Hva gjør et materiale til en leder eller en isolator? Enkelt sagt er elektriske ledere materialer som lede strøm og isolatorer er materialer som ikke gjør det. Hvorvidt et stoff leder elektrisitet bestemmes av hvor lett elektroner beveger seg gjennom det.
Elektrisk ledningsevne er avhengig av elektronbevegelse fordi protoner og nøytroner ikke beveger seg - de er bundet til andre protoner og nøytroner i atomkjerner.
Ledere Vs. isolatorer
Valenselektroner er som ytre planeter som kretser rundt en stjerne. De er tiltrukket av atommene deres til å holde seg i posisjon, men det krever ikke alltid mye energi å slå dem ut av plass - disse elektronene har lett elektriske strømmer. Uorganiske stoffer som metaller og plasmaer som lett mister og får elektroner på toppen av listen over ledere.
Organiske molekyler er stort sett isolatorer fordi de holdes sammen av kovalente (delte elektron) bindinger og fordi hydrogenbinding hjelper til med å stabilisere mange molekyler. De fleste materialer er verken gode ledere eller gode isolatorer, men et sted i midten. Disse fører ikke lett, men hvis det tilføres nok energi, vil elektronene bevege seg.
Noen materialer i ren form er isolatorer, men vil lede hvis de er dopet med små mengder av et annet element eller hvis de inneholder urenheter. For eksempel er de fleste keramikk ypperlige isolatorer, men hvis du dope dem, kan du lage en superleder. Rent vann er en isolator, skittent vann leder svakt, og saltvann - med sine frittflytende ioner - leder godt.
10 elektriske ledere
De beste elektrisk leder under betingelser av vanlig temperatur og trykk metallisk element sølv. Sølv er imidlertid ikke alltid et ideelt valg som materiale, fordi det er dyrt og utsatt for søl, og oksydlaget kjent som søl er ikke ledende.
På samme måte reduserer rust, verdigris og andre oksydlag ledningsevnen selv i de sterkeste lederne. Den mest effektive elektriske ledere er:
- Sølv
- Gull
- Kobber
- Aluminium
- Mercury
- Stål
- Jern
- sjøvann
- Betong
- Mercury
Andre sterke ledere inkluderer:
- platina
- Messing
- Bronse
- grafitt
- Skittent vann
- Sitronsaft
10 elektriske isolatorer
Elektriske ladninger flyter ikke fritt gjennom isolatorer. Dette er en ideell kvalitet i mange tilfeller - sterke isolatorer brukes ofte til å belegge eller gi en barriere mellom ledere for å holde elektriske strømmer under kontroll. Dette kan sees i gummibelagte ledninger og kabler. De mest effektive elektriske isolatorene er:
- Gummi
- Glass
- Rent vann
- Olje
- Luft
- Diamant
- Tørt treverk
- Tørr bomull
- Plast
- Asfalt
Andre sterke isolatorer inkluderer:
- glassfiber
- Tørt papir
- Porselen
- keramikk
- Quartz
Andre faktorer som påvirker konduktivitet
Formen og størrelsen på et materiale påvirker dets ledningsevne. For eksempel vil et tykt stykke materiale føre bedre enn et tynt stykke av samme størrelse og lengde. Hvis du har to deler av et materiale med samme tykkelse, men den ene er kortere enn den andre, vil den kortere føre bedre fordi det kortere stykket har mindre motstand, på omtrent samme måte som det er lettere å tvinge vann gjennom et kort rør enn et langt en.
Temperatur påvirker også konduktivitet. Når temperaturen øker, får atomene og deres elektroner energi. Noen isolatorer som glass er dårlige ledere når de er kule, men gode ledere når de er varme; de fleste metaller er bedre ledere når de er kule og mindre effektive ledere når de er varme. Noen gode konduktører bli superledere ved ekstremt lave temperaturer.
Noen ganger endrer selv ledning temperaturen på et materiale. Elektroner strømmer gjennom ledere uten å skade atomene eller forårsake slitasje. Flyttende elektroner opplever imidlertid motstand. På grunn av dette kan strømmen av elektriske strømmer varme opp ledende materialer.