Искате да разберете разлики между проводими и изолационни материали? Така че този текст е за вас. Разгледайте!
Диригенти са материали, които позволяват движението на електрически заряди вътре в него с голяма лекота. Тези материали имат голямо количество електрони безплатно, което може да се проведе, когато приложим потенциална разлика към тях. Метали като мед, платина и злато са добри проводници.
Материалите изолатори са тези, които предлагат голяма опозиция на преминаването на електрически заряди. В тези материали електроните като цяло са силно свързани с атомни ядра и следователно не се провеждат лесно. Материали като каучук, силикон, стъкло и керамика са добри примери за изолатори.
Проводимост x Съпротивление
Физическото свойство, което показва дали даден материал е проводник или изолатор, е неговото съпротивление, известен също като специфична устойчивост. Съпротивлението, чийто символ е ρ, се измерва в Ω.m, според Международната система от единици. В допълнение към съпротивлението има и величие
проводимост, обозначени със символа σ, проводимостта на даден материал е обратна на неговото съпротивление, т.е.
Проводимостта и съпротивлението са обратно пропорционални величини.
Проводимост и съпротивление са обратно пропорционални величини, т.е. ако даден материал има високо съпротивление, неговата проводимост е ниска и обратно. По същия начин, при същите условия, проводящият материал няма характеристики на изолационни материали. Единицата за мярка на проводимост е Ω-1.m-1.
Според класическата физика съпротивлението на даден материал може да се изчисли, като се използват микроскопични и по-фундаментални величини, като например зареждане и тестени изделия на електроните, в допълнение към две количества от голямо значение за изследване на електрическите свойства на материалите: o средно свободен път това е средно свободно време. Такива обяснения идват от физически модел за шофиране, известен като модел друд.
Средният свободен път на електроните се отнася до разстоянието, което те могат да пренесат вътре в материала, без да се сблъскат с атомите, които съставляват кристалната структура на материала, докато средното свободно време е интервалът от време, през който електроните могат да се движат по свободния път средно аритметично. В проводимите материали както средният свободен път, така и средното свободно време са значително по-дълги, отколкото при изолационните материали, при които електроните не могат да се движат лесно.
Не спирайте сега... Има още след рекламата;)
Вижте също: електрически заряди в движение
Според модела на Друде, електроните се движат (вибрират и превеждат) вътре в проводящите материали, поради тяхната температура, но и поради прилагането на електрически потенциал. Скоростта, с която се движат електроните, обаче е изключително висока, за разлика от вашата. скорост на шофиране, което е от порядъка на малко сантиметри на час. Това се случва, защото, въпреки че се движат с високи скорости, електроните търпят постоянни сблъсъци с атомите, които съставляват материала, като по този начин губят част от скоростта си.
Полученото движение на тези сблъсъци не е нула, тъй като електроните се влачат по посока на електрически ток, обаче е много бавен. В изолационните материали, от друга страна, средният свободен път на електроните е толкова малък, че освен ако не се приложи много голяма потенциална разлика, не се образува електрически ток.
Защо някои материали са изолационни, а други проводящи?
Понастоящем обяснението за капацитета на електропроводимост на материалите се основава на сложни теоретични аргументи, които включват квантови аспекти на материята. Извиква се теорията зад това обяснение теориявленти.
Според лентовата теория в изолационните материали електроните имат енергийни нива под минимално необходимото за провеждане. В проводящите материали, от друга страна, електроните имат енергийни нива, по-високи от минималната енергия за тяхното провеждане.
Количество енергия разделя електроните, които могат да бъдат проведени, от тези, които не могат. Тази енергия се нарича празнина. При изолационните материали, празнина той е много голям и затова е необходимо да се приложи голямо количество енергия към него, така че неговите електрони да се преместват от една точка в друга. Що се отнася до проводимите материали, празнина енергия е нула или много малка, така че електроните могат лесно да се движат вътре в нея.
В материали като каучук енергията на процепа е много висока
Проводими материали
Проводимите материали имат обща характеристика: през тях лесно се провежда електрически ток. Основните му характеристики са изобилието от свободни електрони, в допълнение към ниските електрически съпротивления.
Когато електрическите материали са електрически заредени, без да носят заряди, ние казваме, че те са вътре баланселектростатичен. В това състояние електроните заемат най-външните слоеве на материала, позиционирайки се изключително на повърхността му, поради отблъскването между техните заряди и голямата им подвижност.
Вижте също: Законът на Кулон
→ Пример за електрически проводници
Като цяло металите са добри електрически проводници и следователно те се използват широко при предаването на електрически ток, в електрическите вериги и в електронните устройства. В допълнение към металите, някои соли, когато се разтварят в течна среда, също позволяват образуването на електрически токове. Вижте няколко примера за проводими материали:
Мед
Алуминий
Злато
Сребро
Алуминият е пример за електропроводим материал.
Изолационни материали
Вие изолационни материали те предлагат устойчивост на преминаване на електрически ток и поради това са широко използвани за блокиране на неговото преминаване. Когато се зареждат електрически, тези материали „улавят“ зарядите вътре. Някои изолационни материали могат да бъдат поляризирани, тоест когато са изложени на силен ефект електрическо поле външни, образуват във вътрешността си противоположно електрическо поле, което прави образуването на електрически токове още по-трудно. Изолационните материали, способни да проявяват такова поведение, се наричат диелектрици и са широко използвани в кондензатори, например.
Вижте също:Електрическо поле
→ Примери за изолатори
Изолаторите силно се противопоставят на движението на товара и поради това се използват за изолиране на повърхности на контакт, избягване на аварии с токов удар или намаляване на загубите на енергия в проводящите проводници. Вижте няколко примера за изолационни материали:
Каучук
Пластмаса
Стъклена чаша
Керамика
Медните проводници, използвани в двигатели и вериги, получават слой изолационен лак.
Може ли изолаторът да стане проводник?
При специални условия, като високи температури, механично напрежение или огромни потенциални разлики, изолационните материали стават проводими. Когато това се случи, електрическият ток, който преминава през тях, обикновено причинява голямо нагряване поради на ефекта на Джоул, тоест поради сблъсъци между електроните и атомите, които съставляват материала в въпрос.
Най-простият пример за разрушаване на диелектричната якост е този за образуването на лъчи: електрическото поле, което се образува между заредени облаци и земята е толкова голяма, че въздухът се йонизира, позволявайки на електроните да скачат от атом на атом. Въпреки това, дори и да е в състояние да провежда електрически ток, въздухът отново се превръща в изолационна среда след атмосферно разреждане.
Вижте също:Какво е електростатично екраниране?
Резюме за проводници и изолатори
Проводимите материали, като сребро и мед, предлагат малко съпротивление на преминаването на електрически ток;
Проводимите материали имат голям брой „свободни“ електрони, свободно свързани с атомни ядра, наречени проводими електрони;
Изолационните материали, като стъкло, каучук или керамика, предлагат голяма устойчивост на преминаване на електрически ток;
Изолационните материали имат намален брой електрони и повечето от тях са здраво свързани с ядрата си.
От мен Рафаел Хелерброк
