Vill förstå skillnader mellan ledande och isolerande material? Så den här texten är för dig. Kolla upp!
Ledare är material som möjliggör förflyttning av elektriska laddningar inuti den med stor lätthet. Dessa material har en stor mängd elektroner gratis, vilket kan genomföras när vi tillämpar en potentiell skillnad på dem. Metaller som koppar, platina och guld är bra ledare.
Materialen isolatorer är de som erbjuder stor motstånd mot överföring av elektriska laddningar. I dessa material är elektroner i allmänhet starkt bundna till atomkärnor och därför leds de inte lätt. Material som gummi, silikon, glas och keramik är bra exempel på isolatorer.
Konduktivitet x Motstånd
Den fysiska egenskapen som anger om ett material är en ledare eller en isolator är dess motstånd, även känd som specifikt motstånd. Resistiviteten, vars symbol är ρ, mäts i Ω.m, enligt det internationella systemet för enheter. Förutom motstånd finns storhet ledningsförmåga, betecknas med symbolen σ, konduktiviteten hos ett material är det motsatta av dess resistivitet, det vill säga:
Konduktivitet och resistivitet är omvänt proportionella mängder.
Ledningsförmåga och motstånd är omvänd proportionella mängder, det vill säga om ett material har hög resistivitet, är dess konduktivitet låg och vice versa. På samma sätt, med tanke på samma förhållanden, har ett ledande material inte egenskaper som isoleringsmaterial. Måttenheten för konduktivitet är Ω-1.m-1.
Enligt klassisk fysik kan resistiviteten hos ett material beräknas med hjälp av mikroskopiska och mer grundläggande kvantiteter, som t.ex. avgift och den pasta av elektroner, förutom två mängder av stor betydelse för studien av elektriska egenskaper hos material: o medium fri väg det är genomsnittlig ledig tid. Sådana förklaringar kommer från en fysisk modell för körning som kallas drude-modell.
Den genomsnittliga fria vägen för elektroner hänvisar till avståndet de kan bäras inuti ett material utan att kollidera med de atomer som utgör materialets kristallstruktur, medan den genomsnittliga lediga tiden är det tidsintervall som elektronerna kan färdas längs den fria vägen genomsnitt. I ledande material är både den fria vägen och den fria tiden betydligt längre än i isoleringsmaterial, där elektroner inte kan röra sig lätt.
Sluta inte nu... Det finns mer efter reklam;)
Se också: elektriska laddningar i rörelse
Enligt Drudes modell rör sig elektroner (vibrerar och översätts) inuti ledande material på grund av deras temperatur men också på grund av tillämpningen av en elektrisk potential. Hastigheten med vilken elektroner rör sig är dock extremt hög, till skillnad från din. körhastighet, som är i storleksordningen få centimeter per timme. Detta händer för att elektroner, trots att de rör sig i höga hastigheter, lider av konstanta kollisioner med de atomer som utgör materialet och därmed förlorar en del av sin hastighet.
Den resulterande rörelsen för dessa kollisioner är inte noll, eftersom elektronerna drar i riktning mot elektrisk ström, men det är mycket långsamt. I isolerande material, å andra sidan, är den genomsnittliga fria vägen för elektronerna så liten att, om inte en mycket stor potentialskillnad appliceras, ingen elektrisk ström bildas.
Varför är vissa material isolerande och andra ledande?
För närvarande bygger förklaringen på materialets elektriska ledningskapacitet på komplexa teoretiska argument som involverar kvantaspekter av materia. Teorin bakom denna förklaring kallas teoriiband.
Enligt bandteori, i isolerande material, har elektroner energinivåer under det minimum som krävs för att ledas. I ledande material, å andra sidan, har elektroner energinivåer som är högre än minsta energi för att deras ledning ska uppstå.
En mängd energi skiljer elektronerna som kan ledas från de som inte kan. Denna energi kallas glipa. I isoleringsmaterial, glipa den är mycket stor och därför är det nödvändigt att tillföra en stor mängd energi till den så att dess elektroner rör sig från en punkt till en annan. När det gäller ledande material, glipa av energi är noll eller mycket liten, så elektroner kan lätt röra sig inuti den.
I material som gummi är spaltenergin mycket hög
Ledande material
Ledande material har en gemensam egenskap: elektrisk ström kan lätt ledas genom dem. Dess huvudfunktioner är överflödet av fria elektroner, förutom låga elektriska motstånd.
När elektriska material laddas elektriskt, utan laddning, säger vi att de är i balanselektrostatisk. I detta tillstånd upptar elektronerna de yttersta skikten av materialet och positionerar sig uteslutande på dess yta på grund av avstötningen mellan deras laddningar och deras stora rörlighet.
Se också: Coulombs lag
→ Exempel på elektriska ledare
I allmänhet är metaller bra elektriska ledare och används därför i stor utsträckning vid överföring av elektrisk ström, i elektriska kretsar och i elektroniska enheter. Förutom metaller tillåter vissa salter, när de är upplösta i flytande media, bildandet av elektriska strömmar. Kolla in några exempel på ledande material:
Koppar
Aluminium
Guld
Silver
Aluminium är ett exempel på ett elektriskt ledande material.
Isolerande material
Du isoleringsmaterial de erbjuder motstånd mot passage av elektrisk ström och används därför ofta för att blockera dess passage. När de är elektriskt laddade, "fångar" dessa material laddningarna i dem. Vissa isoleringsmaterial kan polariseras, det vill säga när de utsätts för en stark elektriskt fält yttre, bildar i dess inre ett motsatt elektriskt fält, vilket gör bildandet av elektriska strömmar ännu svårare. De isolerande materialen som kan uppvisa sådant beteende kallas dielektrikum och används ofta i kondensatorer, till exempel.
Se också:Elektriskt fält
→ Exempel på isolatorer
Isolatorer motsätter sig kraftigt belastningen och används därför för att isolera ytor kontakt, undvika olyckor med elektriska stötar eller minska energiförluster i ledningstrådar. Kolla in några exempel på isoleringsmaterial:
Sudd
Plast
Glas
Keramik
Koppartrådar, som används i motorer och kretsar, får ett lager isolerande lack.
Kan en isolator bli ledare?
Under speciella förhållanden, såsom höga temperaturer, mekanisk spänning eller stora potentialskillnader, blir isoleringsmaterial ledande. När detta händer orsakar den elektriska strömmen som passerar dem vanligtvis mycket värme på grund av av Joule-effekten, det vill säga på grund av kollisionerna mellan elektronerna och atomerna som utgör materialet i fråga.
Det enklaste exemplet på nedbrytning av dielektrisk styrka är att strålningen bildas: det elektriska fältet som bildas mellan laddade moln och marken är så stor att luften blir joniserad och låter elektroner studsa från atom till atom. Men även för att kunna leda elektrisk ström blir luft ett isolerande medium igen efter atmosfärisk urladdning.
Se också:Vad är elektrostatisk skärmning?
Sammanfattning om ledare och isolatorer
Ledande material, såsom silver och koppar, ger liten motståndskraft mot genomströmning av elektrisk ström;
Ledande material har ett stort antal "fria" elektroner, löst bundna till atomkärnor, kallade ledningselektroner;
Isoleringsmaterial, såsom glas, gummi eller keramik, ger stor motståndskraft mot genomströmning av elektrisk ström;
Isolerande material har ett minskat antal elektroner och de flesta av dem är tätt bundna till sina kärnor.
Av mig Rafael Helerbrock
