10 דוגמאות למוליכים חשמליים ומבודדים

מה הופך חומר למוליך או מבודד? במילים פשוטות, מוליכים חשמליים הם חומרים שהם מוליכי חשמל מבודדים הם חומרים שלא. האם חומר מוליך חשמל נקבע על ידי כמה קל אלקטרונים עוברים דרכו.

מוליכות חשמלית תלויה בתנועת אלקטרונים מכיוון שפרוטונים ונויטרונים אינם נעים - הם קשורים לפרוטונים ונויטרונים אחרים בגרעין האטומי.

אלקטרונים בעלי ערך הם כמו כוכבי לכת חיצוניים המקיפים כוכב. הם נמשכים מספיק לאטומים שלהם כדי להישאר במצב, אבל לא תמיד לוקח הרבה אנרגיה כדי להפיל אותם ממקומם - האלקטרונים האלה נושאים בקלות זרמים חשמליים. חומרים אנאורגניים כמו מתכות ופלסמות המאבדות בקלות אלקטרונים ומובילים בראש רשימת המוליכים.

מולקולות אורגניות הם בעיקר מבודדים מכיוון שהם מוחזקים יחד על ידי קשרים קוולנטיים (אלקטרונים משותפים) ומכיוון שקשירת מימן עוזרת לייצב מולקולות רבות. רוב החומרים אינם מוליכים טובים ואינם מבודדים טובים אלא איפשהו באמצע. אלה אינם מתרחשים בקלות אך אם תספק מספיק אנרגיה האלקטרונים ינועו.

חומרים מסוימים בצורה טהורה הם מבודדים אך יתנהגו אם הם מסוממים בכמויות קטנות של אלמנט אחר או אם הם מכילים זיהומים. לדוגמה, מרבית הקרמיקה הם מבודדים מצוינים, אך אם אתה מסומם אותם אתה יכול ליצור מוליך-על. מים טהורים הם מבודד, מים מלוכלכים הולכים בצורה חלשה ומי מלח - עם היונים הצפים חופשי שלהם - הולכים היטב.

ה הטוב ביותר מוליך חשמלי, בתנאים של טמפרטורה ולחץ רגיל, הוא אלמנט מתכתי כסף. עם זאת, כסף הוא לא תמיד בחירה אידיאלית כחומר, מכיוון שהוא יקר ורגיש לכתמים, ושכבת התחמוצת המכונה כתם אינה מוליכה.

באופן דומה חלודה, ורדיגריס ושכבות תחמוצת אחרות מפחיתות את המוליכות גם במוליכים החזקים ביותר. החשמלי היעיל ביותר מוליכים הם:

1. כסף
2. זהב
3. נחושת
4. אלומיניום
5. כספית
6. פלדה
7. ברזל
8. מי ים
9. בטון
10. כספית

מוליכים חזקים אחרים כוללים:

• פלטינה
• פליז
• ברונזה
• גרפיט
• מים מלוכלכים
• מיץ לימון

מטענים חשמליים אינם זורמים בחופשיות מבודדים. זו תכונה אידיאלית במקרים רבים - מבודדים חזקים משמשים לרוב לציפוי או לספק מחסום בין מוליכים כדי לשמור על זרמים חשמליים בשליטה. ניתן לראות זאת בחוטים ובכבלים מצופים גומי. מבודדי החשמל היעילים ביותר הם:

1. גומי
2. זכוכית
3. מים טהורים
4. שמן
5. אוויר
6. יהלום
7. עץ יבש
8. כותנה יבשה
9. פלסטיק
10. אספלט

מבודדים חזקים אחרים כוללים:

• פיברגלס
• נייר יבש
• חרסינה
• קרמיקה
• קוורץ

הצורה וגודל החומר משפיעים על המוליכות שלו. לדוגמה, חתיכת חומר עבה תתנהל טוב יותר מחתיכה דקה באותו גודל ואורך. אם יש לך שני חלקים מחומר בעובי זהה אך האחד קצר יותר מהשני, הקצר יותר יתנהל טוב יותר מכיוון שלחלק הקצר יותר יש פחות התנגדות, באותה דרך שבה קל יותר להכריח מים דרך צינור קצר מאשר ארוך אחד.

טמפרטורה משפיע גם על מוליכות. עם עליית הטמפרטורה, האטומים והאלקטרונים שלהם צוברים אנרגיה. כמה מבודדים כמו זכוכית הם מוליכים עניים כאשר מוליכים קרירים אך טובים כאשר הם חמים; רוב המתכות הם מוליכים טובים יותר כאשר מוליכים קרירים ויעילים פחות כאשר הם חמים. כמה מנצחים טובים הפכו מוליכי-על בטמפרטורות נמוכות במיוחד.

לפעמים ההולכה עצמה משנה את הטמפרטורה של חומר. אלקטרונים זורמים במוליכים מבלי לפגוע באטומים או לגרום לבלאי. עם זאת, אלקטרונים הנעים חווים התנגדות. בגלל זה, זרימת זרמים חשמליים יכולה לחמם חומרים מוליכים.