Nori suprasti laidžių ir izoliuojančių medžiagų skirtumai? Taigi šis tekstas skirtas jums. Patikrinkite!
Dirigentai yra medžiagos, leidžiančios judėti elektros krūviai jo viduje labai lengvai. Šios medžiagos turi didelį kiekį elektronai nemokama, kuri gali būti atliekama, kai pritaikysime jiems potencialų skirtumą. Tokie metalai kaip varis, platina ir auksas yra geri laidininkai.
Medžiagos izoliatoriai yra tie, kurie labai priešinasi elektrinių krūvių praleidimui. Šiose medžiagose elektronai apskritai yra stipriai surišti su atomo branduoliais ir todėl nėra lengvai valdomi. Tokios medžiagos kaip guma, silikonas, stiklas ir keramika yra geri izoliatorių pavyzdžiai.
Laidumas x atsparumas
Fizinė savybė, nurodanti, ar medžiaga yra laidininkas, ar izoliatorius, yra jos savybė atsparumas, taip pat žinomas kaip specifinis atsparumas. Varža, kurios simbolis yra ρ, matuojamas Ω.m, pagal Tarptautinę vienetų sistemą. Be atsparumo, yra ir didybė laidumas, žymimas simboliu σ, medžiagos laidumas yra atvirkštinis jos atsparumas, tai yra:
Laidumas ir varža yra atvirkščiai proporcingi dydžiai.
Laidumas ir atsparumas yra atvirkščiai proporcingi dydžiai, tai yra, jei medžiaga turi didelę varžą, jos laidumas yra mažas ir atvirkščiai. Taip pat, esant toms pačioms sąlygoms, laidžioji medžiaga neturi izoliacinių medžiagų savybių. Laidumo matavimo vienetas yra Ω-1.m-1.
Pagal klasikinę fiziką medžiagos atsparumą galima apskaičiuoti naudojant mikroskopinius ir pagrindinius dydžius, tokius kaip mokestis ir makaronai elektronų, be dviejų medžiagų elektrinių savybių tyrimui labai svarbių dydžių: o vidutinis laisvas kelias tai vidutinis laisvas laikas. Tokie paaiškinimai gaunami iš fizinio vairavimo modelio, žinomo kaip grubus modelis.
Vidutinis laisvasis elektronų kelias nurodo atstumą, kurį jie gali pernešti medžiagos viduje, nesusidūrę su atomais sudaro kristalinę medžiagos struktūrą, o vidutinis laisvas laikas yra laiko intervalas, kurį elektronai gali keliauti laisvu keliu vidutinis. Laidžiose medžiagose ir vidutinis laisvas kelias, ir vidutinis laisvas laikas yra žymiai ilgesni nei izoliacinėse medžiagose, kuriose elektronai negali lengvai judėti.
Nesustokite dabar... Po reklamos yra daugiau;)
Taip pat žiūrėkite: judantys elektriniai krūviai
Pagal Drude'o modelį elektronai juda (vibruoja ir verčiasi) laidžių medžiagų viduje dėl savo temperatūros, bet ir dėl elektrinio potencialo taikymo. Tačiau elektronų judėjimo greitis yra nepaprastai didelis, skirtingai nei jūsų. važiavimo greitis, kuris yra nedaugelio eilės centimetrų per valandą. Taip atsitinka todėl, kad, nepaisant judėjimo dideliu greičiu, elektronai nuolat susiduria su atomais, kurie sudaro medžiagą, taigi praranda dalį greičio.
Šių susidūrimų rezultatas nėra nulinis, nes elektronai traukiasi elektros srovė, tačiau jis yra labai lėtas. Kita vertus, izoliacinėse medžiagose vidutinis elektronų laisvas kelias yra toks mažas, kad, išskyrus atvejus, kai taikomas labai didelis potencialų skirtumas, nesusidaro elektros srovė.
Kodėl vienos medžiagos izoliuoja, o kitos laidžios?
Šiuo metu medžiagų elektros srovės laidumo gebos paaiškinimas grindžiamas sudėtingais teoriniais argumentais, apimančiais medžiagos kvantinius aspektus. Vadinama šio paaiškinimo teorija teorijaįjuostos.
Remiantis juostos teorija, izoliuojančiose medžiagose elektronų energijos lygis yra mažesnis už minimalų, būtiną atlikti. Kita vertus, laidžiose medžiagose elektronų energijos lygis yra didesnis už mažiausią jų laidumui atsirasti.
