Kas soovite aru saada juhtivate ja isoleerivate materjalide erinevused? Nii et see tekst on teie jaoks. Kontrollige!
Dirigendid on materjalid, mis võimaldavad elektrilaengud selle sees väga kergelt. Nendes materjalides on palju elektronid tasuta, mida saab läbi viia siis, kui rakendame neile potentsiaalset erinevust. Sellised metallid nagu vask, plaatina ja kuld on head juhid.
Materjalid isolaatorid on need, mis pakuvad suurt vastuseisu elektrilaengute läbimisele. Nendes materjalides on elektronid üldiselt tugevalt seotud aatomituumadega ja seetõttu ei ole need hõlpsasti juhitavad. Isolaatorite headeks näideteks on sellised materjalid nagu kumm, silikoon, klaas ja keraamika.
Juhtivus x Takistus
Füüsiline omadus, mis näitab, kas materjal on juht või isolaator, on selle omadus takistus, tuntud ka kui spetsiifiline resistentsus. Takistus, mille sümbol on ρ, mõõdetakse Ω.m, vastavalt rahvusvahelisele mõõtühikute süsteemile. Lisaks takistusele on ka ülevus juhtivus, tähistatud sümboliga σ, materjali juhtivus on vastupidine vastupidavus, see tähendab:
Juhtivus ja takistus on pöördvõrdelised suurused.
Juhtivus ja takistus on pöördvõrdelised suurused, see tähendab, et kui materjalil on kõrge takistus, on selle juhtivus madal ja vastupidi. Samamoodi ei ole juhtivatel materjalidel isoleermaterjalide omadusi. Juhtivuse mõõtühik on Ω-1.m-1.
Klassikalise füüsika kohaselt saab materjali takistuse arvutada mikroskoopiliste ja fundamentaalsemate suuruste, näiteks tasuta ja pasta elektrone, lisaks kahele materjalide elektriliste omaduste uurimiseks väga olulisele kogusele: o keskmine vaba tee see on keskmine vaba aeg. Sellised selgitused pärinevad sõidu füüsilisest mudelist, mida nimetatakse rõve mudel.
Elektroonide keskmine vaba tee viitab kaugusele, mida neid saab materjali sees kanda, ilma et need aatomitega kokku põrkaksid moodustavad materjali kristallstruktuuri, samas kui keskmine vaba aeg on ajaintervall, mille jooksul elektronid saavad liikuda mööda vaba rada keskmine. Juhtivates materjalides on nii keskmine vaba tee kui ka keskmine vaba aeg oluliselt pikemad kui isoleermaterjalides, milles elektronid ei saa lihtsalt liikuda.
Ärge lõpetage kohe... Peale reklaami on veel;)
Vaadake ka: elektrilaengud liikvel
Drude mudeli järgi liiguvad (vibreerivad ja translateerivad) elektronid juhtivate materjalide sees nende temperatuuri, aga ka elektrilise potentsiaali rakendamise tõttu. Elektronide liikumiskiirus on aga erinevalt teie omast ülimalt suur. sõidukiirus, mis on suurusjärgus vähesed sentimeetrit tunnis. See juhtub seetõttu, et hoolimata suurel kiirusel liikumisest kannatavad elektronid pidevalt kokkupõrkeid materjali moodustavate aatomitega, kaotades nii osa kiirusest.
Nende kokkupõrgete tulemuseks olev liikumine ei ole null, kuna elektronid lohisevad elektrivool, kuid see on väga aeglane. Isolatsioonimaterjalides on seevastu elektronide keskmine vaba tee nii väike, et kui ei rakendata väga suurt potentsiaalide erinevust, ei teki elektrivoolu.
Miks on mõned materjalid isoleerivad ja teised juhtivad?
Praegu põhineb materjalide elektrivoolu juhtivuse seletus keerukatel teoreetilistel argumentidel, mis hõlmavad aine kvantaspekte. Selle seletuse taga olevat teooriat nimetatakse teooriaaastalansamblid.
Bänditeooria kohaselt on isolatsioonimaterjalide elektronide energiatase madalam kui minimaalne vajalik läbiviimiseks. Juhtivates materjalides on seevastu elektronide energiatase suurem kui nende juhtivuse tekkimiseks vajalik minimaalne energia.
