Чем отличаются диэлектрики от проводников?
Все вещества состоят из молекул, молекулы из атомов, атомы из положительно заряженных ядер вокруг которых располагаются отрицательные электроны. При определенных условиях электроны способны покидать свое ядро и передвигаться к соседним. Сам атом при этом становится положительно заряженным, а соседний получает отрицательный заряд. Передвижение отрицательных и положительных зарядов под действием электрического поля получило название электрического тока.
В зависимости от свойства материалов проводить электрический ток их делят на:
- Проводники.
- Диэлектрики.
- Полупроводники.
Свойства проводников
Проводники отличаются хорошей электропроводностью. Это связано с наличием у них большого количества свободных электронов не принадлежащих конкретно ни одному из атомов, которые под действием электрического поля могут свободно перемещаться.
Большинство проводников имеют малое удельное сопротивление и проводят электрический ток с очень небольшими потерями. В связи с тем, что идеально чистых по химическому составу элементов в природе не существует, любой материал в своем составе содержит примеси. Примеси в проводниках занимают места в кристаллической решетке и, как правило, препятствуют прохождению свободных электронов под действием приложенного напряжения.
Примеси ухудшают свойства проводника. Чем больше примесей, тем сильнее они влияю на параметры проводимости.
Хорошими проводниками с малым удельным сопротивлением являются такие материалы:
- Золото.
- Серебро.
- Медь.
- Алюминий.
- Железо.
Золото и серебро – хорошие проводники, но из-за высокой стоимости применяются там, где необходимо получить хорошие качественные проводники с малым объемом. Это в основном электронные схемы, микросхемы, проводники высокочастотных устройств у которых сам проводник изготовлен из дешевого материала (медь), который сверху покрыт тонким слоем серебра или золота. Это дает возможности при минимальном расходе драгоценного металла хорошие частотные характеристики проводника.
Медь и алюминий — более дешевые металлы. При незначительном снижении характеристик этих материалов, их цена на порядки ниже, что дает возможность для их массового применения. Применяют в электронике, в электротехнике. В электронике – это дорожки печатных плат, ножки радиоэлементов, радиаторы и др. В электротехнике очень широко применяется в обмотках двигателей, для прокладки электрических сетей высокого и низкого напряжения, разводку электричества в квартирах, домах, в транспорте.
Параметр проводимости очень сильно зависит от температуры самого материала. При увеличении температуры кристалла, колебания электронов в кристаллической решетке увеличивается, препятствуя свободному прохождению свободных электронов. При снижении – наоборот, сопротивление уменьшается и при некотором значении близком к абсолютному нулю, сопротивление становится нулевым и возникает эффект сверхпроводимости.
Свойства диэлектриков
Диэлектрики
Наибольшее распространение диэлектрики получили в электротехнике там, где необходимо защитить обслуживающий персонал от вредного воздействия электрического тока. Это изолирующие ручки разных приборов, устройств измерительной техники. В электронике – прокладки конденсаторов, изоляция проводов, диэлектрические прокладки необходимые для теплоотвода активных элементов, корпуса приборов.
Полупроводники – материалы, которые проводят электричество при определенных условиях, в другом случае ведут себя как диэлектрики.
Таблица: чем отличаются проводники и диэлектрики?
| Проводник | Диэлектрик | |
| Наличие свободных электронов | Присутствуют в большом количестве | Отсутствуют, или присутствуют, но очень мало |
| Способность материалов проводить электрический ток | Хорошо проводит | Не проводит, или ток незначительно мал |
| Что происходит при увеличении приложенного напряжение | Ток, проходящий через проводник, увеличивается согласно закону Ома | Ток, проходящий через диэлектрик изменяется незначительно и, при достижения определенного значения, происходит электрический пробой |
| Материалы | Золото, серебро, медь и ее сплавы, алюминий и сплавы, железо и другие | Эбонит, фторопласт, резина, слюда, различные пластмассы, полиэтилен и другие материалы |
| Сопротивление | от 10-5 до 10-8 степени Ом/м | 1010 – 1016 Ом/м |
| Влияние посторонних примесей на сопротивление материала | Примеси ухудшают свойство проводимости материала, что ухудшает его свойства | Примеси улучшают проводимость материала, что ухудшает его свойства |
| Изменение свойств при изменении температуры окружающей среды | При увеличении температуры – сопротивление увеличивается, при снижении – уменьшается. При очень низких температурах – сверхпроводимость. | При увеличении температуры – сопротивление уменьшается. |
Чем отличаются диэлектрики от проводников
Для того чтобы исследовать явления, которые происходят при введении различных веществ в электрическое поле, рассмотрим свойства этих веществ.
Определение
Проводник — тело, в объёме которого находится большое количество свободных зарядов, которые перемещаются по всему объёму этого тела. Различают проводники с электронной и ионной проводимостью. К первым относятся все металлы и сплавы. Ко вторым — электролиты, то есть водные растворы солей, щелочей, кислот и др.
Диэлектрик — тело, в объёме которого нет свободных зарядов. Диэлектрик состоит из нейтральных атомов или молекул. В нейтральном атоме все заряженные частицы тесно связаны друг с другом, в результате чего даже под воздействием электрического поля они не могут перемещаться по всему объёму тела. Поэтому диэлектрики практически не проводят электрический ток и имеют очень низкую электропроводность. К ним можно отнести стекло, смолы, лаки и т.д.
Сравнение
В проводниках в отличие от диэлектриков, высокая концентрация свободных электрических зарядов. В металлах таковыми являются свободные электроны, которые способны передвигаться по всему объёму вещества. Возникновение свободных электронов обусловлено тем, что валентные электроны в атомах металлов весьма плохо взаимодействуют с ядрами и легко теряют связь с ними.
У диэлектриков, напротив, электроны с атомами крепко связаны и не имеют возможности свободно перемещаться под воздействием электрического поля. И так как количество свободных заряженных носителей в диэлектриках ничтожно мало, из этого следует, что в них отсутствует электростатическая индукция, и напряжённость электрического поля внутри диэлектриков не превращается в ноль, а только уменьшается.
Напряжённость нельзя повышать безгранично, т. к. при определенной величине все заряды могут сместиться настолько, что произойдет изменение структуры материала, иными словами, произойдет пробой диэлектрика. В этом случае он потеряет свои изоляционные свойства.
Выводы TheDifference.ru
- В проводнике свободные электроны, подвергающиеся влиянию сил электрического поля, перемещаются по всему объему.
- В отличие от проводника, в диэлектрике (изоляторе) нет свободных зарядов. Изоляторы состоят из нейтральных молекул или атомов. Заряды в нейтральном атоме друг с другом сильно связаны и не могут перемещаться под воздействием электрического поля по всему объёму диэлектрика.
Чем отличаются диэлектрики от проводников?
В соответствии с электрическими свойствами существуют два противоположных типа веществ. Это проводники и диэлектрики. Рассмотрим, чем отличаются диэлектрики от проводников. Проводниками называют тела, которые проводят электрический заряд от заряженного тела к незаряженному (или имеющему меньший заряд). Свойство проводить заряд через себя объясняется тем, что проводники имеют свободные носители заряда. Так, в металлах такими свободными носителями заряда являются электроны. В противоположность проводникам, диэлектрики являются изоляторами. Изоляторы – это вещества сквозь которые заряды не могут переходить от одного тела к другому. Яркими примерами диэлектриков являются: сухое дерево, эбонит, стекло.
Проводники, полупроводники и диэлектрики в электрическом поле
В электричестве выделяют три основных группы материалов – это проводники, полупроводники и диэлектрики. Основным их отличием является возможность проводить ток. В этой статье мы рассмотрим, чем отличаются эти виды материалов и как они ведут себя в электрическом поле.
Что такое проводник
Вещество, в котором присутствуют свободные носители зарядов, называют проводником. Движение свободных носителей называют тепловым. Основной характеристикой проводника является его сопротивление (R) или проводимость (G) – величина обратная сопротивлению.
G=1/R
Говоря простыми словами – проводник проводит ток.
К таким веществам можно отнести металлы, но если говорить о неметаллах то, например, углерод – отличный проводник, нашел применение в скользящих контактах, например, щетки электродвигателя. Влажная почва, растворы солей и кислот в воде, тело человека – тоже проводит ток, но их электропроводность зачастую меньше, чем у меди или алюминия, например.
Металлы являются отличными проводниками, как раз таки благодаря большому числу свободных носителей зарядов в их структуре. Под воздействием электрического поля заряды начинают перемещаться, а также перераспределяться, наблюдается явление электростатической индукции.
Что такое диэлектрик
Диэлектриками называют вещества, которые не проводят ток, или проводят, но очень плохо. В них нет свободных носителей зарядов, потому что связь частиц атома достаточно сильная, для образования свободных носителей, поэтому под воздействием электрического поля тока в диэлектрике не возникает.
Газ, стекло, керамика, фарфор, некоторые смолы, текстолит, карболит, дистиллированная вода, сухая древесина, резина – являются диэлектриками и не проводят электрический ток. В быту диэлектрики встречаются повсеместно, например, из них делаются корпуса электроприборов, электрические выключатели, корпуса вилок, розеток и прочее. В линиях электропередач изоляторы выполняются из диэлектриков.
Однако, при наличии определенных факторов, например повышенный уровень влажности, напряженность электрического поля выше допустимого значения и прочее – приводят к тому, что материал начинает терять свои диэлектрические функции и становится проводником. Иногда вы можете слышать фразы типа «пробой изолятора» — это и есть описанное выше явление.
Если сказать кратко, то основными свойствами диэлектрика в сфере электричества являются электроизоляционные. Именно способность препятствовать протеканию тока защищает человека от электротравматизма и прочих неприятностей. Основной характеристикой диэлектрика является электрическая прочность – величина равная напряжению его пробоя.
Что такое полупроводник
Полупроводник проводит электрический ток, но не так как металлы, а при соблюдении определенных условий – сообщении веществу энергии в нужных количествах. Это связано с тем, что свободных носителей (дырок и электронов) зарядов слишком мало или их вовсе нет, но если приложить какое-то количество энергии – они появятся. Энергия может быть различных форм – электрической, тепловой. Также свободные дырки и электроны в полупроводнике могут возникать под воздействием излучений, например в УФ-спектре.
Где применяются полупроводники? Из них изготавливают транзисторы, тиристоры, диоды, микросхемы, светодиоды и прочее. К таким материалам относят кремний, германий, смеси разных материалов, например арсенид-галия, селен, мышьяк.
Чтобы понять, почему полупроводник проводит электрический ток, но не так как металлы, нужно рассматривать эти материалы с точки зрения зонной теории.
Зонная теория
Зонная теория описывает наличие или отсутствие свободных носителей зарядов, относительно определенных энергетических слоев. Энергетическим уровнем или слоем называют количество энергии электронов (ядер атомов, молекул – простых частиц), их измеряют в величине Электронвольты (ЭВ).
На изображении ниже показаны три вида материалов с их энергетическими уровнями:
Обратите внимание, что у проводника энергетические уровни от валентной зоны до зоны проводимости объединены в неразрывную диаграмму. Зона проводимости и валентная зоны накладываются друг на друга, это называется зоной перекрытия. В зависимости от наличия электрического поля (напряжения), температуры и прочих факторов количество электронов может изменяться. Благодаря вышеописанному, электроны могут передвигаться в проводниках, даже если сообщить им какое-то минимальное количество энергии.
У полупроводника между зоной валентности и зоной проводимости присутствует определенная запрещенная. Ширина запрещенной зоны описывает, какое количество энергии нужно сообщить полупроводнику, чтобы начал протекать ток.
У диэлектрика диаграмма похожа на ту, которая описывает полупроводники, однако отличие лишь в ширине запрещенной зоны – она здесь во много раз большая. Различия обусловлены внутренним строением и вещества.
Мы рассмотрели основные три типа материалов и привели их примеры и особенности. Главным их отличием является способность проводить ток. Поэтому каждый из них нашел свою сферу применения: проводники используются для передачи электроэнергии, диэлектрики – для изоляции токоведущих частей, полупроводники – для электроники. Надеемся, предоставленная информация помогла вам понять, что собой представляют проводники, полупроводники и диэлектрики в электрическом поле, а также в чем их отличие между собой.
Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:
Наверняка вы не знаете:
Является ои вакуум проводником? Вообще, в чем отличие в строении диэлектриков и проводников?
<a rel=»nofollow» href=»http://ru.wikipedia.org/wiki/Вакуумный_электронный_прибор» target=»_blank» >Собственно, в кинескопе телевизора так оно и есть. </a> Вакуум является проводником. Вернее, в нём движется поток электронов. В принципе, он и является лучшим проводником, потому что электронам или ионам ничто не мешает двигаться. Никакие кристаллические решётки и прочие препятствия. Из металлов лучшей проводимостью (при обычной температуре) обладает серебро. Затем идут медь, золото и алюминий. В сверхпроводящем состоянии проводимость стремится к бесконечности.
Вакуум это очень сильный диэлектрик
Если на школьном уровне, то ток в вакууме можно получить с помощью лампы-диода. Катод надо сильно нагреть — он начнёт испускать электроны, а положительный анод будет их притягивать. В растворах электролитов ток течёт за счёт положительных и отрицательных ионов. У диэлектриков практически нет свободных электрических зарядов, поэтому ток не проводят.
Проводник от диэлектрика отличается наличием свободных электронов, необходимых для прохождения тока. В вакууме их нет
прежде всего вакуум — свободное от вещества пространство, нет вещества — нет и частиц, а следственно вакуум не может быть ни проводником, ни диэлектриком (он не проводит ток, но и не может накапливать заряд)
Чем отличаются полупроводники от металлов и диэлектриков по электрическим свойствам?
Вообще говоря, ток может быть везде, кроме вакуума. И все твердые тела проводят ток и все они в широком смысле являются «проводниками». Разделение же идет как раз по величине удельной проводимости:<br><br>1. Изоляторы (диэлектрики): σ=10^-22÷10^-10 1/(Ом*см). Эти вещества не экранируют электрическое поле, оно проникает внутрь и вызывает поляризацию. У диэлектриков широкая запрещенная зона (электронам нужна большая энергия, чтобы «запрыгнуть» в зону проводимости). Таких электронов (с достаточной энергией) мало: концентрация n=1÷10^5 см^-3<br>2. Полупроводники: σ=10^-9÷10^2 1/(Ом*см). Запрещенная зона уже. концентрация носителей заряда, соответственно побольше: n=10^6÷10^17 см^-3.<br>3. Проводники: σ>100, а концентрация носителей n>10^17.<br><br>Проводники также делят по проводимости на «просто» проводники, «хорошие» проводники и сверхпроводники. У последних проводимость стремится к бесконечности.<br>Проводниками являются металлы, полуметаллы (графит, бор, мышьяк). Сверхпроводники — металлы при низких температурах (гелиевые температуры), высокотемпературные сверхпроводники — сложные керамики (Y-Ba-Cu-O, Tl-Ba-Ca-Cu-O) — здесь температуры до 100 К.<br>Полупроводников — море. Их электрические свойства можно существенно менять, добавляя различные примеси, создавая из них твердые растворы. И заметьте проводят они во всех направлениях — как поле приложите, так ток и потечет.<br><br>Теперь Вы видите, эти самые электрические свойства заложены в основу их классификации.
Металлы пропускают электрический ток в обоих направлениях, полупроводники- только в одном, диэлектрики не пропускают вообще.
В проводимости эл. тока, а бывают ещё и проводники.
Диэлектрики вообще не проводят электрический ток.<br>Металлы хорошо его проводят.<br>Полупроводники ( по сути это тонкая область в проводнике), обладают свойством в одну сторону электрический ток пропускать, а в обратном направлении нет.
Полупроводник — материал, электрические свойства которого в сильной степени зависят от концентрации в нём химических примесей и внешних условий (температура, излучение и пр.) . Полупроводники – вещества, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. Полупроводниками являются вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет 0-6 электрон-вольта, например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам, а InAs к узкозонным. В зависимости от того, отдаёт ли примесь электрон или захватывает электрон, примесь называют донорной или акцепторной. Свойство примеси может меняться в зависимости от того, какой атом кристаллической решётки она замещает, в какую кристаллографическую плоскость встраивается. Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток. Плотность свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 шт/см3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности электризоваться во внешенем электрическом поле. К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стекло, различные смолы, пластмассы неприменно сухие. Химически чистая вода также является диэлектриком. Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы. Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства. К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики. Проводник — вещество, проводящее электрический ток. Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, полуметаллы, и примером проводящих жидкостей — электролиты. Некоторые вещества при нормальных условиях являющиеся изоляторами при внешних воздействиях могут переходить в проводящее состояние, а именно проводимость полупроводников может сильно варьироваться при изменении температуры, освещённости, легировании и т. п. Проводниками также называют части электрических цепей — соединительные провода и шины.
Диэлектрики вообще не проводят электрический ток. Металлы хорошо его проводят. Полупроводники ( по сути это тонкая область в проводнике), обладают свойством в одну сторону электрический ток пропускать, а в обратном направлении нет.
в чем отличие проводников от изолятора?
У изоляторов, или диэлектриков, запрещенная зона, разделяющая валентную и свободную зоны, очень широкая — больше трех электрон-вольт. Поэтому здесь под действием температуры лишь отдельные электроны могут перейти в возбужденное состояние. Основная же масса их остается в валентной зоне и ниже. Такие вещества при комнатной температуре электрического тока не проводят. У проводников валентная и свободные зоны настолько широкие, что они перекрываются, и запрещенная зона между ними попросту отсутствует. Большинство электронов в валентной зоне может двигаться, потому что, увеличивая свой импульс, они просто занимают одно из многочисленных свободных мест в свободной зоне.
Наличие свободных элэктронов
первые проводят, вторые изолируют, ИМХО
стена — изолятор дверь — полупроводник тунель — проводник в чем разница?
Правильнее говорить ДИЭЛЕКТРИК. Изолятор-это изделие. Огонь и Вода-в чем разница?
Проводник — это как Сусанин. . Изолятор — это в СИЗО. ))) А по сути — в наличии свободных зарядов…
Проводник — проводит, изолятор — изолирует…