لماذا لا تجري العوازل التيار

للإجابة على سؤال «لماذا لا يوصل العازل للكهرباء؟». على ظهور ووجود التيار الكهربائي... ثم دعونا نقارن سلوك الموصلات والعوازل الكهربائية فيما يتعلق بإيجاد إجابة لهذا السؤال.

حاضِر

يسمى التيار الكهربائي المرتب ، أي حركة الجسيمات المشحونة الموجهة الحقل الكهربائي... وهكذا ، أولاً ، يتطلب وجود تيار كهربائي وجود جسيمات مشحونة مجانية قادرة على التحرك بطريقة موجهة. ثانيًا ، هناك حاجة إلى مجال كهربائي لتشغيل هذه الشحنات. وبالطبع ، يجب أن يكون هناك مساحة معينة تحدث فيها حركة الجسيمات المشحونة هذه ، والتي تسمى التيار الكهربائي.

الجسيمات المشحونة المجانية وفيرة في الموصلات: في المعادن ، في الإلكتروليتات ، في البلازما. في الموصل النحاسي ، على سبيل المثال ، هذه إلكترونات حرة ، في إلكتروليت - أيونات ، على سبيل المثال ، أيونات حمض الكبريتيك (الهيدروجين وأكسيد الكبريت) في بطارية حمض الرصاص ، وفي البلازما - الأيونات والإلكترونات ، هي تلك التي تتحرك أثناء التفريغ الكهربائي في غاز مؤين.

معدن

على سبيل المثال ، لنأخذ قطعتين من الأسلاك النحاسية ونستخدمها لتوصيل مصباح كهربائي صغير بالبطارية. ماذا سيحدث؟ سيبدأ الضوء في التوهج ، مما يعني أن ملف التيار الكهربائي المباشر... بين طرفي الأسلاك ، يوجد الآن فرق جهد ناتج عن البطارية ، مما يعني أن مجالًا كهربائيًا قد بدأ في العمل داخل السلك.

يجبر المجال الكهربائي إلكترونات الأغلفة الخارجية لذرات النحاس على التحرك في اتجاه المجال - من ذرة إلى ذرة ، ومن ذرة إلى ذرة أخرى ، وهكذا على طول السلسلة ، لأن إلكترونات الأغلفة الخارجية للمعدن الذرات أقل ارتباطًا بالنوى من الإلكترونات الأقرب إلى نوى مدارات الإلكترون. من حيث ترك الإلكترون ، يأتي إلكترون آخر من الطرف السالب للبطارية ، أي أن الإلكترونات تتحرك بحرية على طول السلسلة المعدنية ، وتغير بسهولة انتمائها إلى الذرات.

يبدو أنها تتشكل على طول الشبكة البلورية للمعدن في الاتجاه الذي يتم دفعها فيه ، في محاولة لتسريع المجال الكهربائي (من سالب إلى زائد مصدر EMF الثابت) ، بينما تتشبث الإلكترونات بذرات الشبكة البلورية على طول طريقهم.

تنقسم بعض الإلكترونات أثناء حركتها إلى ذرات (نظرًا لحقيقة أن الحركة الحرارية تهتز بنية الذرات بالكامل مع الإلكترونات) ، ونتيجة لذلك يتم تسخين الموصل - هكذا يتجلى المقاومة الكهربائية للأسلاك.

الإلكترونات الحرة في المعدن

أظهرت دراسة المعادن باستخدام الأشعة السينية ، بالإضافة إلى طرق أخرى ، أن المعادن لها بنية بلورية.هذا يعني أنها تتكون من ذرات أو جزيئات مرتبة بطريقة معينة في الفضاء (بالترتيب ، الأيونات) التي تخلق التناوب الصحيح في جميع الأبعاد الثلاثة.

في ظل هذه الظروف ، تكون ذرات العناصر قريبة جدًا من بعضها البعض بحيث تنتمي إلكتروناتها الخارجية إلى هذه الذرة بنفس الدرجة مثل تلك الموجودة في الجوار ، ونتيجة لذلك درجة ارتباط الإلكترون بكل ذرة فردية عمليا غائب.

اعتمادًا على نوع المعدن ، يكون أحد إلكترونات كل ذرة على الأقل ، وأحيانًا إلكترونان ، وفي بعض الحالات حتى ثلاثة إلكترونات حرة من حيث تحركاتها في المعدن ، تحت تأثير القوى المفروضة خارجيًا.

عازل

ما هو في عازل؟ إذا كنت تأخذ البلاستيك أو الورق أو شيء مشابه بدلاً من الأسلاك النحاسية؟ لن يكون هناك كهرباء ولن يضيء أي ضوء. لماذا؟ يتسم هيكل العازل الكهربائي بأنه يتكون من جزيئات متعادلة ، حتى تحت تأثير المجال الكهربائي ، لا تطلق إلكتروناتها في حركة منظمة - فهي ببساطة لا تستطيع ذلك. لا توجد إلكترونات حرة التوصيل في العازل ، كما هو الحال في المعدن.

الإلكترونات الخارجية في ذرة أي جزيء عازل تكون معبأة بإحكام ، علاوة على أنها تشارك في الروابط الداخلية للجزيء ، في حين أن جزيئات هذه المادة عادة ما تكون محايدة كهربائياً. كل الجزيئات العازلة يمكن أن تفعله هو الاستقطاب.

تحت تأثير المجال الكهربائي المطبق عليهم ، فإن الشحنات الكهربائية المصاحبة لكل جزيء ستنتقل ببساطة قليلاً من موضع التوازن ، بينما سيبقى كل جسيم مشحون في ذرته الخاصة. تسمى هذه الظاهرة بإزاحة الشحنة استقطاب عازل.

نتيجة للاستقطاب ، تظهر الشحنات على سطح عازل مستقطب بهذه الطريقة بواسطة مجال كهربائي مطبق عليه ، والذي يميل إلى تقليل المجال الكهربائي الخارجي الذي تسبب في الاستقطاب بمجالها الكهربائي. تسمى قدرة العازل الكهربائي على إضعاف مجال كهربائي خارجي بهذه الطريقة ثابت العزل الكهربائي.