Chcete pochopit rozdíly mezi vodivými a izolačními materiály? Tento text je tedy pro vás. Překontrolovat!
Vodiče jsou materiály, které umožňují pohyb elektrické náboje uvnitř toho s velkou lehkostí. Tyto materiály mají velké množství elektrony zdarma, což lze provést, když na ně aplikujeme potenciální rozdíl. Kovy jako měď, platina a zlato jsou dobrými vodiči.
Materiály izolátory jsou ty, které nabízejí velkou opozici vůči průchodu elektrických nábojů. V těchto materiálech jsou elektrony obecně silně vázány na atomová jádra, a proto nejsou snadno vedeny. Dobrým příkladem izolátorů jsou materiály jako guma, silikon, sklo a keramika.
Vodivost x Odpor
Fyzická vlastnost, která označuje, zda je materiál vodičem nebo izolátorem, je jeho odpor, známý také jako specifický odpor. Odpor, jehož symbolem je ρ, se měří v Ω.m, podle Mezinárodního systému jednotek. Kromě rezistivity existuje i velikost vodivost, označený symbolem σ, vodivost materiálu je inverzní vůči jeho odporu, tj.
Vodivost a odpor jsou nepřímo úměrné veličiny.
Vodivost a odpor jsou nepřímo úměrné veličiny, to znamená, že pokud má materiál vysoký měrný odpor, jeho vodivost je nízká a naopak. Podobně za stejných podmínek nemá vodivý materiál vlastnosti izolačních materiálů. Měrná jednotka vodivosti je Ω-1.m-1.
Podle klasické fyziky lze odpor materiálu vypočítat pomocí mikroskopických a zásadnějších veličin, jako je nabít a těstoviny elektronů, kromě dvou veličin důležitých pro studium elektrických vlastností materiálů: o střední cesta zdarma to je průměrný volný čas. Taková vysvětlení pocházejí z fyzického modelu řízení známého jako drude model.
Střední volná dráha elektronů se týká vzdálenosti, kterou mohou nést uvnitř materiálu bez srážky s atomy, které tvoří krystalovou strukturu materiálu, zatímco průměrný volný čas je časový interval, který jsou elektrony schopné cestovat po volné dráze průměrný. Ve vodivých materiálech je jak střední volná cesta, tak střední volný čas podstatně delší než v izolačních materiálech, ve kterých se elektrony nemohou snadno pohybovat.
Nepřestávejte... Po reklamě je toho víc;)
Podívejte se také: elektrické náboje v pohybu
Podle Drudeova modelu se elektrony pohybují (vibrují a překládají) uvnitř vodivých materiálů v důsledku jejich teploty, ale také v důsledku použití elektrického potenciálu. Rychlost, jakou se elektrony pohybují, je však na rozdíl od vaší extrémně vysoká. rychlost jízdy, což je řádově málo centimetrů za hodinu. To se děje proto, že navzdory pohybu vysokou rychlostí elektrony trpí neustálými srážkami s atomy, které tvoří materiál, čímž ztrácejí část své rychlosti.
Výsledný pohyb těchto srážek není nulový, protože elektrony se táhnou ve směru elektrický proud, ale je to velmi pomalé. V izolačních materiálech je naopak průměrná volná dráha elektronů tak malá, že pokud není použit velký rozdíl potenciálů, netvoří se žádný elektrický proud.
Proč jsou některé materiály izolační a jiné vodivé?
V současné době je vysvětlení kapacity vedení elektrického proudu u materiálů založeno na složitých teoretických argumentech, které zahrnují kvantové aspekty hmoty. Teorie tohoto vysvětlení se nazývá teorievkapel.
Podle teorie pásma mají elektrony v izolačních materiálech energetické hladiny pod minimem, které je nutné provést. Ve vodivých materiálech mají naopak elektrony energetické hladiny vyšší než minimální energie pro jejich vedení.
