วัสดุนำไฟฟ้าและฉนวน

ลอส วัสดุนำไฟฟ้าและฉนวน พวกเขาจำแนกตามพฤติกรรมของพวกเขาเกี่ยวกับไฟฟ้า มีบางตัวที่สามารถนำไฟฟ้าได้และอื่น ๆ ที่ไม่สามารถทำได้ในทางตรงกันข้าม วัสดุเหล่านี้มีลักษณะที่แตกต่างกันและถูกใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ และในบ้าน

ในบทความนี้ เราจะบอกคุณทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับวัสดุนำไฟฟ้าและฉนวน และแต่ละวัสดุมีไว้เพื่ออะไร

วัสดุนำไฟฟ้าและฉนวน

วัสดุสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทกว้าง ๆ : ตัวนำและฉนวน การกำหนดให้เป็นตัวนำที่ดีและตัวนำที่ไม่ดีจะถูกต้องมากขึ้นทั้งนี้ขึ้นอยู่กับว่าวัสดุแต่ละชนิดอำนวยความสะดวกหรือเป็นอุปสรรคต่อการขับขี่หรือไม่ การแบ่งส่วนนี้ส่งผลต่อการนำความร้อน (เช่น การถ่ายเทความร้อน) หรือการนำไฟฟ้า (เช่น การไหลของกระแส)

สารนำไฟฟ้าหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับความสะดวกที่อิเล็กตรอนสามารถผ่านเข้าไปได้ โปรตอนไม่เคลื่อนที่เพราะถึงแม้ว่าจะมีประจุไฟฟ้า แต่ก็จับกับโปรตอนและนิวตรอนอื่นๆ ในนิวเคลียส วาเลนซ์อิเล็กตรอนเป็นเหมือนดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรรอบดาวฤกษ์ พวกเขาถูกดึงดูดมากพอที่จะอยู่กับที่ แต่ ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานมากเสมอไปในการทำให้พวกมันไม่อยู่ในสถานที่

โลหะสูญเสียและรับอิเล็กตรอนได้ง่าย ดังนั้นพวกมันจึงครองรายชื่อตัวนำ โมเลกุลอินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นฉนวน ส่วนหนึ่งเป็นเพราะพันธะโควาเลนต์ (อิเล็กตรอนทั่วไป) ยึดติดกัน แต่เนื่องจากพันธะไฮโดรเจนช่วยให้โมเลกุลจำนวนมากมีเสถียรภาพ วัสดุส่วนใหญ่ไม่ใช่ตัวนำไฟฟ้าที่ดีหรือฉนวนที่ดี พวกมันไม่นำไฟฟ้าได้ง่าย แต่มีพลังงานเพียงพอ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่

วัสดุฉนวนบางชนิดพบในสภาพบริสุทธิ์ แต่พวกมันมีพฤติกรรมหรือทำปฏิกิริยาหากเจือด้วยองค์ประกอบอื่นจำนวนเล็กน้อยหรือหากมีสิ่งเจือปน. ตัวอย่างเช่น เซรามิกส์ส่วนใหญ่เป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม แต่ถ้าคุณดัดแปลง คุณจะได้ตัวนำยิ่งยวด น้ำบริสุทธิ์เป็นฉนวน แต่น้ำสกปรกมีการนำไฟฟ้าน้อยกว่า ในขณะที่น้ำเกลือที่มีไอออนแบบลอยอิสระนำความร้อนได้ดี

วัสดุนำไฟฟ้าคืออะไร?

