Что такое проводники и изоляторы, в чем их разница?
Разнообразны материалы, применяемые в электротехнике. Некоторые элементы периодической системы Менделеева используются в электротехнике в чистом виде. Другие входят в различные химические соединения, важные для электротехники.
Трудно назвать материал, который бы не относился к «строительным материалам электротехники». Можно выделить две большие группы материалов: те, у которых удельное электросопротивление измеряетс микроомами — это проводники, и материалы, имеющие удельное электросопротивление выше миллиона мегом, ‘ называемые изоляторами или диэлектриками.
Деление всех окружающих нас материалов на проводники и изоляторы возникло впервые 300 лет назад. Физики того времени исследовали электризацию трением и установили, что «. янтарь, шелк, волосы, смолы, стекло, сера, каучук, фарфор не проводят электричества, а металлы, уголь, живые ткани растений, наоборот, электричество передают».
Но как всякая классификация, так и это деление всех материалов на изоляторы и проводники электричества относительно и не всегда справедливо. Стекло к примеру при комнатной температуре относится к хорошим изоляторам. Но при красном калении оно довольно хорошо проводит ток.
Природа электрической проводимости
Ток проводимости — это движение заряженных частиц, а такими частицами могут быть электроны и заряженные атомы, т. е. атомы, у которых недостает одного или более электронов или, наоборот, имеется избыток электронов. Нейтральные атомы остаются неподвижными под действием электрических сил, а заряженные ускоряются пропорционально их заряду и обратно пропорционально их массе.
Эти заряженные атомы называются ионами (по-гречески это значит странниками). Атомы с недостачей электронов — ионы положительные, атомы с избытком электронов — ионы отрицательные.
В металлах имеется много не связанных с атомами электронов; самые слабые электрические силы приводят эти электроны в движение. Поэтому металлы хорошо проводят ток и такая проводимость называется электронной.
Кроме металлов, электронной проводимостью обладают и некоторые соединения, например сернистая медь.
В стекле, бумаге, фарфоре таких полусвободных электронов при комнатной температуре нет. Эти вещества могут проводить ток только за счет движения ионов. Ионной проводимостью обладают также обычная поваренная соль и многие другие материалы.
Есть еще вещества со смешанной проводимостью это такие, в которых ток переносится и ионами и электронами.
Когда вещество раскалено и оно светится, многие из его атомов ионизированы. В таком состоянии вещество не является изолятором. Чем прочнее химическое соединение, чем более высокая температура нужна для его разложения, тем лучше оно может работать как изолятор. Окись алюминия, например, может служить изолятором при температурах около 1 000° С.
Окисью алюминия изолируют вольфрамовые подогреватели для катодов электронных ламп. Но при еще более высоком нагреве и этот материал проводит ток.
При очень высоких температурах нет электрических изоляторов, как нет и химических соединений, существуют одни только проводники. Правда, довольно плохие проводники с высоким электросопротивлением.
Но вернемся снова в область комнатных температур. Вода, очень хорошо очищенная,— это почти изолятор. Но достаточно малейших загрязнений, чтобы вода стала проводником.
В замерзшем же виде даже загрязненная вода становится довольно хорошим изолятором. Можно прокладывать по снегу голые высоковольтные провода, и утечки тока почти не будет.
Вода с растворенными в ней соединениями называется. электролитом. В электролитах свободных электронов не бывает, а ток в электролитах проводится ионами. Поэтому ионную проводимость часто называют еще электролитической проводимостью.
Электролитическая проводимость всегда связана с переносом вещества. Отрицательные ионы движутся к положительному полюсу — аноду, а положительные ионы к отрицательному полюсу — катоду.
Окружающий нас мир в своем естественном состоянии — в значительной части мир изоляторов-К ним относятся все газы, большинство горных пород» сухая древесина.
Впрочем, надо заметить, что при очень высоких электрических напряжениях все без исключения изоляторы становятся проводниками. В них происходит пробой. Связь между частицами нарушается. В сильных электрических полях нет изоляторов.
Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.
чем отличается изолятор от проводника?
Проводники и изоляторы отличаются друг от друга тем, как они проводят электричество. Проводники, такие как медь, легко проводят ток, а изоляторы (стекло) проводят ток только при большом напряжении.
Остальные ответы
Изолятор изолирует эл ток, а проводник на оборот проводит его
Изолятор в основном состоит из деэлектрических материалов (пластик, карболит, ПВХ) , а проводник из металлов и их сплавов
проводник пропускает через себя эл. ток, а изолятор служит для отделения токоведущих частей от конструкции на которой он установлен, это вот так по простому )))
Самый лучший проводник электрического тока -это золото, а самый лучший изолятор-это слюда, она выдерживает на пробой 3кв на мм квадратный.
Разница между Проводником, Полупроводником и Изолятором
Принципиальное различие между Проводником, Полупроводником и Изолятором зависит от их уровня проводимости. Проводники — это материалы, которые обеспечивают легкое протекание электрического тока, следовательно, имеют высокую проводимость, Полупроводники — это материалы, которые обладают умеренной проводимостью, тогда как изоляторы являются материалами, которые препятствуют прохождению заряда через них, и тем самым имеют низкую проводимость.
Проводимость твердых веществ является основным фактором, который отличает эти три материала и различия в их проводимости объясняет Теория электронных зон. Кроме того, проводники — имеют очень низкое сопротивление, полупроводники — чистые полупроводники имеют очень высокое сопротивление, а изоляторы — имеют чрезвычайно высокое сопротивление. Однако, существуют некоторые другие различия между Проводником, Полупроводником и Изолятором.
Зонная теория проводимости
Электроны вращаются вокруг положительного ядра отдельного атома на допустимых уровнях энергии, как показано серыми линиями слева на диаграмме ниже. В большом наборе атомов, например металлической проволоке или полупроводниковом кристалле, энергетические уровни реорганизуются в две зоны. Зона проводимости — это зона высших энергетических уровней электронов, а валентная зона — это зона нижних энергетических уровней электронов. В энергетической «щели» между зонами электроны не могут существовать.
Проводимость — это движение электронов в твердом теле. Для существования проводимости электроны должны свободно перемещаться в зоне проводимости и должны быть пространства в энергетических зонах для перемещения электронов.
Проводники
В проводнике отсутствуют запрещенные зоны между валентной и проводящей зонами. В некоторых металлах зоны проводимости и валентности частично перекрываются. Это означает, что электроны могут свободно перемещаться между валентной зоной и зоной проводимости.
Зона проводимости заполнена только частично. Это означает, что есть места для перемещения электронов. Когда электроны для валентной зоны движутся в зону проводимости, они могут свободно двигаться. Это позволяет проводнику проводить электрический ток.
Изоляторы
Изолятор имеет большой зазор между валентной зоной и зоной проводимости. Валентная зона заполнена, так как никакие электроны не могут подняться до зоны проводимости. В результате зона проводимости становится пустой. Поскольку в зоне проводимости изолятора нет электронов, а в этой зоне проводимости могут легко перемещаться только электроны, материал не может проводить электрический ток.
Полупроводники
В полупроводнике зазор между валентной зоной и зоной проводимости меньше. При комнатной температуре достаточно энергии для перемещения некоторых электронов из валентной зоны в зону проводимости. Это позволяет иметь некоторую проводимость. Повышение температуры увеличивает проводимость полупроводника, потому что больше электронов будет иметь достаточно энергии для перемещения в зону проводимости.
Разница между изоляторами и полупроводниками обусловлена небольшим количеством примесей, добавляемых в полупроводник, что влияет на энергетические зоны. Этот процесс называется легированием.
Полупроводниковые материалы.