Množství energie odděluje elektrony, které mohou být vedeny, od těch, které nemohou. Tato energie se nazývá mezera. V izolačních materiálech mezera je velmi velký, a proto je nutné na něj aplikovat velké množství energie, aby se jeho elektrony pohybovaly z jednoho bodu do druhého. Pokud jde o vodivé materiály, mezera energie je nulová nebo velmi malá, takže elektrony se v ní mohou snadno pohybovat.
V materiálech, jako je guma, je energie mezery velmi vysoká
Vodivé materiály
Vodivé materiály mají společnou charakteristiku: snadno nimi prochází elektrický proud. Jeho hlavními rysy jsou nadbytek volných elektronů elektrické odpory.
Když jsou elektrické materiály elektricky nabité, bez přenášení nábojů, říkáme, že jsou v Zůstatekelektrostatický. V tomto stavu elektrony zaujímají nejvzdálenější vrstvy materiálu a umisťují se výlučně na jeho povrch, a to díky odporu mezi jejich náboji a jejich velkou pohyblivostí.
Podívejte se také: Coulombův zákon
→ Příklad elektrických vodičů
Kovy jsou obecně dobrými elektrickými vodiči, a proto se široce používají při přenosu elektrického proudu, v elektrických obvodech a v elektronických zařízeních. Kromě kovů, některé soli, když jsou rozpuštěny v kapalném prostředí, také umožňují tvorbu elektrických proudů. Podívejte se na několik příkladů vodivých materiálů:
Měď
Hliník
Zlato
stříbrný
Hliník je příkladem elektricky vodivého materiálu.
Izolační materiály
Vy izolační materiály nabízejí odpor proti průchodu elektrického proudu, a proto jsou široce používány k blokování jeho průchodu. Když jsou tyto materiály elektricky nabité, „zachycují“ náboje v nich. Některé izolační materiály mohou být polarizovány, tj. Vystaveny silnému působení elektrické pole vnější, tvoří v jeho vnitřku protilehlé elektrické pole, což ještě více ztěžuje tvorbu elektrických proudů. Izolační materiály schopné projevovat takové chování se nazývají dielektrika a jsou široce používány kondenzátory, například.
Podívejte se také:Elektrické pole
→ Příklady izolátorů
Izolátory silně brání pohybu břemen, a proto se používají k izolaci povrchů zabránění nehodám s úrazem elektrickým proudem nebo snížení energetických ztrát ve vodičích. Podívejte se na několik příkladů izolačních materiálů:
Guma
Plastický
Sklenka
Keramika
Měděné dráty používané v motorech a obvodech dostávají vrstvu izolačního laku.
Může se z izolátoru stát vodič?
Za zvláštních podmínek, jako jsou vysoké teploty, mechanické namáhání nebo velké rozdíly potenciálů, se izolační materiály stávají vodivými. Když k tomu dojde, elektrický proud, který jimi prochází, obvykle způsobí velké zahřívání kvůli Jouleova jevu, tj. v důsledku kolizí mezi elektrony a atomy, které tvoří materiál otázka.
Nejjednodušším příkladem rozpadu dielektrické síly je tvorba paprsků: elektrické pole, které se tvoří mezi nabité mraky a země je tak velká, že se vzduch ionizuje, což umožňuje elektronům odrážet se od atomu k atomu. I když je vzduch schopen vést elektrický proud, stává se po atmosférickém výboji opět izolačním médiem.
Podívejte se také:Co je to elektrostatické stínění?
Shrnutí vodičů a izolátorů
Vodivé materiály, jako je stříbro a měď, nabízejí malou odolnost proti průchodu elektrického proudu;
Vodivé materiály mají velký počet „volných“ elektronů, volně vázaných na atomová jádra, nazývaných vodivé elektrony;
Izolační materiály, jako je sklo, guma nebo keramika, nabízejí velkou odolnost proti průchodu elektrického proudu;
Izolační materiály mají snížený počet elektronů a většina z nich je pevně vázána na jejich jádra.
Podle mě. Rafael Helerbrock