ตัวนำเป็นวัสดุที่ช่วยให้อิเล็กตรอนไหลได้อย่างอิสระระหว่างอนุภาค วัตถุที่ทำจากวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะยอมให้มีการถ่ายโอนประจุไปทั่วพื้นผิวของวัตถุ หากประจุถูกถ่ายโอนไปยังวัตถุ ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง ประจุนั้นจะถูกกระจายไปทั่วพื้นผิวของวัตถุอย่างรวดเร็ว

การกระจายประจุเป็นผลจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน วัสดุนำไฟฟ้ายอมให้ขนส่งอิเล็กตรอนจากอนุภาคหนึ่งไปยังอีกอนุภาคหนึ่ง เนื่องจากวัตถุที่มีประจุจะกระจายประจุของมันเสมอ จนกว่าแรงผลักโดยรวมระหว่างอิเล็กตรอนส่วนเกินจะลดลง ด้วยวิธีนี้ หากตัวนำที่มีประจุสัมผัสกับวัตถุอื่น ตัวนำนั้นยังสามารถถ่ายโอนประจุของมันไปยังวัตถุนั้นได้อีกด้วย

การถ่ายโอนประจุระหว่างวัตถุมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นมากขึ้นหากวัตถุที่สองทำจากวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ตัวนำอนุญาตให้ถ่ายโอนประจุผ่านการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอย่างอิสระ

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร?

ในบรรดาวัสดุนำไฟฟ้า เราพบวัสดุที่มีฟังก์ชันเหมือนกันแต่สามารถทำหน้าที่เป็นฉนวนได้เช่นกัน แม้ว่าจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ปัจจัยเหล่านี้คือ:

• แคมโป อิเล็คทริโก้
• สนามแม่เหล็ก
• ความดัน
• รังสีอุบัติการณ์
• อุณหภูมิของสภาพแวดล้อมของคุณ

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด คือ ซิลิกอน เจอร์เมเนียม และเพิ่งมีการใช้กำมะถันเท่านั้น เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์

วัสดุตัวนำยิ่งยวดคืออะไร?

วัสดุนี้น่าสนใจเพราะมันมีความสามารถโดยธรรมชาติที่วัสดุควรนำกระแสไฟฟ้า แต่ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม โดยไม่มีความต้านทานหรือการสูญเสียพลังงาน

โดยทั่วไป สภาพต้านทานของตัวนำโลหะจะลดลงตามอุณหภูมิที่ลดลง เมื่อถึงอุณหภูมิวิกฤต ความต้านทานของตัวนำยิ่งยวดจะลดลงอย่างมาก แต่ช่วยให้แน่ใจว่าพลังงานภายในยังคงไหลต่อไปแม้ว่าจะไม่มีพลังงานก็ตาม ตัวนำยิ่งยวดถูกสร้างขึ้น

เกิดขึ้นในวัสดุหลากหลายประเภท รวมถึงโลหะผสมธรรมดา เช่น ดีบุกหรืออะลูมิเนียมที่ไม่มีความต้านทานไฟฟ้า จึงป้องกันไม่ให้วัสดุเข้าสู่โดเมน ซึ่งเป็นเอฟเฟกต์ Meissner ช่วยให้วัสดุสามารถขับไล่ทำให้ลอยได้

วัสดุฉนวนคืออะไร

ฉนวนเป็นวัสดุที่ป้องกันการไหลของอิเล็กตรอนอย่างอิสระจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมและจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลซึ่งต่างจากตัวนำ หากโหลดถูกถ่ายโอนไปยังตัวแยก ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง โหลดส่วนเกินจะยังคงอยู่ที่ตำแหน่งเดิมของโหลด อนุภาคที่เป็นฉนวนไม่อนุญาตให้อิเล็กตรอนไหลได้อย่างอิสระ ดังนั้นประจุจึงไม่ค่อยกระจายไปทั่วพื้นผิวของวัสดุฉนวน

แม้ว่าฉนวนจะไม่มีประโยชน์สำหรับ การถ่ายโอนประจุมีบทบาทสำคัญในการทดลองและการสาธิตไฟฟ้าสถิต วัตถุนำไฟฟ้ามักจะติดตั้งบนวัตถุที่เป็นฉนวน การจัดเรียงตัวนำไฟฟ้าที่อยู่เหนือฉนวนนี้ช่วยป้องกันการถ่ายโอนประจุจากวัตถุนำไฟฟ้าไปยังบริเวณโดยรอบ หลีกเลี่ยงอุบัติเหตุ เช่น ไฟฟ้าลัดวงจรหรือไฟฟ้าช็อต การจัดเรียงนี้ช่วยให้เราสามารถจัดการกับวัตถุนำไฟฟ้าได้โดยไม่ต้องสัมผัสมัน

