Szeretné megérteni a vezetőképes és szigetelő anyagok közötti különbségek? Tehát ez a szöveg neked szól. Nézd meg!
Vezetők olyan anyagok, amelyek lehetővé teszik a elektromos töltések benne nagy könnyedséggel. Ezek az anyagok nagy mennyiségben tartalmaznak elektronok ingyenes, ami akkor hajtható végre, ha potenciális különbséget alkalmazunk rájuk. Az olyan fémek, mint a réz, a platina és az arany, jó vezetők.
Az anyagok szigetelők azok, amelyek nagy ellenállást tanúsítanak az elektromos töltések áthaladásával szemben. Ezekben az anyagokban az elektronok általában erősen kötődnek az atommagokhoz, ezért nem könnyen vezethetők. Az olyan anyagok, mint a gumi, szilikon, üveg és kerámia, jó példák a szigetelőkre.
Vezetőképesség x ellenállás
Az a fizikai tulajdonság, amely jelzi, hogy egy anyag vezető vagy szigetelő-e ellenállás, más néven specifikus ellenállás. Az ellenállás, amelynek szimbóluma a ρ, mértékegysége: Ω.m, az egységek nemzetközi rendszere szerint. Az ellenállás mellett van nagyszerűség is
vezetőképesség, amelyet szimbólum jelöl σ, az anyag vezetőképessége az ellenállásának fordítottja, vagyis:
A vezetőképesség és az ellenállás fordítottan arányos mennyiségek.
Vezetőképesség és ellenállás fordítottan arányos mennyiségek, vagyis ha egy anyagnak nagy a ellenállása, akkor vezetőképessége alacsony és fordítva. Hasonlóképpen, ugyanazon feltételek mellett, a vezető anyagnak nincsenek a szigetelő anyagok jellemzői. A vezetőképesség mértékegysége az Ω-1.m-1.
A klasszikus fizika szerint az anyag ellenállása mikroszkopikus és alapvetőbb mennyiségek, például a díj és a tészta elektronok mennyisége, az anyagok elektromos tulajdonságainak tanulmányozása szempontjából két nagy jelentőségű mennyiség mellett: o közepes szabad út ez a átlagos szabadidő. Az ilyen magyarázatok a vezetés fizikai modelljéből származnak durva modell.
Az elektronok átlagos szabad útja arra a távolságra vonatkozik, amelyet az anyag belsejében el lehet vinni anélkül, hogy ütköznének az atomokkal az anyag kristályszerkezetét alkotja, míg az átlagos szabad idő az az időintervallum, amelyet az elektronok képesek haladni a szabad úton átlagos. Vezetőképes anyagokban az átlagos szabad út és az átlagos szabadidő is lényegesen hosszabb, mint a szigetelő anyagokban, amelyekben az elektronok nem tudnak könnyen mozogni.
Ne álljon meg most... A reklám után még több van;)
Lásd még: elektromos töltések mozgásban
Drude modellje szerint az elektronok mozognak (rezegnek és transzlálódnak) a vezető anyagok belsejében, hőmérsékletük, de elektromos potenciáljuk miatt is. Az elektronok mozgásának sebessége azonban rendkívül nagy, ellentétben a tiéddel. menetsebesség, amely kevés nagyságrendű centiméter óránként. Ez azért történik, mert a nagy sebességgel történő mozgás ellenére az elektronok állandó ütközést szenvednek az anyagot alkotó atomokkal, így elveszítik sebességük egy részét.
Ezeknek az ütközéseknek a létrejövő mozgása nem nulla, mivel az elektronok a elektromos áramazonban nagyon lassú. A szigetelőanyagokban viszont az elektronok átlagos szabad útja olyan kicsi, hogy ha nagyon nagy potenciálkülönbséget nem alkalmaznak, nem keletkezik elektromos áram.
Miért egyes anyagok szigetelőek, mások vezetőképesek?
Jelenleg az anyagok elektromos áramvezetési képességének magyarázata komplex elméleti érveken alapul, amelyek az anyag kvantum szempontjait tartalmazzák. A magyarázat mögött meghúzódó elméletet nevezzük elméletban benzenekarok.
A sávelmélet szerint a hőszigetelő anyagokban az elektronok energiaszintje a vezetéshez szükséges minimum alatt van. A vezetőképes anyagokban viszont az elektronok energiaszintje meghaladja a vezetésük minimális energiáját.
