什么使一种材料成为导体或绝缘体?简言之,电导体是导电的材料,绝缘体是不导电的材料。一种物质是否导电取决于电子通过它的容易程度。
导电性取决于电子的运动,因为质子和中子不运动,它们与原子核中的其他质子和中子结合。
价电子就像围绕恒星运行的外行星。它们对原子的吸引力足以使它们保持在原来的位置,但并不总是需要很大的能量才能使它们离开原来的位置。这些电子很容易携带电流。无机物质,如金属和等离子体,容易失去和获得电子,是导体的首选。
有机分子大多是绝缘体,因为它们通过共价键(共享电子)结合在一起,而且氢键有助于稳定许多分子。大多数材料既不是良导体,也不是好绝缘体,而是在中间的某个地方。这些不容易传导,但如果提供足够的能量,电子就会移动。
一些纯形式的材料是绝缘体,但如果掺杂少量其他元素或含有杂质,则会导电。例如,大多数陶瓷都是优秀的绝缘体,但如果你掺杂它们,你可以创造出超导体。纯水是绝缘体,脏水的导电性很弱,含游离离子的盐水导电性很好。
在常温常压条件下,最好的导电体是金属元素银。然而,作为一种材料,银并不总是一种理想的选择,因为它价格昂贵且容易变色,而被称为变色的氧化层是不导电的。
类似地,铁锈、铜锈和其他氧化物层甚至在最强的导体中也会降低导电性。最有效的电导体是:
其他强导体包括:
电荷不能在绝缘体中自由流动。在许多情况下,这是一种理想的质量,通常使用坚固的绝缘体在导体之间涂覆或提供屏障,以控制电流。这可以在涂有橡胶的电线和电缆中看到。最有效的电气绝缘体是:
其他坚固绝缘体包括:
材料的形状和尺寸会影响其导电性。例如,一块厚的物质比同样大小和长度的一块薄的物质导电性更好。如果你有两块厚度相同的材料,但其中一块比另一块短,那么越短的一块传导效果越好,因为越短的一块阻力越小,这与迫使水通过短管比通过长管更容易的方式大致相同。
温度也会影响电导率。随着温度的升高,原子及其电子获得能量。有些绝缘体,如玻璃,在冷却时是不良导体,但在高温时是良导体;大多数金属在冷却时是较好的导体,而在热时是效率较低的导体。有些良导体在极低的温度下会变成超导体。
有时传导本身会改变材料的温度。电子流过导体时不会损坏原子或造成磨损。不过,运动的电子确实会遇到阻力。因此,电流可以加热导电材料。
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