Energijos kiekis atskiria elektronus, kuriuos galima praleisti, nuo tų, kurie negali. Ši energija vadinama spraga. Izoliacinėse medžiagose spraga jis yra labai didelis, todėl reikia skirti jam daug energijos, kad jo elektronai judėtų iš vieno taško į kitą. Kalbant apie laidžiąsias medžiagas, spraga energijos yra nulis arba labai mažas, todėl elektronai gali lengvai judėti jos viduje.
Tokių medžiagų kaip guma tarpo energija yra labai didelė
Laidžios medžiagos
Laidžiosioms medžiagoms būdinga bendra savybė: per jas lengvai praleidžiama elektros srovė. Pagrindiniai jo bruožai yra laisvųjų elektronų gausa, be to, mažai elektrinės varžos.
Kai elektrinės medžiagos yra įkraunamos elektra, be krovinių, mes sakome, kad jos yra pusiausvyraelektrostatinis. Esant tokiai būklei, elektronai užima atokiausius medžiagos sluoksnius, išsidėstę išskirtinai ant jos paviršiaus, dėl atstumimo tarp jų krūvių ir didelio judrumo.
Taip pat žiūrėkite: Kulono įstatymas
→ Elektros laidininkų pavyzdys
Apskritai metalai yra geri elektros laidininkai, todėl yra plačiai naudojami perduodant elektros srovę, elektros grandinėse ir elektroniniuose prietaisuose. Be metalų, kai kurios druskos, ištirpusios skystose terpėse, taip pat leidžia susidaryti elektros srovėms. Peržiūrėkite keletą laidžių medžiagų pavyzdžių:
Varis
Aliuminis
Auksas
sidabras
Aliuminis yra elektrai laidžios medžiagos pavyzdys.
Izoliacinės medžiagos
Tu izoliacinės medžiagos jie pasižymi atsparumu praeinant elektros srovei, todėl yra plačiai naudojami blokuoti jo praėjimą. Kraunamos elektra, šios medžiagos „sulaiko“ jose esančius krūvius. Kai kurios izoliacinės medžiagos gali būti poliarizuotos, tai yra, veikiamos stiprios medžiagos elektrinis laukas išorinis, formuoja savo viduje priešingą elektrinį lauką, dar labiau apsunkinantis elektros srovių susidarymą. Izoliacinės medžiagos, galinčios parodyti tokį elgesį, vadinamos dielektrikais ir yra plačiai naudojamos kondensatoriai, pavyzdžiui.
Taip pat žiūrėkite:Elektrinis laukas
→ Izoliatorių pavyzdžiai
Izoliatoriai griežtai priešinasi krovinių judėjimui, todėl naudojami paviršių izoliacijai sąlyčio, išvengiant avarijų su elektros smūgiais arba sumažinant energijos nuostolius laidininkų laiduose. Peržiūrėkite keletą izoliacinių medžiagų pavyzdžių:
Guma
Plastmasinis
Stiklas
Keramika
Vario laidai, naudojami varikliuose ir grandinėse, gauna izoliacinio lako sluoksnį.
Ar izoliatorius gali tapti laidininku?
Esant ypatingoms sąlygoms, tokioms kaip aukšta temperatūra, mechaninis įtempis ar didžiuliai potencialūs skirtumai, izoliacinės medžiagos tampa laidžios. Kai taip atsitinka, dėl jų praeinanti elektros srovė dažniausiai sukelia didelį šildymą Joule efekto, tai yra dėl elektronų ir atomų, sudarančių medžiagą, susidūrimo klausimas.
Paprasčiausias dielektrinės jėgos suskaidymo pavyzdys yra spindulių susidarymas: elektrinis laukas, kuris susidaro tarp įkrautų debesų ir žemė yra tokia didelė, kad oras tampa jonizuotas, todėl elektronai gali atšokti nuo atomo iki atomo. Tačiau net sugebėdamas praleisti elektros srovę, oras po atmosferos išlydžio vėl tampa izoliacine terpe.
Taip pat žiūrėkite:Kas yra elektrostatinis ekranavimas?
Laidininkų ir izoliatorių santrauka
Laidžios medžiagos, tokios kaip sidabras ir varis, mažai atspari elektros srovės prasiskverbimui;
Laidžiosios medžiagos turi daug „laisvųjų“ elektronų, laisvai sujungtų su atomo branduoliais, vadinamais laidumo elektronais;
Izoliacinės medžiagos, tokios kaip stiklas, guma ar keramika, pasižymi dideliu atsparumu praeinančiai elektros srovei;
Izoliacinėse medžiagose yra sumažėjęs elektronų skaičius ir dauguma jų yra tvirtai surišti su savo branduoliais.
Mano. Rafaelis Helerbrockas
