Чем отличаются изоляторы от проводников кратко

Обновлено: 05.07.2024

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

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.

Содержание

Обзор и основные отличия
Зонная теория проводимости
Проводники
Изоляторы
Полупроводники
В чем разница между Проводником, Полупроводником и Изолятором
Заключение

Зонная теория проводимости

С левой стороны расположены горизонтальные линии, которые располагаются ближе друг к другу при увеличении уровней энергии

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.

Зоны в проводниках

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.

Зоны в изоляторах

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.

Зоны в полупроводниках

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.

Полупроводник с p-n переходом

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.

Зоны в полупроводниках n-типа. Между зоной проводимости и зоной валентности имеются дополнительные уровни энергии электронов

Эта примесь заставляет материал проводить и называется полупроводник n-типа. n-тип относится к отрицательному заряду дополнительного электрона.

Полупроводник n-типа

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.

Зоны в полупроводнике n-типа. Между зоной проводимости и зоной валентности имеется пространство для свободных электронов

Эта примесь заставляет материал проводить и называется полупроводник p-типа. р-тип относится к небольшому положительному заряду зазора, вызванному отсутствием электрона.

Полупроводник p-типа

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.

Основное различие между проводником и изолятором заключается в том, что проводник очень хорошо проводит тепло и электричество, тогда как изолятор не проводит тепло и электричество.

Проводник против изолятора

Считается, что проводник хорошо проводит электричество и тепло, тогда как изолятор считается плохим проводником тепла и электричества. Проводник, который лучше всего проводит тепло и электричество, имеет больше свободных носителей, таких как электроны, в то время как изолятор, который лучше всего не проводит электричество, не содержит много свободных носителей электронов, потому что электроны прочно связаны внутри атомов. Проводником обычно являются материалы, которые позволяют легко перемещаться электронам от одного атома к другому; с другой стороны, изолятор — это материал, который не допускает беспрепятственного потока электронов от одного атома к другому.

Атомы, присутствующие в проводнике, не могут сильно цепляться за свои электроны; напротив, атомы, которые присутствуют в изоляторе, сильно сцеплены друг с другом и не могут хорошо передавать электрическую энергию. Материалы, которые считаются хорошими проводниками электричества, обычно имеют высокую проводимость; С другой стороны, хорошие изоляционные материалы обычно имеют низкую проводимость. Электрическое поле присутствует на поверхности проводника, но остается нулевым внутри проводника; с другой стороны, на изоляторе отсутствует электрическое поле. В проводнике магнитное поле обычно накапливает энергию; напротив, магнитное поле в изоляторе не накапливает энергию.

Потенциал проводника во всех точках остается прежним; с другой стороны, потенциал изолятора во всех точках остается нулевым. Ковалентная связь между атомами проводника слабая; с другой стороны, ковалентная связь прочная между атомами изолятора. Электропроводность проводника очень высокая; наоборот, изолятор имеет очень низкую проводимость.

Проводник имеет очень низкое сопротивление; с другой стороны, сопротивление изолятора высокое; поэтому он не допускает движения электрических зарядов. В проводнике присутствует положительный температурный коэффициент сопротивления; Напротив, в изоляторе присутствует отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Удельное сопротивление проводника варьируется от высокого до низкого в зависимости от наличия электричества, в то время как удельное сопротивление изолятора всегда высокое.

Зона проводимости проводника заполнена электронами; с другой стороны, зона проводимости изолятора остается пустой. Валентная связь проводника остается пустой, в то время как валентная связь изолятора заполнена электронами. В настоящее время в проводниках нет запрещенных промежутков; С другой стороны, в изоляторе присутствует запрещенный промежуток.

Различными примерами проводника являются алюминий, железо, серебро, медь и т. Д., А некоторыми примерами изолятора являются бумага, резина, дерево и т. Д. Проводник широко используется для изготовления электрических проводов и проводников; С другой стороны, изолятор используется в электрических кабелях в качестве изоляции, для поддержки электрооборудования и т. д.

