolatorji. Pravilneje bi jih opredelili kot dobre prevodnike in slabe prevodnike, odvisno od tega, ali vsak material olajša ali ovira vožnjo. Ta delitev vpliva bodisi na toplotno prevodnost (tj. prenos toplote) bodisi na električno prevodnost (tj. tok).
Ali snov prevaja elektriko ali ne, je odvisno od lahkotnosti, s katero lahko elektroni prehajajo skozenj. Protoni se ne premikajo, ker se kljub temu, da nosijo električni naboj, vežejo z drugimi protoni in nevtroni v jedru. Valenčni elektroni so kot eksoplaneti, ki krožijo okoli zvezd. Dovolj jih privlači, da ostanejo na mestu, vendar Ni vedno potrebno veliko energije, da jih spravimo z mesta.
Kovine zlahka izgubijo in pridobijo elektrone, zato vladajo na seznamu prevodnikov. Organske molekule so večinoma izolatorji, deloma zato, ker jih držijo skupaj s kovalentnimi vezmi (skupni elektroni), pa tudi zato, ker vodikove vezi pomagajo stabilizirati številne molekule. Večina materialov ni niti dobrih prevodnikov niti dobrih izolatorjev. Ne prevajajo elektrike zlahka, a z dovolj energije se elektroni premikajo.
Nekateri izolacijski materiali se nahajajo v čistem stanju, vendar se obnašajo ali reagirajo, če so dopirane z majhnimi količinami drugega elementa ali če vsebujejo nečistoče. Na primer, večina keramike je odličnih izolatorjev, če pa jih modificirate, lahko dobite superprevodnike. Čista voda je izolator, vendar je umazana voda manj prevodna, medtem ko slana voda s prosto plavajočimi ioni dobro prevaja.
Kaj je prevodni material?
Prevodniki so tisti materiali, ki omogočajo prost pretok elektronov med delci. Predmeti iz prevodnih materialov bodo omogočili prenos naboja po celotni površini predmeta. Če se naboj prenese na predmet na določenem mestu, se hitro porazdeli po celotni površini predmeta.
Porazdelitev naboja je posledica gibanja elektronov. Prevodni materiali omogočajo transport elektronov od enega delca do drugega, ker bo nabit predmet vedno porazdelil svoj naboj, dokler se skupna odbojna sila med presežnimi elektroni ne zmanjša na minimum. Na ta način, če naelektreni vodnik pride v stik z drugim predmetom, lahko prevodnik celo prenese svoj naboj na ta predmet.
Prenos naboja med predmeti je verjetnejši, če je drugi predmet izdelan iz prevodnega materiala. Prevodniki omogočajo prenos naboja s prostim gibanjem elektronov.
Kaj je polprevodniški material?
Med prevodnimi materiali najdemo materiale, ki imajo enako funkcijo, lahko pa delujejo tudi kot izolator, čeprav je to odvisno od več dejavnikov. Ti dejavniki so:
- električno polje
- magnetno polje
- tlak
- vpadnega sevanja
- temperaturo vašega okolja
Najbolj razširjeni polprevodniški materiali so silicij, germanij in šele pred kratkim je bilo uporabljeno žveplo kot polprevodniški material.
Kaj je superprevodni material?
Ta material je fascinanten, ker ima lastno sposobnost, da material prevaja električni tok, vendar pod pravimi pogoji, brez upora ali izgube energije.
Na splošno se upornost kovinskih prevodnikov z zniževanjem temperature zmanjšuje. Ko je dosežena kritična temperatura, upor superprevodnika močno pade, vendar zagotavlja, da energija v notranjosti še naprej teče, čeprav brez energije. Ustvarja se superprevodnost.
Pojavlja se v najrazličnejših materialih, vključno s preprostimi zlitinami, kot sta kositer ali aluminij, ki ne kažejo električne upornosti, s čimer preprečujejo, da bi material vstopil v svojo domeno. Kar je Meissnerjev učinek, omogoča, da se material odbije in ga ohranja na površini.
Kaj je izolacijski material
Za razliko od prevodnikov so izolatorji materiali, ki preprečujejo prosti pretok elektronov od atoma do atoma in od molekule do molekule. Če se obremenitev prenese na izolator na določeni lokaciji, bo presežna obremenitev ostala na prvotni lokaciji bremena. Izolacijski delci ne dopuščajo prostega pretoka elektronov, zato je naboj le redko enakomerno razporejen po površini izolacijskega materiala.
Čeprav izolatorji niso uporabni za prenos naboja, igrajo ključno vlogo pri elektrostatičnih poskusih in demonstracijah. Prevodni predmeti so običajno nameščeni na izolacijskih predmetih. Ta razporeditev prevodnikov nad izolatorjem preprečuje prenos naboja s prevodnega predmeta v njegovo okolico, s čimer se izognemo nesrečam, kot so kratki stiki ali električni udar. Ta razporeditev nam omogoča, da manipuliramo s prevodnim predmetom, ne da bi se ga dotaknili.
Tako lahko rečemo, da izolacijski material deluje kot ročaj za vodnik na vrhu mobilne laboratorijske mize. Na primer, če se za nalaganje poskusov uporablja aluminijasta pločevinka sode, pločevinko je treba namestiti na plastično skodelico. Steklo deluje kot izolator in preprečuje puščanje pločevinke sode.
Primeri prevodnih in izolacijskih materialov
Primeri prevodnih materialov vključujejo naslednje:
- srebro
- baker
- zlato
- aluminija
- železo
- jekla
- medenina
- bron
- živo srebro
- grafit
- morska voda
- beton
Primeri izolacijskih materialov vključujejo naslednje:
- plovila
- Guma
- nafta
- asfalt
- steklena vlakna
- porcelan
- keramika
- kremen
- bombaž (suh)
- papir (suh)
- suh les)
- plastiko
- zrak
- diamantes
- čista voda
- radirka
Delitev materialov na kategorije prevodnikov in izolatorjev je nekaj umetne delitve. Primerneje je, da material postavimo nekje vzdolž kontinuuma.
Treba je razumeti, da vsi prevodni materiali nimajo enake prevodnosti in vsi izolatorji niso enako odporni na gibanje elektronov. Prevodnost je analogna prosojnosti nekaterih materialov za svetlobo.: Materiali, ki zlahka "prehajajo" svetlobo, se imenujejo "transparentni", tisti, ki ne "prehajajo" zlahka, pa "prozorni". Vendar pa vsi prozorni materiali nimajo enake optične prevodnosti. Enako velja za električne prevodnike, nekateri so boljši od drugih.
Tisti z visoko prevodnostjo, znani kot superprevodniki, so nameščeni na enem koncu, materiali z nižjo prevodnostjo pa so nameščeni na drugem koncu. Kot lahko vidite zgoraj, bo kovina postavljena blizu najbolj prevodnega konca, medtem ko steklo bo postavljeno na drugi konec kontinuuma. Prevodnost kovin je lahko bilijon bilijonkrat večja od prevodnosti stekla.
Temperatura vpliva tudi na prevodnost. Ko se temperatura dvigne, atomi in elektroni pridobijo energijo. Nekateri izolatorji, kot je steklo, so slabi prevodniki, ko so hladni, vendar so še vedno dobri, ko so vroči. Večina kovin je boljših prevodnikov.. Omogočajo hlajenje in slabše prevodnike, ko so vroče. Nekaj dobrih prevodnikov je bilo najdenih v superprevodnikih pri zelo nizkih temperaturah.
Upam, da boste s temi informacijami izvedeli več o prevodnih in izolacijskih materialih.