Θέλετε να καταλάβετε το διαφορές μεταξύ αγώγιμων και μονωτικών υλικών? Αυτό το κείμενο είναι για εσάς. Ολοκλήρωση παραγγελίας!
Αγωγοί είναι υλικά που επιτρέπουν την κίνηση του ηλεκτρικά φορτία μέσα του με μεγάλη ευκολία. Αυτά τα υλικά έχουν μεγάλη ποσότητα ηλεκτρόνια δωρεάν, το οποίο μπορεί να πραγματοποιηθεί όταν εφαρμόζουμε μια πιθανή διαφορά σε αυτά. Μέταλλα όπως ο χαλκός, ο λευκόχρυσος και ο χρυσός είναι καλοί αγωγοί.
Τα υλικά μονωτές είναι εκείνα που προσφέρουν μεγάλη αντίθεση στη διέλευση ηλεκτρικών φορτίων. Σε αυτά τα υλικά, τα ηλεκτρόνια, γενικά, συνδέονται έντονα με τους ατομικούς πυρήνες και, επομένως, δεν διεξάγονται εύκολα. Υλικά όπως καουτσούκ, σιλικόνη, γυαλί και κεραμικά είναι καλά παραδείγματα μονωτών.
Αγωγιμότητα x Ανθεκτικότητα
Η φυσική ιδιότητα που δείχνει αν ένα υλικό είναι αγωγός ή μονωτής είναι αντίσταση, επίσης γνωστή ως ειδική αντίσταση. Η αντίσταση, του οποίου το σύμβολο είναι το ρ, μετράται σε Ωμ, σύμφωνα με το Διεθνές Σύστημα Μονάδων. Εκτός από την αντίσταση, υπάρχει το μεγαλείο
αγώγιμο, συμβολίζεται με το σύμβολο σ, η αγωγιμότητα ενός υλικού είναι το αντίστροφο της αντίστασης του, δηλαδή:
Η αγωγιμότητα και η αντίσταση είναι αντιστρόφως ανάλογες ποσότητες.
Αγώγιμο και αντίσταση είναι αντιστρόφως ανάλογες ποσότητες, δηλαδή, εάν ένα υλικό έχει υψηλή αντίσταση, η αγωγιμότητά του είναι χαμηλή και το αντίστροφο. Παρομοίως, υπό τις ίδιες συνθήκες, ένα αγώγιμο υλικό δεν έχει χαρακτηριστικά μονωτικών υλικών. Η μονάδα μέτρησης της αγωγιμότητας είναι Ω-1.Μ-1.
Σύμφωνα με την κλασική φυσική, η αντίσταση ενός υλικού μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας μικροσκοπικές και πιο θεμελιώδεις ποσότητες, όπως χρέωση και το ζυμαρικά ηλεκτρονίων, εκτός από δύο ποσότητες μεγάλης σημασίας για τη μελέτη των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των υλικών: o μεσαία ελεύθερη διαδρομή είναι το μέσος ελεύθερος χρόνος. Τέτοιες εξηγήσεις προέρχονται από ένα φυσικό μοντέλο οδήγησης που είναι γνωστό ως ντροπαλό μοντέλο.
Η μέση ελεύθερη διαδρομή ηλεκτρονίων αναφέρεται στην απόσταση που μπορούν να μεταφερθούν μέσα σε ένα υλικό χωρίς να συγκρούονται με τα άτομα που συνθέτουν την κρυσταλλική δομή του υλικού, ενώ ο μέσος ελεύθερος χρόνος είναι το χρονικό διάστημα που τα ηλεκτρόνια μπορούν να ταξιδεύουν κατά μήκος της ελεύθερης διαδρομής μέση τιμή. Στα αγώγιμα υλικά, τόσο η μέση ελεύθερη διαδρομή όσο και ο μέσος ελεύθερος χρόνος είναι σημαντικά μεγαλύτερες από ό, τι στα μονωτικά υλικά, στα οποία τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να κινηθούν εύκολα.
Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση;)
Δείτε επίσης: ηλεκτρικά φορτία σε κίνηση
Σύμφωνα με το μοντέλο του Drude, τα ηλεκτρόνια κινούνται (δονείται και μεταφράζονται) μέσα σε αγώγιμα υλικά, λόγω της θερμοκρασίας τους, αλλά και λόγω της εφαρμογής ηλεκτρικού δυναμικού. Η ταχύτητα με την οποία κινούνται τα ηλεκτρόνια, είναι εξαιρετικά υψηλή, σε αντίθεση με τη δική σας. ταχύτητα οδήγησης, που είναι της τάξης των λίγων εκατοστά ανά ώρα. Αυτό συμβαίνει επειδή, παρά την κίνηση σε υψηλές ταχύτητες, τα ηλεκτρόνια υφίστανται συνεχείς συγκρούσεις με τα άτομα που αποτελούν το υλικό, χάνοντας έτσι μέρος της ταχύτητάς τους.
Η προκύπτουσα κίνηση αυτών των συγκρούσεων δεν είναι μηδενική, καθώς τα ηλεκτρόνια σύρονται προς την κατεύθυνση του ηλεκτρικό ρεύμα, ωστόσο, είναι πολύ αργό. Στα μονωτικά υλικά, από την άλλη πλευρά, η μέση ελεύθερη διαδρομή των ηλεκτρονίων είναι τόσο μικρή που, εκτός αν εφαρμόζεται πολύ μεγάλη διαφορά δυναμικού, δεν σχηματίζεται ηλεκτρικό ρεύμα.
Γιατί ορισμένα υλικά είναι μονωτικά και άλλα αγώγιμα;
Επί του παρόντος, η εξήγηση για την ικανότητα αγωγής ηλεκτρικού ρεύματος των υλικών βασίζεται σε πολύπλοκα θεωρητικά επιχειρήματα που περιλαμβάνουν κβαντικές πτυχές της ύλης. Η θεωρία πίσω από αυτήν την εξήγηση ονομάζεται θεωρίασεσυγκροτήματα.
Σύμφωνα με τη θεωρία της ζώνης, στα μονωτικά υλικά, τα ηλεκτρόνια έχουν επίπεδα ενέργειας κάτω από το ελάχιστο απαραίτητο να διεξαχθούν. Σε αγώγιμα υλικά, από την άλλη πλευρά, τα ηλεκτρόνια έχουν επίπεδα ενέργειας μεγαλύτερα από την ελάχιστη ενέργεια για να συμβεί η αγωγιμότητά τους.
Μια ποσότητα ενέργειας διαχωρίζει τα ηλεκτρόνια που μπορούν να διεξαχθούν από αυτά που δεν μπορούν. Αυτή η ενέργεια ονομάζεται χάσμα. Στα μονωτικά υλικά, το χάσμα είναι πολύ μεγάλο και επομένως είναι απαραίτητο να εφαρμοστεί μεγάλη ποσότητα ενέργειας σε αυτό, ώστε τα ηλεκτρόνια του να μετακινούνται από το ένα σημείο στο άλλο. Σε αγώγιμα υλικά, το χάσμα της ενέργειας είναι μηδενική ή πολύ μικρή, έτσι τα ηλεκτρόνια μπορούν εύκολα να κινούνται μέσα σε αυτό.
Σε υλικά όπως το καουτσούκ, η ενέργεια διακένου είναι πολύ υψηλή
Αγώγιμα υλικά
Τα αγώγιμα υλικά έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό: το ηλεκτρικό ρεύμα διοχετεύεται εύκολα μέσω αυτών. Τα κύρια χαρακτηριστικά του είναι η αφθονία των ελεύθερων ηλεκτρονίων, εκτός από χαμηλή ηλεκτρικές αντιστάσεις.
Όταν τα ηλεκτρικά υλικά φορτίζονται ηλεκτρικά, χωρίς να φέρουν φορτία, λέμε ότι είναι ισορροπίαηλεκτροστατικός. Σε αυτήν την κατάσταση, τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν τις πιο απομακρυσμένες στρώσεις του υλικού, τοποθετώντας τους αποκλειστικά στην επιφάνειά του, λόγω της απώθησης μεταξύ των φορτίων τους και της μεγάλης κινητικότητάς τους.
Δείτε επίσης: Ο νόμος του Coulomb
→ Παράδειγμα ηλεκτρικών αγωγών
Γενικά, τα μέταλλα είναι καλοί ηλεκτρικοί αγωγοί και, επομένως, χρησιμοποιούνται ευρέως στη μετάδοση ηλεκτρικού ρεύματος, σε ηλεκτρικά κυκλώματα και σε ηλεκτρονικές συσκευές. Εκτός από τα μέταλλα, ορισμένα άλατα, όταν διαλύονται σε υγρά μέσα, επιτρέπουν επίσης το σχηματισμό ηλεκτρικών ρευμάτων. Δείτε μερικά παραδείγματα αγώγιμων υλικών:
Χαλκός
Αλουμίνιο
Χρυσός
Ασήμι
Το αλουμίνιο είναι ένα παράδειγμα ηλεκτρικά αγώγιμου υλικού.
Μονωτικά υλικά
Εσείς μονωτικά υλικά Προσφέρουν αντίσταση στη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος και, ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται ευρέως για να εμποδίσουν τη δίοδο του. Όταν φορτίζονται ηλεκτρικά, αυτά τα υλικά «παγιδεύουν» τα φορτία μέσα τους. Ορισμένα μονωτικά υλικά μπορούν να πολωθούν, δηλαδή όταν εκτίθενται σε ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο εξωτερικά, σχηματίζουν στο εσωτερικό του ένα αντίθετο ηλεκτρικό πεδίο, καθιστώντας ακόμη πιο δύσκολη τη δημιουργία ηλεκτρικών ρευμάτων. Τα μονωτικά υλικά ικανά να παρουσιάζουν τέτοια συμπεριφορά ονομάζονται διηλεκτρικά και χρησιμοποιούνται ευρέως σε πυκνωτές, για παράδειγμα.
Δείτε επίσης:Ηλεκτρικό πεδίο
→ Παραδείγματα μονωτών
Οι μονωτές αντιτίθενται έντονα στην κίνηση φορτίων και επομένως χρησιμοποιούνται για τη μόνωση επιφανειών επαφής, αποφυγή ατυχημάτων με ηλεκτροπληξία ή μείωση των απωλειών ενέργειας στα καλώδια αγωγού. Δείτε μερικά παραδείγματα μονωτικών υλικών:
Καουτσούκ
Πλαστική ύλη
Ποτήρι
Κεραμικά
Τα σύρματα χαλκού, που χρησιμοποιούνται σε κινητήρες και κυκλώματα, λαμβάνουν ένα στρώμα μονωτικού βερνικιού.
Μπορεί ένας μονωτής να γίνει αγωγός;
Υπό ειδικές συνθήκες, όπως υψηλές θερμοκρασίες, μηχανικό στρες ή τεράστιες πιθανές διαφορές, τα μονωτικά υλικά γίνονται αγώγιμα. Όταν συμβαίνει αυτό, το ηλεκτρικό ρεύμα που περνάει συνήθως προκαλεί μεγάλη θέρμανση λόγω του φαινομένου Joule, δηλαδή, λόγω των συγκρούσεων μεταξύ των ηλεκτρονίων και των ατόμων που αποτελούν το υλικό ερώτηση.
Το απλούστερο παράδειγμα διάσπασης της διηλεκτρικής αντοχής είναι αυτό του σχηματισμού ακτίνων: το ηλεκτρικό πεδίο που σχηματίζεται μεταξύ φορτισμένα σύννεφα και το έδαφος είναι τόσο μεγάλο που ο αέρας ιονίζεται, επιτρέποντας στα ηλεκτρόνια να αναπηδούν από άτομο σε άτομο. Ωστόσο, ακόμη και αν είναι σε θέση να μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα, ο αέρας γίνεται ξανά μονωτικό μέσο μετά την ατμοσφαιρική εκφόρτιση.
Δείτε επίσης:Τι είναι η ηλεκτροστατική θωράκιση;
Περίληψη αγωγών και μονωτών
Τα αγώγιμα υλικά, όπως το ασήμι και ο χαλκός, προσφέρουν μικρή αντίσταση στη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος.
Τα αγώγιμα υλικά έχουν μεγάλο αριθμό «ελεύθερων» ηλεκτρονίων, που συνδέονται χαλαρά με τους ατομικούς πυρήνες, που ονομάζονται ηλεκτρόνια αγωγιμότητας.
Τα μονωτικά υλικά, όπως γυαλί, καουτσούκ ή κεραμικά, προσφέρουν μεγάλη αντίσταση στη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος.
Τα μονωτικά υλικά έχουν μειωμένο αριθμό ηλεκτρονίων και τα περισσότερα από αυτά συνδέονται στενά με τους πυρήνες τους.
Από εμένα, Rafael Helerbrock