Элементы, которые используются в качестве полупроводников, такие как кремний и германий, имеют четыре электрона на внешней оболочке. Это означает, что они могут образовывать четыре связи с другими одинаковыми атомами. В кристалле чистого кремния каждый атом кремния окружен четырьмя другими атомами кремния. В этом состоянии кремний не будет проводить.
Чистый кремний может быть легирован незначительными количествами примесей путем диффузии примесей в виде газа в жидкий полупроводник до его кристаллизации.
Полупроводники n-типа
Если примесный элемент с пятью электронами внешней оболочки, такой как мышьяк, добавить в кремний в небольших количествах (примерно от одного примесного атома на каждый миллион атомов кремния), то примесные атомы будут вписываться в кристаллическую структуру. Дополнительный электрон внешней оболочки не будет связан с валентной зоной кристалла. Это легирование влияет на способность электронов перемещаться между энергетическими зонами. При этом в зоне проводимости доступно больше электронов.
Эта примесь заставляет материал проводить и называется полупроводник n-типа. n-тип относится к отрицательному заряду дополнительного электрона.
Полупроводники p-типа
Если примесный элемент с тремя электронами внешней оболочки, такой как индий, добавляется в кремний в одинаковых малых количествах, примесные атомы будут вписываться в кристаллическую структуру, но при этом пропадет один электрон. Это легирование дает больше места для электронов выше валентной зоны. Это увеличивает проводимость материала.
Эта примесь заставляет материал проводить и называется полупроводник p-типа. р-тип относится к небольшому положительному заряду зазора, вызванному отсутствием электрона.
Полупроводники n-типа и p-типа не имеют общего электрического заряда. Протоны в примесных атомах уравновешивают любое увеличение или уменьшение числа электронов в легированном полупроводнике.
Проводники и изоляторы
Изучите проводники и изоляторы – умение материала проводить ток. Узнайте, чем отличаются проводники от изоляторов, удельное сопротивление, электрический заряд.
По умению проводить ток, материалы делят на проводники и изоляторы.
Задача обучения
- Различать проводники и изоляторы среди обычных материалов.
Основные пункты
- Сопротивление – физическое свойство, измеряющее способность материала переносить ток.
- Проводники вмещают электрические заряды, которые при влиянии разности потенциалов перемещаются в направлении одного из полюсов. Это электрический ток.
- Изоляторы – материалы, в которых внутренний заряд лишен свободного передвижения и не может проводить электрический ток.
Термины
- Удельное сопротивление – сопротивление электрическому току.
- Изолятор – вещество, не передающее тепло, звук или электричество.
- Проводник – вмещает подвижные электрические заряды.
Обзор
Все материалы делятся на изоляторы и проводники. Эта классификация основывается на удельном сопротивлении.
Изолятор – материал, где электрические заряды лишены свободного передвижения. А в проводнике этот поток возможен и движется в одном или нескольких направлениях.
Проводники
Все проводники располагают электрическими зарядами, которые при влиянии разности в потенциалах движутся в сторону одного из полюсов. Положительные заряды устремлены к отрицательному концу, а отрицательные к положительному. Этот поток – электрический ток.
Ионные вещества и растворы способны проводить электричество, но максимальную проводимость предоставляют металлы. В проводах часто используют медь, так как она обеспечивает отличную проводимость и дешево стоит. Но для высокой проводимости иногда используют позолоченные провода.
У каждого проводника есть предел мощности (объем тока, который может переносить).
Изоляторы
Это материалы, где внутренний заряд лишен возможности свободного передвижения, а значит, не может проводить электрический ток. Мы не располагаем идеальным изолятором с бесконечным удельным сопротивлением. Зато можно использовать стекло, бумагу и тефлон.
У изоляторов также есть физические пределы. Если на них воздействовать огромным количеством напряжения, то случится электрический пробой (электричество пробивается сквозь материал).
Этот провод представлен сердечником из меди (проводник) и полиэтиленовым покрытием (изолятор). Медь пропускает ток, а полиэтилен гарантирует, что ток не выйдет за пределы кабеля