ดังนั้นเราสามารถพูดได้ว่าวัสดุฉนวนทำหน้าที่เป็นที่จับสำหรับตัวนำที่อยู่ด้านบนของโต๊ะแล็บเคลื่อนที่ ตัวอย่างเช่น หากใช้อะลูมิเนียมโซดาบรรจุการทดลอง ควรติดตั้งกระป๋องที่ด้านบนของถ้วยพลาสติก. แก้วทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันการรั่วไหลของโซดา

ตัวอย่างของวัสดุนำไฟฟ้าและฉนวน

ตัวอย่างของวัสดุนำไฟฟ้า ได้แก่ :

• เงิน
• ทองแดง
• ทอง
• อลูมิเนียม
• เหล็ก
• acero
• ทองเหลือง
• บรอนซ์
• ปรอท
• กราไฟท์
• น้ำทะเล
• คอนกรีต

ตัวอย่างของวัสดุฉนวน ได้แก่ :

• เรือ
• ยาง
• น้ำมัน
• ยางมะตอย
• ไฟเบอร์กลาส
• เครื่องลายคราม
• เซรามิค
• ผลึก
• ผ้าฝ้าย (แห้ง)
• กระดาษ (แห้ง)
• ไม้แห้ง)
• พลาสติก
• Aire
• เพชร
• น้ำบริสุทธิ์
• ยางลบ

การแบ่งวัสดุเป็นหมวดหมู่ของตัวนำและฉนวนเป็นการแบ่งประเภทเทียม เป็นการเหมาะสมกว่าที่จะวางวัสดุไว้ที่ใดที่หนึ่งตามแนวต่อเนื่อง

ต้องเข้าใจว่าไม่ใช่วัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าทั้งหมดจะมีค่าการนำไฟฟ้าเท่ากัน และไม่ใช่ฉนวนทั้งหมดที่มีความทนทานต่อการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเท่ากัน การนำไฟฟ้านั้นคล้ายคลึงกับความโปร่งใสของวัสดุบางชนิดต่อแสง: วัสดุที่ "ผ่าน" แสงได้ง่ายเรียกว่า "โปร่งใส" ในขณะที่วัสดุที่ไม่ "ผ่าน" ได้ง่ายจะเรียกว่า "ทึบแสง" อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าวัสดุโปร่งใสทั้งหมดจะมีค่าการนำแสงเหมือนกัน เช่นเดียวกับตัวนำไฟฟ้าบางชนิดก็ดีกว่าตัวอื่น

วัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงหรือที่เรียกว่าตัวนำยิ่งยวดจะอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งและวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่าจะอยู่ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ดังที่คุณเห็นด้านบน โลหะจะถูกวางไว้ใกล้กับปลายที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากที่สุด ในขณะที่ แก้วจะถูกวางไว้ที่ปลายอีกด้านหนึ่งของคอนตินิวอัม ค่าการนำไฟฟ้าของโลหะมีค่ามากกว่าแก้วถึงล้านล้านล้านเท่า

อุณหภูมิยังส่งผลต่อการนำไฟฟ้า เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น อะตอมและอิเล็กตรอนจะได้รับพลังงาน ฉนวนบางชนิด เช่น แก้ว เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดีเมื่อเย็น แต่ยังคงเป็นตัวนำที่ดีเมื่อร้อน โลหะส่วนใหญ่เป็นตัวนำที่ดีกว่า. ช่วยให้ระบายความร้อนและตัวนำไฟฟ้าแย่ลงเมื่อร้อน พบตัวนำไฟฟ้าที่ดีบางชนิดในตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำมาก

ฉันหวังว่าด้วยข้อมูลนี้ คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและฉนวนได้