Wil je de begrijpen verschillen tussen geleidende en isolerende materialen? Deze tekst is dus voor jou. Uitchecken!
Geleiders zijn materialen die de beweging van elektrische ladingen er met groot gemak in. Deze materialen hebben een grote hoeveelheid elektronen gratis, wat kan worden uitgevoerd wanneer we een potentiaalverschil op hen toepassen. Metalen zoals koper, platina en goud zijn goede geleiders.
De materialen isolatoren zijn degenen die grote weerstand bieden tegen de doorgang van elektrische ladingen. In deze materialen zijn elektronen over het algemeen sterk gebonden aan atoomkernen en worden daarom niet gemakkelijk geleid. Materialen als rubber, siliconen, glas en keramiek zijn goede voorbeelden van isolatoren.
Geleidbaarheid x Weerstand
De fysieke eigenschap die aangeeft of een materiaal een geleider of een isolator is, is zijn weerstand, ook wel specifieke resistentie genoemd. De soortelijke weerstand, waarvan het symbool de. is ρ, wordt gemeten in .m, volgens het Internationale Stelsel van Eenheden. Naast weerstand is er grootsheid
geleidbaarheid, aangegeven met het symbool σ, de geleidbaarheid van een materiaal is het omgekeerde van zijn soortelijke weerstand, dat wil zeggen:
Geleidbaarheid en soortelijke weerstand zijn omgekeerd evenredige grootheden.
geleidbaarheid en weerstand zijn omgekeerd evenredige grootheden, dat wil zeggen, als een materiaal een hoge soortelijke weerstand heeft, is de geleidbaarheid laag en vice versa. Evenzo heeft een geleidend materiaal onder dezelfde omstandigheden geen eigenschappen van isolatiematerialen. De maateenheid van geleidbaarheid is Ω-1.m-1.
Volgens de klassieke natuurkunde kan de soortelijke weerstand van een materiaal worden berekend met behulp van microscopische en meer fundamentele grootheden, zoals de in rekening brengen en de pasta van elektronen, naast twee grootheden die van groot belang zijn voor de studie van elektrische eigenschappen van materialen: o gemiddeld vrij pad het is de gemiddelde vrije tijd. Dergelijke verklaringen komen van een fysiek model voor autorijden dat bekend staat als: druïde model.
Het gemiddelde vrije pad van elektronen verwijst naar de afstand die ze in een materiaal kunnen afleggen zonder te botsen met de atomen die vormen de kristalstructuur van het materiaal, terwijl de gemiddelde vrije tijd het tijdsinterval is dat de elektronen langs het vrije pad kunnen reizen gemiddelde. In geleidende materialen zijn zowel het gemiddelde vrije pad als de gemiddelde vrije tijd aanzienlijk langer dan in isolerende materialen, waarin elektronen niet gemakkelijk kunnen bewegen.
Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)
Zie ook: elektrische ladingen in beweging
Volgens het model van Drude bewegen (trillen en vertalen) elektronen in geleidende materialen, vanwege hun temperatuur, maar ook vanwege het aanleggen van een elektrisch potentiaal. De snelheid waarmee elektronen bewegen is echter extreem hoog, in tegenstelling tot de jouwe. rijsnelheid, wat in de orde van weinigen is centimeter per uur. Dit gebeurt omdat elektronen, ondanks dat ze met hoge snelheden bewegen, voortdurend botsen met de atomen waaruit het materiaal bestaat, waardoor ze een deel van hun snelheid verliezen.
De resulterende beweging van deze botsingen is niet nul, omdat de elektronen in de richting van de. slepen elektrische stroom, maar het is erg traag. In isolatiematerialen daarentegen is de gemiddelde vrije weg van de elektronen zo klein dat er, tenzij er een heel groot potentiaalverschil wordt aangelegd, geen elektrische stroom ontstaat.
Waarom zijn sommige materialen isolerend en andere geleidend?
Momenteel is de verklaring voor het elektrische stroomgeleidingsvermogen van materialen gebaseerd op complexe theoretische argumenten die betrekking hebben op kwantumaspecten van materie. De theorie achter deze verklaring heet theorieinbanden.
Volgens de bandtheorie hebben elektronen in isolatiematerialen een energieniveau dat lager is dan het minimum dat nodig is om te worden geleid. In geleidende materialen daarentegen hebben elektronen energieniveaus die groter zijn dan de minimale energie voor hun geleiding.
Een hoeveelheid energie scheidt de elektronen die geleid kunnen worden van de elektronen die dat niet kunnen. Deze energie heet kloof. In isolatiematerialen is de kloof het is erg groot en daarom is het nodig om er een grote hoeveelheid energie aan toe te passen, zodat de elektronen van het ene punt naar het andere gaan. In geleidende materialen is de kloof van energie is nul of erg klein, dus elektronen kunnen er gemakkelijk in bewegen.
In materialen zoals rubber is de spleetenergie erg hoog
Geleidende materialen
Geleidende materialen hebben een gemeenschappelijk kenmerk: elektrische stroom wordt er gemakkelijk doorheen geleid. De belangrijkste kenmerken zijn de overvloed aan vrije elektronen, naast lage elektrische weerstanden:.
Wanneer elektrische materialen elektrisch geladen zijn, zonder lading te dragen, zeggen we dat ze in balanselektrostatisch. In deze toestand bezetten de elektronen de buitenste lagen van het materiaal en positioneren ze zich uitsluitend op het oppervlak, vanwege de afstoting tussen hun ladingen en hun grote mobiliteit.
Zie ook: Wet van Coulombmb
→ Voorbeeld van elektrische geleiders
Over het algemeen zijn metalen goede elektrische geleiders en worden daarom veel gebruikt bij de overdracht van elektrische stroom, in elektrische circuits en in elektronische apparaten. Naast metalen maken sommige zouten, wanneer opgelost in vloeibare media, ook de vorming van elektrische stromen mogelijk. Bekijk enkele voorbeelden van geleidende materialen:
Koper
Aluminium
Goud
Zilver
Aluminium is een voorbeeld van een elektrisch geleidend materiaal.
Isolatiematerialen
U isolatiematerialen ze bieden weerstand tegen de doorgang van elektrische stroom en worden daarom veel gebruikt om de doorgang te blokkeren. Wanneer elektrisch geladen, "vangen" deze materialen de ladingen erin. Sommige isolatiematerialen kunnen gepolariseerd zijn, dat wil zeggen wanneer ze worden blootgesteld aan sterke elektrisch veld extern, vormen in het binnenste een tegengesteld elektrisch veld, waardoor de vorming van elektrische stromen nog moeilijker wordt. De isolatiematerialen die dergelijk gedrag kunnen vertonen, worden diëlektrica genoemd en worden veel gebruikt in condensatoren, bijvoorbeeld.
Zie ook:Elektrisch veld
→ Voorbeelden van isolatoren
Isolatoren gaan de beweging van lasten sterk tegen en worden daarom gebruikt om oppervlakken te isoleren van contact, het vermijden van ongevallen met elektrische schokken of het verminderen van energieverliezen in geleiderdraden. Bekijk enkele voorbeelden van isolatiematerialen:
Rubber
Plastic
Glas
Keramiek
Koperdraden, gebruikt in motoren en circuits, krijgen een laag isolerende vernis.
Kan een isolator een geleider worden?
Onder speciale omstandigheden, zoals hoge temperaturen, mechanische belasting of grote potentiaalverschillen, worden isolatiematerialen geleidend. Wanneer dit gebeurt, veroorzaakt de elektrische stroom die er doorheen gaat meestal veel verwarming vanwege: van het Joule-effect, dat wil zeggen als gevolg van de botsingen tussen de elektronen en de atomen waaruit het materiaal bestaat vraag.
Het eenvoudigste voorbeeld van afbraak van diëlektrische sterkte is die van de vorming van stralen: het elektrische veld dat zich vormt tussen de between geladen wolken en de grond is zo groot dat de lucht geïoniseerd wordt, waardoor elektronen van atoom naar atoom kunnen stuiteren. Maar zelfs als het elektrische stroom kan geleiden, wordt lucht na atmosferische ontlading weer een isolerend medium.
Zie ook:Wat is elektrostatische afscherming?
Samenvatting over geleiders en isolatoren
Geleidende materialen, zoals zilver en koper, bieden weinig weerstand tegen de doorgang van elektrische stroom;
Geleidende materialen hebben een groot aantal "vrije" elektronen, losjes gebonden aan atoomkernen, geleidingselektronen genoemd;
Isolatiematerialen, zoals glas, rubber of keramiek, bieden een grote weerstand tegen het doorlaten van elektrische stroom;
Isolatiematerialen hebben een verminderd aantal elektronen en de meeste zijn stevig gebonden aan hun kernen.
Door mij Rafael Helerbrock
