Vật liệu dẫn điện và cách điện: đặc điểm và tính chất

Các vật liệu dẫn điện và cách điện chúng được phân loại theo hành vi của chúng đối với điện. Có những loại có khả năng dẫn điện và những loại khác thì không thể làm được như vậy. Những vật liệu này có những đặc điểm khác nhau và được sử dụng trong các lĩnh vực công nghiệp và gia đình khác nhau.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cho bạn biết mọi thứ bạn cần biết về vật liệu dẫn điện và cách điện và mỗi loại vật liệu này dùng để làm gì.

Vật liệu dẫn điện và cách điện

Vật liệu có thể được chia thành hai loại lớn: chất dẫn điện và chất cách điện. Sẽ đúng hơn nếu định nghĩa chúng là chất dẫn điện tốt và chất dẫn điện xấu, tùy thuộc vào việc mỗi loại vật liệu tạo điều kiện thuận lợi hoặc cản trở việc lái xe. Sự phân chia này ảnh hưởng đến độ dẫn nhiệt (tức là truyền nhiệt) hoặc dẫn điện (tức là dòng điện).

Một chất có dẫn điện hay không phụ thuộc vào mức độ dễ dàng mà các electron có thể đi qua nó. Các proton không chuyển động vì mặc dù chúng mang điện tích nhưng chúng liên kết với các proton và neutron khác trong hạt nhân. Các điện tử hóa trị giống như ngoại hành tinh quay quanh các ngôi sao. Họ bị thu hút đủ để giữ nguyên vị trí, nhưng Không phải lúc nào bạn cũng tốn nhiều năng lượng để đưa chúng ra khỏi vị trí.

Kim loại dễ dàng mất và nhận electron, vì vậy chúng thống trị danh sách các chất dẫn điện. Các phân tử hữu cơ hầu hết là chất cách điện, một phần vì chúng được giữ với nhau bằng liên kết cộng hóa trị (các điện tử chung), nhưng cũng vì liên kết hydro giúp ổn định nhiều phân tử. Hầu hết các vật liệu không phải là chất dẫn điện tốt cũng không phải chất cách điện tốt. Chúng không dẫn điện một cách dễ dàng, nhưng với đủ năng lượng, các electron sẽ chuyển động.

Một số vật liệu cách điện được tìm thấy ở trạng thái tinh khiết, nhưng chúng hoạt động hoặc phản ứng nếu chúng được pha tạp với một lượng nhỏ nguyên tố khác hoặc nếu chúng chứa tạp chất. Ví dụ, hầu hết đồ gốm là chất cách điện tuyệt vời, nhưng nếu bạn sửa đổi chúng, bạn có thể nhận được chất siêu dẫn. Nước tinh khiết là một chất cách điện, nhưng nước bẩn kém dẫn điện hơn, trong khi nước muối với các ion nổi tự do dẫn điện tốt.

Vật liệu dẫn điện là gì?

Chất dẫn điện là những vật liệu cho phép các electron chuyển động tự do giữa các hạt. Các vật thể làm bằng vật liệu dẫn điện sẽ cho phép truyền điện tích trên toàn bộ bề mặt của vật thể. Nếu một điện tích được chuyển đến một vật tại một vị trí nhất định, nó sẽ nhanh chóng phân bố trên toàn bộ bề mặt của vật đó.

Sự phân bố điện tích là kết quả của sự chuyển động của các electron. Vật liệu dẫn điện cho phép các electron được vận chuyển từ hạt này sang hạt khác bởi vì một vật mang điện sẽ luôn phân phối điện tích của nó cho đến khi lực đẩy tổng thể giữa các electron dư thừa được giảm thiểu. Bằng cách này, nếu một vật dẫn tích điện tiếp xúc với một vật khác, vật dẫn đó thậm chí có thể truyền điện tích của nó sang vật đó.

Sự truyền điện tích giữa các vật dễ xảy ra hơn nếu vật thứ hai được làm bằng vật liệu dẫn điện. Chất dẫn điện cho phép chuyển điện tích thông qua chuyển động tự do của các electron.

Vật liệu bán dẫn là gì?

Trong số các vật liệu dẫn điện, chúng tôi tìm thấy các vật liệu có cùng chức năng nhưng cũng có thể hoạt động như chất cách điện, mặc dù điều này phụ thuộc vào một số yếu tố. Các yếu tố này là:

• điện trường
• từ trường
• presión
• bức xạ sự cố
• nhiệt độ của môi trường của bạn

Các vật liệu bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất là silic, gecmani và chỉ gần đây lưu huỳnh mới được sử dụng làm vật liệu bán dẫn.

Vật liệu siêu dẫn là gì?

Vật liệu này hấp dẫn bởi vì nó có khả năng vốn có mà vật liệu đó có thể dẫn dòng điện, nhưng trong điều kiện thích hợp, không có điện trở hoặc mất năng lượng.

