Vēlaties saprast vadošo un izolējošo materiālu atšķirības? Tātad šis teksts ir domāts jums. Pārbaudiet!
Diriģenti ir materiāli, kas ļauj pārvietoties elektriskie lādiņi tā iekšpusē ar lielu vieglumu. Šiem materiāliem ir liels daudzums elektroni bezmaksas, ko var veikt, kad mēs viņiem piemērojam potenciālu atšķirību. Metāli, piemēram, varš, platīns un zelts, ir labi vadītāji.
Materiāli izolatori ir tie, kas ļoti iebilst pret elektrisko lādiņu pāreju. Šajos materiālos elektroni parasti ir stipri saistīti ar atomu kodoliem, un tāpēc tie nav viegli vadāmi. Labi izolatoru piemēri ir tādi materiāli kā gumija, silikons, stikls un keramika.
Vadītspēja x pretestība
Fiziskā īpašība, kas norāda, vai materiāls ir vadītājs vai izolators, ir tā īpašība pretestība, kas pazīstams arī kā specifiska pretestība. Pretestība, kuras simbols ir ρ, mēra Ω.m, saskaņā ar Starptautisko mērvienību sistēmu. Papildus pretestībai ir arī varenība vadītspēja, ko apzīmē ar simbolu σ, materiāla vadītspēja ir tā pretestības apgrieztā vērtība, tas ir:
Vadītspēja un pretestība ir apgriezti proporcionāli lielumi.
Vadītspēja un pretestība ir apgriezti proporcionāli lielumi, tas ir, ja materiālam ir augsta pretestība, tā vadītspēja ir zema un otrādi. Tāpat, ņemot vērā vienādus apstākļus, vadošam materiālam nav izolācijas materiālu īpašību. Vadītspējas mērvienība ir Ω-1.m-1.
Saskaņā ar klasisko fiziku materiāla pretestību var aprēķināt, izmantojot mikroskopiskus un fundamentālākus lielumus, piemēram, maksas un makaroni elektronu, papildus diviem lielumiem, kas ir ļoti svarīgi materiālu elektrisko īpašību izpētei: o vidēji brīvs ceļš tas ir vidējais brīvais laiks. Šādi paskaidrojumi nāk no braukšanas fiziskā modeļa, kas pazīstams kā nepieklājīgs modelis.
Vidējais elektronu brīvais ceļš attiecas uz attālumu, ko tie var nēsāt materiāla iekšpusē, nesaduroties ar tiem atomiem veido materiāla kristāla struktūru, bet vidējais brīvais laiks ir laika intervāls, kurā elektroni spēj pārvietoties pa brīvo ceļu vidēji. Vadošos materiālos gan vidējais brīvais ceļš, gan vidējais brīvais laiks ir ievērojami garāki nekā izolācijas materiālos, kuros elektroni nevar viegli pārvietoties.
Nepārtrauciet tūlīt... Pēc reklāmas ir vairāk;)
Skatīt arī: elektriskie lādiņi kustībā
Saskaņā ar Drude modeli elektroni pārvietojas (vibrē un pārveidojas) vadošo materiālu iekšpusē to temperatūras dēļ, bet arī elektriskā potenciāla pielietošanas dēļ. Elektronu kustības ātrums tomēr ir ārkārtīgi liels, atšķirībā no jūsu. braukšanas ātrums, kas ir dažu kārtā centimetri stundā. Tas notiek tāpēc, ka, neskatoties uz pārvietošanos lielā ātrumā, elektroni cieš pastāvīgas sadursmes ar atomiem, kas veido materiālu, tādējādi zaudējot daļu no ātruma.
Rezultātā šo sadursmju kustība nav nulle, jo elektroni velkas elektriskā strāva, tomēr tas ir ļoti lēns. Savukārt izolācijas materiālos elektronu vidējais brīvais ceļš ir tik mazs, ka, ja vien netiek pielietota ļoti liela potenciāla starpība, neveidojas elektriskā strāva.
Kāpēc daži materiāli ir izolējoši un citi vadoši?
Pašlaik materiālu elektriskās strāvas vadītspējas skaidrojums ir balstīts uz sarežģītiem teorētiskiem argumentiem, kas ietver vielas kvantu aspektus. Tiek saukta šī skaidrojuma teorija teorijaiekšājoslas.
Saskaņā ar joslu teoriju, izolācijas materiālos elektronu enerģijas līmenis ir zemāks par minimālo, kas nepieciešams vadīšanai. Savukārt vadošos materiālos elektronu enerģijas līmenis ir lielāks par minimālo enerģiju, lai to vadīšana notiktu.
