Nếu vật liệu sẽ dẫn điện, thì nó được gọi là “dây dẫn”. Nếu vật liệu không dẫn điện, nó được gọi là “chất cách điện”.
Do đó, vật liệu cách điện được sử dụng làm vật liệu cách điện cho dây dẫn bằng cách bọc dây dẫn, chẳng hạn như dây điện, trong một lớp cách điện.
Trong vòng chưa đầy một thế kỷ, điện đã trở nên không thể thiếu với tư cách là nhà cung cấp năng lượng chính của chúng ta, cả trong công nghiệp và cuộc sống hàng ngày. Với quá trình chuyển đổi năng lượng sang nền kinh tế carbon thấp, vai trò của điện sẽ tiếp tục phát triển. Cốt lõi của mọi hệ thống lắp đặt điện là vật liệu dẫn điện và cách điện.
Chất dẫn điện
Trong kỹ thuật điện, một dây dẫn (hoặc dây dẫn điện) được định nghĩa là một vật thể hoặc loại vật liệu cho phép dòng điện tích chạy theo một hoặc nhiều hướng. Vật liệu làm bằng kim loại là chất dẫn điện phổ biến, vì kim loại có độ dẫn điện cao và điện trở thấp.
Trong một số vật liệu, các electron di chuyển dễ dàng từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Ở những nơi khác, các electron di chuyển khó khăn. Và trong một số vật liệu, gần như không thể khiến chúng di chuyển. Chất dẫn điện là chất trong đó các electron chuyển động được. Chất dẫn điện tốt nhất ở nhiệt độ phòng là bạc nguyên chất. Đồng và nhôm cũng là những chất dẫn điện tuyệt vời. Sắt, thép và nhiều kim loại khác đều dẫn điện tốt.
Trong hầu hết các mạch và hệ thống điện, dây đồng hoặc nhôm được sử dụng. Bạc là không thực tế vì chi phí của nó quá cao .
Một số chất lỏng dẫn điện tốt. Thủy ngân là một ví dụ. Nước mặn là một dây dẫn tốt.
Khí nói chung là chất dẫn điện kém. Điều này là do các nguyên tử hoặc phân tử thường cách nhau quá xa để có thể trao đổi điện tử tự do. Nhưng nếu khí bị ion hóa, nó là một chất dẫn điện tốt.
Các electron trong dây dẫn không di chuyển theo dòng ổn định, giống như các phân tử nước chảy qua vòi tưới vườn. Thay vào đó, chúng được truyền từ nguyên tử này sang nguyên tử khác ngay bên cạnh.
Điều này luôn xảy ra với vô số nguyên tử. Kết quả là, theo đúng nghĩa đen, hàng nghìn tỷ electron đi qua một điểm nhất định mỗi giây trong một mạch điện điển hình.
Bạn có thể tưởng tượng một hàng dài người, mỗi người liên tục chuyền bóng cho người phía bên phải. Nếu có nhiều bóng dọc theo đường kẻ và nếu mọi người tiếp tục chuyền bóng khi chúng đến, kết quả sẽ là một dòng bóng đều đặn di chuyển dọc theo đường kẻ. Điều này đại diện cho một dây dẫn tốt.
Nếu mọi người trở nên mệt mỏi hoặc lười biếng và không cảm thấy muốn chuyền bóng nữa, thì tốc độ dòng chảy sẽ giảm dẫn đến chất dẫn sẽ không còn tốt lắm.
Chất cách điện
Chất cách điện là vật liệu ngăn cản dòng điện chạy qua. Ngược lại với chất dẫn điện, cho phép các hạt điện di chuyển tự do, chất cách điện được sử dụng trong các đồ gia dụng và mạch điện để bảo vệ. Cách nhiệt cũng tương tự, nhưng nó hạn chế dòng nhiệt hơn là dòng điện.
Nếu mọi người lại hợp nhất để chuyền bóng dọc theo đường kẻ trong ví dụ trước, thì đường kẻ đó biểu thị chất cách điện. Những chất như vậy ngăn không cho dòng điện chạy qua, ngoại trừ có thể với một lượng rất nhỏ.
Hầu hết các loại khí là chất cách điện tốt. Thủy tinh, gỗ khô, giấy và nhựa là những ví dụ khác. Nước tinh khiết là một chất cách điện tốt, mặc dù nó dẫn một số dòng điện với tạp chất dù là nhỏ nhất. Oxit kim loại có thể là chất cách điện tốt, mặc dù kim loại ở dạng nguyên chất là chất dẫn điện tốt.
Chất cách điện có thể buộc phải mang dòng điện. Quá trình ion hóa có thể diễn ra; khi các electron bị tách ra khỏi nguyên tử của chúng, chúng không còn lựa chọn nào khác ngoài việc di chuyển theo. Đôi khi vật liệu cách điện bị cháy thành than, nóng chảy hoặc bị tia lửa đánh thủng. Sau đó, tính chất cách điện của nó bị mất và một số electron chảy ra.
Một vật liệu cách điện đôi khi được gọi là chất điện môi. Thuật ngữ này xuất phát từ thực tế là nó giữ cho các điện tích cách xa nhau, ngăn chặn dòng điện tử sẽ cân bằng sự chênh lệch điện tích giữa hai nơi. Vật liệu cách điện tuyệt vời có thể được sử dụng để tạo lợi thế trong một số thành phần điện như tụ điện, nơi mà điều quan trọng là các electron không chạy qua.
Sứ hoặc thủy tinh có thể được sử dụng trong hệ thống điện để giữ cho mạch điện không xảy ra. Các thiết bị này, được gọi là chất cách điện, có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau cho các ứng dụng khác nhau. Bạn có thể nhìn thấy chúng trên các cột và tháp điện cao thế. Họ giữ dây lên mà không gặp rủi ro đoản mạch với tháp hoặc phóng điện chậm qua cột gỗ ướt.
So sánh
|
Chất dẫn điện |
Chất cách điện |
|
Chất dẫn điện cho phép các electron tự do di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. |
Chất dẫn điện không cho phép các electron tự do di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.
|
|
Chất dẫn điện dẫn điện |
Chất cách điện cách điện |
|
Chức năng chính của dây dẫn là cung cấp đường dẫn giữa nguồn điện áp và tải |
Chức năng chính của chất cách điện là chặn năng lượng |
|
Các nguyên tử của dây dẫn không thể giữ chặt các electron của chúng. |
Nguyên tử của chất cách điện có các electron liên kết chặt chẽ |
|
Dây dẫn lý tưởng không có điện trở. |
Chất cách điện lý tưởng có điện trở vô hạn. |
|
Chất dẫn điện tốt là đồng, nhôm, bạc, sắt, vàng, dung dịch muối, cơ thể người, v.v. |
Chất cách điện phổ biến là cao su, thủy tinh, gốm, nhựa, nhựa đường, nước tinh khiết, v.v. |
