Vil du forstå forskelle mellem ledende og isolerende materialer? Så denne tekst er til dig. Tjek!
Ledere er materialer, der muliggør bevægelse af elektriske opladninger inde i det med stor lethed. Disse materialer har en stor mængde elektroner gratis, som kan gennemføres, når vi anvender en potentiel forskel på dem. Metaller som kobber, platin og guld er gode ledere.
Materialerne isolatorer er dem, der giver stor modstand mod overførsel af elektriske ladninger. I disse materialer er elektroner generelt stærkt bundet til atomkerner og ledes derfor ikke let. Materialer som gummi, silikone, glas og keramik er gode eksempler på isolatorer.
Ledningsevne x Modstand
Den fysiske egenskab, der angiver, om et materiale er en leder eller en isolator, er dets modstand, også kendt som specifik modstand. Modstanden, hvis symbol er ρ, måles i Ω.mifølge det internationale enhedssystem. Ud over resistivitet er der storhed ledningsevne, betegnet med symbolet σ, et materiales ledningsevne er det modsatte af dets resistivitet, det vil sige:
Ledningsevne og modstand er omvendt proportionale størrelser.
Ledningsevne og modstand er omvendt proportionale størrelser, dvs. hvis et materiale har en høj resistivitet, er dets ledningsevne lav og omvendt. Under de samme betingelser har et ledende materiale ligeledes ikke egenskaber ved isolerende materialer. Enheden til måling af ledningsevne er Ω-1.m-1.
Ifølge klassisk fysik kan resistiviteten af et materiale beregnes ved hjælp af mikroskopiske og mere grundlæggende størrelser, såsom oplade og pasta ud over to mængder af stor betydning for undersøgelsen af materialers elektriske egenskaber: o medium fri sti Det er gennemsnitlig fritid. Sådanne forklaringer kommer fra en fysisk model til kørsel kendt som drude model.
Den gennemsnitlige frie vej for elektroner refererer til den afstand, de kan bæres inde i et materiale uden at kollidere med de atomer, der udgør materialets krystalstruktur, mens den gennemsnitlige fritid er det tidsinterval, som elektronerne er i stand til at rejse langs den frie vej gennemsnit. I ledende materialer er både gennemsnitlig fri vej og gennemsnitlig fritid betydeligt længere end i isolerende materialer, hvor elektroner ikke kan bevæge sig let.
Stop ikke nu... Der er mere efter reklamen;)
Se også: elektriske ladninger i bevægelse
Ifølge Drudes model bevæger elektroner (vibrerer og oversættes) inde i ledende materialer på grund af deres temperatur, men også på grund af anvendelsen af et elektrisk potentiale. Den hastighed, hvormed elektroner bevæger sig, er imidlertid ekstremt høj i modsætning til din. kørehastighed, som er i størrelsesordenen få centimeter i timen. Dette sker, på trods af at de bevæger sig ved høje hastigheder, lider elektroner konstant sammenstød med de atomer, der udgør materialet og mister dermed en del af deres hastighed.
Den resulterende bevægelse af disse kollisioner er ikke nul, da elektronerne trækker i retning af elektrisk strømdog er det meget langsomt. I isolerende materialer er elektronernes gennemsnitlige frie vej derimod så lille, at medmindre der anvendes en meget stor potentialeforskel, dannes der ingen elektrisk strøm.
Hvorfor er nogle materialer isolerende og andre ledende?
For tiden er forklaringen på materialernes elektriske strømledningsevne baseret på komplekse teoretiske argumenter, der involverer kvante aspekter af materie. Teorien bag denne forklaring kaldes teoriibånd.
Ifølge båndteori, i isolerende materialer, har elektroner energiniveauer under det minimum, der er nødvendigt for at blive udført. I ledende materialer har elektroner på den anden side energiniveauer, der er større end minimumsenergien, for at deres ledning skal forekomme.
