Elektros laidininkai ir izoliatoriai

Šioje temoje nagrinėjama elektros laidininkai ir izoliatoriai, aptariama medžiagų savybės, lemiančios jų elektrinį laidumą. Sužinoma, kaip skiriasi kietųjų kūnų ir skysčių elektrinis laidumas, bei susipažįstama su kabelių sandara. Taip pat išmokstama atskirti laidininkus nuo izoliatorių.

Elektros laidininkai ir izoliatoriai
Medžiagos skirstomos į laidininkus ir izoliatorius pagal jų gebėjimą praleisti elektros srovę. Laidininkai, pavyzdžiui, metalai (varis, plienas) ir druskų tirpalai, turi laisvai judančių elektringųjų dalelių (elektronų ar jonų), kurios gali pernešti elektros krūvį. Izoliatoriai, pavyzdžiui, plastikas, guma, distiliuotas vanduo ir sausa mediena, neturi arba turi labai mažai tokių laisvai judančių dalelių, todėl elektros srovės nepraleidžia. Elektrinis piemuo naudoja šį principą: plieninė viela yra laidininkas, perduodantis elektros impulsą, o plastikas izoliuoja akumuliatorių.
Kabelio sandara
Elektros kabeliai yra sudaryti iš laidininkų ir izoliatorių. Vidinės gyslos, paprastai pagamintos iš vario arba aliuminio, yra laidininkai, kuriais teka elektros srovė. Kiekviena gysla yra padengta izoliaciniu sluoksniu (plastiku, guma ar kita nelaidžia medžiaga), kuris apsaugo nuo trumpojo jungimo ir elektros smūgio. Visos izoliuotos gyslos yra papildomai apsaugotos bendru išoriniu apvalkalu, kuris apsaugo kabelį nuo mechaninių pažeidimų, drėgmės ir cheminių medžiagų poveikio. Elektriko įrankių rankenos taip pat gaminamos iš izoliacinių medžiagų, kad apsaugotų nuo elektros smūgio.
Kietųjų kūnų elektrinis laidumas
Medžiagos elektrinis laidumas apibūdina jos gebėjimą praleisti elektros srovę ir priklauso nuo laisvųjų krūvininkų (elektringųjų dalelių) buvimo. Kietuosiuose kūnuose krūvininkai dažniausiai yra elektronai. Laidininkuose (pvz., metaluose) yra daug laisvųjų elektronų, kurie, veikiant elektriniam laukui, juda kryptingai ir sudaro elektros srovę. Izoliatoriuose (dielektrikuose), pavyzdžiui, gumoje ar stikle, elektronai yra stipriai susieti su atomais ir negali laisvai judėti, todėl šios medžiagos srovės beveik nepraleidžia.
Kietųjų kūnų laidumas
Kietųjų kūnų elektrinis laidumas priklauso nuo laisvųjų elektronų skaičiaus. Metalai, tokie kaip varis, sidabras ir auksas, yra labai geri laidininkai, nes juose yra daug laisvųjų elektronų. Šie elektronai, veikiami elektrinio lauko, pradeda judėti kryptingai, sudarydami elektros srovę. Izoliatoriai, priešingai, turi labai mažai arba visai neturi laisvųjų elektronų, todėl elektros srovės nepraleidžia. Jų elektronai yra tvirtai surišti su atomų branduoliais.
Medžiagų laidumo palyginimas
Medžiagos skiriasi savo elektriniu laidumu. Varis, sidabras ir auksas yra laikomi labai gerais laidininkais, dažnai naudojamais elektrotechnikoje. Žalvaris, geležis, gyvsidabris, grafitas ir anglys taip pat yra geri laidininkai. Rūgščių, šarmų ir druskų tirpalai, taip pat vandentiekio vanduo praleidžia elektrą dėl juose esančių jonų. Betonas ir dirvožemis tam tikromis sąlygomis taip pat gali būti laidūs. Izoliatoriai, tokie kaip marmuras, oras, benzinas, porcelianas, guma, alyva, sausa mediena ir distiliuotas vanduo, elektros srovės nepraleidžia.
Skysčių elektrinis laidumas
Gryni skysčiai (pvz., distiliuotas vanduo) yra izoliatoriai. Tačiau druskų, rūgščių ir bazių vandeniniai tirpalai (elektrolitai) yra laidūs elektros srovei. Tirpinant šias medžiagas vandenyje, vyksta disociacija – molekulės skyla į laisvuosius teigiamuosius ir neigiamuosius jonus (pvz., \(NaCl\) skyla į \(Na^{+}\) ir \(Cl^{-}\)). Prijungus elektros srovės šaltinį, šie jonai ima kryptingai judėti: teigiamieji jonai (katijonai) juda link neigiamo elektrodo (katodo), o neigiamieji jonai (anijonai) – link teigiamo elektrodo (anodo). Šis kryptingas jonų judėjimas yra elektros srovė elektrolituose.
Skysčių elektrinis laidumas
Skysčių elektrinis laidumas priklauso nuo juose ištirpusių medžiagų. Distiliuotas vanduo, benzinas ir alyva yra izoliatoriai. Tačiau vandenyje ištirpusios druskos, rūgštys ar bazės disocijuoja į jonus – teigiamai ir neigiamai įkrautas daleles. Šie jonai gali laisvai judėti tirpale ir pernešti elektros krūvį. Pavyzdžiui, valgomosios druskos (NaCl) kristalas vandenyje skyla į teigiamus natrio (Na+) ir neigiamus chloro (Cl-) jonus. Prijungus elektrinį lauką, jonai pradeda judėti kryptingai: teigiami jonai juda link neigiamo elektrodo, o neigiami – link teigiamo. Taip susidaro elektros srovė.

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com