Čo robí z materiálu vodiča alebo izolátora? Jednoducho povedané, elektrické vodiče sú materiály, ktoré viesť elektrinu a izolátory sú materiály, ktoré tak nie sú. To, či látka vedie elektrinu, závisí od toho, ako ľahko sa ňou môžu pohybovať elektróny.
Elektrická vodivosť závisí od pohybu elektrónov, pretože protóny a neutróny sa nepohybujú - v atómových jadrách sú viazané na iné protóny a neutróny.
Vodiče Vs. izolátory
valenčné elektróny sú ako vonkajšie planéty obiehajúce okolo hviezdy. Sú priťahované natoľko, aby ich atómy zostali na svojom mieste, ale nie vždy to vyžaduje veľa energie, aby ich vyradili z miesta - tieto elektróny ľahko prenášajú elektrické prúdy. Anorganické látky ako kovy a plazmy, ktoré ľahko strácajú a získavajú elektróny, sú na prvom mieste v zozname vodičov.
Organické molekuly sú väčšinou izolátory, pretože ich drží pohromade kovalentné (zdieľané elektrónové) väzby a pretože vodíková väzba pomáha stabilizovať mnoho molekúl. Väčšina materiálov nie je dobrým vodičom ani dobrým izolátorom, ale niekde uprostred. Tieto nevedú ľahko, ale ak sa dodá dostatok energie, elektróny sa budú pohybovať.
Niektoré materiály v čistej forme sú izolátory, ale budú sa chovať, ak sú dopované malým množstvom iného prvku alebo ak obsahujú nečistoty. Napríklad väčšina keramiky je vynikajúcim izolátorom, ale ak ich dopujete, môžete si vytvoriť supravodič. Čistá voda je izolátor, špinavá voda slabo vedie a slaná voda - s jej voľne sa vznášajúcimi iónmi - vedie dobre.
10 Elektrické vodiče
najlepší elektrický vodič, za podmienok normálnej teploty a tlaku, je kovový prvok striebro. Striebro však nie je vždy ideálnou voľbou ako materiál, pretože je nákladné a náchylné na poškodenie a oxidová vrstva známa ako škvrna nie je vodivá.
Podobne vrstvy hrdze, verdigri a iných oxidov znižujú vodivosť aj v tých najsilnejších vodičoch. Najefektívnejšie elektrické vodiče sú:
- striebro
- zlato
- meď
- hliník
- ortuť
- oceľ
- železo
- morská voda
- Betón
- ortuť
Medzi ďalšie silné vodiče patria:
- platina
- mosadz
- bronz
- grafit
- Špinavá voda
- Citrónová šťava
10 Elektrické izolátory
Elektrické izolácie netečú voľne cez izolátory. V mnohých prípadoch je to ideálna kvalita - silné izolátory sa často používajú na pokrytie alebo zabezpečenie bariéry medzi vodičmi, aby sa elektrické prúdy udržali pod kontrolou. Toto je vidieť na drôtoch a kábloch potiahnutých gumou. Najúčinnejšie elektrické izolátory sú:
- guma
- sklo
- Čistá voda
- olej
- ovzdušia
- diamant
- Suché drevo
- Suchá bavlna
- plastický
- asfalt
Medzi ďalšie silné izolátory patria:
- laminát
- Suchý papier
- porcelán
- keramika
- kremeň
Iné faktory, ktoré ovplyvňujú vodivosť
Tvar a veľkosť materiálu ovplyvňujú jeho vodivosť. Napríklad hrubý kus hmoty sa bude správať lepšie ako tenký kus rovnakej veľkosti a dĺžky. Ak máte dva kusy materiálu rovnakej hrúbky, ale jeden je kratší ako druhý, tým kratší bude lepší výkon pretože kratší kus má menší odpor, takmer rovnakým spôsobom, že je ľahšie vytlačiť vodu cez krátku rúrku ako dlhú jedna.
teplota tiež ovplyvňuje vodivosť. Ako sa teplota zvyšuje, atómy a ich elektróny získavajú energiu. Niektoré izolátory ako sklo sú zlé vodiče, keď sú chladné, ale dobré vodiče, keď sú horúce; väčšina kovov je lepších vodičov, keď sú chladné, a menej účinných vodičov, keď sú horúce. niektorí dobré vodiče stať sa supravodiče pri extrémne nízkych teplotách.
Niekedy samotné vedenie mení teplotu materiálu. Elektróny pretekajú vodičmi bez toho, aby poškodili atómy alebo nespôsobili opotrebenie. Pohybujúce sa elektróny však zažívajú odpor. Z tohto dôvodu môže elektrický prúd ohrievať vodivé materiály.