Vrei să înțelegi diferențele dintre materialele conductoare și cele izolante? Deci, acest text este pentru tine. Verifică!
Conductori sunt materiale care permit deplasarea sarcini electrice în interiorul său cu mare ușurință. Aceste materiale au o cantitate mare de electroni gratuit, care poate fi efectuat atunci când le aplicăm o diferență de potențial. Metale precum cuprul, platina și aurul sunt bune conductoare.
Materialele izolatori sunt cele care oferă o mare opoziție la trecerea sarcinilor electrice. În aceste materiale, electronii sunt, în general, puternic legați de nucleele atomice și, prin urmare, nu sunt ușor de condus. Materiale precum cauciucul, siliconul, sticla și ceramica sunt exemple bune de izolatori.
Conductivitate x Rezistivitate
Proprietatea fizică care indică dacă un material este un conductor sau un izolator este a acestuia rezistivitate, cunoscută și sub numele de rezistență specifică. Rezistivitatea, al cărei simbol este ρ, se măsoară în Ω.m, conform Sistemului Internațional de Unități. Pe lângă rezistivitate, există măreție
conductivitate, notat cu simbolul σ, conductivitatea unui material este inversul rezistivității sale, adică:
Conductivitatea și rezistivitatea sunt mărimi invers proporționale.
Conductivitate și rezistivitate sunt mărimi invers proporționale, adică dacă un material are o rezistivitate ridicată, conductivitatea acestuia este scăzută și invers. De asemenea, având în vedere aceleași condiții, un material conductor nu are caracteristici ale materialelor izolante. Unitatea de măsură a conductivității este Ω-1.m-1.
Conform fizicii clasice, rezistivitatea unui material poate fi calculată folosind cantități microscopice și mai fundamentale, cum ar fi încărca si Paste de electroni, pe lângă două cantități de mare importanță pentru studiul proprietăților electrice ale materialelor: o cale liberă medie este timp liber mediu. Astfel de explicații provin dintr-un model fizic de conducere cunoscut sub numele de model drude.
Calea liberă medie a electronilor se referă la distanța pe care o pot transporta în interiorul unui material fără a se ciocni cu atomii care alcătuiesc structura cristalină a materialului, în timp ce timpul liber mediu este intervalul de timp în care electronii sunt capabili să călătorească de-a lungul căii libere in medie. În materialele conductoare, atât traseul liber mediu, cât și timpul liber mediu sunt semnificativ mai lungi decât în materialele izolante, în care electronii nu se pot mișca ușor.
Nu te opri acum... Există mai multe după publicitate;)
Vezi și: sarcini electrice în mișcare
Conform modelului lui Drude, electronii se mișcă (vibrează și se traduc) în interiorul materialelor conductoare, datorită temperaturii lor, dar și datorită aplicării unui potențial electric. Cu toate acestea, viteza cu care se mișcă electronii este extrem de mare, spre deosebire de a dvs. viteza de conducere, care este de ordinul câtorva centimetri pe oră. Acest lucru se întâmplă deoarece, în ciuda deplasării la viteze mari, electronii suferă coliziuni constante cu atomii care alcătuiesc materialul, pierzând astfel o parte din viteza lor.
Mișcarea rezultată a acestor coliziuni nu este nulă, deoarece electronii trag în direcția curent electric, cu toate acestea este foarte lent. Pe de altă parte, în materialele izolante, calea liberă medie a electronilor este atât de mică încât, dacă nu se aplică o diferență de potențial foarte mare, nu se formează curent electric.
De ce unele materiale sunt izolante și altele conductive?
În prezent, explicația pentru capacitatea de conducere a curentului electric al materialelor se bazează pe argumente teoretice complexe care implică aspecte cuantice ale materiei. Teoria din spatele acestei explicații se numește teorieînbenzi.
Conform teoriei benzilor, în materialele izolante, electronii au niveluri de energie sub minimul necesar pentru a fi condus. Pe de altă parte, în materialele conductoare, electronii au niveluri de energie mai mari decât energia minimă pentru conducerea lor.
O cantitate de energie separă electronii care pot fi conduși de cei care nu pot. Această energie se numește decalaj. În materialele izolante, decalaj este foarte mare și, prin urmare, este necesar să se aplice o cantitate mare de energie, astfel încât electronii săi să se deplaseze de la un punct la altul. În materialele conductive, decalaj de energie este nulă sau foarte mică, astfel încât electronii se pot deplasa cu ușurință în interiorul ei.
În materiale precum cauciucul, energia decalajului este foarte mare
Materiale conductoare
Materialele conductoare împărtășesc o caracteristică comună: curentul electric este ușor condus prin ele. Principalele sale caracteristici sunt abundența de electroni liberi, pe lângă cea redusă rezistențe electrice.
Când materialele electrice sunt încărcate electric, fără încărcături, spunem că sunt înăuntru echilibruelectrostatic. În această stare, electronii ocupă straturile exterioare ale materialului, poziționându-se exclusiv pe suprafața acestuia, datorită repulsiei dintre sarcinile lor și mobilitatea lor mare.
Vezi și: Legea lui Coulomb
→ Exemplu de conductori electrici
În general, metalele sunt bune conductoare electrice și, prin urmare, sunt utilizate pe scară largă în transmisia curentului electric, în circuitele electrice și în dispozitivele electronice. În plus față de metale, unele săruri, atunci când sunt dizolvate în mediu lichid, permit și formarea curenților electrici. Consultați câteva exemple de materiale conductoare:
Cupru
Aluminiu
Aur
Argint
Aluminiul este un exemplu de material electric.
Materiale izolante
Tu materiale izolante ele oferă rezistență la trecerea curentului electric și, prin urmare, sunt utilizate pe scară largă pentru a bloca trecerea acestuia. Când sunt încărcate electric, aceste materiale „captează” sarcinile din interiorul lor. Unele materiale izolante pot fi polarizate, adică atunci când sunt expuse unui puternic câmp electric exterior, formează în interiorul său un câmp electric opus, ceea ce face ca formarea curenților electrici să fie și mai dificilă. Materialele izolante capabile să prezinte un astfel de comportament se numesc dielectric și sunt utilizate pe scară largă în condensatoare, de exemplu.
Vezi și:Câmp electric
→ Exemple de izolatori
Izolatorii se opun puternic mișcării încărcăturilor și, prin urmare, sunt folosiți pentru izolarea suprafețelor de contact, evitarea accidentelor cu șocuri electrice sau reducerea pierderilor de energie în firele conductoare. Consultați câteva exemple de materiale izolante:
Cauciuc
Plastic
Sticlă
Ceramică
Sârmele de cupru, utilizate în motoare și circuite, primesc un strat de lac izolant.
Un izolator poate deveni conductor?
În condiții speciale, cum ar fi temperaturi ridicate, solicitări mecanice sau diferențe uriașe de potențial, materialele izolante devin conductoare. Când se întâmplă acest lucru, curentul electric care trece prin ele provoacă de obicei o mare încălzire din cauza a efectului Joule, adică datorită coliziunilor dintre electroni și atomii care constituie materialul din întrebare.
Cel mai simplu exemplu de defalcare a puterii dielectrice este cel al formării razelor: câmpul electric care se formează între norii încărcați și solul sunt atât de mari încât aerul se ionizează, permițând electronilor să sară din atom în atom. Cu toate acestea, chiar dacă este capabil să conducă curent electric, aerul devine din nou un mediu izolant după descărcarea atmosferică.
Vezi și:Ce este ecranarea electrostatică?
Rezumatul conductoarelor și izolatorilor
Materialele conductoare, precum argintul și cuprul, oferă o rezistență redusă la trecerea curentului electric;
Materialele conductoare au un număr mare de electroni „liberi”, legați slab de nucleii atomici, numiți electroni de conducție;
Materialele izolante, precum sticla, cauciucul sau ceramica, oferă o mare rezistență la trecerea curentului electric;
Materialele izolante au un număr redus de electroni și majoritatea sunt strâns legați de nucleele lor.
De mine. Rafael Helerbrock