Сравнительная таблица

Проводник	Изолятор
Материал, через который проходит электрический ток или тепло, известен как проводник.	Вещество, которое не пропускает электрический ток или тепло, известно как изолятор.
Рассматривается как
Хорошо проводит электричество и тепло	Плохой проводник тепла и электричества
Свободные носители электронов
В них присутствует больше свободных носителей, таких как электроны	Не содержит много свободных переносчиков электронов.
Поток электронов
Разрешить легкий поток электронов от одного атома к другому.	Не позволил бы легкому потоку электронов от одного атома к другому атому
Захват электронов
Атомы не сильно удерживают свои электроны.	Атомы прочно связаны друг с другом и не могут хорошо передавать электрическую энергию.
Проводимость
Состоит из высокой проводимости	Состоял из низкой проводимости
Электрическое поле
Присутствует на поверхности проводника, но остается нулевым внутри проводника.	Отсутствует на изоляторе
Потенциал
Потенциал во всех точках остается прежним	Потенциал во всех точках остается нулевым
Магнитное поле
Магнитное поле обычно хранит энергию	Магнитное поле не накапливает энергию
Ковалентная связь
Ковалентная связь между атомами слабая.	Ковалентная связь между атомами прочная.
Проводимость
Проводимость очень высокая	Проводимость низкая
Сопротивление
Имеет очень низкое сопротивление	Обладает высокой стойкостью
Температурный коэффициент
Положительный температурный коэффициент сопротивления присутствует	Отрицательная температура коэффициента сопротивления присутствует
Удельное сопротивление
Удельное сопротивление варьируется от высокого до низкого.	Удельное сопротивление высокое
Зона проводимости
Зона проводимости полна электронов	Зона проводимости остается пустой
Валансная группа
Валентная связь остается пустой	Валентная связь полна электронов
Запретный разрыв
В настоящее время нет запретного промежутка	Есть настоящий большой запретный пробел
Примеры
Алюминий, утюг, серебро, медь и т. Д.	Бумага, резина, дерево и т. Д.
Приложения
Широко используется для изготовления электрических проводов и проводников.	Используется в электрических кабелях в качестве изоляции, для поддержки электрооборудования и т. Д.

Что такое дирижер?

Термин проводник определяется как материал, который состоит из множества свободных электронов и позволяет проводить тепло и электричество. Другими словами, проводник — это вещество, которое позволяет электронам свободно перемещаться от одного атома к другому в одном или нескольких направлениях. Если мы отправим электрон в электрически заряженный проводник, он ударится по свободному электрону, который уже присутствует в проводнике, а затем в конечном итоге запустит его, пока этот электрон не ударит другие свободные электроны в проводнике.

После этого начинается цепочка реакций, создающая электрический заряд в материале. Проводники могут легко пропускать через них электричество, потому что их атомная структура позволяет свободным электронам свободно перемещаться по проводнику. Различные примеры проводников: алюминий, железо, серебро, медь и т. Д.

Что такое изолятор?

Изолятор — это материал, не имеющий свободных электронов и не проводящий через них электричество. Другими словами, изолятор — это вещество, которое плотно удерживает электроны, которые ограничивают движение электронов от одного атома к другому и, следовательно, не позволяют электрическим зарядам проходить от них. Изолятор имеет низкую проводимость, и ток почти не протекает. Итак, изоляторы в основном используются для защиты от ударов электричества.

Электрические провода покрыты изоляторами, потому что иногда напряжение в проводах достаточно велико, чтобы вызвать поток электрических зарядов через материалы, которые даже не считаются хорошими проводниками электричества. Покрытие изолятора выполнено из резины, чтобы защитить тело от поражения электрическим током, потому что человеческое тело также считается хорошими проводниками электричества. Некоторые примеры изолятора — бумага, резина, дерево и т. Д.

