10個導體與絕緣體的實際例子

什麼樣的材質才能成為導體(Electrical Conductors)或絕緣體(Insulators)呢?

其實是否為導體和絕緣體與物體材質並沒有非常直接的關係,真正影響是否導電的原因取決於電子在物體上的容易移動程度。

電導率取決於電子間的移動情況,而質子和中子本身不會移動,因為它們與原子核中的其他質子和中子結合在一起,因此我們所說的電流,其實都是指價電子在原子間的移動。

導體與絕緣體

價電子很像繞著恆星運行的行星一樣,它們被原子吸引以維持原來的狀態,但因為它們在原子的最外層,因此很容易就可以被移走,這些價電子很容易攜帶電流,其中又以容易失去和獲得價電子的無機物質最容易導電,這也是為什麼金屬或電漿等材料特別容易導電的原因。

相較於無機物質,有機物質則大多數都是絕緣體,因為它們都是通過共價鍵來結合,共價鍵簡單來說就是共享電子,並且氫鍵本身有助於穩定分子,因此電子不容易被帶走,也就不容易導電。

其實絕大多數材料既不是好的導體也不是好的絕緣體,而是介於兩者的中間。也就是說有機物平常不容易導電,但只要提供足夠的能量(電壓),電子還是可以移動的。

至於絕緣體,絕緣體的條件其實很嚴苛,如果絕緣體有摻雜到少量其他元素或含有雜質,也會讓絕緣失效成為導體。

例如,陶瓷本身是一種非常好的​​絕緣體,但是如果你摻雜其他元素,則可以製造出超導體。或比如,純水是絕緣體,混有雜質的水有弱導電性,但如果你把鹽加到水裡,那麼自由移動的離子就會讓水有很好的導電性。

10個常見的導體材料

一種好的導體要在不同的溫度和壓力條件下,都能保持非常好的導電性,其中金屬元素是最常見的導體材料。

不過也是有些特例,例如”銀”就算是比較不理想的導電材料,你應該很少聽人說拿銀來導電,銀除了價格昂貴外,撇除價格昂貴的缺電,銀本身容易變色,而變色的地方就是它的氧化層,氧化層本身是不導電的。

同樣的道理,鐵鏽、銅綠或其他氧化層也都會降低導電性。

下面是生活中最常見的10個導電體:

  1. 海水
  2. 石墨
補充幾個也蠻常見的導體:
  • 黃銅
  • 青銅
  • 檸檬汁
  • 汙水

10個常見的絕緣體材料

絕緣體是不允許電荷自由流過,絕緣體的應用也很廣,例如電池內部就有絕緣體,因為如果兩個不同極性的導體碰在一起會短路,因此會需要在兩者之間用絕緣體將他們隔開。

下面是生活中最常見的10個絕緣體:

  1. 橡膠
  2. 玻璃
  3. 純水
  4. 空氣
  5. 鑽石
  6. 木頭
  7. 棉花
  8. 塑膠
  9. 瀝青

補充幾個也蠻常見的絕緣體:

  • 玻璃纖維
  • 紙張
  • 陶瓷
  • 石英

影響電導性的其他因素

材料的形狀及大小也會影響它的導電性,例如一根粗銅管,它的導電率絕對比一根銅絲要好非常多,你就想像導體是水管,水管越粗水越好流過去。

如果你有兩根相同粗度的銅線,但是一根1公尺,另一根10公尺,則較短的材料也會有更好的導電性,因為較短的材料本身電阻更小,同樣拿水管舉例子,短水管通過水流肯定比長水管更容易。

再來是溫度也會影響電導率,隨著溫度升高,原子和電子獲得更多能量,因此也會變得更加活潑。有些絕緣體(例如玻璃)在冷卻時是絕緣體,而一旦加熱則會成為導體。

當然也有反例,例如大多數金屬在冷卻時是導體,而在加熱時導電率卻會有所降低。順帶一提,在極低溫下一些好的導體會變成超導體。

電子本身也會改變材料溫度,當電子流過導體時不會破壞原子,但是移動的電子會遇到阻力,凡事有阻力就會生熱,因此電流本身會加熱導電材料。

 

結論

導體和絕緣體在我們生活中隨處可見,看完這篇文章後想必你應該對它們有更進一步的了解,相信你可以在生活中靈活的使用它們。

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