Хочете зрозуміти відмінності між струмопровідними та ізоляційними матеріалами? Тож цей текст для вас. Перевіряти!
Диригенти - це матеріали, що дозволяють переміщати електричні заряди всередині нього з великою легкістю. Ці матеріали мають велику кількість електрони безкоштовний, який можна провести, коли ми застосуємо до них різницю потенціалів. Такі метали, як мідь, платина і золото, є хорошими провідниками.
Матеріали ізолятори є тими, які висловлюють велику протидію проходженню електричних зарядів. У цих матеріалах електрони, як правило, міцно зв’язані з атомними ядрами і, отже, не легко проводяться. Такі матеріали, як гума, силікон, скло та кераміка, є гарними прикладами ізоляторів.
Провідність x Опір
Фізична властивість, яка вказує, чи є матеріал провідником чи ізолятором, є його питомий опір, також відомий як специфічний опір. Опір, символом якого є ρ, вимірюється в Ω м, згідно з Міжнародною системою одиниць. Окрім питомого опору, є ще й велич провідність, що позначається символом σ, провідність матеріалу є оберненою до його опору, тобто:
Провідність і питомий опір є обернено пропорційними величинами.
Провідність і питомий опір є обернено пропорційними величинами, тобто якщо матеріал має високий опір, його провідність низька і навпаки. Так само, за однакових умов, провідний матеріал не має характеристик ізоляційних матеріалів. Одиницею виміру провідності є Ω-1.m-1.
Відповідно до класичної фізики, опір матеріалу можна обчислити, використовуючи мікроскопічні та більш фундаментальні величини, такі як заряду та макарони електронів, крім двох величин, що мають велике значення для вивчення електричних властивостей матеріалів: o середній вільний шлях це середній вільний час. Такі пояснення походять від фізичної моделі керування автомобілем, відомої як модель друде.
Середній вільний пробіг електронів відноситься до відстані, яку вони можуть пронести всередині матеріалу, не зіткнувшись з атомами складають кристалічну структуру матеріалу, тоді як середній вільний час - це час, коли електрони здатні пройти вільний шлях середній. У провідних матеріалах як середній вільний пробіг, так і середній вільний час значно довші, ніж у ізолюючих матеріалів, в яких електрони не можуть легко рухатися.
Не зупиняйтесь зараз... Після реклами є ще щось;)
Дивіться також: електричні заряди в русі
Згідно з моделлю Друде, електрони рухаються (вібрують і перекладаються) всередині провідних матеріалів не тільки через свою температуру, але і через застосування електричного потенціалу. Однак швидкість руху електронів надзвичайно висока, на відміну від вашої. швидкість руху, що є порядком небагатьох сантиметрів на годину. Це відбувається тому, що, незважаючи на те, що рухаються з великими швидкостями, електрони зазнають постійних зіткнень з атомами, що складають матеріал, втрачаючи тим самим частину швидкості.
Внаслідок цього рух цих зіткнень не є нульовим, оскільки електрони тягнуться в напрямку електричний струм, проте це дуже повільно. З іншого боку, в ізолюючих матеріалах середній вільний пробіг електронів настільки малий, що, якщо не застосовується дуже велика різниця потенціалів, електричний струм не утворюється.
Чому одні матеріали ізолюють, а інші проводять?
В даний час пояснення провідності електричного струму матеріалів ґрунтується на складних теоретичних аргументах, що стосуються квантових аспектів речовини. Теорія, що лежить в основі цього пояснення, називається теоріявдіапазонів.
Відповідно до теорії зон, в ізоляційних матеріалах електрони мають рівень енергії нижче мінімуму, необхідного для проведення. З іншого боку, в провідних матеріалах електрони мають рівень енергії, що перевищує мінімальну енергію для їх проведення.
Кількість енергії відокремлює електрони, які можна проводити, від тих, які не можуть. Ця енергія називається розрив. В ізоляційних матеріалах розрив він дуже великий, і тому до нього необхідно прикласти велику кількість енергії, щоб його електрони переходили з однієї точки в іншу. Що стосується струмопровідних матеріалів, то розрив енергії дорівнює нулю або дуже малий, тому електрони можуть легко рухатися всередині нього.
У таких матеріалах, як гума, енергія зазору дуже велика
Провідні матеріали
Провідні матеріали мають спільну характеристику: через них легко проходить електричний струм. Основними його ознаками є велика кількість вільних електронів, крім низьких електричний опір.
Коли електричні матеріали заряджаються електрично, не несучи зарядів, ми говоримо, що вони знаходяться баланселектростатичний. В такому стані електрони займають найближчі шари матеріалу, розташовуючись виключно на його поверхні, через відштовхування між їх зарядами та великою рухливістю.
Дивіться також: Закон Кулона
→ Приклад електричних провідників
Загалом, метали є хорошими електричними провідниками і, отже, широко використовуються при передачі електричного струму, в електричних ланцюгах та в електронних пристроях. Окрім металів, деякі солі, розчиняючись у рідких середовищах, також дозволяють утворювати електричні струми. Ознайомтеся з деякими прикладами струмопровідних матеріалів:
Мідь
Алюміній
Золото
Срібло
Алюміній є прикладом електропровідного матеріалу.
Ізоляційні матеріали
ти ізоляційні матеріали вони забезпечують опір проходженню електричного струму і, отже, широко використовуються для блокування його проходження. При електричному заряді ці матеріали «затримують» заряди всередині них. Деякі ізоляційні матеріали можуть поляризуватися, тобто під впливом сильної дії електричне поле зовнішні, утворюють у своєму інтер’єрі протилежне електричне поле, що ускладнює утворення електричних струмів. Ізоляційні матеріали, здатні проявляти таку поведінку, називаються діелектриками і широко використовуються в Росії конденсатори, наприклад.
Дивіться також:Електричне поле
→ Приклади ізоляторів
Ізолятори рішуче протистоять руху вантажів і тому використовуються для ізоляції поверхонь контакту, уникаючи аварій з ураженням електричним струмом або зменшення втрат енергії в провідниках проводів. Ознайомтеся з деякими прикладами ізоляційних матеріалів:
Гума
Пластикові
Скло
Кераміка
Мідні дроти, що використовуються в двигунах і ланцюгах, отримують шар ізоляційного лаку.
Чи може ізолятор стати провідником?
За особливих умов, таких як високі температури, механічні навантаження або величезні перепади потенціалів, ізоляційні матеріали стають електропровідними. Коли це трапляється, електричний струм, який проходить через них, зазвичай спричиняє велику кількість нагрівання через ефекту Джоуля, тобто через зіткнення між електронами та атомами, що становлять матеріал у питання.
Найпростішим прикладом пробою діелектричної міцності є утворення променів: електричного поля, що утворюється між заряджені хмари і земля настільки великі, що повітря стає іонізованим, що дозволяє електронам відскакувати від атома до атома. Однак, навіть маючи можливість проводити електричний струм, повітря знову стає ізолюючим середовищем після атмосферного розряду.
Дивіться також:Що таке електростатичне екранування?
Короткий зміст провідників та ізоляторів
Провідні матеріали, такі як срібло та мідь, мають невеликий опір проходженню електричного струму;
Провідні матеріали мають велику кількість «вільних» електронів, вільно зв’язаних з атомними ядрами, які називаються електронами провідності;
Ізоляційні матеріали, такі як скло, гума або кераміка, забезпечують великий опір проходженню електричного струму;
Ізолюючі матеріали мають зменшену кількість електронів, і більшість з них тісно зв’язані зі своїми ядрами.
Мені Рафаель Хелерброк