Enerģijas daudzums atdala elektronus, kurus var vadīt, no tiem, kas to nevar. Šo enerģiju sauc plaisa. Izolācijas materiālos plaisa tas ir ļoti liels, un tāpēc tam jāpieliek liels enerģijas daudzums, lai tā elektroni pārvietotos no viena punkta uz otru. Kas attiecas uz vadošiem materiāliem, tad plaisa enerģijas ir nulle vai ļoti maza, tāpēc elektroni tās iekšienē var viegli pārvietoties.
Tādos materiālos kā gumija spraugas enerģija ir ļoti augsta
Vadošie materiāli
Vadošajiem materiāliem ir kopīga īpašība: caur tiem viegli tiek vadīta elektriskā strāva. Tās galvenās iezīmes ir brīvo elektronu pārpilnība, papildus zemam elektriskās pretestības.
Kad elektriskie materiāli ir elektriski uzlādēti, nesot lādiņus, mēs sakām, ka tie ir iekšā līdzsvarselektrostatisks. Šajā stāvoklī elektroni aizņem materiāla visattālākos slāņus, izvietojoties tikai uz tā virsmas, pateicoties atgrūšanai starp to lādiņiem un lielo mobilitāti.
Skatīt arī: Kulona likums
→ Elektrisko vadītāju piemērs
Parasti metāli ir labi elektrības vadītāji, un tāpēc tos plaši izmanto elektriskās strāvas pārraidē, elektriskajās ķēdēs un elektroniskajās ierīcēs. Papildus metāliem daži sāļi, izšķīdināti šķidrā vidē, ļauj veidot arī elektriskās strāvas. Apskatiet dažus vadošu materiālu piemērus:
Varš
Alumīnijs
Zelts
Sudrabs
Alumīnijs ir elektriski vadoša materiāla piemērs.
Izolācijas materiāli
Jūs izolācijas materiāli tie piedāvā izturību pret elektriskās strāvas pāreju un tāpēc tiek plaši izmantoti, lai bloķētu tā pāreju. Elektriski uzlādējot, šie materiāli “aiztur” tajos esošos lādiņus. Daži izolācijas materiāli var būt polarizēti, tas ir, pakļauti stiprai iedarbībai elektriskais lauks ārējs, veido tā iekšpusē pretēju elektrisko lauku, padarot elektrisko strāvu veidošanos vēl grūtāku. Izolācijas materiālus, kas spēj izturēties pret šādu uzvedību, sauc par dielektriķiem, un tos plaši izmanto kondensatori, piemēram.
Skatīt arī:Elektriskais lauks
→ Izolatoru piemēri
Izolatori stingri iebilst pret slodžu kustību, un tāpēc tos izmanto virsmu izolācijai izvairoties no negadījumiem ar elektrošoku vai samazinot enerģijas zudumus vadītāju vados. Apskatiet dažus izolācijas materiālu piemērus:
Gumija
Plastmasa
Stikls
Keramika
Vara vadi, ko izmanto motoros un ķēdēs, saņem izolācijas lakas slāni.
Vai izolators var kļūt par vadītāju?
Īpašos apstākļos, piemēram, augstā temperatūrā, mehāniskā spriegumā vai milzīgās potenciālajās atšķirībās, izolācijas materiāli kļūst vadoši. Kad tas notiek, elektriskā strāva, kas iet caur tiem, parasti izraisa lielu apkuri no Džoula efekta, tas ir, pateicoties sadursmēm starp elektroniem un atomiem, kas veido materiālu jautājums.
Vienkāršākais dielektriskās izturības sadalīšanās piemērs ir staru veidošanās: elektriskais lauks, kas veidojas starp uzlādēti mākoņi un zeme ir tik liela, ka gaiss kļūst jonizēts, ļaujot elektroniem atlekt no atoma uz atomu. Tomēr, pat spējot vadīt elektrisko strāvu, gaiss pēc atmosfēras izlādes atkal kļūst par izolācijas līdzekli.
Skatīt arī:Kas ir elektrostatiskais ekranējums?
Kopsavilkums par vadītājiem un izolatoriem
Vadošie materiāli, piemēram, sudrabs un varš, piedāvā nelielu pretestību elektriskās strāvas pārejai;
Vadošajiem materiāliem ir liels skaits “brīvo” elektronu, kas ir brīvi piesaistīti atomu kodoliem, kurus sauc par vadošajiem elektroniem;
Izolācijas materiāli, piemēram, stikls, gumija vai keramika, nodrošina lielu izturību pret elektriskās strāvas pāreju;
Izolācijas materiāliem ir samazināts elektronu skaits, un lielākā daļa no tiem ir cieši saistīti ar to kodoliem.
Autors: Rafaels Helerbroks