En mængde energi adskiller de elektroner, der kan ledes, fra dem, der ikke kan. Denne energi kaldes hul. I isoleringsmaterialer er den hul det er meget stort, og det er derfor nødvendigt at anvende en stor mængde energi på det, så dets elektroner bevæger sig fra et punkt til et andet. I ledende materialer er den hul af energi er nul eller meget lille, så elektroner kan let bevæge sig rundt inde i den.
I materialer som gummi er kløftenergien meget høj
Ledende materialer
Ledende materialer har et fælles kendetegn: elektrisk strøm ledes let gennem dem. Dets vigtigste funktioner er overflod af gratis elektroner ud over lave elektriske modstande.
Når elektriske materialer er opladet uden at bære afgifter, siger vi, at de er i balanceelektrostatisk. I denne tilstand optager elektronerne de yderste lag af materialet og positionerer sig udelukkende på dets overflade på grund af frastød mellem deres ladninger og deres store mobilitet.
Se også: Coulombs lov
→ Eksempel på elektriske ledere
Generelt er metaller gode elektriske ledere og anvendes derfor i vid udstrækning til transmission af elektrisk strøm, i elektriske kredsløb og i elektroniske enheder. Udover metaller tillader nogle salte, når de er opløst i flydende medier, dannelsen af elektriske strømme. Tjek nogle eksempler på ledende materialer:
Kobber
Aluminium
Guld
Sølv
Aluminium er et eksempel på et elektrisk ledende materiale.
Isolerende materialer
Du isoleringsmaterialer de tilbyder modstand mod passage af elektrisk strøm og bruges derfor i vid udstrækning til at blokere dens passage. Når disse er elektrisk ladede, "fanger" disse materialer opladningerne i dem. Nogle isoleringsmaterialer kan polariseres, dvs. når de udsættes for en stærk elektrisk felt udvendigt, danner i dets indre et modsat elektrisk felt, hvilket gør dannelsen af elektriske strømme endnu vanskeligere. De isolerende materialer, der er i stand til at udvise en sådan adfærd, kaldes dielektrikum og anvendes i vid udstrækning i kondensatorer, for eksempel.
Se også:Elektrisk felt
→ Eksempler på isolatorer
Isolatorer modsætter sig kraftigt bevægelsen af belastninger og bruges derfor til at isolere overflader kontakt, undgå ulykker med elektriske stød eller reducere energitab i ledertråde. Tjek nogle eksempler på isoleringsmaterialer:
Gummi
Plast
Glas
Keramik
Kobbertråde, der anvendes i motorer og kredsløb, modtager et lag isolerende lak.
Kan en isolator blive leder?
Under specielle forhold, såsom høje temperaturer, mekanisk belastning eller enorme potentielle forskelle, bliver isolerende materialer ledende. Når dette sker, forårsager den elektriske strøm, der passerer gennem dem, normalt meget opvarmning pga af Joule-effekten, det vil sige på grund af kollisionerne mellem elektronerne og de atomer, der udgør materialet i spørgsmål.
Det enkleste eksempel på nedbrydning af dielektrisk styrke er dannelsen af stråler: det elektriske felt, der dannes mellem ladede skyer og jorden er så stor, at luften bliver ioniseret, så elektroner kan hoppe fra atom til atom. Selv når det er i stand til at lede elektrisk strøm, bliver luft imidlertid igen et isolerende medium efter atmosfærisk afladning.
Se også:Hvad er elektrostatisk afskærmning?
Resumé om ledere og isolatorer
Ledende materialer, såsom sølv og kobber, har ringe modstand mod passage af elektrisk strøm;
Ledende materialer har et stort antal “frie” elektroner, løst bundet til atomkerner, kaldet ledningselektroner;
Isoleringsmaterialer, såsom glas, gummi eller keramik, giver stor modstand mod passage af elektrisk strøm;
Isolerende materialer har et reduceret antal elektroner, og de fleste af dem er tæt bundet til deres kerner.
Af mig Rafael Helerbrock
