10 Παραδείγματα ηλεκτρικών αγωγών και μονωτών

Τι κάνει ένα υλικό έναν αγωγό ή ένα μονωτικό; Με απλά λόγια, οι ηλεκτρικοί αγωγοί είναι υλικά που ηλεκτρική ενέργεια και οι μονωτήρες είναι υλικά που δεν το κάνουν. Το εάν η ουσία παράγει ηλεκτρική ενέργεια καθορίζεται από το πόσο εύκολα κινούνται τα ηλεκτρόνια μέσω αυτής.

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα εξαρτάται από την κίνηση ηλεκτρονίων επειδή τα πρωτόνια και τα νετρόνια δεν κινούνται - δεσμεύονται σε άλλα πρωτόνια και νετρόνια στους ατομικούς πυρήνες.

ηλεκτρόνια σθένους είναι σαν τους εξωτερικούς πλανήτες σε τροχιά γύρω από ένα αστέρι. Είναι ελκυσμένοι αρκετά ώστε τα άτομα τους να παραμείνουν στη θέση τους, αλλά δεν παίρνουν πάντα πολλή ενέργεια για να τα χτυπήσουν μακριά - αυτά τα ηλεκτρόνια φέρουν εύκολα ηλεκτρικά ρεύματα. Ανόργανες ουσίες όπως τα μέταλλα και τα πλάσματα που εύκολα χάνουν και κερδίζουν τα ηλεκτρόνια στην κορυφή του καταλόγου αγωγών.

Οργανικά μόρια είναι ως επί το πλείστον μονωτήρες επειδή κρατιούνται από κοινού ομοιοπολικά (κοινά ηλεκτρονίων) δεσμούς και επειδή ο δεσμός υδρογόνου βοηθά στη σταθεροποίηση πολλών μορίων. Τα περισσότερα υλικά δεν είναι ούτε καλοί αγωγοί ούτε καλές μονωτήρες αλλά κάπου στη μέση. Αυτά δεν διεξάγουν άμεσα, αλλά αν παρέχεται αρκετή ενέργεια, τα ηλεκτρόνια θα κινηθούν.

Ορισμένα υλικά σε καθαρή μορφή είναι μονωτικά, αλλά θα διεξάγονται αν είναι εφοδιασμένα με μικρές ποσότητες ενός άλλου στοιχείου ή εάν περιέχουν ακαθαρσίες. Για παράδειγμα, τα περισσότερα κεραμικά είναι εξαιρετικά μονωτικά, αλλά αν τα κάνετε, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα υπεραγωγό. Το καθαρό νερό είναι ένας μονωτήρας, το βρώμικο νερό ασκεί ασθενώς, και το αλμυρό νερό - με τα ελεύθερα-κυμαινόμενα ιόντα του - διεξάγει καλά.

ο καλύτερος ηλεκτρικός αγωγός, υπό συνθήκες συνήθους θερμοκρασίας και πίεσης, είναι η μεταλλικό στοιχείο ασήμι. Το ασήμι δεν είναι πάντοτε η ιδανική επιλογή ως υλικό, όμως, επειδή είναι ακριβό και ευαίσθητο στην αμαύρωση και το στρώμα οξειδίου που είναι γνωστό ως αμαύρωση δεν είναι αγώγιμο.

Ομοίως, η σκουριά, το verdigris και άλλα στρώματα οξειδίου μειώνουν την αγωγιμότητα ακόμα και στους ισχυρότερους αγωγούς. Το πιο αποτελεσματικό ηλεκτρικό αγωγούς είναι:

1. Ασήμι
2. Χρυσός
3. Χαλκός
4. Αλουμίνιο
5. Ερμής
6. Ατσάλι
7. Σίδερο
8. Θαλασσινό νερό
9. Σκυρόδεμα
10. Ερμής

Άλλοι ισχυροί αγωγοί περιλαμβάνουν:

• Πλατίνα
• Ορείχαλκος
• Μπρούντζος
• Γραφίτης
• Βρομικο νερο
• Χυμός λεμονιού

Τα ηλεκτρικά φορτία δεν ρέουν ελεύθερα μέσα από τους μονωτήρες. Αυτή είναι μια ιδανική ποιότητα σε πολλές περιπτώσεις - οι ισχυροί μονωτήρες χρησιμοποιούνται συχνά για να επικαλύψουν ή να παρέχουν ένα φράγμα μεταξύ των αγωγών για να διατηρήσουν τα ηλεκτρικά ρεύματα υπό έλεγχο. Αυτό μπορεί να παρατηρηθεί σε καλώδια και καλώδια με επικάλυψη από καουτσούκ. Οι πιο αποτελεσματικοί ηλεκτρικοί μονωτήρες είναι:

1. Καουτσούκ
2. Ποτήρι
3. Καθαρό νερό
4. Λάδι
5. Αέρας
6. Διαμάντι
7. Ξηρό ξύλο
8. Ξηρό βαμβάκι
9. Πλαστική ύλη
10. Ασφάλτος

Άλλοι ισχυροί μονωτήρες περιλαμβάνουν:

• Fiberglass
• Ξηρό χαρτί
• Πορσελάνη
• Κεραμικά
• Χαλαζίας

Το σχήμα και το μέγεθος ενός υλικού επηρεάζουν την αγωγιμότητα του. Για παράδειγμα, ένα παχύ κομμάτι ύλης θα έχει καλύτερη συμπεριφορά από ένα λεπτό κομμάτι του ιδίου μεγέθους και μήκους. Εάν έχετε δύο κομμάτια υλικού με το ίδιο πάχος αλλά το ένα είναι μικρότερο από το άλλο, το μικρότερο θα έχει καλύτερη συμπεριφορά επειδή το κοντύτερο κομμάτι έχει λιγότερη αντίσταση, με τον ίδιο τρόπο που είναι πιο εύκολο να πιέσεις το νερό μέσα από ένα μικρό σωλήνα παρά πολύ ένας.

Θερμοκρασία επηρεάζει επίσης την αγωγιμότητα. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, τα άτομα και τα ηλεκτρόνια τους αποκτούν ενέργεια. Μερικοί μονωτήρες όπως το γυαλί είναι κακοί αγωγοί όταν ψύχονται αλλά καλοί αγωγοί όταν ζεσταίνουν. τα περισσότερα μέταλλα είναι καλύτερα αγωγούς όταν είναι δροσεροί και λιγότερο αποδοτικοί αγωγοί όταν είναι ζεστοί. Μερικοί καλούς αγωγούς γίνομαι υπεραγωγούς σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.

Μερικές φορές η ίδια η αγωγή μεταβάλλει τη θερμοκρασία ενός υλικού. Τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω αγωγών χωρίς να καταστρέφουν τα άτομα ή να προκαλούν φθορά. Κινούμενα ηλεκτρόνια βιώνουν αντίσταση, όμως. Εξαιτίας αυτού, η ροή ηλεκτρικών ρευμάτων μπορεί να θερμάνει αγώγιμα υλικά.