Ключевые отличия

Материал, который обеспечивает плавный поток электронов, перескакивающих от одного атома к другому, обычно известен как проводник; с другой стороны, материал, который не допускает плавного перехода электронов от одного атома к другому, известен как изолятор.
Лучший проводник хорошо проводит электричество и тепло, тогда как изолятор считается плохим проводником тепла и электричества.
Проводник состоит из свободных электронов, а изолятор не состоит из свободных электронов.
В проводнике атомы не сильно удерживают свои электроны; напротив, в изоляторе атомы сильно удерживают свои электроны.
На поверхности проводника электрическое поле существует, но остается нулевым внутри проводника; с другой стороны, на изоляторе отсутствует электрическое поле.
В проводнике магнитное поле используется для хранения энергии; напротив, магнитное поле в изоляторе отсутствует и не накапливает энергию.
В проводнике потенциал остается неизменным во всех точках; с другой стороны, в изоляторе потенциал остается нулевым во всех точках.
Теплопроводность проводника высокая; с другой стороны, теплопроводность изолятора низкая.
Ковалентная связь проводника слабая, которая присутствует между атомами; с другой стороны, между атомами изолятора всегда прочная ковалентная связь.
Проводник имеет минимальное сопротивление; с другой стороны, сопротивление изолятора велико.
В проводнике присутствует положительная температура коэффициента сопротивления; в изоляторе наоборот присутствует отрицательный температурный коэффициент сопротивления.
Удельное сопротивление проводника изменяется от высокого до низкого, в то время как удельное сопротивление изолятора постоянно высокое.
Зона проводимости обычно заполнена электронами; с другой стороны, зона проводимости изолятора остается пустой.
В проводнике валентная связь остается пустой, в то время как в изоляторе валентная связь обычно заполнена электронами.

Заключение

Из вышесказанного следует, что проводник хорошо проводит электричество и тепло, тогда как изолятор плохо проводит тепло и электричество.

Все вещества, предметы, тела можно разделить на две группы — проводники электричества и электрические изоляторы.

Чем отличаются проводники от изоляторов?

Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем следующий опыт с электроскопом. Возьмём два электроскопа и поставим их рядом на столе. Один из электроскопов зарядим электричеством, а другой оставим незаряженным (рис. 5, сверху). Прикоснёмся теперь к обоим шарикам сразу медной палочкой. Мы увидим, что угол между листочками заряженного электроскопа немного уменьшится, а листочки незаряженного электроскопа раздвинутся (рис. 5, слева). Это происходит потому, что часть электричества с одного электроскопа ушла по медной палочке к другому. Медь — проводник электричества.

Рис. 5. По проводнику электричество переходит от одного электроскопа к другому, а по изолятору перейти не может.

Сделаем теперь снова такой же опыт, но на этот раз соединим шарики обоих электроскопов палочкой, сделанной из фарфора (рис. 5, справа). Листочки электроскопа останутся в прежнем положении: с ними ничего не произойдёт. Через фарфор электричество не смогло перейти от одного электроскопа к другому. Фарфор не проводит электричества. Он является изолятором.

Проводниками электричества являются, в первую очередь, металлы (медь, железо и другие), вода и земля. Человеческое тело также относится к проводникам. Примерами электрических изоляторов являются фарфор, стекло, резина, воздух.

Проводники и носят своё название от того, что они проводят электричество, т. е. пропускают его через себя, а изоляторы не проводят — не пропускают через себя электричество.

Рис. 6. Линия передачи электричества.

Текущее в проводах электричество образует электрический ток. Чем больше электричества протекает в одну секунду через провод, тем больший ток течёт по нему.

8. Проводники первого и второго рода

8. Проводники первого и второго рода Проводники – вещества, проводящие электрический ток благодаря наличию в них большого количества зарядов, способных свободно перемещаться (в отличие от изоляторов). Они бывают I (первого) и II (второго) рода. Электропроводность

Читайте также: