Co sprawia, że materiał jest przewodnikiem lub izolatorem? Mówiąc najprościej, przewodniki elektryczne to materiały, które przewodzić prąd a izolatory to materiały, które nie. To, czy substancja przewodzi prąd, zależy od tego, jak łatwo elektrony przez nią poruszają się.
Przewodnictwo elektryczne zależy od ruchu elektronów, ponieważ protony i neutrony się nie poruszają - są związane z innymi protonami i neutronami w jądrach atomowych.
Conductors vs. Izolatory
elektrony walencyjne są jak planety zewnętrzne krążące wokół gwiazdy. Są wystarczająco przyciągane do atomów, aby pozostać na miejscu, ale nie zawsze potrzeba dużo energii, aby je wyrzucić z miejsca - te elektrony łatwo przenoszą prądy elektryczne. Substancje nieorganiczne, takie jak metale i plazmy, które łatwo tracą i zyskują elektrony, znajdują się na szczycie listy przewodników.
Organiczne molekuły są głównie izolatorami, ponieważ są trzymane razem wiązania kowalencyjne (wspólny elektron) a ponieważ wiązanie wodorowe pomaga ustabilizować wiele cząsteczek. Większość materiałów nie jest ani dobrymi przewodnikami, ani dobrymi izolatorami, ale gdzieś pośrodku. Te nie przewodzą łatwo, ale jeśli dostarczona zostanie wystarczająca ilość energii, elektrony się poruszą.
Niektóre materiały w czystej postaci są izolatorami, ale będą przewodzić, jeśli zostaną domieszkowane niewielkimi ilościami innego pierwiastka lub jeśli zawierają zanieczyszczenia. Na przykład większość materiałów ceramicznych jest doskonałymi izolatorami, ale jeśli je zaabsorbujesz, możesz stworzyć nadprzewodnik. Czysta woda jest izolatorem, brudna woda słabo przewodzi, a słona woda - ze swoimi swobodnie pływającymi jonami - dobrze przewodzi.
10 przewodów elektrycznych
The Najlepsza przewodnikiem elektrycznym w warunkach zwykłej temperatury i ciśnienia jest element metaliczny srebrny. Srebro nie zawsze jest jednak idealnym wyborem jako materiał, ponieważ jest drogie i podatne na matowienie, a warstwa tlenkowa zwana matowością nie przewodzi.
Podobnie rdza, grynszpan i inne warstwy tlenku zmniejszają przewodnictwo nawet w najsilniejszych przewodnikach. Najbardziej skuteczny elektryczny przewodniki są:
- Srebro
- Złoto
- Miedź
- Aluminium
- Rtęć
- Stal
- Żelazo
- Woda morska
- Beton
- Rtęć
Inne silne przewodniki to:
- Platyna
- Mosiądz
- Brązowy
- Grafit
- Brudna woda
- Sok cytrynowy
10 izolatorów elektrycznych
Ładunki elektryczne nie przepływają swobodnie przez izolatory. W wielu przypadkach jest to idealna jakość - często stosuje się mocne izolatory do powlekania lub zapewniania bariery między przewodnikami, aby kontrolować prądy elektryczne. Można to zaobserwować w gumowych drutach i kablach. Najbardziej skuteczne izolatory elektryczne to:
- Gumowy
- Szkło
- Czysta woda
- Olej
- Powietrze
- Diament
- Suche drewno
- Sucha bawełna
- Plastikowy
- Asfalt
Inne silne izolatory obejmują:
- Włókno szklane
- Suchy papier
- Porcelana
- Ceramika
- Kwarc
Inne czynniki, które wpływają na przewodnictwo
Kształt i rozmiar materiału wpływają na jego przewodność. Na przykład gruby kawałek materii będzie przewodził lepiej niż cienki kawałek o tym samym rozmiarze i długości. Jeśli masz dwa kawałki materiału o tej samej grubości, ale jeden jest krótszy od drugiego, krótszy będzie przewodził lepiej ponieważ krótszy element ma mniejszy opór, w ten sam sposób, w jaki łatwiej jest przepchnąć wodę przez krótką rurkę niż długą jeden.
Temperatura wpływa również na przewodnictwo Wraz ze wzrostem temperatury atomy i ich elektrony zyskują energię. Niektóre izolatory, takie jak szkło, są słabymi przewodnikami, gdy są chłodne, ale dobrymi, gdy są gorące; większość metali jest lepszymi przewodnikami, gdy są chłodne, a mniej wydajnymi, gdy są gorące. Trochę dobrzy dyrygenci zostać nadprzewodniki w ekstremalnie niskich temperaturach.
Czasami samo przewodzenie zmienia temperaturę materiału. Elektrony przepływają przez przewodniki, nie uszkadzając atomów ani nie powodując zużycia. Jednak poruszające się elektrony mają opór. Z tego powodu przepływ prądów elektrycznych może ogrzewać materiały przewodzące ciepło.