Energiamennyiség választja el a vezethető elektronokat a nem képesektől. Ezt az energiát hívják rés. Szigetelő anyagokban a rés nagyon nagy, ezért nagy mennyiségű energiát kell alkalmazni rá, hogy elektronjai egyik pontról a másikra mozogjanak. Ami a vezető anyagokat illeti, a rés energia nulla vagy nagyon kicsi, így az elektronok könnyen mozoghatnak benne.
Az olyan anyagokban, mint a gumi, a rés energiája nagyon magas
Vezető anyagok
A vezetőképes anyagok közös tulajdonsággal rendelkeznek: az elektromos áram könnyen vezethető rajtuk keresztül. Fő jellemzői a szabad elektronok bősége, az alacsony mellett elektromos ellenállások.
Ha az elektromos anyagok elektromos töltés alatt vannak, töltés nélkül, akkor azt mondjuk, hogy vannak egyensúlyelektrosztatikus. Ebben az állapotban az elektronok elfoglalják az anyag legkülső rétegeit, kizárólag a felületén helyezkednek el, a töltéseik közötti taszítás és nagy mozgékonyságuk miatt.
Lásd még: Coulomb-törvény
→ Példa elektromos vezetőkre
Általában a fémek jó elektromos vezetők, ezért széles körben használják őket az elektromos áram továbbításában, az elektromos áramkörökben és az elektronikus eszközökben. A fémek mellett egyes sók, ha folyékony közegben oldják, lehetővé teszik az elektromos áramok kialakulását is. Nézzen meg néhány példát vezetőképes anyagokra:
Réz
Alumínium
Arany
Ezüst
Az alumínium az elektromosan vezető anyag példája.
Szigetelő anyagok
Ön szigetelő anyagok ellenállást nyújtanak az elektromos áram áthaladásával szemben, ezért széles körben használják az átjárás blokkolására. Elektromos töltés esetén ezek az anyagok „befogják” a bennük levő töltéseket. Egyes szigetelőanyagok polarizálódhatnak, vagyis erős anyagnak vannak kitéve elektromos mező külső, belső oldalán ellentétes elektromos teret képez, ami még nehezebbé teszi az elektromos áramok kialakulását. Az ilyen viselkedésre képes szigetelő anyagokat dielektrikumnak nevezzük, és széles körben alkalmazzák kondenzátorok, például.
Lásd még:Elektromos mező
→ Példák a szigetelőkre
A szigetelők határozottan ellenzik a terhelések mozgását, ezért a felületek szigetelésére szolgálnak érintkezésbe kerülve az áramütés okozta baleseteket vagy csökkentve a vezető vezetékekben keletkező energiaveszteségeket Nézzen meg néhány példát a szigetelő anyagokra:
Radír
Műanyag
Üveg
Kerámia
A motorokban és áramkörökben használt rézhuzalok egy réteg szigetelő lakkot kapnak.
Lehet-e a szigetelőből vezető?
Különleges körülmények között, mint például magas hőmérséklet, mechanikai igénybevétel vagy hatalmas potenciális különbségek, a szigetelőanyagok vezetőképessé válnak. Amikor ez megtörténik, a rajtuk áthaladó elektromos áram miatt általában nagy a fűtés a Joule-effektus, vagyis a benne anyagot alkotó elektronok és atomok ütközése miatt kérdés.
A dielektromos szilárdság lebontásának legegyszerűbb példája a sugarak képződése: az elektromos mező, amely a a töltött felhők és a talaj olyan nagy, hogy a levegő ionizálódik, így az elektronok atomról atomra ugrálhatnak. Ugyanakkor, még ha elektromos áramot is képes vezetni, a légköri kisülés után a levegő ismét szigetelő közeggé válik.
Lásd még:Mi az elektrosztatikus árnyékolás?
Összefoglalás a vezetőkről és a szigetelőkről
A vezetőképes anyagok, mint például az ezüst és a réz, kevés ellenállást mutatnak az elektromos áram áthaladásával szemben;
A vezetőképes anyagokban nagyszámú „szabad” elektron található, amelyek lazán kötődnek az atommagokhoz, úgynevezett vezető elektronok;
A szigetelőanyagok, mint például üveg, gumi vagy kerámia, nagy ellenállást mutatnak az elektromos áram áthaladásával szemben;
A szigetelőanyagoknak csökkent az elektronszámuk, és a legtöbbjük szorosan kötődik az atommagjukhoz.
Általam. Rafael Helerbrock