Nói chung, điện trở suất của vật dẫn kim loại giảm khi nhiệt độ giảm. Khi đạt đến nhiệt độ tới hạn, điện trở của chất siêu dẫn giảm xuống đáng kể, nhưng đảm bảo rằng năng lượng bên trong vẫn tiếp tục chảy, mặc dù không có điện. Tính siêu dẫn được tạo ra.

Nó xuất hiện trong nhiều loại vật liệu, bao gồm các hợp kim đơn giản như thiếc hoặc nhôm không thể hiện khả năng chịu điện, do đó ngăn vật liệu xâm nhập vào miền của nó. Đó là hiệu ứng Meissner, nó cho phép vật liệu bị đẩy lùi, giữ cho nó nổi.

Vật liệu cách điện là gì

Không giống như chất dẫn điện, chất cách điện là vật liệu ngăn cản dòng chuyển động tự do của các electron từ nguyên tử này sang nguyên tử khác và từ phân tử này sang phân tử khác. Nếu phụ tải được chuyển đến bộ cách ly tại một vị trí nào đó thì phần tải thừa sẽ vẫn ở vị trí ban đầu của phụ tải. Các hạt cách điện không cho phép chuyển động tự do của các electron, do đó điện tích hiếm khi phân bố đều trên bề mặt của vật liệu cách điện.

Mặc dù chất cách điện không hữu ích cho chuyển điện tích, đóng một vai trò quan trọng trong các thí nghiệm và chứng minh tĩnh điện. Vật dẫn điện thường được gắn trên vật cách điện. Việc bố trí các dây dẫn phía trên vật cách điện này ngăn cản sự truyền điện tích từ vật dẫn điện sang môi trường xung quanh, tránh các tai nạn như đoản mạch hoặc điện giật. Sự sắp xếp này cho phép chúng ta thao tác với vật thể dẫn điện mà không cần chạm vào nó.

Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng vật liệu cách điện đóng vai trò như một tay cầm cho dây dẫn trên bàn thí nghiệm di động. Ví dụ: nếu một lon nước ngọt bằng nhôm được sử dụng để tải các thí nghiệm, cái lon nên được gắn trên đầu cốc nhựa. Kính hoạt động như một chất cách nhiệt, ngăn không cho lon nước ngọt bị rò rỉ.

Ví dụ về vật liệu dẫn điện và cách điện

Ví dụ về vật liệu dẫn điện bao gồm:

• trả
• Cobre
• vàng
• nhôm
• sắt
• thép
• thau
• đồng
• thương mại
• than chì
• nước biển
• bê tông

Ví dụ về vật liệu cách điện bao gồm:

• kính
• cao su
• dầu
• nhựa đường
• sợi thủy tinh
• sứ
• gốm sứ
• thạch anh
• bông (khô)
• giấy (khô)
• củi khô)
• nhựa
• Aire
• kim cương
• nước tinh khiết
• cục tẩy

Việc phân chia vật liệu thành các loại chất dẫn điện và chất cách điện là một sự phân chia nhân tạo. Sẽ thích hợp hơn nếu đặt vật liệu ở một nơi nào đó dọc theo liên tục.

Cần phải hiểu rằng không phải tất cả các vật liệu dẫn điện đều có độ dẫn điện như nhau và không phải chất cách điện nào cũng có khả năng chống lại sự chuyển động của các electron như nhau. Độ dẫn điện tương tự như độ trong suốt của một số vật liệu đối với ánh sáng.: Vật liệu dễ dàng “đi qua” ánh sáng được gọi là “trong suốt”, trong khi những vật liệu không dễ dàng “đi qua” được gọi là “mờ đục”. Tuy nhiên, không phải tất cả các vật liệu trong suốt đều có độ dẫn quang như nhau. Tương tự đối với dây dẫn điện, một số tốt hơn một số khác.

Những vật liệu có độ dẫn điện cao, được gọi là chất siêu dẫn, được đặt ở một đầu và những vật liệu có độ dẫn điện thấp hơn được đặt ở đầu kia. Như bạn có thể thấy ở trên, kim loại sẽ được đặt gần đầu dẫn điện nhất, trong khi kính sẽ được đặt ở đầu kia của liên tục. Độ dẫn điện của kim loại có thể gấp một nghìn tỷ nghìn tỷ lần thủy tinh.

Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ dẫn điện. Khi nhiệt độ tăng lên, các nguyên tử và electron được tăng năng lượng. Một số chất cách điện, chẳng hạn như thủy tinh, dẫn điện kém khi lạnh, nhưng vẫn dẫn điện tốt khi nóng. Hầu hết các kim loại là chất dẫn điện tốt hơn.. Chúng cho phép làm mát và dẫn điện kém hơn khi nóng. Một số chất dẫn điện tốt đã được tìm thấy trong chất siêu dẫn ở nhiệt độ rất thấp.

Tôi hy vọng rằng với những thông tin này, bạn có thể hiểu thêm về các vật liệu dẫn điện và cách điện.