Želite razumjeti razlike između vodljivih i izolacijskih materijala? Dakle, ovaj je tekst za vas. Provjeri!
Dirigenti su materijali koji omogućuju kretanje električni naboji unutar nje s velikom lakoćom. Ti materijali imaju veliku količinu elektroni besplatno, koje se mogu provesti kada na njih primijenimo potencijalnu razliku. Metali poput bakra, platine i zlata dobri su provodnici.
Materijali izolatori su oni koji pružaju veliko protivljenje prolasku električnih naboja. U tim su materijalima elektroni općenito čvrsto vezani za atomske jezgre i stoga ih nije lako provesti. Materijali poput gume, silikona, stakla i keramike dobri su primjeri izolatora.
Vodljivost x Otpornost
Fizičko svojstvo koje pokazuje je li materijal provodnik ili je izolator njegovo otpornost, poznat i kao specifični otpor. Otpornost, čiji je simbol ρ, mjeri se u Ω.m, prema Međunarodnom sustavu jedinica. Uz otpor, postoji i veličina provodljivost, označeno simbolom σ, provodljivost materijala je obrnuta od njegove otpornosti, to jest:
Vodljivost i otpornost su obrnuto proporcionalne veličine.
Provodljivost i otpornost su obrnuto proporcionalne veličine, odnosno ako materijal ima visoku otpornost, njegova je vodljivost mala i obrnuto. Isto tako, pod istim uvjetima, vodljivi materijal nema svojstva izolacijskih materijala. Jedinica mjere vodljivosti je Ω-1.m-1.
Prema klasičnoj fizici, otpor materijala može se izračunati pomoću mikroskopskih i temeljnijih veličina, kao što je naplatiti i tjestenina elektrona, uz dvije veličine od velike važnosti za proučavanje električnih svojstava materijala: o srednje slobodan put to je prosječno slobodno vrijeme. Takva objašnjenja dolaze iz fizičkog modela vožnje poznatog kao drude model.
Srednji slobodni put elektrona odnosi se na udaljenost koju mogu provesti unutar materijala bez sudaranja s atomima koji čine kristalnu strukturu materijala, dok je prosječno slobodno vrijeme vremenski interval kroz koji su elektroni u stanju putovati duž slobodnog puta prosječno. U provodnim materijalima i srednji slobodni put i srednje slobodno vrijeme znatno su duži nego u izolacijskim materijalima, u kojima se elektroni ne mogu lako kretati.
Ne zaustavljaj se sada... Ima još toga nakon oglašavanja;)
Pogledajte i: električni naboji u pokretu
Prema Drudeovom modelu, elektroni se kreću (vibriraju i prevode) unutar provodnih materijala, zbog svoje temperature, ali i zbog primjene električnog potencijala. Međutim, brzina kojom se elektroni kreću je izuzetno velika, za razliku od vaše. brzina vožnje, što je reda malobrojnih centimetara na sat. To se događa jer, unatoč kretanju velikim brzinama, elektroni trpe stalne sudare s atomima koji čine materijal, gubeći tako dio svoje brzine.
Rezultirajuće kretanje tih sudara nije nulo, jer se elektroni vuku u smjeru električna struja, međutim vrlo je sporo. S druge strane, u izolacijskim materijalima srednji slobodni put elektrona je toliko mali da se, osim ako se primijeni vrlo velika razlika potencijala, ne stvara električna struja.
Zašto su neki materijali izolacijski, a drugi vodljivi?
Trenutno se objašnjenje provodljivosti električne struje materijala temelji na složenim teorijskim argumentima koji uključuju kvantne aspekte materije. Nazvana je teorija koja stoji iza ovog objašnjenja teorijaubendova.
Prema teoriji opsega, u izolacijskim materijalima elektroni imaju razinu energije ispod minimuma potrebnog za provođenje. S druge strane, u vodljivim materijalima elektroni imaju razinu energije veću od minimalne energije da bi se moglo provoditi.
Količina energije razdvaja elektrone koji se mogu provoditi od onih koji ne mogu. Ova energija se naziva jaz. U izolacijskim materijalima, jaz vrlo je velik i stoga je na njega potrebno primijeniti veliku količinu energije kako bi se njegovi elektroni premještali iz jedne točke u drugu. Što se tiče vodljivih materijala, jaz energije je nula ili vrlo mala, pa se elektroni mogu lako kretati unutar nje.
U materijalima poput gume, energija praznine je vrlo velika
Vodljivi materijali
Vodljivi materijali dijele zajedničku karakteristiku: kroz njih se lako provodi električna struja. Njegove su glavne značajke obilje slobodnih elektrona, uz niske električni otpori.
Kad se električni materijali naelektriziraju, a ne nose naboje, kažemo da su unutra ravnotežaelektrostatički. U ovom stanju, elektroni zauzimaju najudaljenije slojeve materijala, postavljajući se isključivo na njegovu površinu, zbog odbijanja između njihovih naboja i njihove velike pokretljivosti.
Pogledajte i: Coulombov zakon
→ Primjer električnih vodiča
Općenito, metali su dobri električni vodiči i stoga se široko koriste u prijenosu električne struje, u električnim krugovima i u elektroničkim uređajima. Osim metala, neke soli, kada se otope u tekućim medijima, omogućuju i stvaranje električnih struja. Pogledajte nekoliko primjera vodljivih materijala:
Bakar
Aluminij
Zlato
Srebro
Aluminij je primjer električno vodljivog materijala.
Izolacijski materijali
Vas izolacijski materijali pružaju otpor prolazu električne struje i stoga se naširoko koriste za blokiranje njenog prolaska. Kada se naelektriziraju, ti materijali "zarobljavaju" naboje u sebi. Neki izolacijski materijali mogu se polarizirati, odnosno kada su izloženi jakom utjecaju električno polje vanjski, čine u svojoj unutrašnjosti suprotno električno polje, čineći stvaranje električnih struja još težim. Izolacijski materijali koji mogu pokazivati takvo ponašanje nazivaju se dielektricima i široko se koriste u kondenzatori, na primjer.
Pogledajte i:Električno polje
→ Primjeri izolatora
Izolatori se snažno protive kretanju tereta i stoga se koriste za izolaciju površina kontakta, izbjegavajući nesreće s električnim udarom ili smanjujući gubitke energije u žicama vodiča. Pogledajte neke primjere izolacijskih materijala:
Guma
Plastika
Staklo
Keramika
Bakrene žice, koje se koriste u motorima i krugovima, dobivaju sloj izolacijskog laka.
Može li izolator postati vodič?
U posebnim uvjetima, kao što su visoke temperature, mehaničko naprezanje ili velike potencijalne razlike, izolacijski materijali postaju vodljivi. Kada se to dogodi, električna struja koja prolazi kroz njih obično uzrokuje veliko zagrijavanje zbog Jouleova efekta, odnosno zbog sudara između elektrona i atoma koji čine materijal u pitanje.
Najjednostavniji primjer raspada dielektrične čvrstoće je nastanak zraka: električnog polja koje nastaje između nabijeni oblaci i tlo je toliko veliko da zrak postaje ioniziran, omogućujući elektronima da se odbijaju od atoma do atoma. Međutim, čak i kad je sposoban provoditi električnu struju, zrak nakon atmosferskog pražnjenja ponovno postaje izolacijski medij.
Pogledajte i:Što je elektrostatičko oklopljenje?
Sažetak o vodičima i izolatorima
Vodljivi materijali, poput srebra i bakra, pružaju mali otpor prolasku električne struje;
Vodljivi materijali imaju velik broj "slobodnih" elektrona, labavo vezanih za atomske jezgre, zvane provodni elektroni;
Izolacijski materijali, poput stakla, gume ili keramike, pružaju veliku otpornost na prolazak električne struje;
Izolacijski materijali imaju smanjeni broj elektrona i većina ih je čvrsto vezana za svoje jezgre.
Ja, Rafael Helerbrock
