проводящие и изоляционные материалы Они важны в области электротехники, поскольку определяют, как электричество течет через материал. Эти материалы классифицируются в зависимости от их способности проводить электричество, и такая классификация имеет решающее значение в различных отраслях, от производства электронных устройств до инфраструктуры электросетей. В этой статье мы рассмотрим основные характеристики проводящих, изоляционных, полупроводниковых и сверхпроводниковых материалов, чтобы вы могли лучше понять, как они работают и как используются в повседневной жизни.
Что такое проводящие и изоляционные материалы?
Материалы в основном делятся на две категории: водители y изоляторы. Ключевое различие между ними заключается в их способности пропускать или блокировать прохождение электричества. В проводниках электроны легко движутся, позволяя электричеству течь без особого сопротивления. Вместо этого изоляторы препятствуют свободному движению электронов, эффективно блокируя поток электричества.
Поведение валентные электроны в атомах – это то, что определяет проводимость материала. Эти внешние электроны атомов могут свободно перемещаться в проводящих материалах, тем самым облегчая прохождение тока. Однако в изоляторах эти электроны прочно связаны с атомами и поэтому не могут двигаться, а это означает, что эти материалы не проводят электричество эффективно.
Интересно отметить, что некоторые материалы, обычно изоляторы, могут менять свое поведение при определенных условиях, например, при добавлении примесей или при химическом изменении. Например, чистая вода не проводит электричество, но если мы добавим соль, она станет эффективным проводником благодаря присутствующим ионам.
Проводящие материалы
проводящие материалы Это те, которые обеспечивают свободный поток электронов между своими атомами. Когда электрический заряд прикладывается к проводящему материалу, электроны быстро распространяются по всей его поверхности. Лучшими проводниками обычно являются металлы, поскольку их валентные электроны слабо связаны с ядром атома и могут легко перемещаться.
Прекрасным примером этого является медь, широко используемая в электротехнике из-за ее низкой стоимости и высокой проводимости. Другими известными проводящими материалами являются серебро, золото и алюминий, хотя не все из них широко используются из-за их высокой стоимости или сложности использования.
На практике проводящие материалы необходимы для передачи электроэнергии во всех типах применений: от небольших электронных устройств до крупных электрических сетей. Без них было бы невозможно развивать наше общество в том виде, в каком мы его знаем сегодня.
полупроводниковые материалы
полупроводники Это материалы, обладающие промежуточными свойствами между проводниками и изоляторами. Его способность проводить электричество зависит от нескольких факторов, таких как температура, электрическое и магнитное поле или даже давление. В чистом виде полупроводники не очень хорошие проводники; Однако когда к ним добавляются определенные примеси в процессе, называемом легированием, они могут очень эффективно вести себя как проводники.
Наиболее распространенным и используемым полупроводниковым материалом является кремний, который является основой большинства современной электроники, от транзисторов до микропроцессоров. Еще одним очень важным полупроводником является германий, хотя его использование менее распространено, поскольку во многих практических применениях он не так эффективен, как кремний.
Полупроводники обладают способностью точно контролировать поток электричества, что делает их ключевой частью работы электронных устройств. Их способность действовать как проводники, так и изоляторы, в зависимости от обстоятельств, позволила использовать их в таких устройствах, как диоды и транзисторы.
сверхпроводящие материалы
сверхпроводящий Это материалы, которые при охлаждении до чрезвычайно низких температур (близких к абсолютному нулю) могут проводить электричество, не оказывая сопротивления. Это означает, что в этом состоянии сверхпроводящий материал может передавать электричество без потери энергии, что является удивительным явлением.
Этот эффект возникает, когда материал достигает своего вызова. критическая температура. С этого момента удельное сопротивление материала снижается до нуля, и он может поддерживать электрический ток бесконечно долго, не нуждаясь в дополнительном источнике энергии. Сверхпроводники уже используются в передовых приложениях, таких как поезда на магнитной подвеске (maglev), медицинская МРТ и передовые исследования в области ускорителей частиц.
Хотя использование сверхпроводников не распространилось на более распространенные области из-за сложностей и затрат, связанных с необходимостью поддерживать чрезвычайно низкие температуры, существует большой интерес к разработке сверхпроводников, которые могут работать при температурах, близких к температурам окружающей среды, что позволит сделать возможным его использование в повседневных приложениях.
Изоляционные материалы
В отличие от водителей, Изоляционные материалы Они блокируют прохождение электронов. В изоляторе электроны прочно связаны с атомами, не позволяя им свободно перемещаться. Это делает изоляторы очень ценными для удержания электричества внутри проводников, предотвращения утечек или опасностей.
Среди наиболее распространенных изоляционных материалов мы находим стекло, резину, фарфор, керамику и пластик. В повседневной жизни изоляторы имеют решающее значение для электробезопасности, позволяя кабелям и другим проводящим компонентам работать безопасно, без риска коротких замыканий или несчастных случаев.
Например, изоляция, которая обычно покрывает медные кабели, гарантирует отсутствие электрического контакта с внешними поверхностями, предотвращая серьезные несчастные случаи. Изоляторы также широко используются в конструкции электронного оборудования и устройств для предотвращения воздействия электричества на другие чувствительные или опасные части.
Примеры проводящих и изоляционных материалов
Чтобы лучше идентифицировать эти материалы, ниже приведен список примеров проводящие материалы:
- Серебро
- Медь
- золото
- Алюминий
- Йерро
- сталь
- Морская вода
- бетон
- латунь
- бронза
С другой стороны, некоторые примеры Изоляционные материалы являются:
- Стекло
- Резиновый
- Древесина (сухая)
- Бумага (сухая)
- Керамика
- Суд окружных судей
- Пластик
- Фарфор
- стекловолокно
- Дистиллированная вода
Важно помнить, что некоторые материалы могут менять свое поведение в зависимости от обстоятельств, например, легирование полупроводников, а это означает, что их способность проводить или изолировать электричество не всегда одинакова.
Знание свойств проводящих и изоляционных материалов жизненно важно для выбора подходящего материала для каждого применения, будь то создание электронных устройств, поддержание безопасной электросети или проведение экспериментов в лаборатории. Это понимание необходимо для обеспечения производительности, безопасности и эффективности электрических установок и устройств.