Haluatko ymmärtää erot johtavien ja eristävien materiaalien välillä? Joten tämä teksti on sinulle. Tarkista!
Kapellimestarit ovat materiaaleja, jotka mahdollistavat sähkövaraus sen sisällä hyvin helposti. Näissä materiaaleissa on suuri määrä elektronit ilmainen, joka voidaan suorittaa, kun sovellamme niihin potentiaalista eroa. Metallit, kuten kupari, platina ja kulta, ovat hyviä johtimia.
Materiaalit eristimet ovat niitä, jotka vastustavat suuresti sähkövarausten kulkua. Näissä materiaaleissa elektronit ovat yleensä voimakkaasti sitoutuneet atomituumiin, eikä niitä siksi ole helppo johtaa. Materiaalit, kuten kumi, silikoni, lasi ja keramiikka, ovat hyviä esimerkkejä eristimistä.
Johtavuus x vastus
Fyysinen ominaisuus, joka osoittaa, onko materiaali johdin vai eristin, on sen fyysinen ominaisuus resistiivisyys, joka tunnetaan myös nimellä ominaisresistenssi. Resistiivisyys, jonka symboli on ρ, mitataan Ω.m, kansainvälisen yksikköjärjestelmän mukaan. Resistiivisyyden lisäksi on suuruutta johtavuus
, merkitty symbolilla σ, materiaalin johtokyky on käänteinen sen resistanssista, toisin sanoen:
Johtavuus ja resistanssi ovat kääntäen verrannollisia suuruuksia.
Johtavuus ja resistiivisyys ovat kääntäen verrannollisia määriä, toisin sanoen jos materiaalilla on suuri resistanssi, sen johtavuus on pieni ja päinvastoin. Samoin olosuhteissa johtavalla materiaalilla ei ole eristemateriaalien ominaisuuksia. Johtokyvyn mittayksikkö on Ω-1.m-1.
Klassisen fysiikan mukaan materiaalin resistiivisyys voidaan laskea käyttämällä mikroskooppisia ja perustavanlaatuisempia määriä, kuten veloittaa ja pasta elektronien lisäksi kahden suuren määrän, joilla on suuri merkitys materiaalien sähköisten ominaisuuksien tutkimiseen: o keskipitkä vapaa polku se on keskimääräinen vapaa-aika. Tällaiset selitykset ovat peräisin fyysisestä ajomallista, joka tunnetaan nimellä ruma malli.
Elektronien keskimääräinen vapaa polku viittaa etäisyyteen, jonka ne voidaan kuljettaa materiaalin sisällä törmäämättä siihen olevien atomien kanssa muodostavat materiaalin kiteisen rakenteen, kun taas keskimääräinen vapaa aika on aikaväli, jonka elektronit pystyvät kulkemaan vapaata polkua pitkin keskiverto. Johtavissa materiaaleissa sekä keskimääräinen vapaa reitti että keskimääräinen vapaa-aika ovat huomattavasti pidempiä kuin eristysmateriaaleissa, joissa elektronit eivät voi liikkua helposti.
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
Katso myös: sähkövaraus liikkeessä
Druden mallin mukaan elektronit liikkuvat (värisevät ja muuntuvat) johtavien materiaalien sisällä niiden lämpötilan, mutta myös sähköpotentiaalin vuoksi. Nopeus, jolla elektronit liikkuvat, on kuitenkin erittäin suuri, toisin kuin sinun. ajonopeus, joka on harvojen luokkaa senttimetriä tunnissa. Tämä tapahtuu, koska suurista nopeuksista liikkumisesta huolimatta elektronit törmäävät jatkuviin törmäyksiin materiaalin muodostavien atomien kanssa ja menettävät siten osan nopeudestaan.
Näiden törmäysten tuloksena oleva liike ei ole tyhjä, koska elektronit vetävät sähkövirta, mutta se on hyvin hidasta. Eristysmateriaaleissa puolestaan elektronien keskimääräinen vapaa polku on niin pieni, että ellei muodostu hyvin suurta potentiaalieroa, sähkövirtaa ei muodostu.
Miksi jotkut materiaalit ovat eristäviä ja toiset johtavia?
Tällä hetkellä materiaalien sähkövirran johtokyvyn selitys perustuu monimutkaisiin teoreettisiin argumentteihin, joihin liittyy aineen kvanttinäkökohtia. Tämän selityksen taustalla olevaa teoriaa kutsutaan teoriasisäänbändejä.
Kaistateorian mukaan eristävissä materiaaleissa elektronien energiatasot ovat alhaisemmat kuin vaaditut vähimmäistasot. Johtavissa materiaaleissa toisaalta elektronien energiatasot ovat suuremmat kuin vähimmäisenergia niiden johtumisen tapahtuessa.
Energiamäärä erottaa johtavat elektronit niistä, jotka eivät voi. Tätä energiaa kutsutaan aukko. Eristemateriaaleissa aukko se on erittäin suuri ja siksi on tarpeen käyttää siihen suuri määrä energiaa, jotta sen elektronit liikkuvat yhdestä pisteestä toiseen. Johtavien materiaalien osalta aukko energia on nolla tai hyvin pieni, joten elektronit voivat helposti liikkua sen sisällä.
Kumin kaltaisissa materiaaleissa rakoenergia on erittäin korkea
Johtavat materiaalit
Johtavilla materiaaleilla on yhteinen ominaisuus: sähkövirta johdetaan helposti niiden läpi. Sen pääpiirteet ovat vähäisten lisäksi runsaasti vapaita elektroneja sähköiset vastukset.
Kun sähkömateriaalit ovat sähköisesti ladattuja, ilman latauksia, sanomme niiden olevan saldosähköstaattinen. Tässä tilassa elektronit miehittävät materiaalin uloimmat kerrokset ja asettuvat yksinomaan sen pinnalle latausten välisen työnnön ja suuren liikkuvuuden vuoksi.
Katso myös: Coulombin laki
→ Esimerkki sähköjohtimista
Yleensä metallit ovat hyviä sähköjohtimia, ja siksi niitä käytetään laajalti sähkövirran siirtämisessä, sähköpiireissä ja elektronisissa laitteissa. Metallien lisäksi jotkut suolat, liuotettuna nestemäiseen väliaineeseen, mahdollistavat myös sähkövirtojen muodostumisen. Katso joitain esimerkkejä johtavista materiaaleista:
Kupari
Alumiini
Kulta
Hopea
Alumiini on esimerkki sähköä johtavasta materiaalista.
Eristemateriaalit
Sinä eristysmateriaalit ne tarjoavat vastustusta sähkövirran kulkemiseen ja siksi niitä käytetään laajalti estämään sen kulkua. Sähköisesti ladattuna nämä materiaalit “vangitsevat” sisällä olevat varaukset. Jotkut eristemateriaalit voidaan polarisoida, ts. Kun ne altistetaan vahvuudelle sähkökenttä ulkoinen, muodostaa sisäpuolestaan vastakkaisen sähkökentän, mikä tekee sähkövirtojen muodostumisesta vieläkin vaikeampaa. Eristysmateriaaleja, jotka pystyvät osoittamaan tällaista käyttäytymistä, kutsutaan dielektrikoiksi ja niitä käytetään laajalti kondensaattorit, esimerkiksi.
Katso myös:Sähkökenttä
→ Esimerkkejä eristeistä
Eristimet vastustavat voimakkaasti kuormien liikkumista ja niitä käytetään siksi pintojen eristämiseen välttää sähköiskujen aiheuttamat onnettomuudet tai vähentää johdinjohtojen energiahäviöitä. Katso joitain esimerkkejä eristemateriaaleista:
Kumi
Muovi
Lasi
Keramiikka
Kuparilangat, joita käytetään moottoreissa ja piireissä, saavat eristekerroksen.
Voiko eristeestä tulla johdin?
Erityisolosuhteissa, kuten korkeissa lämpötiloissa, mekaanisessa rasituksessa tai suurissa potentiaalieroissa, eristemateriaalit muuttuvat johtaviksi. Kun näin tapahtuu, niiden läpi kulkeva sähkövirta aiheuttaa yleensä paljon lämmitystä johtuen Joule-vaikutuksesta, ts. elektronien ja atomien, jotka muodostavat materiaalin, törmäyksistä kysymys.
Yksinkertaisin esimerkki dielektrisen voimakkuuden hajoamisesta on säteiden muodostuminen: sähkökenttä, joka muodostuu varautuneet pilvet ja maa on niin suuri, että ilma ionisoituu, jolloin elektronit voivat pomppia atomista atomiin. Vaikka kyky johtaa sähkövirtaa, ilmasta tulee taas eristävä väliaine ilmakehän purkautumisen jälkeen.
Katso myös:Mikä on sähköstaattinen suojaus?
Yhteenveto johtimista ja eristeistä
Johtavat materiaalit, kuten hopea ja kupari, tarjoavat vähän vastustusta sähkövirran kulkemiseen;
Johtavissa materiaaleissa on suuri määrä "vapaita" elektroneja, jotka ovat löyhästi sitoutuneet atomiatumiin, joita kutsutaan johtaviksi elektroneiksi;
Eristemateriaalit, kuten lasi, kumi tai keramiikka, kestävät hyvin sähkövirtaa;
Eristemateriaaleilla on pienempi määrä elektroneja ja suurin osa niistä on tiukasti sitoutunut ytimiinsä.
Minun luona. Rafael Helerbrock
