도체 및 절연체: 그것들은 무엇이며 왜 중요합니까? (차트 포함)

전기 회로를 이해하고 인간이 집의 조명에서 전기 열차에 이르기까지 모든 것에 전력을 공급하는 방법을 이해하기 위해 (그리고, 시간이 지남에 따라 점점 더 전기차가 작동하는 경우, 먼저 전류가 무엇이며 전류가 흐름.

전류는 매우 작은 음전하를 운반하는 거의 질량이없는 아 원자 입자 인 이동 전자의 결과입니다. 전력선이나 TV를 통해 "주스"(전기라고도 함)가 "흐르는"소리를들을 때 이것은 회로의 전선을 통한 전자 흐름을 말합니다. 금속 와이어는 상대적으로 낮기 때문에 전기를 운반하기 위해 특별히 선택됩니다.전기 저항​.

전자는 해류의 매개체 역할을 할 수 있습니다. 왜냐하면 혜성이 먼 거리에서 태양을 공전하는 것과 마찬가지로 원자핵 외부에 존재하기 때문입니다. 양성자와 중성자가 "살아"있고 핵 입자보다 훨씬 덜 무겁습니다 (그리고 양성자와 중성자는 그 자체로 매우 가볍습니다. 권리).

서로 다른 원소의 원자는 질량, 입자 수 및 기타 고유 한 방식이 다릅니다. 각 원자의 구성은 그것이 좋은 전도 체인지, 열악한 전도체 (즉, 절연체)인지를 결정합니다. 사이.

전류 (로 표시)나는그리고 측정암페어또는 A)는전하(로 표시큐그리고 측정쿨롱또는 C) 구리선과 같은 전도 매체를 통한 전자의 형태. 전자의 영향으로 인해 이동전위 (전압) 차이와이어를 따라 점 사이, 경험저항(대표아르 자형그리고 측정옴또는 Ω).

• 이 모든 물리학은옴의 법칙​:

관례 적으로 양극 단자 근처에 위치한 양전하 또는 전하가 더 먼 지점에서보다 전위가 높으며 다른 모든 것은 동일합니다. 전압은 쿨롱 당 줄 단위 또는 충전 당 에너지 인 J / C를 갖습니다. 이는 전하에 대한 전압의 영향이 질량에 대한 중력의 영향과 유사하기 때문에 의미가 있습니다.

어떤 지점이든 제로 전압 또는 중력 위치 에너지 지점으로 선택할 수 있지만 주어진 질량은 항상 중력을 잃습니다. 위치 에너지는 지구 중심에 더 가깝게 이동하고 양전하는 항상 전기 위치 에너지를 잃습니다. 쓴qE) 소스 양전하에서 더 멀리 이동합니다.

당신이 제시 한 것을 감안할 때 전자가 반대 방향으로 흐른다는 것을 이미 깨달았을 것입니다. 따라서 전류 요소로 흐르는 과정에서 전위가 손실됩니다.

이것은 피아노가 하늘에서 떨어지고 지구에서 가까워 질 때 중력 위치 에너지를 잃는 것과 유사합니다. (증가하는 운동 에너지의 형태로 보존되는 에너지) 및 공기로 인한 마찰 (열) 에너지 손실 저항.

와이어에서 전류가 증가하는 것을 상상할 때, 주어진 지점을 통과하는 전자의 수가 증가하고 전류에 동일한 적용이 감소한다고 상상해보십시오.

• 단일 전자의 전하는-1.60 × 10^-19 씨, 양성자의 경우 +1.60 × 10^-19 씨. 이것은 (1 / 1.60 × 10^-19) = 6.25 × 10¹⁸ (6 quintillion) proton은 1.0 C의 전하를 구성합니다.

전자가 물질을 통해 얼마나 쉽게 이동할 수 있는지는 해당 물질의전도도. 일반적으로 σ (그리스 문자 시그마)로 표시되는 전도도는 해당 물질의 특정 고유 특성에 따라 달라지는 물질의 속성이며, 그중 일부는 이전에 다루었습니다.

가장 중요한 것은자유 전자, 또는 원자에 속한 전자는 핵에서 멀리 떨어져 자유롭게 이동할 수 있습니다. (원자 용어로 "멀다"는 것은 여전히 ​​정상 표준에 따르면 엄청나게 짧은 거리를 의미합니다.) 모든 원자에서 가장 바깥 쪽의 전자는원자가 전자, 그리고 구리와 마찬가지로 그들 중 하나만있을 때 전자 "자유"에 대한 이상적인 상황이 성립됩니다.

좋은 전기 전도체는 전류가 사실상 방해받지 않고 흐르도록 허용하는 반면 스펙트럼의 다른 쪽 끝에는 좋은 절연체가이 흐름에 저항합니다. 대부분의 일상적인 비금속 재료는 좋은 절연체입니다. 그렇지 않은 경우 일반적인 물체를 만진 후에도 계속 감전을 경험할 수 있습니다.

특정 물질이 얼마나 잘 전도되는지는 그 구성과 분자 구조에 따라 다릅니다. 일반적으로 금속 와이어는 외부 전자가 관련 원자에 덜 밀착되어 더 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 상대적으로 쉽게 전기를 전도합니다. 리소스에있는 것과 같은 원소 주기율표를 참조하여 어떤 물질이 금속인지 식별 ​​할 수 있습니다.

• 콘크리트는 금속보다 훨씬 덜 전도성이긴하지만 균형을 이루는 전도체로 간주됩니다. 이것은 전 세계 도시의 일부가 콘크리트를 포함하고 있다는 점을 고려할 때 중요합니다!

• 진술을 고려하십시오 "대부분의 전도성 물질은 온도에 따라 저항이 다릅니다.. "이것이 사실입니까, 거짓입니까? 당신의 대답을 설명하십시오.

일상 생활에서 전도성 재료보다 절연성 재료가 더 많습니다. 일상에서 심각한 수준의 위험을 제거하기위한 단열재에 대한 엄격한 요구 사항 프로세스. 고무, 목재 및 플라스틱은 어디에나 있고 매우 유용한 절연체입니다. 거의 모든 사람들이 연장 코드 주변의 특징적인 주황색 튜브를 인식하는 법을 배웁니다.

전기 제품과 물을 혼합 할 때의 알려진 위험을 감안할 때 대부분의 사람들은 순수한 물이 절연체라는 사실을 알게됩니다. 실제로 불순물이없는 수소와 산소로 구성된 물은 드물며 실험실 환경에서 증류를 통해서만 얻을 수 있습니다. 매일 물에는 "정상"물이 사실상 전도체가 될 수 있도록 충분한 수의 이온 (전하 분자)이 포함되어 있습니다.

당신이 예측 하겠지만, 절연체는 원자가 전자가 금속의 경우보다 핵에 훨씬 더 단단히 결합 된 물질을 포함합니다.

​저항력전자의 흐름에 대한 물질의 저항을 측정 한 것입니다. ohm-m (Ωm) 단위로 측정하면 전도도의 개념적 반대 및 수학적 역수입니다. 일반적으로 ρ (rho)로 표시되므로 ρ = 1 / σ입니다. 저항은 저항 값이 알려진 회로에서 저항의 배치를 물리적으로 조작하여 결정되는 저항과 다릅니다.

와이어의 저항과 저항은 다음 방정식과 관련이 있습니다.

어디아르 자형그리고 ρ는 저항과 저항이고엘과ㅏ와이어의 길이와 단면적입니다. 절연체는 10 정도의 저항 값을가집니다.¹⁶ Ωm, 금속은 10 범위에서 체크인^-8Ωm. 실온에서 모든 재료는 측정 가능한 정도의 저항을 갖지만 도체의 저항 량은 적습니다.

• 대부분의 재료의 저항은 온도에 따라 다릅니다. 종종 더 낮은 온도에서 저항이 감소합니다.

특정 재료는 충분히 낮은 온도에서 0 저항 상태를 달성합니다. 이것들은초전도체. 안타깝게도 초전도에 필요한 온도를 달성하면 거의 계산할 수없는 글로벌 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 그것은 전 세계적으로 기존 기술로 전파 될 수 있습니다 – 실험실에서 21 세기 초부터는 불가능할 정도로 낮은 수준입니다. 설정.