ต้องการที่จะเข้าใจ ความแตกต่างระหว่างวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและฉนวน? ดังนั้นข้อความนี้จึงเหมาะสำหรับคุณ เช็คเอาท์!
ตัวนำ เป็นวัสดุที่ช่วยให้การเคลื่อนไหวของ movement ค่าไฟฟ้า ข้างในได้อย่างสบาย วัสดุเหล่านี้มีจำนวนมากของ อิเล็กตรอน ฟรี ซึ่งสามารถทำได้เมื่อเรานำความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นมาใช้กับพวกเขา โลหะอย่างทองแดง แพลตตินั่ม และทองคำเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี
วัสดุ ฉนวน เป็นสิ่งที่ต่อต้านการผ่านของประจุไฟฟ้าอย่างมาก ในวัสดุเหล่านี้ โดยทั่วไปอิเล็กตรอนจะจับกับนิวเคลียสของอะตอมอย่างแน่นหนา ดังนั้นจึงไม่สามารถดำเนินการได้ง่าย วัสดุต่างๆ เช่น ยาง ซิลิโคน แก้ว และเซรามิก เป็นตัวอย่างที่ดีของฉนวนไฟฟ้า
การนำไฟฟ้า x ความต้านทาน
คุณสมบัติทางกายภาพที่ระบุว่าวัสดุเป็นตัวนำหรือฉนวนเป็นของมัน ความต้านทานเรียกอีกอย่างว่าความต้านทานจำเพาะ ความต้านทานซึ่งมีสัญลักษณ์คือ ρ, มีหน่วยวัดเป็น Ω.mตามระบบสากลของหน่วย นอกจากความต้านทาน มีความยิ่งใหญ่ great การนำไฟฟ้า, แสดงด้วยสัญลักษณ์ σ, ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุเป็นค่าผกผันของความต้านทาน นั่นคือ:
การนำไฟฟ้าและความต้านทานไฟฟ้าเป็นปริมาณตามสัดส่วนผกผัน
การนำไฟฟ้า และ ความต้านทาน
เป็นปริมาณตามสัดส่วนผกผัน กล่าวคือ หากวัสดุมีความต้านทานสูง ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุจะต่ำและในทางกลับกัน วัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าไม่มีลักษณะของวัสดุฉนวนเช่นเดียวกัน ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน หน่วยวัดการนำไฟฟ้าคือ Ω-1.m-1.ตามฟิสิกส์คลาสสิก ความต้านทานของวัสดุสามารถคำนวณได้โดยใช้จุลภาคและปริมาณพื้นฐานอื่นๆ เช่น ค่าใช้จ่าย และ พาสต้า ของอิเล็กตรอนนอกเหนือจากสองปริมาณที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการศึกษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุ: o เส้นทางว่างปานกลาง มันเป็น เวลาว่างโดยเฉลี่ย. คำอธิบายดังกล่าวมาจากแบบจำลองทางกายภาพสำหรับการขับขี่ที่เรียกว่า หุ่นเชิด.
เส้นทางอิสระเฉลี่ยของอิเล็กตรอนหมายถึงระยะทางที่สามารถบรรทุกภายในวัสดุโดยไม่ชนกับอะตอมที่ ประกอบเป็นโครงสร้างผลึกของวัสดุ ในขณะที่เวลาว่างเฉลี่ยคือช่วงเวลาที่อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางว่างได้ เฉลี่ย. ในวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ทั้งเส้นทางว่างเฉลี่ยและเวลาว่างเฉลี่ยจะยาวนานกว่าวัสดุที่เป็นฉนวนอย่างมาก ซึ่งอิเล็กตรอนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ง่าย
อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)
ดูด้วย: ประจุไฟฟ้าในการเคลื่อนที่
ตามแบบจำลองของ Drude อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ (สั่นและแปล) ภายในวัสดุตัวนำเนื่องจากอุณหภูมิ แต่ยังเกิดจากการใช้ศักย์ไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ความเร็วที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่นั้นสูงมาก ไม่เหมือนของคุณ ความเร็วในการขับขี่ซึ่งเป็นลำดับน้อยๆ เซนติเมตรต่อชั่วโมง. สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะถึงแม้จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง แต่อิเล็กตรอนก็ยังเกิดการชนกันอย่างต่อเนื่องกับอะตอมที่ประกอบเป็นวัสดุ ทำให้สูญเสียความเร็วส่วนหนึ่งไป
การเคลื่อนที่ที่เกิดจากการชนเหล่านี้ไม่เป็นโมฆะ เนื่องจากอิเล็กตรอนลากไปในทิศทางของ กระแสไฟฟ้าทว่ามันช้ามาก ในวัสดุฉนวน ในทางกลับกัน เส้นทางอิสระเฉลี่ยของอิเล็กตรอนนั้นเล็กมากจน หากไม่มีการใช้ความต่างศักย์ที่สูงมาก ก็จะไม่มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น
เหตุใดวัสดุบางชนิดจึงเป็นฉนวนและวัสดุอื่นๆ สามารถนำไฟฟ้าได้
ในปัจจุบัน คำอธิบายสำหรับความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าของวัสดุขึ้นอยู่กับการโต้แย้งทางทฤษฎีที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับด้านควอนตัมของสสาร ทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังคำอธิบายนี้เรียกว่า ทฤษฎีในวงดนตรี
ตามทฤษฎีวงดนตรี ในวัสดุฉนวน อิเล็กตรอนมีระดับพลังงานต่ำกว่าค่าต่ำสุดที่จำเป็นในการดำเนินการ ในทางกลับกัน วัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า อิเล็กตรอนมีระดับพลังงานมากกว่าพลังงานขั้นต่ำที่จะเกิดขึ้น
ปริมาณพลังงานแยกอิเล็กตรอนที่สามารถนำมาจากอิเล็กตรอนที่ไม่สามารถทำได้ พลังงานนี้เรียกว่า ช่องว่าง ในวัสดุฉนวน ช่องว่าง มันมีขนาดใหญ่มากและจำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง สำหรับวัสดุนำไฟฟ้า ช่องว่าง มีพลังงานเป็นศูนย์หรือมีขนาดเล็กมาก ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงสามารถเคลื่อนที่ไปมาภายในได้อย่างง่ายดาย
วัสดุอย่างยางมีพลังงานช่องว่างสูงมาก
วัสดุนำไฟฟ้า
วัสดุนำไฟฟ้ามีลักษณะทั่วไป: กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ง่าย คุณสมบัติหลักของมันคืออิเลคตรอนอิสระมากมาย นอกเหนือจากค่าต่ำ ความต้านทานไฟฟ้า.
เมื่อวัสดุไฟฟ้าถูกประจุด้วยไฟฟ้าโดยไม่มีประจุ เราพูดว่าพวกมันอยู่ใน สมดุลไฟฟ้าสถิต. ในสภาพเช่นนี้อิเล็กตรอนจะครอบครองชั้นนอกสุดของวัสดุโดยวางตำแหน่งตัวเองบนพื้นผิวของมันโดยเฉพาะเนื่องจากการขับไล่ระหว่างประจุและความคล่องตัวที่ยอดเยี่ยม
ดูด้วย: กฎของคูลอมบ์
→ ตัวอย่างตัวนำไฟฟ้า
โดยทั่วไปแล้ว โลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการส่งผ่านกระแสไฟฟ้า ในวงจรไฟฟ้า และในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นอกจากโลหะแล้ว เกลือบางชนิดเมื่อละลายในตัวกลางที่เป็นของเหลว ยังทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้อีกด้วย ดูตัวอย่างของวัสดุนำไฟฟ้า:
ทองแดง
อลูมิเนียม
ทอง
เงิน
อลูมิเนียมเป็นตัวอย่างของวัสดุนำไฟฟ้า
วัสดุฉนวน
คุณ วัสดุฉนวน พวกมันมีความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้าและดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการปิดกั้นทางเดิน เมื่อประจุไฟฟ้า สารเหล่านี้จะ “ดักจับ” ประจุที่อยู่ภายใน วัสดุฉนวนบางชนิดสามารถโพลาไรซ์ได้ กล่าวคือ เมื่อสัมผัสกับความแข็งแรง สนามไฟฟ้า ภายนอกสร้างสนามไฟฟ้าที่ตรงกันข้ามภายในทำให้การก่อตัวของกระแสไฟฟ้ายากขึ้น วัสดุฉนวนที่สามารถแสดงพฤติกรรมดังกล่าวเรียกว่าไดอิเล็กตริกและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายใน ตัวเก็บประจุ, ตัวอย่างเช่น.
ดูด้วย:สนามไฟฟ้า
→ ตัวอย่างฉนวน
ฉนวนป้องกันการเคลื่อนที่ของโหลดอย่างรุนแรง ดังนั้นจึงใช้เพื่อป้องกันพื้นผิว หลีกเลี่ยงอุบัติเหตุจากไฟฟ้าช็อตหรือลดการสูญเสียพลังงานในสายไฟตัวนำ ดูตัวอย่างวัสดุฉนวน:
ยาง
พลาสติก
กระจก
เซรามิกส์
ลวดทองแดงที่ใช้ในมอเตอร์และวงจรได้รับชั้นของสารเคลือบเงาที่เป็นฉนวน
ฉนวนสามารถเป็นตัวนำไฟฟ้าได้หรือไม่?
ภายใต้สภาวะพิเศษ เช่น อุณหภูมิสูง ความเค้นทางกล หรือความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นอย่างมาก วัสดุฉนวนจะกลายเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านมักจะทำให้เกิดความร้อนอย่างมากเนื่องจาก ของเอฟเฟกต์จูล นั่นคือ เนื่องจากการชนกันระหว่างอิเล็กตรอนกับอะตอมที่ประกอบเป็นวัสดุใน คำถาม.
ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของการสลายความเป็นไดอิเล็กตริกคือการก่อตัวของรังสี: สนามไฟฟ้าที่ก่อตัวระหว่าง เมฆที่มีประจุและพื้นดินมีขนาดใหญ่มากจนอากาศกลายเป็นไอออไนซ์ ทำให้อิเล็กตรอนสามารถกระเด้งจากอะตอมสู่อะตอมได้ อย่างไรก็ตาม แม้จะสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ อากาศก็กลายเป็นสื่อกลางอีกครั้งหลังจากปล่อยในบรรยากาศ
ดูด้วย:การป้องกันไฟฟ้าสถิตคืออะไร?
สรุปตัวนำและฉนวน
วัสดุนำไฟฟ้า เช่น เงินและทองแดง มีความต้านทานเพียงเล็กน้อยต่อกระแสไฟฟ้า
วัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามีอิเล็กตรอน "อิสระ" จำนวนมากซึ่งผูกติดกับนิวเคลียสของอะตอมอย่างหลวม ๆ เรียกว่าอิเล็กตรอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า
วัสดุฉนวน เช่น แก้ว ยาง หรือเซรามิก มีความทนทานต่อกระแสไฟไหลผ่าน
วัสดุฉนวนมีจำนวนอิเล็กตรอนลดลงและส่วนใหญ่ยึดติดกับนิวเคลียสอย่างแน่นหนา
By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก
