10 Esimerkkejä sähköjohtimista ja eristeistä

Mikä tekee materiaalista johtimen tai eristimen? Yksinkertaisesti sanottuna, sähköjohtimet ovat materiaaleja, jotka johtaa sähköä ja eristeet ovat materiaaleja, jotka eivät. Se, johtaako aine sähköä, määräytyy sen perusteella, kuinka helposti elektronit liikkuvat sen läpi.

Sähkönjohtavuus riippuu elektronien liikkeestä, koska protonit ja neutronit eivät liiku - ne ovat sitoutuneet muihin atomin ytimiin liittyviin protoneihin ja neutroniin.

valenssielektronit ovat kuin tähtiä kiertäviä ulkoplaneettoja. Heidät houkuttelevat atomejaan pysymään paikoillaan, mutta niiden kuljettaminen paikoilleen ei aina vie paljon energiaa - nämä elektronit kuljettavat helposti sähkövirtoja. Epäorgaaniset aineet, kuten metallit ja plasmat, jotka helposti häviävät ja saavat elektronia, ovat johtimien kärjessä.

Orgaaniset molekyylit ovat enimmäkseen eristeitä, koska he pitävät niitä yhdessä kovalenttiset (jaetut elektronit) sidokset ja koska vety-sidos auttaa stabiloimaan monia molekyylejä. Suurin osa materiaaleista ei ole hyviä johtimia eikä hyviä eristeitä, mutta jossain keskellä. Ne eivät johda helposti, mutta jos energiaa syötetään tarpeeksi, elektronit liikkuvat.

Jotkut puhtaassa muodossa olevat materiaalit ovat eristeitä, mutta ne toimivat, jos ne seostetaan pienillä määrillä toista elementtiä tai jos ne sisältävät epäpuhtauksia. Esimerkiksi useimmat keramiikat ovat erinomaisia ​​eristeitä, mutta jos seostat niitä, voit luoda suprajohteen. Puhdas vesi on eriste, likainen vesi johtaa heikosti, ja suolavesi - vapaasti kelluvien ioniensa kanssa - johtaa hyvin.

parhaat sähköjohdin on normaalin lämpötilan ja paineen olosuhteissa metalliosa hopea. Hopea ei kuitenkaan ole aina ihanteellinen valinta materiaalina, koska se on kallis ja herkkä tuhoutumiseen, ja tuhkaavaksi tunnettu oksidikerros ei ole johtava.

Samoin ruoste, verdigris ja muut oksidikerrokset vähentävät johtokykyä jopa vahvimmissa johtimissa. Tehokkain sähkö johtimet ovat:

1. Hopea
2. Kulta
3. Kupari
4. Alumiini
5. elohopea
6. Teräs
7. Rauta
8. meriveden
9. betoni
10. elohopea

Muita vahvoja johtimia ovat:

• Platina
• Messinki
• Pronssi
• Grafiitti
• Likainen vesi
• Sitruunamehua

Sähkövaraukset eivät kulje vapaasti eristimien läpi. Tämä on monissa tapauksissa ihanteellinen laatu - vahvoja eristimiä käytetään usein peittämään tai muodostamaan este johtimien välille pitämään sähkövirrat hallinnassa. Tämä näkyy kumipäällysteisissä johdoissa ja kaapeleissa. Tehokkaimmat sähköeristeet ovat:

1. Kumi
2. Lasi
3. Puhdas vesi
4. Öljy
5. ilma
6. Timantti
7. Kuiva puu
8. Kuiva puuvilla
9. Muovi
10. asfaltti

Muita vahvoja eristeitä ovat:

• Lasikuitu
• Kuiva paperi
• Posliini
• Keramiikka
• Kvartsi

Materiaalin muoto ja koko vaikuttavat sen johtavuuteen. Esimerkiksi paksu ainekappale johtaa paremmin kuin ohut, samankokoinen ja -pituinen kappale. Jos sinulla on kaksi kappaletta samanpaksuista materiaalia, mutta yksi on lyhyempi kuin toinen, lyhyempi toimii paremmin koska lyhyemmällä kappaleella on vähemmän vastuskykyä, aivan samalla tavalla kuin on helpompaa pakottaa vettä lyhyen putken läpi kuin pitkää yksi.

Lämpötila vaikuttaa myös johtavuuteen. Lämpötilan noustessa atomit ja niiden elektronit saavat energiaa. Jotkut eristeet, kuten lasi, ovat huonoja johtimia viileässä, mutta hyviä johtimia kuumana; useimmat metallit ovat parempia johtimia viileässä ja vähemmän tehokkaita johtimia kuumana. Jonkin verran hyvät johtimet tulla suprajohteet erittäin alhaisissa lämpötiloissa.

Joskus johto itsessään muuttaa materiaalin lämpötilaa. Elektronit virtaavat johtimien läpi vahingoittamatta atomeja tai aiheuttamatta kulumista. Liikkuvat elektronit kuitenkin kokevat vastustusta. Tämän vuoksi sähkövirtojen virtaus voi lämmittää johtavia materiaaleja.