Energiakogus eraldab elektrone, mida saab läbi viia, ja neid, mis seda ei saa. Seda energiat nimetatakse lõhe. Isolatsioonimaterjalides on lõhe see on väga suur ja seetõttu on vaja rakendada sellele suur hulk energiat, nii et selle elektronid liiguksid ühest punktist teise. Mis puutub juhtivatesse materjalidesse, siis lõhe energia on null või väga väike, nii et elektronid saavad selle sees hõlpsasti ringi liikuda.
Sellistes materjalides nagu kumm on lõhe energia väga kõrge
Juhtivad materjalid
Juhtivatel materjalidel on ühine omadus: nende kaudu juhitakse kergesti elektrivoolu. Selle põhijooned on lisaks madalale ka vabade elektronide rohkus elektrilised takistused.
Kui elektrilised materjalid on elektriliselt laetud, ilma laenguteta, ütleme, et need on sees tasakaalelektrostaatiline. Selles olekus hõivavad elektronid materjali välimised kihid, paigutudes oma ainuüksi selle pinnale nende laengute vahelise tõrjumise ja suure liikuvuse tõttu.
Vaadake ka: Coulombi seadus
→ Näide elektrijuhtmetest
Üldiselt on metallid head elektrijuhid ja seetõttu kasutatakse neid laialdaselt elektrivoolu edastamisel, elektriskeemides ja elektroonikaseadmetes. Lisaks metallidele võimaldavad mõned soolad vedelas keskkonnas lahustatuna tekitada ka elektrivoolusid. Tutvuge juhtivate materjalide näidetega:
Vask
Alumiinium
Kuld
Hõbe
Alumiinium on näide elektrijuhtivast materjalist.
Isolatsioonimaterjalid
Sina isoleermaterjalid need pakuvad vastupanu elektrivoolu läbipääsule ja seetõttu kasutatakse neid laialdaselt selle läbipääsu blokeerimiseks. Elektriliselt laetuna „lõksutavad“ need materjalid endas olevad laengud. Mõned isoleermaterjalid võivad olla polariseeritud, see tähendab tugevusega kokkupuutel elektriväli väline, moodustab oma sisemuses vastupidise elektrivälja, muutes elektrivoolude tekke veelgi keerulisemaks. Isolatsioonimaterjale, mis suudavad sellist käitumist avaldada, nimetatakse dielektrikaks ja neid kasutatakse laialdaselt kondensaatorid, näiteks.
Vaadake ka:Elektriväli
→ Isolaatorite näited
Isolaatorid on tugevalt vastu koormuste liikumisele ja seetõttu kasutatakse neid pindade soojustamiseks kokkupuudet, vältides elektrilöögiga juhtunud õnnetusi või vähendades juhe juhtmete energiakadu. Vaadake isoleermaterjalide näiteid:
Kumm
Plastik
Klaas
Keraamika
Mootorites ja vooluringides kasutatavad vasktraadid saavad isolatsioonilakikihi.
Kas isolaatorist saab dirigent?
Eritingimustes, nagu näiteks kõrge temperatuur, mehaaniline pinge või suured potentsiaalsed erinevused, muutuvad isoleermaterjalid juhtivaks. Kui see juhtub, põhjustab neid läbiv elektrivool tavaliselt tänu sellele palju kütmist Joule-efekti, see on elektronide ja aatomite kokkupõrgete tõttu, mis moodustavad materjali küsimus.
Dielektrilise tugevuse lagunemise lihtsaim näide on kiirte moodustumine: elektriväli, mis moodustub laetud pilved ja maa on nii suur, et õhk ioniseerub, võimaldades elektronidel hüpata aatomilt aatomile. Kuid isegi elektrivoolu juhtimise korral muutub õhk pärast atmosfäärist väljumist taas isoleerivaks keskkonnaks.
Vaadake ka:Mis on elektrostaatiline varjestus?
Juhtmete ja isolaatorite kokkuvõte
Juhtivad materjalid, näiteks hõbe ja vask, pakuvad elektrivoolu läbipääsule vähe vastupanu;
Juhtivates materjalides on suur hulk aatomi tuumadega lõdvalt seotud „vabu” elektrone, mida nimetatakse juhtivateks elektronideks;
Isolatsioonimaterjalid, näiteks klaas, kumm või keraamika, pakuvad suurt vastupidavust elektrivoolu läbipääsule;
Isolatsioonimaterjalidel on vähenenud elektronide arv ja enamik neist on tihedalt seotud nende tuumadega.
Minu poolt. Rafael Helerbrock
