ما الذي يجعل المادة موصلًا أو عازلًا؟ ببساطة ، الموصلات الكهربائية هي المواد التي توصيل الكهرباء والعوازل هي مواد لا تفعل ذلك. يتم تحديد ما إذا كانت المادة تقوم بتوصيل الكهرباء من خلال مدى سهولة تحرك الإلكترونات عبرها.
تعتمد الموصلية الكهربائية على حركة الإلكترونات لأن البروتونات والنيوترونات لا تتحرك - فهي مرتبطة بالبروتونات والنيوترونات الأخرى في النوى الذرية.
الموصلات مقابل. العوازل
إلكترونات التكافؤ تشبه الكواكب الخارجية التي تدور حول نجم. إنهم ينجذبون بما يكفي لذراتهم للبقاء في مكانهم ولكن لا يستغرق الأمر دائمًا الكثير من الطاقة لإخراجهم من مكانهم - هذه الإلكترونات تحمل بسهولة تيارات كهربائية. تتصدر قائمة المواد غير العضوية مثل المعادن والبلازما التي تفقد الإلكترونات وتكتسبها بسهولة.
جزيئات عضوية معظمها عوازل لأنها متماسكة معًا سندات تساهمية (إلكترون مشترك) ولأن ربط الهيدروجين يساعد على استقرار العديد من الجزيئات. معظم المواد ليست موصلات جيدة ولا عوازل جيدة ولكن في مكان ما في الوسط. هذه لا تجري بسهولة ولكن إذا تم توفير طاقة كافية ، ستتحرك الإلكترونات.
بعض المواد في شكل نقي هي عوازل ولكنها ستجري إذا كانت مخدرة بكميات صغيرة من عنصر آخر أو إذا كانت تحتوي على شوائب. على سبيل المثال ، معظم السيراميك عبارة عن عوازل ممتازة ، ولكن إذا تناولتها ، فيمكنك إنشاء موصل فائق. الماء النقي هو عازل ، والمياه القذرة تصرف بشكل ضعيف ، والمياه المالحة - مع أيوناتها العائمة الحرة - تعمل بشكل جيد.
10 موصلات كهربائية
ال الأفضل الموصل الكهربائي ، تحت ظروف درجة الحرارة والضغط العادية ، هو عنصر معدني فضي. الفضة ليست دائمًا الخيار المثالي كمادة ، لأنها باهظة الثمن وقابلة للتشويه ، وطبقة الأكسيد المعروفة باسم التشويه ليست موصلة.
وبالمثل ، فإن الصدأ ، والخلخ ، وطبقات أكسيد أخرى تقلل من الموصلية حتى في أقوى الموصلات. الأكثر فعالية الكهربائية الموصلات هم:
- فضة
- ذهب
- نحاس
- الألومنيوم
- الزئبق
- صلب
- حديد
- مياه البحر
- الخرسانة
- الزئبق
تشمل الموصلات القوية الأخرى:
- البلاتين
- نحاس
- برونز
- الجرافيت
- المياه القذرة
- عصير ليمون
10 عوازل كهربائية
لا تتدفق الشحنات الكهربائية بحرية من خلال العوازل. هذه جودة مثالية في كثير من الحالات - غالبًا ما تستخدم العوازل القوية لطلاء أو توفير حاجز بين الموصلات للحفاظ على التيارات الكهربائية تحت السيطرة. ويمكن رؤية ذلك في الأسلاك والكابلات المغلفة بالمطاط. العوازل الكهربائية الأكثر فعالية هي:
- ممحاة
- زجاج
- ماء نقي
- نفط
- الهواء
- الماس
- الخشب الجاف
- قطن جاف
- بلاستيك
- أسفلت
تشمل العوازل القوية الأخرى:
- الألياف الزجاجية
- ورق جاف
- بورسلين
- سيراميك
- كوارتز
العوامل الأخرى التي تؤثر على الموصلية
يؤثر شكل المادة وحجمها على الموصلية. على سبيل المثال ، ستحقق قطعة سميكة من المادة أفضل من قطعة رقيقة بنفس الحجم والطول. إذا كان لديك قطعتان من مادة بنفس السماكة ولكن واحدة أقصر من الأخرى ، فإن الأقصر ستعمل بشكل أفضل لأن القطعة الأقصر تتمتع بمقاومة أقل ، بنفس الطريقة التي يسهل بها دفع المياه عبر ماسورة قصيرة أكثر من ماسورة طويلة واحد.
درجة الحرارة يؤثر أيضا على الموصلية. مع زيادة درجة الحرارة ، تكتسب الذرات وإلكتروناتها الطاقة. بعض العوازل مثل الزجاج تكون موصلات فقيرة عندما تكون باردة ولكنها جيدة عندما تكون ساخنة ؛ معظم المعادن تكون موصلات أفضل عندما تكون الموصلات باردة وأقل كفاءة عندما تكون ساخنة. بعض موصلات جيدة يصبح الموصلات الفائقة في درجات حرارة منخفضة للغاية.
أحيانًا يغير التوصيل نفسه درجة حرارة المادة. تتدفق الإلكترونات عبر الموصلات دون الإضرار بالذرات أو التسبب في تلفها. رغم ذلك ، تعاني الإلكترونات المتحركة من مقاومة. وبسبب هذا ، يمكن لتدفقات التيارات الكهربائية تسخين المواد الموصلة.